Статья: Реализация технологии подготовки студентов и школьников по физике на основе опережающей самостоятельной работы средствами многоуровневого физико-технологического учебно-методического комплекса

Структура деятельности по обучению решению физических задач строится поэтапно и содержит следующие этапы: 1) подготовительный; 2) разработки алгоритма для задач данного типа и их решение; 3) диагностики; 4) обучения несформированным действиям; 5) решения задач; 6) оценочно-рефлексивный.

Подготовительный этап мотивирует обучающихся на решение задач. На этом этапе учащиеся (студенты) самостоятельно конспектируют учебный материал. Обучение написанию конспекта происходит через пробное действие, предъявление результата и его корректировку. При написании конспекта осваиваются три способа систематизации и обобщения учебного материала:

1) текст, написанный по плану в виде тезисов; 2) систематизация и обобщение в виде таблиц; 3) систематизация и обобщение в виде схем. Данный этап при реализации методики активизации познавательной деятельности [4] может быть либо исключен, либо сведен при подготовке к практическому занятию на основе уже имеющегося развернутого конспекта, к подготовке краткого, адаптированного к решению задач конспекта, содержащему свод основных законов, связей между физическими величинами. Полезным оказывается предварительное изучение методических рекомендации к решению задач по данной теме (литература, электронные ресурсы сети).

На этапе разработки алгоритма для задач данного типа и этапе их решения на основе пробного действия по решению задач определенного типа учениками самостоятельно выявляется последовательность хода решения, что в итоге приводит к выявлению алгоритмических предписаний к решению. Деятельность преподавателя состоит в обсуждении с обучающимися предложенного алгоритма, его корректировке и уточнении. После этого осуществляется решение задач по разработанному алгоритму с применением действий по решению задач, которые были предварительно сформированы. При этом определяется степень овладения решением задач в целом. Данная совместная с учащимися (студентами) работа позволяет в итоге получить детализированную до отдельных логических шагов обобщенную схему решения физических задач. К обобщенной, детализированной до отдельных логических шагов схеме удается подойти уже на завершающем этапе изучения механики с последующим успешным переносом ее на решение задач по другим разделам физики.

На этапе диагностики на основе бесед с учениками, использующихся опросников определяется степень овладения отдельными действиями, необходимыми для решения задачи данного типа. Данный этап по мере освоения действий, необходимых для решения задач определенного типа по данной теме, в последующем может быть исключен.

Выяснение затруднений позволяет преподавателю организовать деятельность по формированию отдельных действий, необходимых для решения задач данного типа. В этом состоит содержание четвертого этапа. Для взаимообучения школьников (студентов) решению задач данного типа формируется учебная группа. При этом используются карточки с заданиями, которые могут выполняться индивидуально или группой.

В группе с низким уровнем когнитивной и учебной подготовки преподаватель использует систему подсказок, наводящих вопросов, а иногда и подробное поэлементное объяснение решения конкретных физических задач.

На основе результатов диагностики выявляются ученики, обладающие определенными навыками и умениями по решению данного типа задач, которые объединяются с учениками, не обладающими или обладающими недостаточными умениями, для их обучения.

После этого осуществляется пятый этап деятельности по решению задач. Организуется работа в группах по самостоятельному решению аналогичных задач или их индивидуальное решение.

На оценочно-рефлексивном этапе происходит обобщение опыта приобретения умений, необходимых для решения задач данного типа, оценка и самооценка степени сформированности обобщенного умения решать задачи данного типа. При этом применяются разработанные задания, анкеты, контрольно-рефлексивные листы. На данном этапе происходит присвоение учеником разработанного способа деятельности.

Не только для студентов, но и для школьников разработаны и применяются в процессе обучения в обязательном порядке, дифференцированные индивидуальные домашние задания по решению физических задач. Обязательным является защита индивидуальных домашних заданий на зачетных занятиях.

Ученик решает в подлинном смысле слова лишь ту задачу, в которой находит тот или иной личностный смысл. При этом контекст всегда связан с понятием «ситуация» и означает систему условий, побуждающих субъекта и опосредующих его активность. «Контекстная задача - это вопрос, задача, проблема, изначально ориентированная на тот смысл, который данные феномены имеют для обучающегося... это не просто адаптация к личности обучаемого, но и способ актуализации его личностного потенциала, пробуждения его смыслопоисковой активности, осознания ценности изучаемого» [9, с. 103].

Контекстные задачи - это задачи с практическим содержанием, условием которых являются конкретные жизненные ситуации. Из практики следует, что такие задачи вызывают особый интерес к предмету, способствуют лучшему усвоению материала и пониманию сути изучаемых законов физики, связь которых с жизнью, с практической, профессиональной деятельностью становится очевидной.

В качестве примера можно привести задачи, использующиеся при обучении физике студентов направления подготовки 150700 «Машиностроение»:

1) В механическом цехе кран XM (производство Konecranes) вертикально поднимал контейнер с изделиями массой 500 кг на высоту 4 м с постоянной силой. При этом была совершена работа 20 кДж. Рассчитать, с каким ускорением был поднят груз;

2) В процессе работы токарного патронно-центрового станка в условиях повышенной температуры в его пневмоприводе используется инертный газ неон, который при низком давлении 55 кПа нагревается. Объем при этом увеличивается от 3,3 м3 до 6,3 м3. Определите изменение внутренней энергии неона; работу, совершенную при расширении; количество теплоты, сообщенное газу;

3) При обработке стальной детали массой 3 кг на токарно-винторезном станке 16К40 температура детали повысилась на 150 К. Для охлаждения детали применялась смазочно-охлаждающая жидкость на основе воды. При этом жидкость повысила свою температуру на 15 К. Определите, сколько жидкости необходимо для охлаждения детали?

В процессе реализации технологии подготовки школьников и студентов по физике на основе опережающей самостоятельной работы особое внимание уделяется практико-ориентированным заданиям и задачам с техническим содержанием, организуется совместная и самостоятельная работа по конструированию таких задач [10]. Отметим, что такая работа способствует формированию готовности школьников к совершению осознанного профессионального выбора. При этом можно констатировать устойчивую, положительную динамику выбора колеблющимися и не определившимися на начальном этапе обучения учащимися профессий (учреждения СПО) и направлений подготовки (учреждения ВО), связанных с техникой и промышленными технологиями.

К хорошо известным основным функциям задач при изучении физики (познавательная, развивающая, функция единства теории и практики, функция демонстрации междисциплинарных связей, оценки качества знаний) можно добавить и воспитательную функцию. Практический опыт работы со школьниками и студентами позволяет отметить высокий интерес к решению и конструированию задач с военно-техническим и военно-патриотическим содержанием при обязательном сохранении глубокого физического смысла задач. Ниже приведены примеры таких сконструированных задач.

1. При освобождении города Орел от немецко-фашистских захватчиков 5 августа 1943 г. с бомбардировщика Пе-8, находящегося на высоте 2500 м, была сброшена авиационная бомба ФАБ-5000НП, масса которой составляла 5400 кг. Это была крупнейшая бомба того времени, созданная коллективом молодых инженеров под руководством главного конструктора Нильсона Ильича Гальперина. Определите кинетическую энергию, которую имела бомба в момент касания земли. Какова дальность полета бомбы, если в момент бомбометания самолет летел со скоростью 360 км/ч?

На вооружении армии Вермахта в качестве батальонного миномета состоял 81-мм миномет БвМ 34 (рис. 1), в Красной армии - 82-мм миномет образца 1941 г. (рис. 2). В таблице приведены их тактико-технические характеристики. Сравните дальность полета мин, выпущенных из них под углом 60 ° к горизонту. Сопротивлением воздуха пренебречь.

Рис. 1 81-мм миномёт sGrW 34

Рис. 2 82-мм миномет обр. 1941 года

Таблица 1 Сравнение тактико-технических характеристик минометов

Для решения первой задачи нужно знать и понимать законы движения тела, брошенного горизонтально, для нахождения кинетической энергии бомбы - применить закон сохранения механической энергии:

Вторая задача - задача с избыточными данными. Необходимо знать и понимать, что дальность полета тела, брошенного под углом к горизонту, будет максимальной при угле 45 °.

Для обработки результатов эксперимента (2001-2006 гг.) использовался метод применения критерия х2, разработанный К. Пирсоном [11]. При одинаковом уровне знаний, умений и навыков учащихся экспериментальных и контрольных классов на начальном этапе при распределении по трем выделенным уровням на завершающем этапе дает результат: х2н = 12,07 > х2кр = 5,99, что позволяет сделать следующий вывод. Описанная методика в сравнении с традиционными методиками приводит к более высокому уровню усвоения физического материала, уровню овладения умениями, необходимыми для решения физических задач, способствует повышению интереса учеников к деятельности по их решению, формированию у них рефлексивных умений, в частности, умения объективно оценивать свои учебные достижения [7]. В дальнейшем эффективность данной методики подтверждалась результатами обучения учащихся старших классов, слушателями подготовительных курсов, студентами ЮТИ НИ ТПУ технических направлений подготовки.

Обучение физике тесно связывается с применением физического эксперимента, как демонстрационного, так и лабораторного. Среди ведущих дидактических целей лабораторных работ:

• наблюдение, экспериментальное подтверждение и проверка существенных теоретических положений (законов, зависимостей);

• определение физических констант, характеристик веществ и процессов;

• изучение устройства и принципа действия физических установок.

Ключевая роль экспериментальной составляющей в методике обучения физике доказана в многочисленных работах как отечественных, так и зарубежных ученых [12-15].

Однако, как показывает практика, традиционный метод проведения лабораторных занятий в вузе по готовым методическим указаниям приводит к тому, что студент, строго следуя инструкции, может благополучно выполнить работу, так и не осознав ни сути проведенного эксперимента, ни физики работы. Среди причин - репродуктивный характер их деятельности по выполнению учебного эксперимента на уроках физики в школе, заключающийся в измерениях и вычислениях по готовым формулам и максимально подробным описаниям. Выход видится в поиске и практической реализации новых подходов к организации и проведению занятий в лаборатории общей физики.

Е. В. Ермаковой разработана методика проведения лабораторных занятий по курсу общей физики с использованием задачного метода, предполагающая выделение задач-сопровождений как средства повышения уровня прочности знаний, их выбор, определение места, функции на лабораторных занятиях; разработана структура методических описаний к лабораторным занятиям с использованием задач [16].

В процессе выполнения лабораторного практикума мы широко используем задачи- сопровождения [6]. Задачи-сопровождения - задачи, ориентированные на понимание сущности лабораторной работы, приближенные как можно ближе к реальной практической деятельности на лабораторном занятии. Это задачи, в процессе решения которых предполагается выявление физической сущности объектов, явлений (процессов) лабораторной работы, их взаимосвязи и взаимодействия. Эти задачи можно разделить на следующие основные группы: задачи и задания по предварительной подготовке к лабораторной работе; задачи по проведению эксперимента; задачи по обработке результатов эксперимента; задачи контроля и самоконтроля.

Как следует из многолетних наблюдений, деятельность многих студентов при выполнении лабораторных работ оказывается неосознанной. Студенты не понимают целей работы (Зачем мы это делаем? Что мы должны проверить, получить?), их содержания и т. д.