Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

ФОРМИРОВАНИЕ У БУДУЩЕГО УЧИТЕЛЯ ФИЗИКИ ОБОБЩЕННОГО МЕТОДА РЕШЕНИЯ ПРИКЛАДНЫХ ЗАДАЧ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭЛЕКТРОННОГО УЧЕБНИКА

Крутова И.А. 1 Дергунова О.Ю. 1
1 ФБГОУ ВПО «Астраханский государственный университет»
Результатом обучения в высшей школе является сформированность у студентов обобщенных методов решения практически-значимых задач профессиональной деятельности. Достижению этой цели способствует внедрение в процесс подготовки специалистов электронных образовательных ресурсов. В статье описан созданный нами электронный учебник, предназначенный для обучения студентов обобщенному методу решения прикладных задач, связанных с созданием технических устройств. В результате применения данного электронного учебника студенты овладевают способом выполнения каждого действия, входящего в обобщенный метод и создают действующие технические устройства или их модели. Приведены способы и результаты выполнения действий обобщенного метода решения прикладных задач, формулировки конкретных прикладных задач по созданию технических устройств, пример решения одной из задач и некоторые фотографии технических устройств, изготовленных студентами.
прикладная задача
разработка технического устройства
обобщенный метод
электронный учебник
профессиональные компетенции учителя физики
1. Дергунова О.Ю. Методика подготовки будущих учителей физики к обучению школьников применению физических знаний в практической деятельности // Известия Волгоградского государственного педагогического университета. – 2010. – № 9 (53). – С. 129–132.
2. Крутова И.А. Методическая система подготовки будущих учителей физики к обучению школьников обобщенному методу решения прикладных задач, связанных с разработкой технических устройств / И.А. Крутова, О.Ю. Дергунова // Современные проблемы науки и образования. – 2012. – № 4; [Электронный ресурс] – URL: http://www.science-education.ru/104-6893.
3. Крутова, И.А. Формирование профессиональных компетенций у студентов, обучающихся по направлению «Физическое образование» / И.А. Крутова, О.Ю. Дергунова // Наука и школа. 2010. – № 3. – С. 63–67.
4. Крутова И.А. Создание и применение электронного учебника для формирования профессиональных компетенций учителя физики: монография // Модернизация российского образования: тренды и перспективы. Кн. 2. – Краснодар: АНО «Центр социально-политических исследований «Премьер», 2012. – С. 102–129.
5. Стефанова Г.П. Теоретические основы и методика реализации принципа практической направленности подготовки учащихся при обучении физике: дис. … д-ра пед. наук. – М., 2002. – 366 с.

В условиях перехода на Федеральные государственные образовательные стандарты нового поколения актуальной становится проблема формирования профессиональных компетенций учителя физики. Возникновение потребности в специалистах для различных типов образовательных учреждений приводит к изменению содержания его подготовки. Будущий специалист должен овладеть основными видами своей профессиональной деятельности при обучении в вузе. В соответствии с «Концепцией долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации до 2020 года», повышение качества образования предусматривает решение приоритетных задач, среди которых – «обеспечение инновационного характера базового образования, реализация компетентностного подхода, взаимосвязи академических знаний и практических умений». В статье представлен возможный способ достижение этой цели – формирование профессиональных компетенций через включение студентов в определенные виды деятельности, адекватные будущей профессии. Чтобы перевести обучение на новый качественный уровень, необходимо создавать условия для включения обучаемых в активный процесс формирования профессиональных умений как обобщенных способов деятельности. Разработка электронных средств обучения и внедрение их в учебный процесс помогают в достижении цели, стоящей перед высшим профессиональным образованием [4].

Актуальность поставленной проблемы обусловлена противоречиями, существующими в системе высшего образования:

– между современными тенденциями модернизации отечественного профессионального образования и реальным состоянием методической подготовки студентов в вузе, не позволяющим сформировать умения применять полученные знаний для решения проблем из сферы профессиональной деятельности учителя физики;

– между возможностями информационных технологий (электронных ресурсов) для формирования профессиональных компетенций учителя физики и недостаточной реализацией этих технологий в процессе изучения методических дисциплин.

В статье обратимся к рассмотрению проблемы формирования методов решения профессиональных задач у будущих учителей физики с применением электронных ресурсов.

I. Профессиональные задачи учителя физики и методика формирования обобщенных методов их решения

В современных условиях результатом обучения студента университета является сформированность у него профессиональных компетенций. Под профессиональными компетенциями будем понимать «присвоение» студентом обобщенных методов решения наиболее часто встречающихся практически значимых задач его профессиональной деятельности – типовых профессиональных задач. В результате формирования у будущих специалистов профессиональных компетенций эти обобщенные методы должны стать стилем их мышления. Рассмотрим характеристики профессиональной деятельности бакалавров и магистров, обучающихся по направлению подготовки «Педагогическое образование (Физическое образование)».

Областью профессиональной деятельности бакалавров и магистров данного направления подготовки является образовательный процесс по физике, реализуемый в образовательных учреждениях разного типа: средней (полной) общеобразовательной школе, гимназиях, лицеях, колледжах, вузах. Объектами их профессиональной деятельности являются учащиеся и студенты, изучающие физику.

С опорой на разработанный Г.П. Стефановой [5] механизм выявления типовых профессиональных задач специалиста, нами выделен следующий способ выявления задач профессиональной деятельности учителя: провести анализ конечных продуктов решения конкретных профессиональных задач, которые возникают в повседневной практической деятельности учителя физики в школе, преподавателя физики в вузе и колледже. Применение этого механизма позволило выделить следующие типовые профессиональные задачи учителя физики:

• планирование учебного материала;

• подготовка к преподаванию темы курса физики;

• подготовка и проведение занятий различных типов в соответствии с целями обучения (изучение нового материала с организацией деятельности учащихся по «созданию» и применению физических знаний; обучение методам решения физических задач; обучение методам решения прикладных задач; обучение практическим действиям; обучение обобщению и систематизации знаний);

• диагностика учебных достижений обучаемых.

Формирование метода решения каждой типовой профессиональной задачи осуществляется в процессе реализации трех этапов обучения: проектировочного, исполнительного и контрольного. В аудиторных условиях бакалавры и магистры обучаются проектированию учебного процесса. В основе методики обучения студентов обобщенным методам решения типовым профессиональных задач лежит психолого-педагогическая теория деятельности.

Овладение студентами методами решения профессиональных задач происходит в результате их многократного решения в различных конкретных ситуациях. Это связано с тем, что, с одной стороны, современная средняя и высшая школа предполагает стандартизацию образования и вариативность программ и учебников, а с другой стороны, овладение любым обобщенным приемом возможно лишь при многократном его применении в различных конкретных условиях. Применение электронных образовательных ресурсов повышает эффективность подготовки учителя физики к решению его профессиональных задач.

Информатизация образования требует создания новых дидактических средств, к которым в первую очередь относятся электронные учебники. Проблема создания и применения электронных учебников для формирования профиля специалиста является крайне актуальной. Бытует упрощенное представление о том, что электронный учебник представляет собой переложение содержания «бумажного» учебника, дополненного вопросами и задачами, представленными, как правило, в тестовой форме, и заранее заложенных ответов к ним. Такое понимание электронного учебника резко снижает потенциальные возможности воздействия компьютерных средств обучения на познавательную сферу обучаемого.

К перспективным направлениям информатизации образования относятся разработка и оптимальное использование в учебном процессе электронных образовательных ресурсов. Благодаря одновременному воздействию на обучающего звуковой и визуальной информации электронные образовательные ресурсы способствуют лучшему усвоению знаний и способов выполнения деятельности.

Как правило, основной объем работ по созданию электронных образовательных изданий и ресурсов выполняют программисты, не имеющие педагогического образования, а специалисты в области методики преподавания конкретных дисциплин часто не владеют информационными технологиями для разработки таких дидактических средств. В то же время наименее исследованными являются методические аспекты, учитывающие специфику преподавания конкретной дисциплины, обобщенные способы деятельности, приводящие к созданию конкретных знаний, и виды деятельности, адекватные этим знаниям. На наш взгляд, именно учет специфики обучения физике позволяет повысить эффективность подготовки учителя в университете. Поэтому возникла потребность в разработке электронного учебника для формирования различных профессиональных умений учителя физики.

II. Применение электронного учебника для формирования обобщенного метода решения прикладных задач, связанных с созданием технических устройств, у будущего учителя физики

Опишем созданный нами электронный учебник, предназначенный для обучения студентов обобщенному методу решения прикладных задач, связанных с созданием технических устройств.

Данный учебник создан на платформе конструктора пакетов ЭУМК системы ASU Electronic Education, разработанной в Астраханском государственном университете, и представляет собой совокупность элементов навигации, гипертекстовых страниц, содержащих изображения, текстовый материал, схемы и таблицы, а также фотографии созданных студентами технических устройств и видеоматериалы, демонстрирующие работу модели технического устройства.

Данный учебник имеет панель навигации, на которой выведены все разделы учебника, параграфы и видеофрагменты. В первом разделе описана деятельность по созданию технических устройств; представлен обобщенный метод решения задач, связанных с созданием технических устройств, который представляет собой определённую последовательность логически взаимосвязанных действий [1, 2, 3]; формулировки восьми прикладных задач по созданию технических устройств, решение пяти первых задач с опорой на обобщенный метод предлагается в учебнике в качестве примера и разобрано полностью, а три последних предлагаются для самостоятельного решения. Приведём формулировки таких задач.

1. В музеях для охраны ценных экспонатов устанавливают индивидуальное охранное устройство. Разработайте устройство, сигнализирующее о том, что экспонат похищен.

2. Разработайте устройство, включающее и выключающее электрический насос для поддержания заданного уровня воды в душевом баке на дачном участке.

3. Разработайте устройство, которое сигнализировало бы о достижении необходимой концентрации раствора морской соли для лечебных ванн.

4. Для жителей Астраханской области большое значение имеет чистая водопроводная вода. Одним из показателей её качества является прозрачность. Разработайте устройство, сигнализирующее о помутнении воды в городском водопроводе.

5. Основным элементом нагревательных приборов является помещенная внутри спираль. Её перегрев приводит к поломке прибора. Разработайте устройство, автоматически выключающее электрический прибор при его перегреве и включающее его при остывании.

6. В местах, где строятся гидроэлектростанции, уровень воды в реке искусственно поднимают. Это затрудняется прохождение судов. Разработайте устройство, позволяющее перемещать судно с одного уровня воды на другой.

7. Разработайте устройство, сигнализирующее о том, что температура воздуха в музее восковых фигур поднялась выше допустимой нормы.

8. Разработайте устройство, с помощью которого можно наблюдать за местностью, находясь при этом на небольшой глубине в бункере.

Каждый раздел содержит:

• описание способа выполнения одного из действий обобщенного метода и ориентиры (опорные знания и умения) для его выполнения;

• конкретизацию способа выполнения действия в ситуациях задач 1–5;

• задание, в котором необходимо выполнить данное действие применительно к задачам 6‒8, а также к задачам, сформулированным студентами самостоятельно.

Остановимся на рассмотрении способа и результата выполнения одного из действий обобщенного метода решения прикладных задач «Разработка принципиальной схемы технического устройства»:

а) подобрать условные графические обозначения для каждого объекта, удовлетворяющего свойствам элементов технического устройства;

б) соединить установленные объекты между собой так, чтобы при их взаимодействии воспроизводились физические явления, заложенные в основу принципа действия устройства;

в) изобразить объекты и связи между ними в виде принципиальной схемы.

Конечным продуктом выполнения данного действия являются принципиальные схемы разрабатываемых технических устройств, приведенные на рис. 1–2.

pic_85.tif

Рис. 1. Принципиальная схема технического устройства, разрабатываемого при решении задачи 1 «Похищение ценного экспоната»: 1 – источника света; 2 – экспонат, перекрывающий световой поток; 3 – фоторезистор;4 – транзистор; 5 – звонок; 6 – источник электрического тока

pic_86.tif

Рис. 2. Принципиальная схема технического устройства, разрабатываемого при решении задачи 2 «Поддержание уровня воды в душевом баке на дачном участке»: 1 – поплавок; 2 – вода, находящаяся в сосуде с краном; 3 – ключ; 4 – источник электрического тока; 5 – насос

Обучение студентов последовательному выполнению всех действий обобщенного метода позволяет им разработать способ решения конкретной задачи и создать экспериментальную установку, воспроизводящую работу технического устройства или его модель. Опишем способ конкретизации обобщенного метода при решении студентами следующей задачи.

Разработайте техническое устройство, которое автоматически открывало бы ворота при подъезде к ним вагонетки с углём и закрывало бы их после её прохождения.

1. Уточним цель деятельности: разработать устройство, которое открывало бы ворота при подъезде к ним вагонетки и закрывало бы их после её прохождения.

2,3. Определим элементы, которые будут в разрабатываемом техническом устройстве, и объекты, удовлетворяющие свойствам данных элементов. Вагонетка с углем будет двигаться по рельсам. Чтобы привести ворота в движение, причём в первом случае (при приближении), в одну сторону (вверх), а во втором случае ‒ в другую (вниз), необходим электрический двигатель. Электрический двигатель работает при наличии в замкнутой цепи источника постоянного тока. Такие условия можно обеспечить, если установить батарейку на вагонетку и контакты вывести на колеса. Для соединения электрического двигателя с проводящим участком на рельсах до и после ворот необходимы соединительные провода.

4. Установим, в результате протекания каких явлений могут быть получены свойства объекта, указанные в цели. Электрическая цепь должна быть собрана таким образом, чтобы при приближении вагонетки возникал электрический ток одного направления и электродвигатель открывал ворота, а после прохождения вагонеткой ворот возникал электрический ток обратного направления и электродвигатель закрывал ворота. Для выполнения данного условия необходимо, чтобы на определённом участке рельсов колеса вагонетки замыкали электрическую цепь, содержащую электродвигатель.

5. Принципиальная схема разрабатываемого устройства приведена на рис. 3.

pic_87.tif

Рис. 3. Принципиальная схема технического устройства, автоматически открывающего ворота при подъезде к ним вагонетки с углём и закрывающего их после её прохождения

6. Подберем приборы для монтажа технического устройства: вагонетка, батарейка, рельсы, ворота с электродвигателем, провода.

7, 8. Составим программу монтажа технического устройства и осуществим сборку действующей модели устройства (рис. 4).

Последний раздел включает в себя видеофрагменты, демонстрирующие действие технических устройств, созданных в процессе решения задач, описанных в электронном учебнике и сформулированных студентами самостоятельно. Некоторые из технических устройств, созданных в ходе самостоятельной работы студентов, показаны на рис. 4, 5.

pic_88.tif pic_89.tif

Рис. 4. Устройство, автоматически открывающее ворота при подъезде к ним вагонетки с углем и закрывающее их после её прохождения

pic_90.tif pic_91.tif

Рис. 5. Устройство, включающее фонари на улицах города при наступлении темноты и выключающее их с восходом солнца.

Заключение

Одна из приоритетных задач профессиональной подготовки учителя на современном этапе состоит в формировании у него готовности организовывать практико-ориентированный учебный процесс по физике [2, 3]. Для достижения этой цели:

1) разработана модель методической системы подготовки студентов к обучению школьников обобщенному методу решения прикладных задач, связанных с разработкой технических устройств [2];

2) создан электронный учебник «Как разработать техническое устройство?», позволяющий эффективно реализовать разработанную модель в процессе формирования у студентов профессиональных компетенций.

Рецензенты:

Зайнутдинова Л.Х., д.п.н., профессор, заведующий кафедрой электротехники, электроники и автоматики, ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный университет», г. Астрахань;

Смирнов В.В., д.п.н., заведующий кафедрой материаловедения и технологии сварки, ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный университет», г. Астрахань.

Работа поступила в редакцию 07.03.2013.


Библиографическая ссылка

Крутова И.А., Дергунова О.Ю. ФОРМИРОВАНИЕ У БУДУЩЕГО УЧИТЕЛЯ ФИЗИКИ ОБОБЩЕННОГО МЕТОДА РЕШЕНИЯ ПРИКЛАДНЫХ ЗАДАЧ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭЛЕКТРОННОГО УЧЕБНИКА // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 4-4. – С. 969-974;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=31308 (дата обращения: 19.11.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074