Достижения фундаментальных наук, и в особенности физики, представляют необходимую базу для всего многообразия составляющих сферы деятельности специалистов любого профиля. Группы образовательных программ для профессиональной подготовки бакалавров, магистров и специалистов различных профилей интегрируются в определённое направление основной образовательной программы (ООП) на основе общей фундаментальной подготовки.

Задачей кафедр физики при целевом участии в проектировании ООП является представление такой программы изучения дисциплины «Физика», которая формирует фундаментальные знания, получаемые при глубоком детальном анализе физических явлений и процессов, а предлагаемые педагогические условия её реализации направлены на развитие ряда профессиональных умений, что стимулирует мотивацию к самому процессу обучения.

Согласно ФГОС, выпускник технического вуза должен быть подготовлен к самостоятельному решению научно-исследовательских, проектно-конструкторских, производственно-технологических, организационно-управленческих задач и к эксплуатационной деятельности. В связи с резким довлеющим ростом объёма информации, наряду с потребностью в многостороннем образовании выпускников, давно возникла необходимость узкой специализации знаний; разумное обоснованное выполнение всех требований к образовательным программам поможет поддержать высокий статус качественного инженерного образования. Опираясь на классиков, которые заявляли, что отличная инженерная мысль всегда физична, можно выделить роль и значение курса общей физики в решении задачи инженерного образования [2, 6].

Организация образовательного процесса по дисциплине «Физика» на кафедре общей физики Физико-технического института ТПУ подчинена достижению общей цели обучения: подготовки конкурентноспособных, профессионально компетентных специалистов любого уровня в техническом университете исследовательского типа, обладающих универсальными и профессиональными компетенциями по видам деятельности.

Под готовностью студентов технического вуза к профессиональной деятельности мы понимаем наличие фундаментальных знаний по физике, способность использовать эти знания в проектной деятельности для решения задач прикладного характера, учитывающих специфику специальностей, наличие мотивации к решению профессиональных задач [1, 4].

Курс физики должен гармонично сочетать принципы развивающего обучения с тенденцией некоторого профилирования содержания курса физики или накопления фактических знаний. Специалисту нужна физика сама по себе, как цельная дисциплина, а не только в зависимости от текущих применений со специфической методикой. Инженер очень узкого профиля не может быть успешным автором новых технологий или творческих проектов, связанных с перестройкой производства, что требует привлечения знаний из смежных, а порой и из очень далёких областей современной физики, отражающей диалектическую взаимосвязь явлений природы. При правильной постановке образования обе функции (развивающего обучения и узкого профилирования) должны сочетаться, что требует вдумчивого построения курса физики, установления межпредметных связей курса с общетехническими и инженерными специальностями.

Согласование программ и характера изложения физико-математических знаний в общенаучных и специальных курсах – одна из самых важных и интересных задач в работах над методикой преподавания в вузе.

Курс физики по своему объему не является достаточным и преподается в начальных семестрах обучения, поэтому «выживаемость и стойкость» знаний по физике будет уменьшаться, если эти знания не будут широко использованы в инженерной подготовке.

Можно привести некоторые примеры необходимой интеграции фундаментальных и технических наук в педагогическом процессе подготовки выпускников по разным направлениям, предусматривающей в том числе использование единых терминов, определений и по возможности единых обозначений.

1. Возможно согласование содержательной части раздела «Оптика» в курсе общей физики со специальными курсами некоторых геологических направлений, выпускникам которых необходимо понимать основы современной теории твердого тела, которая в значительной мере представляет собой оптику электронных волн де Бройля, дающую представление о практически важных свойствах материалов.
2. Необходимо дифференцирование содержательной части курса физики для различных направлений в связи с уменьшением общего числа часов, выделяемых на дисциплину.

Теория строения атомов и молекул и вопросы физики твердого тела должны излагаться на базе квантовых представлений. При этом для специальностей и направлений, связанных с технологиями в машиностроении, и геологических направлений наиболее детально должны излагаться вопросы физики твёрдого тела, а для направлений химико-технологического профиля – вопросы атомной физики, т.к. современная химия по своему существу сведена к физике атомов. При этом не нарушается целостность курса в целом; атомы и твердые тела – это квантовые системы, являющиеся объектом современной физики. Для обеспечения возможности решения задачи целенаправленного развивающего обучения с учётом межпредметных связей был составлен перечень элементов содержания, определяющих обязательные результаты обучения фундаментальной естественнонаучной подготовки в рамках предметной области «Физика».

В соответствии с ФГОС в рабочей программе дисциплины «Физика» были четко сформулированы конечные результаты обучения в органичной связи с приобретаемыми знаниями, умениями и опытом (компетенциями) в целом по ООП.

Компетентностный подход, дополняющий традиционный образовательный процесс в техническом вузе, должен способствовать формированию у будущего специалиста готовности (способности) применять решения и действовать в реальных нестандартных условиях.

В значительной мере компетентностный подход при разработке рабочей программы дисциплины физика, согласованный с целями ООП, позволяет дать выпускнику такую систему знаний, которая, являясь отражением картины объективного мира, могла бы непрерывно дополняться практикой инженерной деятельности.

Требования ФГОС к подготовке бакалавров, магистров и специалистов по конкретным инженерным направлениям и специальностям (при проектировании соответствующих ООП) в области техники и технологий дополнялись перечнем результатов обучения, которые являются составляющими требуемых профессиональных и универсальных компетенций выпускников ООП, согласно критерию АИОР (ассоциация инженерного образования России), а также требованиями к ПК выпускников двухуровневых ООП в области техники и технологий, соответствующими международным стандартам.

На предварительном этапе работы были проанализированы результаты обучения, достижение которых связано с результатами обучения по физике, для различных направлений и специальностей в области техники и технологий (использовались ФГОСы и проекты ФГОСов и примерных образовательных программ). Была проведена декомпозиция РО, представленных в виде профессиональных и универсальных компетенций выпускников, на составляющие, что позволило затем сгруппировать ООП с совпадающими (в основном) по содержанию компетенциями для дисциплины «Физика». Был составлен перечень составляющих профессиональных компетенций (ПК), которые для дисциплины “Физика” обязательно присутствуют как результат обучения в большинстве ООП. А затем были выделены группы ООП (кластеры), для каждой из которых сформулированы общие интегрированные компетенции (ЗУВ) из указанного перечня.

В табл. 1 приведены элементы проделанной работы. Представлены компетенции (результаты обучения) выпускников ООП бакалавров (и специалистов) ТПУ в области технических наук (и их декомпозиция), достижение которых связано с результатами обучения по физике. Была проведена декомпозиция результатов обучения по физике на составляющие: знания (З), умения (У) и владение (В) опытом их практического применения для всех направлений и специальностей по модулям дисциплины «Физика» в пределах одного семестра и последовательно от семестра к семестру.

Таблица 1

Кластер 1

Матрица требований к уровню подготовки студентов в предметной области «Физика» дополнена критериями выполнения, соответствующими определенному уровню усвоения для каждого компонента результата обучения.

Сформированные критерии выполнения учитывают интересы специальных дисциплин. Используются характерные примеры и приложения, иллюстрирующие действие физических законов в той или иной специфической области.

Данная работа является продолжением работы по унификации (стандартизации) содержания и размера дисциплин учебного цикла Б2 (математический и естественно научный цикл) по предметной области «Физика» [3, 4].

Целью работы является разработка иерархичной (семестровой) системы требований к уровню подготовки студентов по курсу «Физика» для направлений и специальностей в сфере техники и технологий, помогающей формированию способности использовать фундаментальные знания по физике для решения задач прикладного характера, учитывающих специфику специальностей.

В табл. 1 представлено одно из направлений подготовки ООП для данного кластера 1, указаны результаты обучения (профессиональные и универсальные компетенции), достижение которых связано с результатами обучения по физике; представлена декомпозиция результатов обучения, формируемых в курсе физики.

Подобные представления были сформулированы для всех направлений подготовки выпускников ТПУ в области техники и технологий.

В табл. 2 представлен перечень основных интегрированных профессиональных компетенций; предметная область «Физика».

Таблица 2

Принятая структура системы требований к уровню подготовки студентов по курсу физики учитывает последовательную иерархичную подчинённость модулей в соответствии с их содержанием.

Кодификатор элементов содержания и требований к результатам обучения по ООП бакалавриата и специалитета в рамках предметной области «Физика» по реализуемым кластерам входит как компонент в фонд оценочных средств (ФОС) унифицированного модуля в рамках предметной области «Физика». В кодификатор включены элементы содержания и требования базового уровня фундаментальной естественнонаучной подготовки выпускников ТПУ, которые являются объектами контроля в процессе обучения в рамках предметной области «Физика».

Кодификатор составлен на основе Федеральных государственных образовательных стандартов (ФГОС) профессиональной подготовки бакалавров, магистров и специалистов различных направлений и специальностей, реализуемых в ТПУ с учетом ведущих международных стандартов технического образования и инженерной профессии (ABET, CDIO) [5, 7].

В табл. 3 представлена матрица требований к уровню подготовки студентов в предметной области «Физика» для кластера 1. (Отдельной строкой представлены особенности кластера 2 для каждого из элементов содержания курса физики).

В качестве примера приведены компоненты каждого из интегрированных (по данному кластеру) результатов обучения для выделенных элементов содержания модуля 4 «Постоянный ток» курса физики. Для каждого компонента результата обучения приведены критерии выполнения, соответствующие минимально достаточному уровню усвоения.

В табл. 3 приведены названия выделенных элементов содержания (темы задания) с указанием их кода. Первый разряд в записи кода элемента содержания указывает на уровень сложности заданий изучаемой дисциплины (1-й уровень – соответствует минимально достаточному уровню усвоения). Второй разряд в записи кода содержания указывает на номер дидактической единицы (модуля, раздела); третий разряд идентифицирует номер темы задания. Последняя цифра (в скобках) соответствует порядковому номеру ПК из табл. 2.

Таблица 3

ДИСЦИПЛИНА: Физика. Кластер 1 Семестр 2. Модуль 4. Постоянный электрический ток

В работе представлены предварительные результаты по разработке иерархичной (семестровой) системы требований к уровню подготовки студентов по курсу «Физика» для направлений и специальностей в сфере техники и технологий с использованием компетентностного подхода, дополняющего традиционный образовательный процесс и способствующего применению выпускниками полученных системных знаний в практической инженерной деятельности.

Рецензенты:

Румбешта Е.А., д.п.н., профессор, кафедра физики, Томский государственный педагогический университет, г. Томск;

Улеников О.Н., д.ф.-м.н., профессор, кафедра теоретической физики, Томский государственный университет, г. Томск.

Работа поступила в редакцию 15.05.2014.