Анализ результатов выполнения заданий интернет-экзамена по курсу общей физики

Курс общей физики в вузах предполагает изучение наиболее важных разделов классической физики.

В настоящее время в вузах происходит сокращение часов, выделенных на изучение физики. Необходимость поиска экономии учебного времени привела к широкому внедрению тестирования в практику работы преподавателя как одного из эффективных методов оперативного контроля за степенью усвоения изучаемого материала. В последние годы одной из важнейших форм мониторинга качества подготовки выпускников высшей школы является федеральный интернет-экзамен, проводимый по различным дисциплинам учебного плана. Одной из его особенностей является то, что его результаты играют большое значение при комплексной проверке специальностей, и он является одним из основных показателей качества при аттестации различных специальностей и аккредитации вуза в целом. Следующей его особенностью является то, что при выполнении заданий ин-тернет-экзамена студенты должны показать знания по всем дидактическим единицам, поскольку после тестирования фиксируется количество правильно выполненных заданий в абсолютном и процентном соотношении к общему числу заданий, на которые даны ответы, а также количество освоенных дидактических единиц.

Основная задача преподавателя заключается в подготовке студентов к этому экзамену. В учебных планах по различным профилям соотношение аудиторной и самостоятельной работы в среднем составляет 0,45:0,55. В связи с этим возникает необходимость в более рациональном использовании отведенного на изучение курса физики объема учебного времени, и одним из направлений подготовки к тестированию становится организация эффективной самостоятельной работы студентов.

Курс общей физики преподается на 7 из 15 факультетов Бурятского государственного университета. Студенты нефизических специальностей изучают физику в течение одного-трех семестров.

Экзаменационная работа состоит из 30 заданий, различающихся формой представления и являющихся заданиями с выбором ответа. Они достаточно информативны, но их недостаток заключается в том, что они направлены на проверку лишь одного-двух элементов знаний и умений и, следовательно, могут проверить усвоение студентами не всех видов деятельности. Такие задания позволяют отследить типичные ошибки, допускаемые студентами при ответах на подобные вопросы. Все задания составляются в соответствии с требованиями к обязательному минимуму содержания образовательной программы и проверяют усвоение наиболее важных физических понятий и законов.

Каждый вариант экзаменационной работы содержит вопросы по 7 дидактическим единицам: механика, молекулярная физика и термодинамика, электричество и магнетизм, колебания и волны, волновая и квантовая оптика, физика атома и квантовая физика, элементы ядерной физики и элементарных частиц [1].

На занятиях по решению задач студенты под руководством преподавателя знакомятся с демонстрационной версией проводимого экзамена по физике, разбирают вопросы и задачи прошлых лет.

Рассмотрим результаты выполнения студентами химического факультета специальности «Химия» Бурятского государственного университета отдельных заданий из различных дидактических единиц в 2010г. Каждая дидактическая единица содержит 4-6 заданий, представленных в различной форме. Практически во всех вариантах большинство заданий содержит разнообразные графики и рисунки. Кинематика и динамика точки и поступательного движения твердого тела освоена студентами на 75%, причем задания, связанные с анализом графиков различных видов механического движения, вызывают у них наибольшие затруднения. В качестве примера рассмотрим задания из разных вариантов, проверявших один и тот же элемент содержания курса общей физики, но представленных в различных формах. Верные ответы выделены подчеркиванием. Вариант 1: Материальная точка движется по окружности с постоянным тангенциальным ускорением. Если проекция тангенциального ускорения на направление скорости положительна, то величина нормального ускоре-ния:1) уменьшается; 2) увеличивается; 3) не изменяется. Вариант 2: Материальная точка M движется по окружности со скоростью v . На рисунке 1 показан график зависимости проекции скорости V _τ от времени (τ – единичный вектор положительного направления, V τ – проекция вектора v на это направление). При этом вектор полного ускорения на рис. 2 имеет направление: 1) 4; 2) 3; 3) 2; 4) 1.

Оба задания проверяют один и тот же элемент содержания курса общей физики: определение ускорения тела при криволинейном движении. Но в задании варианта 1 достаточно знания формулы и использования ее в стандартных условиях – необходимы знания и умения на ре- продуктивном уровне, а в задании варианта 2 необходимо знание графической интерпретации равнозамедленного движения. Представление задачи в виде графика снизило процент ее выполнения с 80 до 53%. Несколько хуже освоены динамические параметры и динамика вращательного движения. Возможно, это связано с тем, что данный материал не встречался в курсе школьной физики.

Представления о законах сохранения в механике и элементах специальной теории относительности освоены на 80%. При выполнении заданий из молекулярной физики и термодинамики на определение средней кинетической энергии, энтропии, работы при различных процессах, применение законов термодинамики студенты показали высокий уровень освоения материала. Проблемы возникли при решении задач на распределения Максвелла и Больцмана.

По электричеству и магнетизму студенты успешно справились с заданиями на использование теоремы Гаусса для электростатического поля в вакууме, формулы связи напряженности и потенциала, а также знание закона Ома в дифференциальной форме. Так, с заданием, подобному примеру 12, справляется в среднем 90% студентов.

Пример 12: На рисунке представлена зависимость плотности тока j , протекающего в проводниках 1 и 2, от напряженности электрического поля Е .

Отношение удельных проводимостей этих элементов равно: 1) 1/2; 2) 2; 3) 1/4; 4) 4.

Значительно хуже освоены студентами следующие элементы: магнитные поля системы токов, свойства электрических и магнитных полей, уравнения Максвелла. При решении задач на определение индукции результирующего поля, созданного двумя проводниками, основные трудности возникли при определении направления складываемых векторов.

При решении заданий на колебания и волны все студенты справились с задачей на сложение гармонических колебаний. Низкий процент выполнения показали студенты при решении зада- чи на определение циклической частоты по известным зависимостям от времени координаты и ускорения материальной точки, колеблющейся по гармоническому закону, представленной в виде рисунка. Попытка выразить скорость распространения волны по уравнению плоской синусоидальной волны, распространяющейся вдоль оси X, увенчалась успехом у 40% студентов. Наиболее сложной задачей оказалась задача на определение направления вектора плотности потока энергии электромагнитного поля по известной ориентации векторов напряженностей электрического и магнитного полей. С ней справилось 36% студентов.

У большинства студентов по квантовой оптике вызвала затруднения задача на эффект Комптона [2, с. 60]. На наш взгляд, это связано с тем, что студенты имеют слабую математическую подготовку, а вывод формулы Комптона довольно сложен. Также у студентов вызывает непонимание причина увеличения длины волны рентгеновских лучей при их рассеянии веществом. Анализ решений студентов также показал, что они не могут записать закон сохранения импульса для столкновения фотона с электроном, в то время как при решении задач на законы сохранения в механике они подобных затруднений не испытывают. По квантовой физике почти 70% студентов назвали сложной задачу на нахождение вероятности обнаружения электрона на участке (a, b) одномерного потенциального ящика с бесконечно высокими стенками. Для экономии времени на тестировании студентам предложено использовать при решении такой задачи графический способ решения, так как аналитический способ решения связан с нахождением интеграла квадрата модуля волновой функции [3, с. 265], что связано с математическими преобразованиями, непосильными для некоторой категории студентов.

Безусловно, для получения высоких результатов тестирования необходимо научить студентов осмысленно самостоятельно работать с учебным материалом, с научной информацией. Для этого необходимо обеспечить студентов методическими материалами. В связи с этим коллективом кафедры общей физики подготовлены учебные пособия и электронные учебники для самостоятельной работы студентов по всем разделам курса общей физики, пособие для подготовки к интернет-экзамену по физике.

В пособиях дается систематическое изложение основных фундаментальных понятий и закономерностей, приводятся задачи и вопросы для самоконтроля усвоения студентами учебного материала по темам, примеры решения типовых задач.

С развитием компьютерной техники происходит внедрение в учебный процесс инновационных технологий организации самостоятельной работы студентов. Одним из положительных моментов таких технологий являются оперативная проверка, оценка и корректировка программы самостоятельной работы. В электронных учебниках в системе Moodle преподавателями кафедры общей физики подготовлены тестовые задания по механике, электричеству и магнетизму, атомной физике. Тестирование помогает преподавателю выявить структуру знаний студентов и на этой основе корректировать методические подходы, индивидуализировать процесс обучения. Весьма эффективно использование тестов и при самостоятельной работе студентов. В этом случае студент сам проверяет свои знания.

Наш опыт показывает, что подготовка к ин-тернет-экзамену посредством организации самостоятельной работы студентов оказывает положительное влияние на учебно-познавательную деятельность.

Таким образом, результаты выполнения студентами экзаменационной работы определяются в основном соответствием уровня их подготовки требованиям государственных образовательных стандартов и зависят от сложившейся практики обучения, умения студентов самостоятельно применять полученные знания, особенностей контрольных измерительных материалов, психологического настроя и других не менее важных причин.

Анализ результатов тестирования по физике показал, что использованные контрольноизмерительные материалы позволяют получить объективные данные о качестве освоения студентами основных тем курса общей физики, о степени сформированности у них умения решать различного типа задачи.