Использование информационных технологий на занятиях по физике в процессе формирования обобщенных экспериментальных умений студентов (на примере медицинского вуза)

Эксперимент в медицинском вузе — один из важнейших методов научного познания, который используется студентами на занятиях практически по всем естественно-научным (физике, химии, физиологии и др.), некоторым клиническим дисциплинам, а также в профессиональной деятельности.

На основе методики формирования экспериментальных умений учащихся [5] с учетом содержательных и организационно-методических особенностей преподавания физики в медицинском вузе в 2009 г. нами была разработана и внедрена в учебный процесс Омской государственной медицинской академии (ОмГМА) методика формирования обобщенных экспериментальных умений студентов медицинского вуза. Обобщенными называют такие умения, которые, будучи приобретены обучающимися в процессе изучения разделов одних дисциплин, затем могут быть применены при изучении других разделов или других дисциплин [5]. Например, экспериментальные умения, сформированные у студентов на занятиях по физике, могут быть использованы ими при изучении химии, биоорганической химии, микробиологии, физиологии, патофизиологии и других дисциплин, а также при выполнении научноисследовательской работы.

Суть предлагаемой методики заключается в том, что студенты, вместо того чтобы выполнять лабораторный эксперимент на основе готовой пошаговой инструкции, проектируют его самостоятельно в соответствии с учебной проблемой и следующим планом: цель, гипотеза, условия, необходимые для проведения эксперимента; наблюдения, которые необходимо провести; величины, которые необходимо измерить; приборы и принадлежности; план предстоящей деятельности и форма записи результатов (таблица, рисунок и пр.).

Используя данную методику на аудиторных занятиях, мы выяснили, что положительная динамика в формировании экспериментальных умений в конце семестра наблюдалась только у части студентов. Это мы объяснили тем, что некоторые студенты не принимали участия во вводной беседе, а просто записывали готовые формулировки, предложенные их товарищами. Возник вопрос об оптимизации подготовки студентов к лабораторным работам во внеаудиторное время.

Опираясь на теорию учебной деятельности, мы рассматриваем самостоятельную внеаудиторную работу студентов как индивидуальную внеаудиторную учебную деятельность, направленную на самостоятельное проектирование пред

стоящих аудиторных лабораторных работ путем выполнения дидактических заданий. Она может быть организована при помощи как печатных, так и электронных средств обучения.

При внедрении разработанной методики преподаватель сталкивается с трудностью выбора методов и приемов организации самостоятельной работы студентов по проектированию эксперимента: каким образом формулировать учебную проблему и как логически подводить их к дальнейшим умозаключениям, чтобы у студентов сложилось понимание смысла лабораторной работы и сформировались метапредметные знания о структуре эксперимента?

В процессе опытно-экспериментальной работы нами были разработаны домашние задания для студентов двух типов (уровней сложности), которые были представлены в рабочих тетрадях по физике на печатной основе. Задания первого типа содержали 4—5 общих вопросов по проблеме лабораторной работы. Если студенты не справлялись с заданием самостоятельно, то оно разбиралось на учебном занятии, где проектирование лабораторной работы происходило значительно быстрее, чем без домашних заданий. Задания второго типа выдавались «слабым» студентам индивидуально. Они были более детальными: содержали не только проблемную ситуацию, но и наводящий вопрос по каждому пункту плана эксперимента. Сделав это задание, студенты также на занятии быстрее разбирались в сути лабораторной работы.

Используя тетради на печатной основе, мы столкнулись с новой проблемой: как сделать доступными для всех студентов задания двух этих типов, ведь один и тот же студент может хорошо справиться с одной лабораторной работой и не разобраться в другой? Еще одна проблема: как организовать самостоятельную работу студентов по проектированию предстоящего эксперимента так, чтобы были учтены способности и темп работы каждого студента? Попыткой решения этих проблем стала разра ботка электронного образовательного ресурса (ЭОР) «Физика в экспериментах» в модели дистанционного обучения «Открытое обучение + аудиторные занятия» [6], которая реализуется на платформе дистанционного обучения ОмГМА «Прометей».

На организационно-методическом уровне разработанный нами ЭОР реализуется на ориентировочно-мотивационном, исполнительно-операционном и рефлексивно-оценочном этапах и отвечает следующим принципам, выделенным Е. Г. Гаевской: принцип поддерживающей мотивации; личностно ориентированный характер дистанционных курсов; проблемность и диалогичность содержания и характера взаимодействия в учебном процессе; практико-ориентированность содержания и способов совместной деятельности; активность и самостоятельность обучающихся как основных субъектов образования; вариативность (разнообразие): содержание образования должно демонстрировать множество точек зрения на проблему, множество граней ее решения; интерактивность: постоянный контакт не только преподавателя и студента, но и студентов в группе; модульно-блочный принцип организации содержания образования и деятельности обучающихся; рефлексивность: осознанность обучающимися содержания, способов деятельности, а главное, собственных личностных изменений [2].

Делая обзор e-Learnung технологий для медицинского образования, З. З. Бал-кизов выделяет следующие виды таких технологий: гипертекст или онлайн-ресурс для чтения; компьютерные тренинги; моделирование и симуляции; интеллектуальные обучающие системы [1]. Для информационной поддержки самостоятельной работы студентов по проектированию эксперимента нами был выбран онлайн-ресурс, благодаря которому обеспечиваются следующие возможности:

• •    для студента — возможность доступа к информации в любое время; возможность самостоятельного выбора уровня заданий; наличие всей необходимой

информации для подготовки к лабораторной работе; наличие обратной связи;

• •    для преподавателя — возможность корректировать информацию; возможность отслеживать индивидуальный образовательный маршрут студента, делать выборки, отчеты и пр.

В. В. Ильин указывает, что «образовательный информационный ресурс — это динамическое явление, представляющее собой теоретическую и научную информацию, ее сбор, переработку, систематизацию, преобразование информации с целью использования в учебном и научном процессе деятельности профессионала высшей школы; это информационный комплекс, интегрирующий все информационные ресурсы административного подразделения, информационного обеспечения учебного процесса, информационной базы по наглядно-методической, научно-исследовательской, инновационной деятельности и библиотечных ресурсов» [3].

Т а б л и ц а 1

Соотнесение плана частнодидактической технологии и самостоятельной деятельности студентов по проектированию лабораторных работ в ЭОР «Физика в экспериментах»

Этап	Пункт плана	Деятельность студента
1	2	3

Знакомится с проблемной ситуацией, при разрешении которой необходимо спроектировать лабораторную работу

Формулирует цель лабораторной работы

Ориентире- 1. Создание проблемной ситуации вочно-мотива- и введение в нее обучающихся ционный

• 2.    Осознание проблемы и ее вербальная формулировка в виде учебной задачи, формулировка цели

• 3.    Оценка своих возможностей (знаний, умений и т. д.) и планирование деятельности по решению проблемы

• 5.    Применение нового знания, способа деятельности к решению исходной учебной задачи, а также новых учебных задач на уровнях знакомых, измененных и новых условий

Исполнитель-  4. Решение учебной задачи через но-операцион-  выделение необходимых знаний, ный           навыков и умений, способа дея тельности; итогом решения являются новое знание, способ деятельности

Отметим, что в нашем случае мы не преследуем цель «снабдить» студента учебной информацией по предмету «Физика», так как все необходимые теоретические материалы имеются в лекциях и учебной литературе. Основная цель электронного ресурса — информационная поддержка самостоятельной деятельности студентов при проектировании лабораторных работ.

Деятельность студента при подготовке к лабораторным работам можно выстроить в соответствии с планом обобщенного характера частнодидактической технологии, разработанным С. А. Суровикиной [4]. Соотнесем самостоятельную деятельность студентов по проектированию предстоящих лабораторных работ с этим планом. Отметим, что исполнительно-ориентировочному этапу в данном случае будет соответствовать не выполнение самой лабораторной работы, а самостоятельная деятельность по ее проектированию (табл. 1).

На основании изученного материала решает, сможет ли он спроектировать эксперимент, пользуясь планом (выдвинуть гипотезу, выявить условия проведения эксперимента и т. п.), или ему необходимо обратиться к справочным материалам и более детальным предлагаемым заданиям Выполняет деятельность по проектированию лабораторной работы (эксперимента). Результат деятельности — спроектированная в тетради лабораторная работа

Выполняет тест на усвоение знаний о проектировании лабораторной работы. Предлагает способы практического применения знаний, умений и т. п., которые он получит в процессе выполнения лабораторной работы

^ 3^^ iSSSSSSSSSSSS ИНТЕГРАЦИЯ ОБРАЗОВАНИЯ jWWWSSS^®

Окончание табл. 1

1	2	3
Рефлексивнооценочный	6.    Контроль, переходящий в самоконтроль 7.    Коррекция (при необходимости) 8.    Оценка, переходящая в самооценку	Выполняет тест на усвоение знаний о проектировании лабораторной работы. При неверном выполнении задания проводит анализ ошибки На основании теста корректирует план эксперимента Получает оценку за тест на усвоение знаний о проектировании лабораторной работы. Обсуждает выполненную работу на форуме с преподавателем и другими студентами
Разработанный нами ЭОР «Физика в экспериментах» содержит три блока. Рассмотрим их подробно. Блок 1. Общая информация. Структура эксперимента. Студентам предлагаются структура экспери-		мента (включая этап проектирования), рекомендации по каждому из пунктов эксперимента, примеры, а также задание для самопроверки. В табл. 2 приводится описание пункта эксперимента «выдвижение гипотезы».

Т а б л и ц а 2

Описание структуры эксперимента на примере элемента «выдвижение гипотезы»

Этап	Комментарий		Пример
Гипотеза Предположение относительно резуль- Лабораторная работа «Изучение аппарата для татов эксперимента или способов про- УВЧ-терапии»: ведения опытов. В гипотезе может ука- «Если поместить диэлектрик и электролит оди- зываться следующее: какая зависи- накового объема в поле УВЧ, то диэлектрик на- мость будет наблюдаться, что будет греется быстрее, т. к. он обладает большим со- происходить, если изменять величину противлением» или факторы воздействия и т. д. При постановке гипотезы можно ис пользовать стандартный речевой оборот: «если., то., т. к. ...» Список и описание объектов иссле- ям: объекты экспериментов, модели, при- дования лабораторного оборудова- боры и оборудование, необходимое для ния. Раздел включает в себя описание создания экспериментальной установки, оборудования по следующим категори- измерительные приборы (табл. 3). Т а б л и ц а 3 Пример описания объектов исследования, имеющихся на кафедре
Наименование		Исследуемое свойство	Биологические объекты, обладающие такими свойствами

Глицерин Вязкость жидкости Физраствор Электропроводимость

Правила расчета погрешностей . Раздел содержит краткую теорию, примеры и задания для самопроверки.

Вспомогательные материалы. В этом разделе студентам предлагаются планы обобщенного характера, для

Все биологические жидкости

Все биологические жидкости того чтобы они научились правильно формулировать свой ответ (например, план «что нужно знать о явлении» и т. д.).

Используемая, и рекомендуемая литература. Приводится список источников информации, использованной для раз- работки ресурса, а также рекомендуемая литература для изучения курса.

Блок 2. Лабораторные работы. В блоке представлено 8 лабораторных работ в соответствии с планом учебных занятий. Для подготовки к каждой лабораторной работе студентам на основе плана о частнодидактической технологии предлагаются вопросы и задания, а также ссылки на необходимую литературу и проверочный тест. Рассмотрим эти задания на примере лабораторной работы «Определение вязкости жидкости методом Стокса».

Проблемная ситуация : как измерить вязкость глицерина без вискозиметра?

Шаг 1. Изучите информацию и ответьте на вопросы. Приводятся контрольные вопросы и задания к теме, а также рекомендуемая литература для подготовки к данному занятию. Например: «Что такое сила внутреннего трения?», «Запишите формулу Ньютона для силы трения в вязкой жидкости» и т. д. На этом этапе происходят осознание проблемы и ее формулировка в виде учебной задачи. Формулировка цели может происходить либо на этом, либо на следующем этапе.

Шаг 2. Выполните задания. Предлагаются 4—5 заданий, которые помогут студентам направить мысли в нужное русло при проектировании лабораторной работы.

• 1.    Какую величину необходимо определить в данном эксперименте? Зависит ли она от внешних условий (температуры, давления, освещенности)?

• 2.    Какие формулы необходимо использовать?

• 3.    Какими свойствами обязательно должна обладать исследуемая жидкость и почему?

• 4.    Каких размеров должен быть шарик по отношению к диаметру колбы?

• 5. Заполните таблицу:

  Величина

  
  

• 6.    Как проверить правильность полученных результатов?

Способ определения величины (формула, измерительный прибор или табличное значение)

Шаг 3. Спроектируйте лабораторную работу. Содержит детальные задания по каждому из пунктов плана эксперимента. Этот шаг является необязательным, так как если студент, оценив свои возможности, готов самостоятельно спроектировать лабораторную работу в соответствии с планом, то обращаться к этим заданиям не нужно. Решение учебной задачи происходит через проектирование лабораторной работы.

Шаг 4. Проверьте себя . Содержит вопросы по предстоящей лабораторной работе (эксперименту), отвечая на которые студент может применить полученные знания в знакомой ситуации. Итог теста позволит студенту провести самоконтроль и на основе полученной оценки при необходимости откорректировать план лабораторной работы. Ниже приведены примеры вопросов для самоконтроля.

• 1.    При определении вязкости жидкости методом Стокса должны выполняться следующие условия (выберите один или несколько вариантов ответа):

• 1)    диаметр сосуда должен быть значительно больше диаметра шарика;

• 2)    движение шарика должно быть равномерным;

• 3)    плотность шарика должна быть меньше плотности жидкости;

• 4)    плотность шарика должна быть больше плотности жидкости.

• 2.    Вязкость каких биологических жидкостей нельзя определить с помощью метода Стокса?

• 1)    с помощью метода Стокса можно определить вязкость любых жидкостей;

• 2)    крови, потому что для исследования требуется очень большой объем;

• 3)    крови, потому что она непрозрачна и нельзя наблюдать движение шарика;

• 4)    крови, потому что она является неньютоновской жидкостью, а метод Стокса справедлив только для ньютоновских жидкостей.

Блок 3. Приложение. Здесь приводятся таблицы с константами и рисунки, необходимые для выполнения лабораторных работ.

Таким образом, организуя самостоятельную внеаудиторную работу студентов по проектированию предстоящих лабораторных работ с помощью электронного образовательного ресурса, можно повысить эффективность методики формирования обобщенных экспериментальных умений студентов медицинского вуза. При этом учитываются их способности, темп работы; контролируется процесс самостоятельной работы, при необходимости корректируются дидактические задания. Студенты понимают смысл (как с точки зрения физики, так и профессиональной) лабораторной работы, приобретают метапредметные знания о структуре эксперимента. Выстраивание их деятельности в соответствии с планом частнодидактической технологии позволяет более четко структурировать обучение, разрабатывать электронный образовательный ресурс.

СПИСОК

ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

• 1.    Балкизов, 3. 3. Обзор технологий e-Learnung для медицинского образования / З. З. Балкизов // Медицинское образование и профессиональное развитие. — 2011. — № 1. — С. 24—28.

• 2.    Гаевская, Е. Г. Технологии сетевого дистанционного обучения : учебное пособие / Е. Г. Гаевская. — Санкт-Петербург : Ф-т филологии и искусств СПбГУ, 2007. — 55 с.

• 3.    Ильин, В. В. Теоретические основы проектирования информационного ресурса в современной высшей школе: дис. ... д-ра пед. наук / В. В. Ильин. — Калининград, 2005. — 392 с.

• 4.    Суровикина, С. А. Развитие естественнонаучного мышления учащихся в процессе обучения физике : теоретический аспект : монография / С. А. Суровикина. — Омск : Изд-во ОмГТУ, 2005. — 257 с.

• 5.    Усова, А. В. Формирование учебных умений и навыков учащихся на уроках физики / А. В. Усова, А. А. Бобров. — Москва : Просвещение, 1988. — 112 с.

• 6.    Чернова, В. А. Инновационная политика в образовании. Модели дистанционного образования [Электронный ресурс] / В. А. Чернова // Современные проблемы науки и образования. — 2011. — № 6. — C. 11. — Режим доступа: http:// online.rae.ru/769. — Дата обращения: 16.11.2011.

Поступила 20.12.11.