Использование массовых открытых онлайн-курсов в обучении физике бакалавров общеинженерных направлений подготовки

DOI:

Постановка проблемы. В образовательный процесс Сибирского федерального университета (СФУ) целенаправленно внедряются электронное обучение (ЭО) и дистанционные образовательные технологии (ДОТ). В целях обеспечения условий для формирования в Российской Федерации общества знаний СФУ активно участвует в реализации указа Президента Российской Федерации от 09.05.2017 г. № 203 «О Стратегии развития информационного общества в Российской Федерации на 2017-2030 годы»1 и программы «Информационное общество»2. Среди принципов Стратегии – «обеспечение прав граждан на доступ к информации», «свободы выбора средств получения знаний при работе с ин- формацией». Стратегия развития информационного общества призвана способствовать развитию человеческого потенциала, т.е. «формированию информационного пространства знаний путем реализации образовательных и просветительских проектов, создания для граждан общедоступной системы взаимоувязанных знаний и представлений». Информационное пространство знаний реализуется просветительскими проектами, направленными на обеспечение доступа к знаниям, достижениям современной науки и культуры. Для реализации программы в образовательных организациях высшего образования развиваются электронное обучение, дистанционные образовательные технологии3,4.

В большинстве своем для студентов и преподавателей предпочтительным остается традиционное аудиторное обучение. Массовые открытые онлайн-курсы дают нам возможность мягко приобщить студентов к возможности самостоятельного интернет-обучения. В научной литературе рассматриваются масштабы распространения МООК в практике обучения в российских вузах, мотивация к обучению на МООК, а также отношение студентов и преподавателей к возможному замещению курсов, преподаваемых в университетах на МООК [Рощина и др., 2018, с. 174-199; Ду-децкая, Жохова, 2018, с. 141-147]. Больше мотивированы внедрять МООК в учебный процесс преподаватели, получившие соответствующую дополнительную подготовку [Останина, 2016, с. 143–152; Фомина, 2017, с. 60-76]. МООК активно внедряются в практику очного и заочного обучения [Семенова, Вилкова, 2017, с. 114–126; Останина, 2017, с. 71–74; Бабаева, Смык, 2018, с. 141–147].

В статье рассматривается возможность организовать самостоятельную работу студентов первого и второго курсов при изучении физики и адаптационного курса физики для студентов-

• ³    Парламентские слушания «Нормативное обеспечение реализации образовательных программ с применением электронного обучения и дистанционных образовательных технологий». Информационный материал МОиН РФ.URL: file:///D:/ СФУ_Дистантное%20образование/Семинар%20МООК/ PS19.05.2014MaterialMinobrnauki.pdf

• ⁴    Сайт проекта: «Исследование российского рынка онлайн-образования и образовательных технологий». URL: http:// edumarket.digital

первокурсников с использованием МООК, кроме того, использование МООК по физике повышенной трудности для хорошо успевающих студентов.

Методология работы состоит в дедуктивном обобщении литературных данных и персонального опыта по использованию МООК в самостоятельной работе студентов и реализации дифференцированного подхода к обучению студентов.

Обзор научной литературы. Массовые открытые онлайн-курсы (МООК) - это технология электронного дистанционного образования. МООК – «бесплатные онлайн-курсы, открытые, неограниченного глобального охвата для всех, кто желает учиться, независимо от их текущего уровня образования» [Лебедева, 2015, с. 105-108; Можаева, 2015, с. 56–65; Phan et al., 2016, p. 36–44; Shapiro et al., 2017, p. 35-50]. Отличительные черты МООК: открытость и общедоступность; муль-тимедийность; интерактивность; бесплатное / условно бесплатное обучение; возможность получения образования в лучших университетах мира.

Обучение на открытых онлайн-курсах строится по следующей схеме.

• 1.    Обучающиеся прослушивают на сайте МООК лекции, которые дополняются демонстрацией слайдов и разнообразными методическими материалами для закрепления пройденного материала.

• 2.    Самостоятельно выполняют задания, полученные от преподавателя (чтение дополнительной литературы, работа с интернет-ресурсами, тестирование). Сдают промежуточные и финальные проверочные задания в строго определенные сроки.

• 3.    На интерактивных форумах обучающиеся консультируются и обсуждают пройденный учебный материал.

• 4.    По итогам освоения МООК происходят сдача итогового экзамена (теста) и получение сертификата.

Идеальный курс МООК, в частности по физике, это интерактивный учебник, который содержит вводную лекцию, видеоматериалы физических опытов, тесты. Хорошо разработаны организационный блок с описанием логики построения курса, правил работы с ним, планируемого ре-

зультата и способов достижения результата, время проведения курса, указаны сроки сдачи промежуточных тестов и заданий. Весь пройденный материал и задания разбиты по неделям. Существует раздел «Рейтинги и отзывы» о курсе.

Изучение вопросов цифровизации педагогической деятельности как одного из приоритетных направлений изучается коллегами педагогами и практиками [Кочеткова, Карнаухова, 2018, с. 50–56; Бочарова и др., 2018, с. 6–19; Nelson, 2018, p. 2–3; Shershneva et al., 2016, p. 257–267; Белоглазов и др., 2018, с. 26–32].

Результаты исследования. Сотрудники кафедры «Экспериментальной физики и инновационных технологий» СФУ вносят свой вклад во внедрение в учебный процесс ЭО и ДОТ [Серюкова, 2014, с. 74; Серюкова, Наслузова, 2016, с. 97–99; Серюкова, Наслузова 2017, с. 88-94]. В СФУ работает проект внедрение МООК с задачей привлечения преподавателей и студентов к обучению на массовых открытых онлайн-курсах. Варианты внедрения МООК в учебный процесс университета следующие: 1) МООК обеспечивают самостоятельную работу обучающихся или является обязательным ресурсом к изучению при освоении дисциплины; 2) результаты МООК засчитываются как освоение одного или нескольких из модулей дисциплины; 3) результаты освоения МООК засчитываются в соответствии с регламентом зачета результатов освоения массовых открытых онлайн-курсов. При выборе первого варианта курс включается в рабочую программу дисциплины и является обязательным для всех студентов, которые изучают дисциплину по данной рабочей программе. Получение сертификата не обязательно. Второй и третий варианты включения МООК в учебный процесс не требуют изменения рабочей программы, но получение сертификата обязательно.

Получение нового опыта и освоения новых методик преподавания в высшей школе, возможность информирования студентов о массовых открытых онлайн-курсах заинтересовало авторов данной публикации, и был выбран первый вариант реализации проекта СФУ - прохождение студентами МООК в качестве самостоятельной работы.

Многоаспектный анализ предложений различных провайдеров МООК по курсу физики: «Лекториум», «Coursera», «Национальная платформа открытого образования» – показал, что курсы провайдера Coursera «Физика в опытах. Часть 1. Механика; Часть 2. Электричество и магнетизм; Часть 3. Колебания и молекулярная физика; Часть 4. Оптика» наиболее предпочтительны5. Авторы - преподаватели и сотрудники Национального исследовательского ядерного университета предложили курс, который содержит в том числе лекционные демонстрации физических явлений по основным разделам университетского курса общей физики.

В 2017/18 учебном году к участию в проекте были привлечены студенты трех групп, двух потоков института нефти и газа СФУ направлений подготовки бакалавриата: Транспортные средства специального назначения (23.05.02); Технологические машины и оборудование (15.03.02); Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов (23.03.03). Студенты самостоятельную работу выполняли онлайн по четырем частям «Физики в опытах»: первый семестр – «Часть 1. Механика» и «Часть 3. Колебания и молекулярная физика»; второй семестр – «Часть 2. Электричество и магнетизм»; третий семестр – «Часть 4. Волны и оптика».

Отметим, что содержание четырех модулей курса физики рабочей программы бакалавриата соответствует разделам МООК «Физика в опытах».

• 1    семестр изучения курса физики Модуль 1. Кинематика поступательного и вращательного движения

Физика в опытах. Часть 1. Механика. Кинематика (10 видео, 2 теста)

Видео: Введение в курс

Видео: Модуль 1. Кинематика. Введение Тренировочный тест: Проверим себя

Видео: Опыт 1.1. Модель декартовой системы координат

Видео: Опыт 1.2. Правое и левое вращение

Видео: Опыт 1.3. Поступательное и вращательное движения

Видео: Опыт 1.4. Вектор скорости. Опыт с точилом

Видео: Опыт 1.5. Независимость горизонтального и вертикального перемещения при движении в поле тяжести

Видео: Опыт 1.6. Скатывание тележки с наклонной плоскости

Видео: Опыт 1.7. Правило сложения векторов

Видео: Опыт 1.8. Наблюдение вращающихся тел и измерение частоты вращения с помощью стробоскопа

Тренировочный тест: И опять проверим себя Модуль 7. Молекулярно-кинетическая теория газов

Физика в опытах. Часть 3. Колебания и молекулярная физика. Молекулярная физика

Видео: Модуль 5. Молекулярная физика. Начало. Введение

Тренировочный тест: Проверим себя

Видео: Опыт 5.1. Хаотичность движения в газе. Модель газа

Видео: Опыт 5.2. Модель броуновского движения

Видео: Опыт 5.3. Тепловой взрыв. «Пушка» на моторе (изохорический нагрев газа)

Видео: Опыт 5.4. Адиабатическое охлаждение. Образование тумана

Видео: Опыт 5.5. Распределение давления в струе. Шарики в струе воздуха

Тренировочный тест: И опять проверим себя.

Оцениваемый: Итоговый контроль к модулю 5.

• 2    семестр изучения курса физики Модуль 10. Электростатика. Электроемкость Физика в опытах. Часть 2. Электричество и магнетизм. Электрическое поле Видео: Введение в курс

Видео: Модуль 1. Электрическое поле. Введение

Тренировочный тест: Проверим себя

Видео: Опыт 1.1. Притяжение предметов к наэлектризованному телу

Видео: Опыт 1.2. Электроскоп и электрометр

Видео: Опыт 1.3. Притяжение и отталкивание. Два вида зарядов

Видео: Опыт 1.4. Модель весов Кулона

Видео: Опыт 1.5. Силовые линии электрического поля. Демонстрация электрического поля на султанах

Видео: Опыт 1.6. Модель диэлектрика с неполярными молекулами

Видео: Опыт 1.7. Модель полярного диэлектрика. Стеклянная палочка между пластинами конденсатора

Тренировочный тест: И опять проверим себя Оцениваемый: Итоговый контроль по модулю 3 семестр изучения курса физики Модуль 14. Волны. Интерференция, дифракция и поляризация света Физика в опытах. Часть 4. Волны и оптика.

Интерференция волн

Видео: Модуль 5. Интерференция волн. Введение

Тренировочный тест: Проверим себя Видео: Опыт 5.1. Интерференция двух волн. Бипризма Френеля. Часть 1

Видео: Опыт 5.2. Интерференция двух волн.

Бипризма Френеля. Часть 2

Видео: Опыт 5.3. Интерферометр Маха — Цандера. Устройство

Видео: Опыт 5.4. Интерферометр Маха — Цандера. Поворот стеклянной пластинки

Видео: Опыт 5.5. Интерферометр Маха — Цандера. «Деформация» основания

Физика в опытах. Часть 4. Волны и оптика. Дифракция Френеля

Видео: Модуль 6. Дифракция Френеля. Введение

Тренировочный тест: Проверим себя

Видео: Опыт 6.1. Зоны Френеля для трехсантиметровой волны

Видео: Опыт 6.2. Зонная пластинка для трехсантиметровых волн

Видео: Опыт 6.3. Трехсантиметровые волны: пятно Пуассона

Видео: Опыт 6.4. Трехсантиметровые волны: фазовая зонная пластинка

Видео: Опыт 6.5. Круглое отверстие. Геометрическая оптика — дифракция Френеля

Видео: Опыт 6.6. Круговое отверстие. Дифракция Френеля — дифракция Фраунгофера

Видео: Опыт 6.7. Сравнение картин дифракции: ирисовая диафрагма и круглое отверстие

Видео: Опыт 6.8. Пятно Пуассона

Видео: Опыт 6.9. Дифракция Френеля на краю полуплоскости

Видео: Опыт 6.10. Трехсантиметровые волны: дифракция Френеля на двух щелях

Физика в опытах. Часть 4. Волны и оптика.

Дифракция Фраунгофера

Видео: Модуль 7. Дифракция Фраунгофера. Введение

Тренировочный тест: Проверим себя

Видео: Опыт 7.1. Дифракция Фраунгофера: щель и полоска

Видео: Опыт 7.2. Дифракция Фраунгофера: две щели

Видео: Опыт 7.3. Дифракционные решетки с разными периодами

Видео: Опыт 7.4. Двухмерные дифракционные решетки

Видео: Опыт 7.5. Трехсантиметровые волны: очень узкая щель: d < λ

Видео: Опыт 7.6. Модель спирали Корню

Часть 4. Волны и оптика. Поляризация волн (11 видео, 2 теста)

Видео: Модуль 2. Поляризация волн. Введение

Тренировочный тест: Проверим себя

Видео: Опыт 2.1. Поперечность волны

Видео: Опыт 2.2. Установка для наблюдения трехсантиметровых волн

Видео: Опыт 2.3. Поляризация трехсантиметровых волн

Видео: Опыт 2.4. Поляризатор и анализатор для трехсантиметровой волны

Видео: Опыт 2.5. Поляризация естественного света при отражении от стекла

Видео: Опыт 2.6. Угол Брюстера

Видео: Опыт 2.7. Поляризатор и анализатор для видимого света. Часть 1

Видео: Опыт 2.8. Естественный видимый свет. Три поляризатора. Закон Малюса

Видео: Опыт 2.9. Поляризатор и анализатор для видимого света. Часть 2

Видео: Опыт 2.10. Поляризатор и анализатор для дециметровой волны

Рабочая программа курса «Физика» состоит из 17 модулей. Каждому модулю рабочей программы (за исключением последнего в МООК «Физика в опытах») есть соответствующая часть. Внимательное рассмотрение показывает, что набор опытов по некоторым разделам больше перечня явлений, который обычно рассматривается в общеинженерном курсе физики. Поэтому мы считаем необходимым составлять подробный план работы студента с МООК, т.е. если какой-то опыт из МООК может быть опытом по теме лекции, необходимо чтобы студенты просмотрели его именно перед этой лекцией. При этом другие опыты могут быть изучены в свободном режиме. Студенты указанных потоков с успехом прошли курс «Физика в опытах».

Мы рекомендуем использовать МООК провайдера Coursera «Физика в опытах» всем преподавателям как дополнение к лекциям и для организации самостоятельной работы студентов.

У провайдера «Coursera» есть и более основательные курсы по всем разделам физики тех же авторов. Например, курс «Электростатика и магнитостатика»6 включает 9 тем, в каждой теме -видеолекция, видеорешения типовых задач, для проверки – тест, 4 задачи для самостоятельного решения. За основу лекционного курса взяты базовые учебники физики7,8. В весеннем семестре 2017/18 учебного года шесть студентов приступили к работе по этому курсу, но не один из них не смог его освоить. Мы считаем, что возможная причина в несогласованности порядка изучения математических дисциплин и физики. Студентам не хватало знаний в применении интегрирования и дифференцирования в физике. Для реализации принципа дифференцированного подхода в обучении нужно помочь хорошо успевающим студентам получить необходимые знания и изучить курс физики углубленно.

В последние два учебных года в СФУ проводятся адаптационные курсы по различным дис- циплинам, в том числе по физике. Некоторым группам или отдельным студентам мы предлагаем изучить МООК «Применение производной и интеграла в общем курсе физики» автор А.И. Романов9, провайдера «Coursera», что позволит подготовить их к освоению курса физики на более высоком математическом уровне.

Содержание курса включает восемь модулей: 1) производная функции; 2) предел функции одной вещественной переменной; 3) определение производной, дифференциал; 4) физический смысл производной; 5) формула Тейлора; 6) применение формулы Тейлора в физике; 7) интеграл, приложения интеграла; 8) вычисление некоторых неопределенных интегралов, гамма-функция. В МООК включены тесты с заданиями на дифференцирование и интегрирование. Мы дополнили этот курс решениями задач по физике из сборника Т.И. Трофимовой10.

В 2018/19 учебном году мы провели такой курс со студентами первого курса (первый семестр) направления подготовки Инноватика. Работа по этой теме вызвала интерес у студентов, во втором семестре они приступают к изучению курса физики, надеемся получить хорошие результаты.

Заключение. Сочетание аудиторной работы и использование массовых открытых онлайн-курсов для организации самостоятельной работы студентов и углубленного изучения физики как дополнения к аудиторному курсу расширяет возможности дифференцированного подхода в обучении студентов. Мы рекомендуем коллегам использовать курсы провайдера Coursera «Физика в опытах», «Применение производной и интеграла в общем курсе физики» в общеинженерном курсе физики. Разное содержание курсов физики по направлениям обучения затрудняет возможности использовать другие массовые онлайн-курсы в практике общеинженерного образования. Для преодоления этих трудностей необходимо изучать МООК, созданные на раз- личных платформах, и интегрировать их с традиционными формами обучения.