Методические основы подготовки педагогических кадров по физике в области современных наукоемких технологий

Один из основных вызовов времени к физическому образованию – отражение в его содержании особенностей современной цивилизации, которую характеризуют как технологически-инновационную [3]. Предметное освоение проблематики современных научно-технических достижений необходимо не только при специализированной подготовке научных и инженерных кадров, но и при подготовке педагогических кадров, ответственных за формирование у учащихся готовности к жизни в условиях нарастающих технологических изменений.

Оценивая существующее состояние дел, обратимся к результатам недавних социологических опросов, проведенных Институтом и Центром социологии образования РАО среди студентов ведущих педагогических вузов и школьных учителей [6]. Они показывают, что именно современность учебного материала вызывает наиболее критические отзывы и нуждается, таким образом, в повышенном внимании к своему обеспечению. Должное отражение научно-технической проблематики в учебном материале должно способствовать преодолению ситуации, когда к моменту окончания вуза каждый второй выпускник оказывается не удовлетворен не только современностью, но и фундаментальностью полученных знаний [6]. Сказанное предопределяет необходимость разработки и реализации научно-методического обеспечения предметного освоения будущими учителями проблематики современных наукоемких технологий. Решение этой проблемы имеет следующие особенности:

• •    нерегламентированность объема учебной информации, что придает широту области выбора проблемного поля осваиваемого содержания;

• •    акцентированность содержания на фундаментальных основах проблематики и достижениях современных наукоемких технологий;

• •    необходимость включения нового содержания в учебные программы общего курса физики в образовании будущих учителей, что требует разработки соответствующих методических подходов;

• •    целостность содержания образования в методологическом плане, что требует освоения логико-операциональной структуры процесса решения научно-технических проблем во всей ее полноте;

• •    необходимость сопряженности предметной подготовки с методической, обеспечивающей основания для построения собственной педагогической деятельности.

Отмеченные особенности указывают на самостоятельный характер проблемы создания научно-методического обеспечения предметного освоения современных наукоемких технологий при подготовке педагогических кадров по физике. В настоящей работе отражены ценностноцелевые ориентиры рассматриваемой подготовки, ее принципы и основные направления, используемые в процессе обучения ресурсы.

Наряду с очевидными запросами социума вхождение будущих учителей в проблематику современных наукоемких технологий отвечает запросам самого физического образования в его основных аспектах [5]. В мотивационном аспекте включение такой проблематики существенно ак- туализирует предметный материал, способствует формированию у обучающихся ценностного отношения к физическим знаниям и методам их получения. В содержательном аспекте особое значение имеют открывающиеся возможности расширения круга изучаемых фундаментальных физических эффектов - включение в него принципиально важных в научном и практическом плане эффектов, которые открыты в микро- и наноструктурах. В деятельностном аспекте особенно важно, чтобы студенты овладели умениями использования фундаментальных знаний для решения практических задач и опытом их применения в конструктивной деятельности, дающей значимые для науки и практики результаты, что способствует реализации компетентностно-го и личностного подходов в образовании. Особое значение имеет формирование действенной готовности к осуществлению профессионально значимых для педагога видов деятельности, в том числе: проблемно-детерминированного сбора и анализа информации, конструирования на основе ее анализа новых знаний в проблемной среде; дидактического преобразования содержания современной проблематики, приведения его в соответствие с познавательными возможностями обучающихся; критически-рефлексивного анализа результатов и процесса их получения.

Основными направлениями деятельности в плане подготовки обучающихся в области проблематики современных наукоемких технологий являются [4]: обновление содержания учебных программ; организация процесса освоения нового содержания в логике деятельности, придание ему проектно-исследовательского характера; создание условий для деятельностного освоения современных методов нанофизики и нанотехнологий.

Ведущими принципами построения содержания проблематики современных научнотехнических достижений в масштабах основных образовательных программ выступают:

• •    непрерывность - представленность нового содержания на всех уровнях и этапах образования, начиная с общего курса физики, что способствует формированию устойчивого интереса к предмету, конструктивной функциональности приобретаемых знаний, их целостности;

• •    систематичность - последовательное, соответствующее психологическим и педагогическим закономерностям освоения человеком новых для него знаний и умений, развертывание предметного материала в учебном процессе по мере продвижения студентов по этапам и уровням образования с отвечающей их целям динамикой расширения проблемного поля поисковопознавательной деятельности и повышением требований к ее продуктивности;

• •    интегративность - синтез различных подходов к представлению изучаемой проблематики:

включение ее в содержание общих дисциплин и постановка специальных дисциплин;

• •    открытость - адаптируемость содержания к динамичному производству необходимых для освоения знаний, развитию новых, значимых для науки и практики технологий, широте спектра научных направлений в вузах.

В учебных программах отдельных дисциплин построение нового содержания осуществляется на основе следующих базовых принципов:

• •    проблемная детерминированность содержания и процесса его развертывания в учебном процессе, направленность на освоение обучающимися опыта выявления и решения проблем;

• •    аутентичность по отношению к логикооперациональной структуре деятельности по решению физико-технических проблем, используемым методам и средствам;

• •    системность в плане охвата всех основных содержательных компонентов - физики, используемых материалов и технологий, в их взаимосвязи и взаимосодействии в развитии;

• •    интегрированность фундаментальной и прикладной составляющих содержания, предполагающая, с одной стороны, проектную (инженерную) целевую установку в освоении фундаментальных знаний и методов исследования, составляющих содержание технологических инноваций, а с другой стороны, предметное отражение роли последних как источника новых научных открытий и развития новых технологий.

Особо остановимся на методических приемах обучения в общем курсе физики, к основным из которых относятся:

• •    непосредственное применение имеющихся знаний к новому предметному материалу;

• •    достраивание имеющихся знаний и умений до требуемых с расширением изучаемого предметного материала;

• •    использование метода аналогий при переходе к новым для обучающихся областям знаний;

• •    продолжение традиционно изучаемого предметного материала в направлении современного практического применения.

При построении нового содержания каждый из указанных приемов в программах учебных дисциплин имеет свою нишу. Для первого приема - это формирование базовых для изучаемой проблематики понятий и представлений (например, квантовых размерных эффектов, сверхрешеток). Достраивание имеющихся знаний и умений оказывается с необходимостью востребованным при расширении круга объектов и физических эффектов в изучаемой предметной области, необходимом для понимания принципа действия современных технических устройств (например, при включении в круг изучаемых неоднородных полупроводников гетеропереходов с присущими им физическими эффектами, лежащими в основе управления электронными и световыми потоками в современных полупроводниковых приборах). Метод аналогий позволяет ввести новые базовые понятия и представления, основываясь на имеющихся знаниях (так, например, по аналогии с представлениями зонной электронной теории могут быть введены представления о фотонных кристаллах [2]). Четвертый из указанных приемов представляется полезным в части освоения физических основ и аналитических возможностей современных методов создания и диагностики микро- и наноструктур. Говоря о придании обучению проектноисследовательского характера, отметим, что в теории и практике такого обучения оно рассматривается главным образом в контексте организации внеаудиторной деятельности. Ведущая идея, реализуемая в настоящей работе, состоит в придании проектно-исследовательского характера всем видам предметной подготовки, включая теоретическую и экспериментальную.

Начнем с лекционного курса. Будучи детерминированной решением значимой для практики проблемы, поисково-познавательная деятельность организуется в три этапа: предшествующий лекции этап, на котором студенты отвечают на поставленные вопросы и выполняют задания, направленные на выявление и осмысление проблемы; сама лекция, где анализируются физические эффекты, лежащие в основе решения проблемы, и достигнутые результаты; следующий за лекцией этап, на котором решение физико-технической проблемы конкретизируется до уровня используемых материалов и технологий.

Проектно-исследовательская ориентация другой формы теоретической подготовки - проблемных семинаров - обеспечивается направленностью выполняемых студентами заданий на определение принципиальных возможностей создания технических устройств с необходимыми функциональными свойствами, выполнение которых с необходимостью требует использования исследовательских подходов и методов. Предлагаемые задания имеют, как правило, качественный характер и состоят в прогнозировании функциональных свойств материалов и приборных структур на основе анализа моделей протекающих в них физических процессов. В силу разнообразия подходов такие задания могут объединяться в циклы, что обеспечивает возможность работы группы обучающихся в едином проблемном поле и критического сравнительного анализа полученных результатов. Придание лабораторному практикуму по физике проектно-исследовательской направленности обеспечивается содержанием детерминирующей экспериментальную деятельность проблемы и следующей последовательностью действий обучающихся и преподавателя. Стартовым моментом является выполнение студентом запланированного, данного в стандартной формулировке задания, результаты которого представляют интерес в плане технического применения. Возможности последнего могут быть сразу не выявлены студентами. В этом случае преподаватель оказывает им поддержку в форме постановочной беседы, обсуждая определенные им заранее вопросы, ответы на которые в их совокупности подводят обучающихся к целевым установкам предстоящего цикла. При этом важно, чтобы формулируемые преподавателем вопросы максимально стимулировали познавательную деятельность студентов, а ответы на них могли быть найдены обучающимися на основе имеющихся у них знаний.

Следующий этап - поиск, отбор и анализ студентами информации по проблеме исследования, в результате чего уясняются: значение решения проблемы для науки и социума (актуальность проблематики); основные требуемые параметры материала или устройства; физически обоснованные критерии выбора рабочих материалов и приборных структур. Далее на основании сформулированных принципов и критериев студенты выбирают объекты исследования из предоставляемого им набора (магазина) опытных образцов, паспортизированных по своим основным параметрам. Круг выбранных опытных образцов должен быть широким, чтобы они могли распределяться для экспериментального изучения между участниками рабочей группы. Функции преподавателя на этих этапах - корректировка выводов и решений студентов и осуществляемое в логике задачного подхода расширение имеющихся у них представлений о функциональных возможностях технических устройств и физических эффектах, позволяющих их реализовать.

На следующем, собственно экспериментальном, этапе студенты самостоятельно определяют методику и проводят эксперимент, результаты которого соотносятся с запросами практики. Последний этап - защита результатов по выполнению цикла учебно-исследовательских заданий. Особо подчеркнем необходимость критически-рефлексивного анализа процесса и результатов выполнения цикла заданий на всех его этапах. В плане самооценки обучающихся речь идет о критической оценке содержания осваиваемой информации, достаточности аргументации принимаемых решений, методического обеспечения эксперимента, степени новизны, научного и практического значения получаемых результатов, готовности к отстаиванию своей точки зрения и корректировке решения при наличии аргументированных контрдоводов. В плане самооценки преподавателя - об уровне выполнения цикла заданий студентами, собственного сотрудничества с ними в процессе поисковой деятельности, сформированности у обучающихся умений решения физико-технических проблем.

Говоря о ресурсах, необходимых для подготовки будущих учителей в области современных наукоемких технологий, выделим следующие проблемные зоны: временные ресурсы; информационные ресурсы; материально-технические ресурсы. Временные ресурсы заключены, главным образом, в значительном объеме времени, отводимого в настоящее время на самостоятельную работу студентов. Основными информационными ресурсами в условиях очевидно недостаточных объема и качества учебной литературы по рассматриваемой проблематике являются оригинальные материалы. Особо отметим возможности, открываемые изучением нобелев- ских лекций по физике, посвященных рассматриваемой проблематике. Основная проблема, возникающая при привлечении таких материалов, состоит в необходимости дидактической адаптации их содержания. Материально-техническое обеспечение подготовки обучающихся в рассматриваемой области осуществляется на путях использования современного учебного и исследовательского оборудования в самом вузе и интеграции с другими ведущими вузами и научными учреждениями.

METHODOLOGICAL FOUNDATIONS OF PEDAGOGICAL TRAINING IN PHYSICS FOR CONTEMPORARY KNOWLEDGE INTENSIVE TECHNOLOGIES