Особенности использования информационных технологий при подготовке бакалавров по направлению 09.03.03 "Прикладная информатика" по дисциплине физика

В условиях формирования информационного общества использование информационных технологий является необходимым практически в любой области жизнедеятельности человека. Овладение технологиями в ВУЗе во многом определяет успешность профессиональной подготовки бакалавров. Опыт показывает, что формирование этих навыков протекает успешней, если происходит как на занятиях по информационным технологиям, а также находит свое продолжение и развитие на занятиях, где реализуются общекультурные компетенции. Этот подход выдвигает новые требования к преподавателям, ставит перед ними новые проблемы, принуждает осваивать вычисли-тельную технику и создавать инновационные методики преподавания, основанные на использовании современной информационно-креативной среды обучения [1, 2, 5, 6, 7, 8, 9].

Болонская декларация включает 10 основных критериев деятельности:

• •    введение понятных, сравнимых степеней, приложения к диплому;

• •    переход на систему высшего образования, имеющую два цикла;

• •    введение системы зачетных единиц как средства развития мо-бильности студентов;

• •    развитие профессиональной мобильности студентов, преподавателей, научных работников и административно-управленческого персонала;

• •    развитие сотрудничества в области обеспечения качества с целью разработки сравнимых критериев и методик;

• •    формирование европейского пространства высшего образования с акцентом на образовательные программы, межвузовское сотрудничество,

• •    интегрированные программы обучения и исследований;

• •    введение третьего цикла в общую систему высшего образования;

• •    придание европейского измерения высшему образованию (его ориентация на общеевропейские ценности) и повышение его привлекатель-ности и конкурентоспособности;

• •    обеспечение социальной направленности высшего образования;

• •    развитие обучения в течение жизни.

Целями освоения дисциплины «Физика» выступают формирование у студентов общекультурных и профессиональных компетенций, современного естественнонаучного мировоззрения; освоение актуального стиля физического мышления; формирование теоретических и практических знаний, умений в сфере физики и навыков решения прикладных задач с использованием информационно-коммуникационных технологий.

Основными общекультурными и профессиональными компетенциями, которыми должен овладеть бакалавр, являются: •  ОК-7: способность к самоорганизации и самообразо ванию;

• •    ОПК-3: способность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин и современные информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности.

В результате изучения физики студент должен:

• 1.    Знать: концептуальные основы физики, историю развития и совре-менное состояние, физические законы и

• теории, физическую сущность явлений и процессов в природе и технике.

• 2.    Уметь: приобретать новые знания по физике, используя информационные и коммуникационные технологии; применять полученные знания к решению физических задач; использовать математический аппарат при формулировке следствий законов и теорий; планировать и проводить экспериментальное и теоретическое исследование физических явлений.

• 3.    Владеть: основными навыками решения физических задач с использованием информационных и коммуникационных технологий; системой теоретических знаний по физике; навыками решения теоретических задач по физике; методологией и методами физического эксперимента. Способен ставить и решать прикладные задачи с использованием информационно- коммуникационных технологий.

Для реализации данных компетенций необходимо использовать компьютерные технологии на каждом этапе подготовки.

Лабораторные работы формируют компетенцию ОПК-3.

На лабораторных занятиях по физике ПК может выступать: инструментом измерения (как вольтметр, амперметр, осциллограф и т.п.), как средство для обработки данных эксперимента (с использованием математических программ, например, MathCad, табличного процессора Microsoft Excel и т.п.), проводить имитационные лабораторные работы, на которых студент использует компьютерные модели. Целесообразно использовать имитационные лабораторные работы тогда, когда отсутствует возможность провести реальный эксперимент.

Достоинством компьютерного моделирования по сравнению с натур-ным экспериментом является высокая наглядность динамических иллюстраций физических экспериментов и явлений, возможность при необходимости воспроизведения их очень тонких моментов, которые ускользают при наблюдении реальных явлений и экспериментов. При использовании моделей компьютер предоставляет уникальную возможность визуализации более простой модели реального явления окружающей действительности. Возможно поэтапно включать в исследование дополнительные факторы, усложняющие модель и приближающие ее к реальному физическому явлению. При этом возможно изменение временного масштаба событий.

Работа студентов с моделями на компьютере очень продуктивна, так как для моделей можно варьировать начальные условия экспериментов, выполнять многократные виртуальные опыты. Эта интерактивность создает для студентов значительные познавательные возможности, так как они выступают активными участниками выполняемых экспериментов.

Проведение компьютерных лабораторных работ по физике связано с серьезной подготовки преподавателя. Согласно наблюдениям педагогов, компьютерная модель интересует студента не более 10 минут. Чтобы ком-пьютерная лабораторная работа имела научно-исследовательский характер, преподаватель обязан разработать несколько индивидуальных заданий, направляющих обучающегося на исследование ключевых свойств модели, выявление физических закономерностей или результатов модельного эксперимента.

К достоинствам подобных лабораторных работ относят: высокую наглядность, возможность управления модельным временем эксперимента (замедляя или ускоряя протекание физических процессов), возможность проведения эффективных лабораторных работ при дефиците физического оборудования, реализация принципов личностно ориентированного и индивидуального обучения. Однако трудозатраты по разработке имитационных работ включают как преподавателя физики, так и программиста, необходимость разработки нового методического обеспечения.

Практические занятия формируют компетенции ОК-7 и ОПК-3.

Одна из основных целей преподавателя физики – сформировать усвоенный способ деятельности по решению физических задач. Для достижения этой цели у студента должна быть мотивация решить ту или иную задачу. Современным способов разрешения этой ситуации является применение компьютерных моделей при решении задач: расчетные задачи, неоднозначные задачи, задачи с недостающими данными, экспериментальные задачи и проблемные задания.

Расчётные задачи с дальнейшей проверкой на компьютере. Студентам можно предложить задачи, которые сначала решаются ими без использования компьютера, а затем следует проверить ответ, выполнив компьютерный эксперимент. Составление подобных задач требует учитывать функциональные возможности модели, интервалы изменения числовых величин.

Неоднозначные задачи. В рамках этого задания обучающимся необходимо решить задачи, в которых следует найти величины двух параметров. Для этого обучающийся вначале самостоятельно определяет величину одного из параметров с учётом ширины интервала, указанного авторами модели, а затем решить задачу для поиска второго параметра, затем выполнить компьютерный эксперимент для проверки ответа. Очевидно, подобные задачи могут иметь некоторое множество решений.

Задачи с недостающими данными. При решении этих задач студент вначале устанавливает, какой параметр отсутствует для решения задачи, определяет его величину с помощью компьютерной модели, затем решает задачу.

Экспериментальные задачи. Студентам предлагается задание, при выполнении которого им нужно спланировать и выполнить последовательно компьютерные эксперименты, подтверждающие или опровергающие установленные закономерности. Самым подготовленным студентам можно предложить самостоятельно найти такие зако-номерности.

Проблемные задания. С помощью моделей можно продемонстриро-вать проблемные ситуации, имеющие ка- жущееся или реальное противоречие, а затем предложить студентам выявить возможную причину таких ситуаций с использованием модели.

Возможно также использовать компьютер в роли тренажера для обучения решению физических задач. При компьютерном решении обучающих и тренировочных задач существует возможность многократного повторения объяснения, в том числе с любого места, а восприятие субъектами образовательного процесса учебного материала происходит самостоятельно. Компьютер позволяет следить за правильностью ответов студентов, предоставляет им возможность использовать помощь. Для реализации этого подхода нужно иметь методический комплекс по обучению решению задач, включающий справочный материал. Разработку комплекса осуществляют преподаватель физики и программист. Из всего изложенного выше следует, что компьютерные технологии дают значительные преимущества в организации обучения, повышают интерес и мотивированность изучения явлений и процессов окружающей действительности [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9,10].

Следует отметить, что при этом происходит изменение сущности ин-формационной модели обучения - информационного обмена между студентом и преподавателем. В центре моделей находится студент. Различают одностороннее, двухстороннее и трехстороннее взаимодействие в образовательной системе. Одностороннее воздействие на студента означает фактически передачу учебной информации. Это имеет место при чтении лекций и сборе данных на традиционных лабораторных работах или на лабораторных работах, когда компьютер выступает инструментом измерения или вычисления. Двустороннее взаимодействие (студент - преподаватель) наблюдается на практических (семинарских) занятиях, на которых студент выступает с докладом, решает задачи под руководством преподавателя. Как правило, на таком занятии отвечает один студент, а все остальные участвуют в обсуждении. При этом наибольшее воздействие получает лишь один студент, т.е. взаимодействие присутствует, но в группе происходит неравномерно. При проведении имитационных работ или при проведении практических занятий-тренингов по решению задач подобная двусторонняя связь изменяется в трехстороннюю (студент-компьютер-преподаватель). В этом случае каждый студент работает в индивидуальном режиме с компьютером, получает при необходимости интерактивную помощь, преподаватель в свою очередь контролирует и методически направляет такое взаимодействие, и воздействие со стороны преподавателя на всех студентов будет равномерным.