Применение уровневой дифференциации на практических занятиях при обучении физике бакалавров технических направлений подготовки

Изменения, происходящие в последнее время в обществе, повлекли за собой переход отечественного высшего профессионального образования на многоуровневую систему, а это, в свою очередь, привело к унификации и интеграции образовательных стандартов, выработке общих критериев образовательной политики в свете принятия Болонского соглашения.

В настоящее время перед высшей школой стоит задача подготовки специалистов, обладающих высоким уровнем сформированности общекультурных и профессиональных компетенций. Однако практика показывает, что качество приобретаемых компетенций у выпускников вузов и их согласованность с требованиями современного рынка труда на данный момент оставляют желать лучшего.

Традиционный процесс обучения не учитывает в должной мере индивидуальные особенности студентов, поэтому возникает противоречие между требованиями рынка труда к профессио- нальным компетенциям выпускника вуза и уровнем его профессиональной подготовки.

Поскольку высшее профессиональное образование в современном обществе является одним из основных факторов, влияющих на повышение уровня экономического развития страны в скором будущем, то его основной задачей становится поиск новых форм и методов обучения.

Новые федеральные государственные стандарты высшего образования (ФГОС ВО) основаны на компетентностном подходе и предполагают оценивание качества профессионального образования через компетенции выпускника. Критерием оценки качества образования при этом выступает профессиональная компетентность, которая определяется не только знаниями, умениями, навыками и способами их реализации в деятельности, но и уровнем успешности взаимодействия с окружающей средой.

Компетентностно-ориентированное профессиональное образование должно формировать у студентов общепрофессиональные знания, умения, навыки и профильно-специализированные способности, которые востребованы современным рынком труда и предполагают расширение и усложнение индивидуального интеллектуального потенциала личности с помощью каждой изучаемой учебной дисциплины. Поэтому в настоящее время уровень усвоения знаний и умений не является главным показателем эффективности процесса обучения. Вместе с тем он не исключается из процесса оценки качества подготовки выпускника.

Как мы уже отмечали выше, качество приобретаемых общекультурных и профессиональных компетенций выпускников вузов слабо согласовано с требованиями современного рынка труда. По нашему мнению, это может обусловливаться различными способностями обучаемых к усвоению и применению знаний, то есть обучаемостью, которую в широком смысле понимают как «восприимчивость к переходу на новые уровни развития, к усвоению знаний и способов учебной деятельности и к учению» [1, с. 42], где одной из важных характеристик является индивидуальный темп продвижения при усвоении учебного материала, проявляющийся в быстроте и легкости усвоения и использования как вновь приобретенных, так и уже имеющихся знаний и умений. Это значит, что обучаемость оказывает существенное влияние на темп усвоения учебного материала, продуктивность учебной деятельности, а в целом и на формирование общекультурных и профессиональных компетенций студентов.

Традиционный образовательный процесс, широко распространенный в отечественной высшей школе, основанный на последовательном, «линейном» расположении содержания и определенных способах организации познавательной деятельности обучающихся, с одной стороны, обеспечивает логическую связь между отдельными темами изучаемого учебного предмета, а, с другой – во главу угла ставит процесс получения информации, не уделяя должного внимания развитию обучающегося. Более того, сам процесс обучения практически не учитывает индивидуальные особенности студентов, и, как результат, мы получаем недостаточно сформированное мышление бакалавра, а его знания в большей части являются фрагментарными и мозаичными.

Особенностью учебного процесса в техническом университете является практическая на- правленность изучаемых дисциплин, в том числе и дисциплин технического направления, основу которых представляет физика. Следовательно, подготовка высокопрофессионального специалиста в техническом университете напрямую связана с повышением эффективности процесса обучения физике. Это можно реализовать с помощью методической системы уровневой дифференциации при обучении физике. Кроме того, на наш взгляд, с помощью уровневой дифференциации можно обеспечить, во-первых, учет индивидуальных способностей обучающихся; во-вторых, создать положительную мотивацию обучения и, в-третьих, реализовать построение нелинейного образовательного процесса в рамках обязательной дисциплины – физики. На данный момент такой методической системы нет. И это несмотря на то, что дифференцированное обучение нашло довольно широкое применение как в средней, так и в высшей школе. Мы считаем, что этот пробел необходимо устранить.

Важно разработать методическую систему уровневой дифференциации при обучении физике бакалавров технических направлений в условиях реализации компетентностно-ориентированного обучения, определенного в ФГОС ВО.

Констатирующий эксперимент, проведенный нами в 2008–2011 гг., включающий в себя интервьюирование коллег с выпускающих кафедр, а также преподавателей других вузов, и анализ ведомостей успеваемости всего периода обучения более 1000 студентов показали, что отсутствие учета индивидуальных способностей обучающихся и уровневой дифференциации при обучении отрицательно сказывается на качестве инженерного образования. Следовательно, необходим переход к такой модели образовательного процесса, в которой создаются условия, где учащийся – объект педагогического воздействия, получающий знания практически в готовом виде, становится обучающимся, то есть субъектом процесса формирования профессиональных компетенций.

Такие условия возникают при построении нелинейных образовательных траекторий студентов, которые отличаются от традиционных форм обучения своей вариативностью и предполагают достаточно большую свободу выбора обучающимися дисциплин, перечисленных в учебном плане, личное участие каждого студента в формировании своего индивидуального учебного плана, то есть обеспечивают высокий уровень индивидуализации высшего образования.

Вариативность образовательной траектории при выборе каждым субъектом нелинейного образовательного процесса цели, содержания, способов и форм получения знаний создает условия, при которых осваиваемые знания становятся личностно значимыми продуктами познавательного процесса, собственностью определенного человека, они тесно связаны с воспитанием, культурой, социальной принадлежностью человека, особенностями его характера, типом мышления и являются основой формирования общекультурных и профессиональных компетенций.

Это необходимо еще и потому, что существует совершенно определенный факт, установленный нами в ходе констатирующего эксперимента, который заключается в следующем: студенты, на «удовлетворительно» обучающиеся по программам естественнонаучных дисциплин на младших курсах, довольно хорошо осваивают и программы спецпредметов и, зачастую, более успешно проходят производственную практику, нежели студенты-отличники. Опыт нашей деятельности показывает, что учет индивидуальных способностей студентов позволит «не потерять» в процессе обучения учащихся с техническими способностями, которым предметы естественнонаучного цикла даются сложнее, но, несмотря на это, из них получаются хорошие специалисты.

Сказанное свидетельствует о существовании противоречий между:

• 1)    целесообразностью построения нелинейных образовательных траекторий бакалавров в связи с переходом на двухуровневую систему обучения и невозможностью его осуществления в рамках традиционного процесса обучения обязательным дисциплинам, в том числе физике;

• 2)    необходимостью обеспечить сформирован-ность в соответствии с ФГОС ВО общекультурных, общепрофессиональных и профессиональных компетенций и невозможностью на должном уровне решить эту задачу с помощью существующих методик и образовательных технологий;

• 3)    широким применением методики дифференцированного обучения физике в средней школе и недостаточной ее разработкой применительно к процессу обучения физике в высшей школе.

Необходимость разрешения данных противоречий обусловливает актуальность нашего ис- следования. Итак, попытаемся найти ответ на вопрос: каким образом должна быть построена методическая система обучения физике бакалавров, в которой будут реализованы нелинейные образовательные траектории?

Основой такой методической системы может стать уровневая дифференциация при обучении физике, которая наряду с учетом индивидуальных способностей студентов создаст еще и положительную мотивацию обучения, а также сможет обеспечить нелинейность образовательного процесса внутри обязательной дисциплины.

Поисковый эксперимент нами проводится с 2009 г. Первый этап, который проходил с 2009 по 2011 г., заключался в следующем: одним и тем же группам студентов предлагались задания по определенным темам в традиционной форме, а по другим темам – задания, дифференцированные по уровню сложности. Качественная оценка результатов показала, что одни и те же студенты более успешно выполняют задания, когда имеют возможность самостоятельно выбирать уровень сложности.

На втором этапе, который проводится с 2012 г. по настоящее время, мы предлагаем бакалаврам в рамках обязательной дисциплины – физики – выполнять проверочные работы, исходя из самостоятельного выбора уровня сложности задания. Причины такого выбора могут быть совершенно различными: от индивидуальных способностей студента, уровня его самооценки до его недостаточной подготовки к занятию или предмету в целом. Таким образом, обеспечивается индивидуализация в процессе обучения физике и осуществляется нелинейность образовательного процесса. Экспериментальным группам предлагаются задания, дифференцированные по уровню сложности, а студенты самостоятельно определяют, что конкретно и на какую оценку будут выполнять. Причем каждый студент получает задания всех уровней сложности и после того, как ознакомится с ними, может выбрать посильное задание. При этом уровень, выбираемый обучающимся, не является стабильным, а может варьироваться от занятия к занятию, то есть если на первом занятии бакалавр выполняет задания 1-го (базового) уровня, то это совсем не означает, что на следующей паре он не сможет выполнять задания более высокого уровня. Все зависит от уровня подготовки студента и качества усвоения им учебного материала на данном конкретном занятии.

Приведем пример такого задания.

Динамика вращательного движения

1-й уровень

1. Определите момент инерции тонкого однородного стержня длиной L и массой m относительно оси, перпендикулярной стержню и проходящей через точку, отстоящую от конца стержня на расстоянии а .

Вариант	m, г	L , см	а	вариант	m, г	L, см	а
1	360	50	L/4	3	800	90	L/3
2	500	60	L/6	4	450	80	L/4

2. Маховик в виде сплошного диска, момент инерции которого J , вращаясь равнозамедленно, уменьшил за время t частоту своего вращения с n 1 до n 2 . Определить неизвестную величину исходя из данных таблицы.

Вариант	J, кг∙м2	t, c	n1, об/мин	n2, об/мин	ε, рад/с2	М, Н∙м	А, Дж
1	10	40	300	150	?	?	-
2	15	60	120	60	?	-	?
3	6	30	360	180	?	?	-
4	9	45	180	90	?	-	?

2-й уровень

• 1.    На концах тонкого однородного стержня длиной L и массой m прикреплены шарики массами m₁ и m₂ . Определить момент инерции такой системы относительно оси, перпендикулярной стержню и проходящей через точку, отстоящую от конца стержня на расстоянии а .

  Вариант	L, м	m, кг	m1, кг	m2, кг	а
  1	1,5	0,6	0,4	0,2	2L/3
  2	0,9	0,9	0,3	0,3	L/3
  3	0,8	1,2	0,8	0,4	L/4
  4	0,6	0,75	0,25	0,5	L/6

• 2.    Горизонтальная платформа с моментом инерции J вращается вокруг вертикальной оси, проходящей через ее центр, совершая n 1 оборотов в минуту. Человек массой m стоит на расстоянии r 1 от ее центра. Определить неизвестную величину исходя их данных таблицы, если человек перейдет на расстояние r 2 от края платформы? Радиус платформы R .

  Вариант	J, кг∙м2	n1, об/мин	n2, об/мин	m, кг	R, м	r 1	r 2
  1	120	300	?	60	2	R	R
  2	100	180	60	?	1	R/2	R
  3	150	240	30	50	?	R/3	R
  4	?	120	40	60	2	2R/3	R

• 2.    Через блок, укрепленный на горизонтальной оси, проходящей через его центр, перекинута нить, к концам которой прикреплены грузы m 1 и m 2 , масса блока m o . Блок считать однородным диском. Найти по данным таблицы неизвестную величину. Трением в блоке пренебречь.

  Вариант	m 0 , г	m 1 , г	m 2 , г	а, м/с2	Т 1 , Н	Т 2 , Н
  1	300	300	200	?	-	?
  2	900	300	300	?	?	-
  3	120	80	20	-	?	?
  4	?	250	500	2	-	?

3-й уровень

1. Горизонтальная платформа с моментом инерции J вращается вокруг вертикальной оси, проходящей через ее центр, совершая n 1 оборотов в минуту. Человек массой m стоит на расстоянии r 1 от ее центра. Определить неизвестную величину исходя их данных таблицы, если человек перейдет на расстояние r 2 от края платформы? Радиус платформы R .

Вариант	J, кг∙м2	n1, об/мин	n2, об/мин	m, кг	R, м	r 1	r 2
1	150	240	30	50	?	R	R/2
2	?	120	40	60	2	2R/3	R/3
3	100	180	60	?	1	3R/4	R/4
4	120	300	?	60	2	2R/3	R/2

Оцениваются уровни по-разному, например, исходя из 10-бальной системы, максимальная оценка за задания 1-го (базового) уровня составляет 6 баллов, 2-го (среднего) уровня – 8 и 3-го (повышенного) уровня – 10.

Как показывает проводимый нами эксперимент, значительная часть студентов, спустя некоторое время, начинает выбирать задания более высокого уровня, что влечет за собой повышение уровня усвоения знаний.

Первичный анализ результатов усвоения материала позволяет сделать вывод, что в экспериментальных группах успеваемость обучающихся выше, чем в группах, где студентам предлагаются задания в традиционной форме.

Итак, качественная оценка первых полученных нами результатов, показывает целесообразность введения уровневой дифференциации на практических занятиях при обучении физике бакалавров технических направлений подготовки.