Внедрение современных электронных средств в практику обучения физике

Физика является приоритетной базовой дисциплиной в образовательном процессе при подготовке инженерных кадров. Понимание физических явлений, фундаментальных законов, объясняющих эти явления, не только составляет основу для освоения в дальнейшем специальных дисциплин, но и формирует у будущих специалистов умение мыслить. Сегодня современные информационные технологии можно считать тем новым способом передачи знаний, который соответствует качественно новому содержанию обучения и развития студента. Этот способ позволяет студенту с интересом учиться, находить источники информации, воспитывает самостоятельность и ответственность при получении новых знаний, развивает дисциплину интеллектуальной деятельности. Под информационными технологиями обучения подразумеваются «процессы подготовки и передачи информации обучаемому, средством осуществления которых является компьютер» [3, с. 192]. Объективная необходимость использования наглядных средств и технических средств обучения в процессе обучения заключается в их огромном влиянии на процесс понимания и запоминания. При опытной проверке эффективности запоминания текста установлено, что при слуховом восприятии усваивается 15 % информации, при зрительном – 25, а в комплексе (т.е. при зрительном и слуховом одновременно) – 65 %. Если же человек вовлекался в активные действия в процессе изучения, то усвояемость материала повышалась до 75 % [1].

Формирование потребности к самообучению – вот главная задача и требование нашего времени, когда непрерывно меняются и усложняются профессиональные задачи. Новая парадигма образования предполагает, что одной из целей профессиональной подготовки специалиста является его способность к самообучению, к самостоятельному поиску знаний и формированию потребности к профессиональному и личностному самосовершенствованию. Решение этой задачи влечет за собой повышение роли самостоятельной работы студентов, которую в последнее время разделяют на аудиторную и внеаудиторную. Обе формы самостоятельной работы планируются преподавателем и выполняются «по заданию и при методическом руководстве преподавателя, но без его непосредственного участия» [4, с. 327].

Важнейшим структурным элементом предметной подготовки по физике являются лабораторные работы , поэтому большое внимание должно быть уделено методике организации самостоятельной работы, направленной на обеспечение качества и глубины усвоения теоретического материала, формирования умений и навыков будущей профессиональной деятельности. Оптимальная организация и проведение лабораторных занятий на высоком уровне зависит от выбора преподавателем активных методов обучения, использования инновационных технологий, творческой направленности работы, что способствует как систематизации и обобщению студентом теоретических знаний, получаемых на лекциях, так и формированию прикладного компонента когнитивной компетенции. Однако следует отметить, что традиционная схема проведения лабораторных занятий и ограниченность экспериментальной базы, практически не пополняемой в последние годы, нехватка учебно-методического учебника зачастую не позволяют в полной мере реализовать их дидактический потенциал [5]. В связи с этим появляется идея создания электронного учебнометодического пособия по физическому практикуму.

Преимущества электронных учебных материалов перед традиционными очевидны:

• •    комплексность;

• •    эффективная система поиска;

• •    аудиовизуальное восприятие;

• •    простота передачи на расстояние;

• •    дешевизна носителей;

• •    экономия времени на занятиях;

• •    глубина погружения в материал;

• •    повышенная мотивация обучения;

• •    интегративный подход в обучении;

• •    доступность.

К недостаткам можно отнести некоторый дискомфорт, который испытывает пользователь при чтении текстов с экрана монитора.

Современные информационные технологии могут способствовать повышению познавательного интереса студентов к учебной деятельности [6]. При этом использование информационных технологий на занятиях по физике смогут обеспечить следующие возможности:

• •    вовлечение каждого студента в активный познавательный процесс, причем не пассивного овладения знаниями, а активной познавательной деятельности;

• •    совместная работа в сотрудничестве при решении разнообразных проблем, когда требуется проявлять соответствующие коммуникативные умения;

• •    свободный доступ к необходимой информации с целью формирования собственного независимого, но аргументированного мнения по той или иной проблеме, возможность ее всестороннего исследования;

• •    постоянное испытание своих интеллектуальных способностей [2].

Мы видим два основных направления использования современных информационных технологий, повышающих эффективность и качество образования.

• 1.    Предполагается усвоение знаний, умений и навыков, которые позволяют успешно использовать компьютер при решении образовательных задач. Умение пользоваться компьютером в повседневной жизни при этом сокращает разрыв между требованием общества и реальными знаниями и умениями, которые дает университет.

• 2.    Современные информационные технологии рассматриваются как мощное средство обучения, которое способно значительно повысить его эффективность, обеспечить широкие возможности свободного выбора собст-

• венной траектории учения в процессе образования [7].

Было разработано электронное учебнометодическое пособие, с успехом применяемое в образовательном процессе для студентов инженерных специальностей в течение двух лет. В содержание мы включили анимации, интерактивные модели, конструкторы, тренажеры, видеозаписи физических экспериментов, виртуальные лабораторные работы, тесты для контроля знаний и т.д. Эти учебные объекты служат основой для организации самостоятельной работы студентов как во время практикума, так и в домашних условиях.

Электронное учебно-методическое пособие состоит из описания 18 лабораторных работ по разделам «Механика», «Электричество и магнетизм». Применяя мультимедийные технологии при разработке электронного пособия, мы смогли добиться наглядности в объяснении явлений и логики работы приборов, что исключительно положительно сказалось на понимании дисциплины и усвоении материала студентами. Электронно-методическое пособие включает в себя около 25 электронных книг в pdf-формате, журнал успеваемости студентов, варианты задач для самостоятельной работы, готовые таблицы для заполнения измеренных значений при выполнении лабораторных работ. Для контроля знаний были составлены тесты.

Результаты и обсуждения. На этапе формирующего эксперимента (2014–2016 гг.) на первом курсе инженерного факультета на основании результатов тестирования, анкетирования и результатов экзамена по физике были выделены контрольная и экспериментальная группы. Гипотеза об отсутствии различий между группами была подтверждена статистическими методами. В период эксперимента обе группы совместно прослушали лекции, выполнили одинаковый объем обязательных заданий и лабораторных работ, могли участвовать в проектной деятельности и имели одинаковый доступ к ресурсам информационной предметной среды по физике (электронное методическое пособие). Контрольная группа на практических занятиях работала по традиционной методике, а экспериментальная – по методике реализации индивидуального подхода. Эксперимент проводился в течение двух семестров для экспериментальной группы в 2014– 2016 гг. Для оценки результатов педагогического эксперимента использовались результа- ты тестирования, анкетирования и результаты экзаменационной сессии. Для обработки и анализа результатов педагогического эксперимента использовались непараметрические методы статистической обработки результатов, в частности критерий Крамера-Уэлча, критерий Фишера и критерий Пирсона (χ2 – хи-квадрат) [9]. В ходе эксперимента выявлено, что контрольная группа активнее использует ресурсы информационной предметной среды. В частности, это видно на рис. 1, где изображены доли студентов (в процентах), использующих электронный учебник с веб-сайта КТУ «Манас» в режиме открытого доступа [8].

Эксперимент показал, что в экспериментальной группе успеваемость повысилась, в то время как в контрольной изменения успеваемости незначительны (см. рис. 2 на с. 50).

Эти данные и подтверждающие их результаты тестирования свидетельствуют о повышении усвоения содержания курса физики в экспериментальной группе по сравнению с контрольной.

Исходя из результатов педагогического эксперимента, можно утверждать, что методика реализации инновационного подхода в обучении курсу физики для инженерных специальностей в условиях информационной среды, включающая систему разноуровневых индивидуальных учебных заданий и задач, работ для самостоятельного выполнения, виртуальный лабораторный практикум, проектную деятельность студентов, систему компьютерной диагностики знаний, электронные обучающие средства и обеспечивающая взаимодействие преподавателя и студента на осно-

Использование электронного пособия (контрольная группа после эксперимента)

и Не имели электронного пособия и Электронное пособие было, но им не использовались и Использовали электронное пособие

Использование электронного пособия (экспериментальная группа после эксперимента)

и Не имели электронного пособия и Электронное пособие было, но им не пользовались ы Использовали электронное пособие

Рис. 1 . Использование электронного учебника студентами экспериментальной и контрольной групп

Успеваемость в экспериментальной группе

Рис. 2 . Успеваемость в экспериментальной и контрольной группах

ве модульно-рейтинговой системы, позволяет повысить качество усвоения знаний и успеваемость студентов при изучении курса общей физики и добиться гарантированного педагогического результата.