Александров И.В., Афанасьева А.М., Строкина В.Р., Тучков С.В.

Уфимский государственный авиационный технический университет, Россия

Инновационные методы преподавания физики

в техническом университете

Анализ положения в российском инженерном образовании [1, 3] позволяет выделить основные тенденции его развития: 1) глобализация образования; 2) реализация непрерывного образования; 3) развитие рыночных отношений в среде образования; 4) превращение знаний в основной общественный капитал, поскольку в качестве источника экономического развития общества выступают знания, инновации и способы их практического применения. Инновационное развитие профессионального образования базируется на его интеграции с наукой для обеспечения существенного прорыва в сфере наукоемких технологий. При этом возникает необходимость усиления фундаментальной подготовки выпускников технических университетов, поскольку высокие технологии – это сплав науки и инженерии. Фундаментальная подготовка позволяет легче адаптироваться будущему специалисту в современном глобальном мире, расширяет диапазон инженерного мышления и приобретает очень важный аспект, связанный с безопасностью инженерной деятельности для природы и общества. Роль физики, занимающей одно из центральных мест в естественно-научном цикле, чрезвычайно важна. Физика в силу своего фундаментального характера и прикладного значения создаёт универсальную базу для изучения общепрофессиональных и специальных дисциплин, результаты прикладных физических исследований обеспечивают развитие новых технологий и техники.

Для того, чтобы совершенствование производства происходило на основе новейших научных и информационных технологий необходимо применять инновационные методы обучения при преподавании естественнонаучного цикла. При любых реорганизациях общества и образования содержание фундаментального физического образования остается неизменным, однако методика и технология обучения физики могут и обязаны изменяться [3]. Методы инновационного инженерного образования применяются в зарубежных и отечественных технических университетах в разной степени и в различных сочетаниях [1].

В качестве основных инновационных качеств современных методов обучения можно выделить следующие:

1) возрастающие возможности самостоятельной работы студентов за счет активно-деятельностной форм обучения;

2) использование больших объёмов и различного вида информационных ресурсов, умение перерабатывать, структурировать и анализировать информацию;

3) формирование умения использовать теоретические знания и практические навыки для решения различных проблемных ситуаций в своей будущей профессиональной деятельности, развитие способности к саморазвитию в условиях изменяющих технологий.

В Уфимском государственном авиационном техническом университете (УГАТУ) студенты изучают дисциплину «Физика» в течение трёх или двух семестров, трудоёмкость её изучения составляет соответственно 468 или 324 часа, что согласно Федеральным государственным образовательным стандартам (ФГОС) третьего поколения соответствует базовому уровню. Преимущество таких технических университетов как УГАТУ в наличии многопрофильной исследовательской базы, сложившихся научных и педагогических коллективов и интегрированности в международное научно-образовательное сообщество.

В течение последних лет на кафедре физики ведётся работа по разработке и внедрению в учебный процесс инновационных методик обучения, основанных на современных образовательных технологиях. Преподавание фундаментальных дисциплин имеет цель формирование общенаучной и профессиональной компетентности будущего специалиста.

Разработана и внедрена в учебных процесс методика чтения лекций с использованием современных компьютерных технологий. Использование мультимедийных презентаций дает возможность наглядно демонстрировать физические явления и принципы работы современных приборов, привлечь внимание студентов к фундаментальных достижениям и решениям прикладных проблем физики. Модернизированы учебные лаборатории кафедры на основе оснащения их современным оборудованием, поставлены лабораторные работы, в которых учебные установки сопряжены с компьютерами. Интенсивное использование современной вычислительной техники в физическом практикуме способствует успешному усвоение студентами методов физических исследований, обработки экспериментальных данных, элементов моделирования для решения физических задач, а в результате – формированию необходимых инструментальных компетенций.

Практические занятия по физике проводятся с учетом специализации студентов, которая включает в себя подбор вопросов, прикладных задач и тем для аудиторной и внеаудиторной самостоятельной работы студентов. Для того, чтобы заинтересовать студентов подбираются характерные примеры, иллюстрирующие проявления тех или иных физических эффектов, связанных с их будущей специализацией. Это делается для того, чтобы отчетливо продемонстрировать тесную связь рассматриваемых явлений с будущей специальностью.

Уже на первых практических занятиях по кинематике преподаватель показывает студентам, что такие параметры движения, как скорость и ускорение важны при конструировании и эксплуатации всевозможных машин и механизмов, поскольку они характеризуют динамические качества автомобилей и летательных аппаратов, дальность и точность стрельбы, «активные» и «пассивные» участки траекторий ракет космического оружия и т.д. Решение прикладных задач на практических занятиях по физике позволяет студентам ощутить связь физических теорий и методов с инженерными задачами, которые могут возникнуть в будущей профессиональной деятельности. Использование на практических занятиях современного мультимедийного комплекса делает возможным демонстрировать схемы и принципы действия современных приборов, привлекая внимание студентов к достижениям и прикладным проблемам физики. Так, на практическом занятии по интерференции света разбираются схемы различных интерферометров и решаются соответствующие задачи, показывающие возможности современных оптических приборов. Такие явления как интерференция, дифракция, поляризация света, поведение электромагнитного излучения в веществе объединяются в отдельную тему «Физика оптического компьютера», по которой предлагается написать рефераты и сделать сообщения на студенческой научно-технической конференции.

Развитие новых технологий на основе достижений фундаментальной науки, потребности производства всегда были тесно связаны и влияли друг на друга. Современная тенденция укрепления этих связей может быть отражена в задачах и примерах, анализ которых доступен студентам с учетом уровня их подготовки и привлекающих внимание своей актуальностью.

Решение проблемы общенаучной подготовки на основе компетентностного подхода возможно при увеличении объёма самостоятельной работы и её индивидуализации. На кафедре физики УГАТУ в рамках инновационной образовательной среды на основе современных технологий разработана методика организации самостоятельной работы студентов (СРС). Главное в организации СРС заключается не только в оптимизации ее отдельных видов, а в создании условий для творческой активности, самостоятельности и ответственности студентов в ходе всех видов их деятельности. Важная роль отводится преподавателю, который должен работать с каждым конкретным студентом, учитывая его способности и наклонности. От преподавателя требуется психологически настроить студента на понимание важности выполняемой работы как в плане повышения его эрудиции, расширения кругозора в области дисциплины «Физика», так и в плане формирования у него профессионально значимых и социально важных качеств. Самостоятельная деятельность осуществляется более эффективно и целенаправленно, когда в обучении наряду с аудиторной, последовательно и систематически организовывается внеаудиторная СРС. Организация, контроль и методическое обеспечение аудиторной и обязательной внеаудиторной СРС подробно описаны нами в работах [4-7]. В ходе самостоятельной работы студенты пишут рефераты, делают доклады на ежегодных студенческих научно-теоретических конференциях, участвуют в олимпиадах по физике. Ежегодно студенты УГАТУ занимают личные и командные призовые места в региональных и всероссийских олимпиадах по физике.

На кафедре наработан определенный опыт привлечения студентов для создания компьютерных программ, которые моделируют физические системы и описывают вычислительный эксперимент. Участие в разработке виртуальных работ повышает интерес студентов к изучению физики и способствует более глубокому пониманию анализируемых ими физических явлений.

Для определения успешности изучения студентами дисциплины «Физика» разработана и внедряется в учебный процесс балльно-рейтинговая система оценки качества обучения. При подсчете результирующего рейтинга за семестр суммируются оценки в баллах за текущий контроль на практических занятиях, за выполнение индивидуальных домашних заданий, за выполнение экспериментов, составление отчетов и защиту лабораторных работ. При подсчете рейтинга учитываются только те баллы, которые были получены студентами в установленные сроки. За активность на практических и лабораторных занятиях, успешное выступление на студенческих конференциях, результативное участие в олимпиадах добавляются премиальные баллы.

Интенсификация процесса обучения в опоре на современные педагогические технологии и активные методы учебной работы формирует у студентов УГАТУ необходимые профессиональные компетенции, позволяющие им в дальнейшем успешно заявить о себе как о специалисте- профессионале.

Литература

1. Л.П. Самойлов, С.Н. Сидорова. Инженерное образование России в контексте глобальных проблем современности. // Инновации в образовании. № 10, 2012. с. 25-32.

2. И.Б. Федоров, В.К. Баятон. Становление и развитие системы университетского технического образования. // Высшее образование в России. № 11, 2012 с.30-39.

3. В.В. Ларионов, Е.В. Мартынов, Э.В. Поздеева. Исследовательский технический университет: инновационное содержание фундаментального образования. // Инновации в образовании. № 5, 2009. с. 48-55.

4. И.В. Александров, В.Р. Строкина, А.М. Афанасьева, С.В. Тучков. / Курс физики: опыт реализации компетентностного подхода. // Высшее образование в России. № 2, 2010 с.114-119.

5. И.В. Александров, А.М. Афанасьева, В.Р. Строкина, С.В. Тучков. Об основных задачах физического образования в техническом университете. // Физическое образование в вузах. Т.15, № 2, 2009. с. 25-32.

6. И.В. Александров, А.М. Афанасьева, Э.В. Сагитова, В.Р. Строкина. Балльно-рейтинговая система оценки качества обучения в системе зачетных единиц. // Высшее образование в России. № 8, 2007. с. 25-27.

7. И.В. Александров, А.М. Афанасьева, М.А. Климчук, В.Р. Строкина, С.В. Тучков. Компетентностный подход на практических занятиях по физике. Технологии и организация обучения. УГАТУ, Уфа, 2012. с. 48-51.