СПО 8/2010
ЛАБОРАТОРНО-ДЕМОНСТРАЦИОННЫЙ КОМПЛЕКС ПО КУРСУ ФИЗИКИ
В постановке и обеспечении физического практикума в массовом профессиональном образовании можно выделить две современные тенденции. Во-первых, в связи с широким внедрением компьютерных моделирующих программ, а также трудностью приобретения дорогостоящего и сложного в эксплуатации физического лабораторного оборудования многие образовательные учреждения переходят на виртуальный лабораторный практикум, полностью реализуемый средствами компьютерного моделирования. Очевидно, что такой подход существенно затрудняет формирование у студентов навыков постановки инженерного эксперимента и грамотного применения соответствующих компетенций в практической деятельности. Во-вторых, в сети Интернет имеются демонстрационные лабораторные практикумы по физике, представляемые в рамках систем открытого образования. Суть такого подхода заключается в том, что на известном сайте по заранее объявленному расписанию опытные преподаватели какого-либо учебного заведения проводят конкретную лабораторную работу, и ее результаты могут быть на оговоренных условиях доступны любому, кто в этот момент будет находиться в Сети. Привлекательность такого подхода состоит в относительной простоте его реализации и возможности «работы» студента на уникальном оборудовании (с удаленным доступом).
Вместе с тем понятно, что образовательная ценность такого «лабораторного практикума» весьма низка ввиду пассивной роли учащихся, являющихся лишь зрителями. Очевидно, целей образования можно достичь лишь в том случае, если учащийся имеет возможность самостоятельно планировать эксперимент, активно воздействовать на изучаемых объект по определенной программе (алгоритму) и оценивать результаты такого воздействия, в конце концов, ошибаться и учиться на собственных ошибках.
С точки зрения эффективности усвоения учебного материала каждый объект изучения в рамках учебной дисциплины обязательно должен снабжаться всеми необходимыми компонентами теоретического, практического, модельного и экспериментального изучения.
В Пензенской государственной технологической академии проводятся комплексные исследования в области педагогики профессионального образования и ведутся разработки по созданию информационно-образовательной среды, обучающих технологий, ориентированные на подготовку инженеров и техников, отвечающих современным требованиям работодателей, на развитие у студентов инженерной» мышления и его «реактивного компонента.
В рамках этих исследований в 2006 — 2009 гг. на кафедре физики ПГТА разработан лабораторно-демонстрационный комплекс по курсу физики. Комплекс предназначен для проведения лабораторного практикума. В «качестве аппаратной части комплекса используются демонстрационные наборы оборудования «Газовые законы», «Тепловые явления», «Электричество 1—3», «Волновая оптика», «Определение постоянной Планка», поставляемые лабораторией «L-микро» (г. Москва). Этот лабораторно-демонстрационный комплекс в настоящее время используется заказчиком — МЭСИ — в учебном процессе.
Методическая концепция построения лабораторно-демонстрационного комплекса состоит в органическом сочетании реальных (натурных) и виртуальных экспе-риментов. Обязательная демонстрация изучаемого физического явления, эффекта с использованием физического оборудования и измерительных приборов позволяет убедить учащихся в реальности происходящих физических процессов, после чего компьютерные анимации воспринимаются ими существенно более адекватно. В компьютерных моделях возможно (более того — желательно) воспроизведение ситуаций, невозможных (недопустимых, опасных) в реальном эксперименте, например, режим короткого замыкания, неправильное подключение измерительных приборов, задание условий (значений напряжения, тока, давления, температуры и др.), пришедших бы к выходу реального лабораторного оборудования из строя.
Методическая концепция позволила при некоторой доработке аппаратно-программного обеспечения создать потребованный образовательной практикой лабораторно-демонстрационный комплекс по курсу физики для учреждений среднего профессионального образования. Программа по физике на базе общего образования для учреждений СПО предусматривает обязательное выполнение учебных экспериментов в следующем объеме: 12 часов аудиторных занятий для гуманитарного профиля, 20 часов — для педагогического и социально-экономического, 36 часов — для технического. Программы всех профилей охватывают четыре основных раздела курса: «Молекулярная физика и термодинамика, «Основы электродинамики», «Колебания и волны», «Квантовая физика» с различным количеством часов на лабораторный практикум по каждому разделу и теме.
Учебные физические эксперименты реализуются на базе разработанного лабораторно-демонстрационного комплекса в двух формах. Во-первых, обеспечивается цикл демонстрационных опытов для наблюдения явлений, установления эмпирических законов, подтверждения теоретических выводов, иллюстрации физических принципов, лежащих в основе техники и технологий. Во-вторых, обеспечивается самостоятельный учебный эксперимент в форме фронтальных компьютерных лабораторных работ с индивидуализированными заданиями различной сложности и объема. Выбор задания осуществляет преподаватель с учетом предыдущих результатов и потенциальных возможностей конкретного обучающегося.
Демонстрируемые в аудитории эксперименты смоделированы в базе лаборатории, поэтому каждый обучающийся получает индивидуальное задание для выполнения виртуального эксперимента, отличающееся от других уровнем сложности, объемом и набором исходных данных. Результаты по каждому эксперименту выводятся учащимся на принтер и затем используются для подготовки отчета. Предусмотрена возможность виде оде монстрации натурных экспериментов для дистанционного обучения.
Комплекс включает развитое методическое сопровождение в электронном виде и на твердых носителях (учебно-методическое пособие, индивидуальный лабораторный журнал). Пособие содержит необходимые сведения об экспериментах и методике обработки данных; его материалы согласованы с базовыми учебниками.
Комплекс включает банк текстовых заданий, предназначенных как для входного, «допускового» контроля, так и для проведения коллоквиумов, аттестационных «срезов», зачетов. Тестирование может осуществляться в режиме онлайн с использованиемкомпьютерных рабочих мест обучающихся.
Применение комплекса и его программного обеспечения возможно в различных видах учебной работы. на лекциях и практичен«их занятиях, для текущею и итогового контроля, для самоподготовки обучающихся в компьютерных классах, в электронных залах библиотек, для самостоятельной работы с использованием личных компьютеров. Он позволяет реализовать современные методики учебного физического эксперимента, использовать действенные дидактические приемы, способствующие пониманию физической сущности исследуемых явлений.
В настоящее время комплекс используется в учебном процессе Пензенского технологического техникума, Пензенского колледжа архитектуры и строительства и в ряде учебных заведений НПО г. Пензы и области. Он может применяться также для компьютерной поддержки изучения физики в профильных классах общеобразовательных школ, для подготовки к ЕГЭ, на младших курсах вузов. Преподаватели могут использовать методическое обеспечение комплекса при подготовке к занятиям, а eгo мультимедийные электронные компоненты — в качестве наглядных пособий при объяснении новой темы. Готовя комплекс к занятиям, преподаватель может с помощью педагогических инструментальных средств, прилагаемых к комплексу, скомпоновать задания для итогового контроля, сформировать критерии оценки учебной работы для режимов контроля и тренажа, установить ограничения по времени для ответов на вопросы, повысить или снизить квалификационные барьеры (минимальное число рейтинговых баллов) для допуска к работе на новом уровне усвоения, а также внести ряд других корректив в настройку комплекса.
Важным достоинством лабораторно-демонстрационного комплекса является возможность экспериментальной поддержки профессионально значимых аспектов учебного материала па физике.
В настоящее время разработанный учебный демонстрационно-лабораторный комплекс по физике представляет собой законченный и успешно апробированный в образовательном процессе проект, готовый к широкому тиражированию. Его можно рекомендовать для поставки в школы, профессиональные училища и техникумы в рамках оргмероприятий Министерства образования и науки РФ.
