XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

Самостоятельная работа обучающихся представляет собой особый вид учебной деятельности, которая выполняется без непосредственного участия преподавателя, но по его заданию [1]. Этот вид деятельности является одним из важнейших элементов формирования компетенций и универсальных учебных действий, необходимых для успешного выполнения основных видов дальнейшей профессиональной деятельности, как на уровне общего среднего, среднего профессионального, так и высшего образования. Самостоятельная работа обучающихся строится на основе, как общих дидактических принципов, так и с учетом предметного содержания учебной дисциплины. Понятно, что задания для самостоятельной работы должны иметь не только определенную цель и внутреннюю структуру, но также опираться на ряд психологических свойств личности обучающихся, например, таких как способность к самоорганизации, саморегуляции, саморазвитию и др. Таким образом для эффективной организации самостоятельной работы необходимо уделять особое внимание содержанию заданий, которые необходимо выполнить обучающимся без непосредственного участия преподавателя. Простое перечисление заданий, аналогичных тем, которые были рассмотрены в аудитории, представляется мало эффективным с точки зрения развития самостоятельности личности студента.

Термин дистанционное обучение имеет множество определений, которые взаимосвязаны и отражают интуитивно понятную сущность, которая определяется тем, что обучение осуществляется на расстоянии между преподавателем и студентом с помощью современных информационных и коммуникационных технологий. В таком случае дистанционное обучение оказывается непосредственно связано с самостоятельной работой обучающихся, поскольку осуществляется при отсутствии непосредственного, личного контакта студентов с преподавателем. Вопрос об организации и методическом сопровождении самостоятельной работы в условиях дистанционного обучения стал весьма актуален в последнее время в связи с пандемией каронавируса. Кроме этого, дистанционный формат обучения был и остается весьма важным средством обучения и социализации людей с ограниченными физическими возможностями.

Организация самостоятельной работы обучающихся возможна, в частности, в рамках отдельной учебной дисциплины. Возможен также и междисциплинарный характер такой работы, что представляет более сложный вариант ее организации и проведения.

Рассмотрим вопрос об организации самостоятельной работы обучающихся в рамках учебной дисциплины «Физика», которая входит в ряд образовательных программ высшего образования направления подготовки 44.03.05 Педагогическое образование (с двумя профилями подготовки) уровня бакалавриата, не связанных с профильной подготовкой учителя физики. В этом случае данная учебная дисциплина выполняет функции развития физического мышления и научного мировоззрения обучающихся. Одним из средств решения этой задачи является учебный физический эксперимент. Традиционно его разделяют на демонстрационный эксперимент (применяется при изучении нового материала на занятиях лекционного типа) и физический лабораторный практикум (одна из форм самостоятельной работы обучающихся).

В условиях дистанционного обучения применение реальных физических измерительных приборов и экспериментальных установок не представляется возможным. Выход из такой ситуации состоит либо в использовании средств виртуальной лаборатории, либо в использовании подручных бытовых средств в домашних условиях. Последнее на уровне высшего образования представляется весьма проблематичным, хотя и дидактически небесполезным, особенно для педагогического образования.

Виртуальные физические лаборатории позволяют обеспечить приобретение студентами опыта самостоятельного проведения физического эксперимента и, таким образом, соответствующего личностного развития в предметной области физической науки. Учебный физический эксперимент может быть предметом проектной деятельности обучающихся, которая является необходимым элементом обучения. Следует заметить, что в методе проектов по учебной дисциплине «Физика» от идеи до ее практического воплощения имеет место определенный интеллектуальный и технический барьер, который невозможно преодолеть, не обладая эвристическими приемами мышления.

Анализ учебной деятельности студентов показывает, что чем больше разрыв между реальным и виртуальным физическим экспериментом, тем меньше дидактическое значение последнего. Цифровая «игровизация» физических явлений и процессов может привести к непредсказуемым последствиям с точки зрения обучения и воспитания в предметной области физической науки. Видимо только рациональное сочетание виртуального и реального учебного физического эксперимента может дать положительный эффект в процессе обучения.

Современные технологии производят большое количество технических средств, которые так или иначе проникают в систему обучения на всех ее уровнях. Но традиционные программы обучения физике, чаще всего, строятся на основе устоявшихся теоретических знаний. Это характерно для заданий единого государственного экзамена по физике, как на базовом, так и на продвинутом уровне. В этом плане, видимо, необходима новая конфигурация организации обучения в предметной области естественных наук на различных уровнях подготовки и различных территориях, особенно в малых городах и поселках. И в решении этой проблемы оказывается незаменимым дистанционный характер обучения, который имеет целый ряд преимуществ (индивидуальный подход, временные характеристики и др.).

Хотя учебный физический эксперимент не полностью тождествен научному поиску неизвестных физических явлений и свойств физических объектов, он содержит многие его признаки и элементы. Развитие физической науки непосредственно связано с современными технологиями во всех сферах жизни и этим определяется ее значение. Современная теория обучения физике строится на содержании фундаментальных достижений физической науки, начиная со временен ее возникновения. Однако, в настоящее время мало кого интересуют закономерности движения планет Солнечной системы, хотя эти факты имеют значительный познавательный потенциал. Но надо идти дальше.

С моей точки зрения в образовательные программы высшего педагогического образования необходимо включить наиболее значимые достижения физической науки, которые определяют, как фундаментальные, исторически значимые ее результаты, так и современные ее достижения. В настоящее время в образовательные программы высшего педагогического образования включена дисциплина «Концепции современного естествознания», которая частично реализует эти задачи. Однако смешивать в единые целые достижения всех естественных наук представляется мало продуктивным в силу объема и специфики соответствующей научной информации.

Как показывает опыт, организация самостоятельной работы студентов при изучении физики, как учебной непрофильной дисциплины, скорее всего, должна быть направлена на развитие способности обучающихся ориентироваться в окружающей нас материальной действительности в соответствии с научным знанием. Организация и методическое сопровождение самостоятельной работы обучающихся при дистанционном формате обучения представляет собой задачу особой важности в современных условиях, что требует отдельного исследования.

Одним из средств осуществления процесса организации самостоятельной работы в условиях дистанционного обучения физике являются виртуальные лаборатории, которые обеспечивают студентов необходимым инструментарием для выполнения таких заданий [2, 3]. Важнейшим условием эффективности применения виртуальных лабораторных работ для обучения является разработка структуры и содержания заданий для самостоятельной работы обучающихся, которая должна опираться на общие дидактические принципы, психологию личности и предметное содержание учебной дисциплины.

Самостоятельное выполнение заданий, ориентированных на использование виртуальных лабораторных работ, концентрирует внимание учащихся на предмете обучения, что имеет одно из важнейших значений для достижения результата обучения. Возможность использования современных мобильных средств связи для решения задач самостоятельной работы в предметной области отдельной учебной дисциплины являются дополнительным фактором активизации внимания и познавательной деятельности учащихся в современных условиях.

Следует отметить, что большинство доступных программах продуктов реализуют учебный физический эксперимент для обучения физике на уровне среднего общего образования, например, [4]. Для высшего образования общедоступных программных средств реализации виртуальных лабораторных работ существенно меньше. В качестве примера можно привести виртуальную лабораторию по физике для студентов [5], которая содержит набор виртуальных лабораторных работ по физике для подготовки к выполнению реальных лабораторных работ или их замене при дистанционном обучении. Эти виртуальные лабораторные работают без инсталляции и могут быть использованы для организации самостоятельной работы студентов при дистанционном обучении. Указанный сервис позволяет проводить организацию самостоятельного изучения процессов механики, молекулярно-кинетической теории и термодинамики, электричества и магнетизма, колебаний и волн, оптики.

Выполнение таких заданий целесообразно варьировать по степени самостоятельности решения поставленной задачи от полного регламентирования необходимых действий до полностью самостоятельного решения. Применяя рейтинговую систему можно получить объективную информацию о степени самостоятельности обучающихся в решении экспериментальных задач в предметной области учебной дисциплины «Физика».

Российская разработка компании «Физикон» «Открытая физика» [6] также позволяет проводить организацию самостоятельной работы обучающихся при дистанционном обучении физике. Этот ресурс содержит подробное описание теоретических основ изучаемых физических процессов которое сопровождается большим количеством профессионально выполненной графической информации. Каждый раздел включает в себя встроенные интерактивные модели, позволяющие получать информацию о характере изменения физического процесса при варьировании параметров модели, что можно использовать для формирования заданий для самостоятельной работы студентов.

Другим возможным электронным сервисом, который может быть использован для организации самостоятельной работы студентов при дистанционном изучении физики в вузе может быть обучающая компьютерная проектная среда «Живая физика» [7], которая разработана американской компанией MSC Software и адаптирована для России Институтом новых технологий (ИНТ). Виртуальная лаборатория «Живая физика» предоставляет возможность интерактивного моделирования движения тел в плоскости в гравитационном и электростатическом полях и может быть использована для проведения лабораторных работ для организации самостоятельной работы обучающихся при дистанционном изучении физики. Компьютерная среда «Живая физика» снабжена русскоязычной справочной системой, а также визуальным отражением ряда виртуальных физических экспериментов, содержащих большое количество физических задач и моделей экспериментальных установок. Построение моделей физических процессов осуществляется без программирования, путем использования интуитивно понятного интерфейса и достаточного количества различных инструментов, которые активизируются мышью и переносятся на рабочий стол.

Важным усовершенствованием программы является работа с изображениями и расширение возможностей взаимного обмена данными с другими внешними приложениями. Например, программа позволяет сохранить данные созданных экспериментов в формате видео для Windows, что позволяет их просматривать на компьютере, на котором программа «Живая физика» не установлена. Это позволяет повысить эффективность организации самостоятельной работы учащихся в домашних условиях.

Еще одним достаточно широко используемым программным продуктом является виртуальная лаборатория «Начала электроники» [8], разработанная в НИИ механики и математики Казахского государственного национального университета. Программа отличается от других тем, что находится в свободном доступе в Internet, и может быть легко установлена на любой современный компьютер. Работа с программой не требует подключения компьютера к сети Internet, что повышает возможности ее применения при дистанционном обучении. Программа имеет удобный, интуитивно понятный для учащихся различного возраста интерфейс, снабжена возможностью подавать звуковой сигнал, который характерен при неудачных попытках изучения работы электрических цепей. Важной особенностью программы «Начала электроники» является реалистичное изображение измерительных физических приборов и возможность разрабатывать разнообразные лабораторные работы по изучению основных свойств цепей постоянного и переменного тока.

Еще одной из важнейших возможностей применения виртуальных лабораторий по физике для обучения является возможность интерактивной визуализации содержания текстовых физических задач. Это развивает физическое эвристическое мышление, физическую понятливость, так необходимое качество для поиска аналитического решения той или иной физической задачи. Например, используя виртуальную лабораторию [4] в разделе «Электродинамика» возможно проводить исследование электрических цепей путем интуитивно понятного и простого перемещения отдельных ее элементов по активной области, получая автоматически эквивалентные схемы соединения элементов электрической цепи необходимых для теоретического расчета необходимых ее параметров.

В качестве другого примера можно привести использование той же виртуальной лаборатории [4] для решения нестандартной задачи механики, состоящей в том, что необходимо найти условия, при которых произойдет столкновение двух тел, одно из которых движется вертикально вниз без начальной скорости, второе одновременно первому выпущено под углом к горизонту.

Следует отметить, что виртуальные лаборатории можно эффективно применять, для реализации межпредметных связей, например, физики, математики и технологии. Необходимо иметь в виду, что виртуальные лаборатории являются только инструментам, который можно отнести к так называемой «цифровой дидактике», термину, который был введен в 2010 году во многом заменяя термин «Информатизация образования», который отражал первый этап цифровой трансформации образовательного процесса.

Таким образом, следует отметить, что виртуальные лаборатории являются современным инструментом цифровой дидактики, позволяющие организовать самостоятельную работу студентов, которая имеет огромное значение для профессионального становления личности, при формировании индикаторов компетенций, позволяет повысить уровень владения теоретическим материалом практическими навыками при изучении той или иной дисциплины, в частности, учебной дисциплины «Физика».

Список литературы:

Щукина, Г.И. Активизация познавательной деятельности учащихся в учебном процессе: учеб. пособие для студ. пед. ин-тов. / Г.И. Щукина. – М.: Просвещение, 1979. – 168 с.

Белов, С.В. Самостоятельная работа, как составляющая процесса обучения в вузе / С.В. Белов, М.А. Кашицын, А.С. Кашицын// Современные проблемы и перспективы обучения математике, физике, информатике в школе и вузе : межвузовский сборник научно-методических трудов. – Вологда : ВоГУ, 2021. Выпуск 4. – С. 153-156.

Кашицын, А.С. Дидактические возможности применения средств информационных и коммуникационных технологий на лабораторных занятиях при изучении классической механики в средней школе / А.С. Кашицын А.С., Н.А. Кашицын // Современные проблемы и перспективы обучения математике, физике, информатике в школе и вузе : сб. науч. тр. – Вологда, 2019. – С. 152-156.

Виртуальные лаборатории // URL: https://vr-labs.ru/laboratories/(дата обращения 27.01.2022).

Виртуальная лаборатория по физике для студентов // URL: http://distolymp2.spbu.ru/www/virtlab3/ (дата обращения 21.12.2021).

Разработка электронных образовательных ресурсов для школ, колледжей и вузов: [Электронный ресурс] // Физикон. URL: https://physicon.ru/catalog/practicum (дата обращения 21.12.2021).

Живая физика: [Электронный ресурс] // Институт новых технологий. URL: http://www.int-edu.ru/content/zhivaya-fizika-43-virtualnaya-fizicheskaya-laboratoriya (дата обращения 21.12.2021).

Начала электроники: [Электронный ресурс]. URL: http://zeus.malishich.com/index_rus.html (дата обращения 21.12.2021).

Код для цитирования: Скопировать