Проблемы преподавания физики и компьютерное сопровождение курса
Склярова Елена Александровна
Томский политехнический университет

Научный руководитель: Ерофеева Галина Васильевна, к.т.н.
Соавторы: Малютин Василий Михайлович, Стройнова Валентина Николаевна, Смекалина Татьяна Владимировна

Современные проблемы преподавания курса физики в технических университетах связаны с существенным уменьшением числа аудиторных занятий, узаконненых соответствующими образовательными стандартами направлений и специальностей (с согласия соответствующих учебно-методических объединений). Не касаясь причин этого сокращения, укажем на то, что такое сокращение часов аудиторных занятий (в 1,5 – 2 раза по сравнению с восьмидесятыми годами ХХ столетия) требует новых подходов в преподавании физики. Таким образом, акцент в преподавании физики, хотим мы этого или не хотим, смещается в сторону самостоятельной и индивидуальной работы студентов. Появляется насущная необходимость в разработке огромного объема учебно-методического обеспечения учебного процесса. С появлением новых информационных технологий (учебное телевидение, компьютерные системы, дистанционное обучение, Интернет) формы, способы получения знаний и их контроль в настоящее время существенно расширились.

Компьютерные технологии проникли практически во все области человеческой деятельности. Высокий удельный вес использования компьютеров приходится на высшие и средние учебные заведения. Среди вузовских кафедр наибольшим опытом использования компьютерных технологий обладают физические кафедры, в связи с тем, что сотрудники кафедры физики в силу своей профессии были наиболее подготовлены к освоению компьютерной техники и спецификой преподаваемого предмета. Применения компьютера требует создания новых методик обучения и соответствующей дидактики учебных компьютерных приложений. Анализ и описание дидактического материала (обучающие программы, электронные учебники, электронные энциклопедии), применяемого в компьютерных технологиях обучения, показал, что программные средства для целей обучения в основном копируют книжные варианты учебников. В то время как дидактика в рамках компьютерного варианта обучения должна иметь отличия от дидактики традиционного обучения.

Одним из способов уменьшения аудиторных занятий и усиления самостоятельной и индивидуальной работы студентов, лучшего усвоения материала курса является создание обучающих систем. Примером такой разработки является интерактивная обучающая система по физике на базе компьютеров Macintosh, созданная на кафедре общей физики Томского политехнического университета и предназначенная для проведения практических занятий, индивидуальной и самостоятельной работы студентов и дистанционного обучения. Самостоятельная работа с использованием учебных компьютерных технологий обеспечивает индивидуализацию образования, повышает мотивацию к обучению, способствует приобретению самостоятельности в принятии решений. Процесс обучения становится более технологичным. В настоящее время полностью разработаны, апробированы и введены в учебный процесс три части интерактивной обучающей системы по физике, посвященных разделам “Механика. Молекулярная физика. Термодинамика.” - часть I, “Электричество. Электромагне-тизм.” – часть II, “Колебания. Волновая оптика.” – часть III. Обучающая система апробирована на занятиях со студентами различных факультетов дневного и заочного обучения в течении четырех лет (свыше 5000 часов аудиторных занятий). В учебный процесс введено 19 занятий. Каждое занятие рассчитано на 2 академических часа. Интерактивная обучающая система по физике создана с использованием инструментальных сред HyperCard2.2, InteractivePhysics2, ClarisWorks2.1, MicrosoftWord 6.0.‚ в соответствии с алгоритмом, разработанным заранее, занятия реализованы в среде визуального программирования HyperCard. Каждое занятие обучающей системы содержит следующие структурные элементы:

  1. Информационная часть (теория), то есть структурированный теоретический материал с выделением элементов знаний.
  2. Контрольный вопросы (тест) первого уровня для проверки усвоения теоретического материала. При этом на каждом рабочем месте имеется свой вариант вопросов
  3. Примеры решения типовых задач (подсказка) для выработки у студентов навыков по практическому применению информационной части. Некоторые задачи также являются оригинальной разработкой авторов.
  4. Контрольные задачи второго уровня для проверки навыков в решении задач, отличающихся от рассмотренных в подсказке только цифровыми данными. На каждом рабочем месте предусмотрены свои цифровые данные, и, соответственно, свой численный ответ.
  5. Контрольные задачи третьего уровня для проверки степени усвоения материала данного раздела. Студент должен самостоятельно получить расчетную формулу и числовой ответ. На каждом рабочем месте реализован свой вариант.
  6. Справочник содержит таблицы производных и интегралов элементарных функций и физические формулы, не вошедшие в раздел теории, но необходимые для решения задач.
  7. Для некоторых занятий имеется историческая справка о занимательных фактах из жизни ученых и их открытиях.

Применение датчика случайных чисел для разброса числовых данных задач или вопросов теста обеспечивает самостоятельную одновременную работу студентов по разным вариантам и исключает списывание. Разработанное программное обеспечение позволяет изменить траекторию обучения студента, если изучение теоретической части или решение задач для него необязательно. Реализована рейтинговая система оценки знаний и происходит подсчет баллов. В конце занятия преподавателю вручается протокол, распечатанный на принтере, где указаны фамилии студентов данной группы и баллы. Протокол используется для анализа успеваемости студентов и результатов апробирования обучающей системы. Анализ результатов апробирования показывает, что компьютерная форма занятия повышает мотивацию обучения студентов, во время работы с компьютером студенты успевают в среднем сделать в 1.5 раза больше, чем в учебной аудитории, в самостоятельную работу вовлечены одновременно все студенты данной группы, в отличие от аудиторного занятия.

(c) АСФ России, 2001