ИНТЕГРАЦИЯ ТРАДИЦИОННЫХ И ДИСТАНЦИОННЫХ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В КУРСЕ «ФИЗИКА»

ИНТЕГРАЦИЯ ТРАДИЦИОННЫХ И ДИСТАНЦИОННЫХ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В КУРСЕ «ФИЗИКА»

Научная статья

Кудрявцева О.А.¹, Ющкова Е.Ю.^2, *

^{1, 2} ФГБОУ ВО «Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева», Красноярск, Россия

* Корреспондирующий автор (yushkovaeyu[at]mail.sibsau.ru)

Аннотация

Рассмотрены проектирование и организация учебной деятельности при освоении дисциплины «Физика» по смешанной модели, предполагающей интеграцию традиционных и дистанционных образовательных технологий. При организации учебного процесса в таком формате часть учебных занятий переносится из аудиторной в электронную среду. Проектирование освоения дисциплины по смешанной модели включает четыре основных этапа. В работе описаны первые два этапа – определение цели и ожидаемых результатов и структурирование контента. Цели и ожидаемые результаты освоения дисциплины «Физика» сформулированы на основании анализа компетенций, определенных образовательным стандартом. Выявлены виды и объем учебных занятий, которые без ущерба для содержания и качества освоения дисциплины могут быть перенесены в электронную среду. Авторы полагают, что в электронную среду может быть перенесена и изучаться студентами самостоятельно определенная часть лекционного материала. Обосновывается необходимость проведения семинарских занятий (решение задач) в традиционном формате. Обосновывается необходимость проведения части лабораторного практикума на реальных установках и возможность применения виртуального физического практикума.

Организация учебной деятельности по смешанной модели описана на примере модуля «Статистическая физика и термодинамика». Для этого модуля сформулированы результаты его освоения, структурированы учебные материалы, поставлена лабораторная работа, которая выполняется как виртуально, так и на реальной установке.  Описано аудиторное семинарское занятие.

Авторы делают вывод, что полный отказ от традиционных технологий при освоении дисциплины «Физика» нецелесообразен.  Эффективной учебная деятельность будет только при разумной интеграции аудиторной работы и работы в электронной среде.

Ключевые слова: дистанционные и традиционные технологии, смешанная модель.

INTEGRATION OF TRADITIONAL AND REMOTE EDUCATIONAL TECHNOLOGIES IN THE COURSE OF PHYSICS

Research article

Kudryavtseva O.A.¹, Yushkova E.Yu.^2, *

FSBEI HE “Reshetnev Siberian State University of Science and Technology,” Krasnoyarsk, Russia

* Corresponding author (yushkovaeyu[at]mail.sibsau.ru)

Abstract

The design and organization of educational activities in the development of the discipline “Physics” using a mixed model that involves the integration of traditional and remote educational technologies are considered in the article. When organizing the educational process this way, part of the training is transferred from the classroom into the electronic environment. Teaching the discipline, according to a mixed model, includes four main stages. The work describes the first two stages – determining the goal and describing the desired outcome and structuring the content. The goals and outcomes of the discipline “Physics” are formulated on the basis of the analysis of competencies defined by the educational standard. The types and volume of training sessions are shaped that way that they can be easily transferred to the electronic environment. The authors believe that a certain part of the lecture material can be transferred into the electronic environment and studied by the students on their own. The necessity of conducting seminars (problem-solving) in the traditional format is substantiated. The necessity of conducting part of a laboratory workshop on real facilities and the possibility of using a virtual physical workshop are substantiated as well.

The organization of training activities according to the mixed model is described in the example of the module “Statistical Physics and Thermodynamics.” The outcome is given for this module; the training materials are structured, laboratory work is delivered, which is performed both virtually and on real facilities. The classroom workshop is described.

The authors conclude that complete rejection of the traditional technologies in the development of the discipline “Physics” is impractical. Training activities are effective only with the reasonable integration of work in the classroom and work in the electronic environment.

Keywords: remote and traditional technologies, mixed model. 

Введение

Внедрение дистанционных образовательных технологий (ДОТ) в образовательный процесс в настоящее время является повсеместным [1], [2]. Традиционные и дистанционные технологии взаимно обогащают и дополняют друг друга, применение ДОТ часто повышает мотивацию обучающихся, что в конечном итоге приводит к повышению качества образования. В ряде случаев ДОТ вообще вытесняют традиционные технологии, создано большое количество дистанционных курсов и многие дисциплины осваиваются в дистанционном формате. Однако такой подход неприменим  при изучении физики. Вузовская общественность едина во мнении, что полная замена аудиторной работы на виртуальную при изучении естественных наук нецелесообразна (см. напр. [3], [4], [5]).

Физика является  базовой дисциплиной  при подготовке специалистов технической направленности, ее основная цель – содействие становлению профессиональной компетентности будущего инженера. При освоении физики недостаточно изучить основные физические явления и идеи, овладеть фундаментальными понятиями, законами и теориями, освоить приемы и методы решения задач. Для формирования общепрофессиональных и научно-исследовательских компетенций  необходимо ознакомиться с методами физического исследования, получить навыки проведения физического эксперимента, научиться оценивать результаты измерений. Этих результатов нельзя добиться,  проектируя образовательную деятельность только в электронной среде.

Настоящая работа посвящена проектированию учебной деятельности при освоении дисциплины «Физика» по смешанной модели (blended learning), предполагающей интеграцию традиционных и дистанционных технологий. Часы, отведенные на изучение дисциплины, из аудиторной среды частично переносятся в электронную среду.

Принципы проектирования освоения дисциплины

Проектирование освоения дисциплины по смешанной модели включает следующие основные этапы:

1. Определение цели и ожидаемых результатов освоения дисциплины.
2. Структурирование контента, выявление аудиторных занятий, которые без ущерба для содержания и качества освоения дисциплины могут быть перенесены в электронную среду.
3. Проектирование взаимодействия электронной и аудиторной сред, определение содержательных связей между ними.
4. Проектирование системы контрольных мероприятий, позволяющих адекватно оценить уровень освоения каждого модуля и дисциплины в целом.

Как известно, в настоящее время результаты обучения проектируются в форме компетенций, перечень которых для каждого направления определен соответствующим образовательным стандартом. При освоении физики для всех технических направлений формируются общекультурные (ОК), общепрофессиональные (ОПК) и профессиональные  (ПК) компетенции, в том числе:

• способность к самоорганизации и самообразованию (ОК);
• способность и готовность использовать основные законы физики в профессиональной деятельности (ОПК);
• способность планировать и проводить физические эксперименты, проводить обработку их результатов и оценивать погрешности, выдвигать гипотезы и устанавливать границы их применения, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ПК).

Анализируя компетенции, мы сформулировали результаты освоения дисциплины (РД), которые должны быть достигнуты при освоении физики при любой организации учебного процесса, в том числе и  по смешанной модели (см.рис.1)

Содержание курса физики для технических направлений в нашем вузе традиционно разбито на 6 модулей: физические основы механики, статистическая физика и термодинамика, электричество и магнетизм, физика колебаний и волн, квантовая физика и физика атома и атомного ядра, физика твердого тела.  При организации образовательного процесса по смешанной модели наиболее сложным является выявление видов и объема аудиторных занятий, которые могут быть перенесены в электронную среду. Не вызывают сомнений большие возможности современных ИТ при самостоятельной работе студентов, при организации практических и семинарских занятий. Интерактивное представление учебного материала безусловно положительно влияет на качество образования.  Использование виртуальных лабораторных практикумов может дать ряд преимуществ по сравнению с реальными лабораторными работами. Так, применение реального оборудования может быть невозможно по соображениям техники безопасности,  проблематично по финансовым соображениям и т.д. Виртуальное взаимодействие студента с лабораторным оборудованием зачастую оказывается для современного студента более интересным. Однако в реальной профессиональной деятельности инженер или технолог сталкивается с реальным оборудованием, производству не нужен «виртуальный» специалист.

Выполняя различные виды учебной деятельности, студент слушает лекции и комментарии преподавателя (взаимодействие студент – преподаватель), самостоятельно знакомится с элементами содержательной части дисциплины (взаимодействие студент – контент), обсуждает задачи, лабораторные работы и сложные вопросы с другими обучающимися (взаимодействие студент – студент). При переносе части занятий в электронную среду необходимо организовать  все эти взаимодействия и не оставить студента без преподавательского сопровождения.

Организация обучения по смешанной модели

Рассмотрим применение смешанной модели на примере изучения модуля «Статистическая физика и термодинамика». Мы сформулировали планируемые результаты (РМ) освоения этого модуля (см.рис.1) Учебным планом предусмотрено 24 часа, в том числе: лекции – 6, лабораторные работы – 4, решение задач – 2, самостоятельная работа студентов – 12. Имеется методическое обеспечение всех видов учебной деятельности по традиционной модели.

Рис. 1 – Планируемые результаты освоения дисциплины «Физика» (РД) и модуля (РМ) «Статистическая физика и термодинамика»

 

Одним из авторов настоящей статьи на платформе «MOODL» был создан электронный ресурс «Физика» [6]. В ресурс входят лекции, описания реальных и виртуальных лабораторных работ, примеры решения задач, индивидуальные задания (т.н. минимум задач). Предусмотрена возможность тестового контроля по каждому модулю или его части. После регистрации в системе (логин - номер зачетки, пароль  - номер паспорта) студент получает возможность работать с учебными материалами, выполнять индивидуальные задания, проходить тестирование, обсуждать на форуме сложные (или непонятные) вопросы, получать комментарии преподавателя [7].

Освоению модуля предшествует диагностирующее тестирование по владению материалом в рамках школьной программы, которое проходит каждый студент. Тест состоит из 10 заданий, количество попыток неограниченно, временных ограничений нет. При успешном прохождении тестирования (не менее 70% правильных ответов) студент допускается к освоению модуля.

В электронную среду перенесены лекции «Основы молекулярно – кинетической теории» и «Основы равновесной термодинамики.  Мы исходим из того, что изучение основ МКТ и законов равновесной термодинамики начинается еще в школе, студенты уже знакомы с некоторыми базовыми понятиями. Кроме того, простейшие задачи на эти темы также начинают решать в школе. Учебные материалы в электронном ресурсе состоят из набора страниц и вопросов. Правильность ответов на вопросы по странице позволяет перейти на следующую. Количество попыток освоения каждой страницы неограниченно, временных ограничений также нет. Далее студент проходит тестирование, содержащее 10 заданий; для успешного прохождения тестирования надо правильно ответить минимум на 6 вопросов. В этом случае студент допускается к следующей теме. Количество попыток ограничено. Если студент трижды не справился с тестом, ему необходимо вновь вернуться к изучению учебных материалов.

Третья лекция («Элементы неравновесной термодинамики») читается в традиционном формате с применением мультимедийного оборудования. Неравновесная термодинамика и синергетика в рамках школьной программы не рассматриваются. Этот сложный материал очень важен для понимания многих процессов в открытых нелинейных системах, синергетический подход к описанию явлений природы далеко выходит за рамки термодинамики. Поэтому взаимодействие студент – преподаватель при освоении этой темы особенно важно.

В рамках освоения модуля студенты должны выполнить лабораторную работу «Определение коэффициента Пуассона». В смешенной модели обучения 2 часа лабораторных работ переносятся в электронную среду. Студенты выполняют виртуальную лабораторную работу. Выполнение этой же лабораторной работы на реальной установке  проводится в аудитории в мини-группах (2-3) человека под руководством преподавателя.  Важной частью самостоятельной работы студентов является обработка результатов измерений, сравнение результатов реальной и виртуальной лабораторных работ, сравнение результатов с теоретически предсказанными. При этом реализуются взаимодействия студент – контент и студент – студент.

При освоении дисциплины «Физика» большую роль играет решение задач.  По нашему мнению, 2 часа занятий из аудиторной среды в электронную среду переносить нецелесообразно. Это связано с тем, что в сети Интернет в настоящее время можно найти решение практически любой задачи. Очень важно сделать эту часть учебной деятельности неформальной. Аудиторное занятие состоит из трех частей:

1) Разбор типовых задач по модулю. В этой части реализуется взаимодействие студент – преподаватель, основной акцент ставится не на конкретную задачу, а на выделение группы задач, решение которых основано на общих приемах и методах. Преподаватель помогает студентам не просто применить ту или иную формулу, а глубоко разобраться в сути физического явления или процесса.

2) Работа студентов в мини-группе:  совместное решение предложенной задачи с последующим представлением решения всей группе и преподавателю.

3) Большое внимание мы уделяем качественным задачам. Их решение и обсуждение также происходит в мини-группе с последующим обсуждением во всей группе.

Решение индивидуального задания входит в самостоятельную работу студента, индивидуальное задание студент защищает преподавателю.

Необходимо заметить, что в традиционной модели обучения студенты весьма неохотно посещают семинарские занятия, что негативно сказывается на результатах освоения дисциплины. При изучении влияния формы обучения на интенсивность посещения семинарских занятий по иностранному языку [8] авторы сделали вывод, что смешанная форма обучения стимулирует посещения занятий. Они объясняют это тем, что при смешанном обучении отсутствует необходимость обсуждения и проверки самостоятельной работы студентов на аудиторном занятии. Насколько нам известно, для естественнонаучных дисциплин таких исследований не проводилось, мы планируем  провести эту работу в ближайшее время.

Каждое учебное действие студента оценивается соответствующим количеством баллов, модуль считается освоенным при наборе определенного количества баллов. После освоения всех модулей дисциплины студент допускается к экзамену, который проходит в традиционном формате.

Заключение

Модернизация образовательного процесса и переход к новым технологиям при освоении дисциплины «Физика» по нашему мнению ни в коем случае не означает отказа от традиционных технологий. Эффективной учебная деятельность будет только  при разумной интеграции аудиторной работы и работы в электронной среде.

Благодарности Авторы выражают глубокую благодарность сотрудникам КрасРЦКОО М.М. Уткиной и О.В. Говориной за плодотворные обсуждения.	Acknowledgement The authors are deeply grateful to the staff of the KrasTsKOO M.M. Utkina and O.V. Govorina for fruitful discussions.
Конфликт интересов Не указан.	Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Айдрус И.А.З. Мировой опыт использования технологий дистанционного образования / И.А.З. Айдрус // Высшее образование в России. –2015. – № 5. – С. 139 - 145.
2. Красько С.А. Применение дистанционного обучения в технических университетах / Красько С.А., Сергеева А.Г., Михайлова Н.Н. // Высшее образование в России. – 2018.– Т. 27 – № 56. – С. 135– 139.
3. Ранних В.Н. Роль виртуального лабораторного практикума в улучшении когнитивных и мотивационных показателей обучения в вузе / В.Н. Ранних // Известия Тульского государственного университета. – 2014. – № 2-4. – С.205 – 210.
4. Гергова И.Ж. Виртуальные лабораторные работы как форма самостоятельной работы. / Гергова И.Ж., Коцева М.А, Ципинова А.Х., Шериева Э.Х., Азизов И.К // Современные наукоемкие технологии. –2017. –№ 1. – С.94 - 98.
5. Князева Е.М. Лабораторные работы нового поколения. / Е.М. Князева // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 6. – С.587 – 590.
6. Кудрявцева, О.А. Электронный учебный ресурс «Физика»,[Электронный ресурсъ] URL: https://dl.sibsau.ru (дата обращения: 05.02.2020).
7. Иванилова Т.Н. Руководство по работе в системе дистанционного обучения MOODLE: учебно – методическое пособие / Иванилова Т.Н., Лутошкина Н.В., Доррер А.Г. // Красноярск: СибГТУ. – 2013. – 143 с.
8. Харламено И.В. Посещаемость студентами семинарских занятий в традиционном и смешанном обучении / И.В. Харламенко // Высшее образование в России. – 2017. – № 8-9. – С. 50 – 56.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Ajdrus I.A.Z., Asmjatullin R.R. Mirovoj opyt primenenija distancionnyh tehnologij [World experience in usage of distance learning technjlogies]. / I. Ajdrus //Vysshee obrazovanie v Rossii [Higher Education in Russia]. – 2015 – No. 5 – P. 139-145. [in Russian]
2. Kras’ko S. A. Primenenie distancionnogo obuchenija v tehnicheskih universitetah [Application of Distance Learning at Technical University]/ Kras’ko S. A., Sergeeva, L. G., Michailova N. N. // Vysshee obrazovanie v Rossii [Higher Education in Russia]. –2018– No. 56– P. 135-139. [in Russian]
3. Runnich V.N. Rol' virtual'nogo labortornogo praktikuma v uluchshenii kognitivnyh i motivacionnyh pokazatelej obuchenija v vuze [The role of the virtual laboratory in improving cognitive and motivational indicators of university education] /V.N. Runnich// Izvestija Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. [Bulletin of the Tula state univrrsity]. – 2014 –No 2-4. P.205 – 210. [in Russian]
4. Gergova I.Zh. Virtual'nye laboratornye raboty kak forma samostojatel'noj raboty [Virtual laboratory works as a form of independent work] / Gergova I.Zh., Kotseva M.A., Tsipinova A.Kh., Sherieva E.Kh., Azizov I.K //Sovremennyye naukoyemkiye tekhnologii [Modern high technologies]. – 2017 –1 –P. 94 - 98. [in Russian]
5. Knyazeva E.M. Laboratornye raboty novogo pokolenija [Laboratory work of the new generation]/E.M. Knyazeva //Fundamental'nye issledovaniya [Fundamental research]. – 2012 – № 6 –587 - 590.  [in Russian]
6. Kudrjavtseva O.A. Jelektronnyj uchebnyj resurs Fizika [Electronic learning resource "Physics"] /O.A. Kudrjavtseva// [Electronic resource] URL: https://dl.sibsau.ru.(accessed: 05.02.2020). [in Russian]
7. Ivanilova T.N. Rukovodstvo po rabote v sisteme distantsionnogo obuchenija MOODLE: uchebno – metodicheskoye posobie [Guidelines for working in the distance learning system MOODLE: study guide]/ Ivanilova T.N., Lutoshkina N. V., DorrerA.G //Krasnoyarsk: SibGTU – 2013 –143 p. [in Russian]
8. Kharlamenko I.V. Poseshhaemost' studentami seminarskih zanjatij v tradicionnom i smeshannom obuchenii [Attendance of Seminars in Traditional and Blended Forms of Education]/ I. V. Kharlamenko //Vysshee obrazovanie v Rossii [Higher Education in Russia]. –2017. –No. 8/9 (215) – P. 50-56. [in Russian]