Инновации и эксперимент в образовании

Использование метода проектов на практических занятиях по физике у студентов IT-специальностей

В статье рассматривается методика проведения практических занятий по физике у студентов IT-специальностей на основе метода проектов. Показывается необходимость и способы использования современных информационных технологий на данных занятиях.

Журнал: Инновационные проекты и программы в образовании № 4 (2010)
Раздел: Инновации в образовательных учреждениях, стр.16-18

 

Мухина Юлия Рамилевна,
старший преподаватель
ЧОУ ВПО «Южно-уральский институт
управления и экономики»
г. Челябинск

Использование метода проектов на практических занятиях по физике у студентов IT-специальностей

Как формировать профессиональные компетенции у IT-специалистов на практических занятиях по физике?

Рыночная экономика выдвигает высокие требования к уровню подготовки специалистов всех профессий, в то время как большинство ВУЗов дают студентам знания, умения и навыки по определенной отрасли, но не готовность использовать их в профессиональной деятельности. Переход на стандарты третьего поколения призван решить эту проблему. Стандарты третьего поколения выдвигают требования к уровню подготовки специалистов в виде набора общекультурных и профессиональных компетенций. На общепрофессиональных предметах у студентов должны формироваться в основном общекультурные компетенции, а при изучении блока профессиональных дисциплин - профессиональные. Но для обучения компетентного в своей области специалиста необходимо формировать профессиональные навыки не только при обучении блока профессиональных дисциплин, но и при обучении всех предметов. Таким образом, будет достигнута единая цель обучения в ВУЗе - подготовка компетентного специалиста. Если все педагоги будут направлять свои усилия только на формирование знаний по своей дисциплине, то единой системы обучения не получится. Поэтому каждый педагог по общепрофессиональным предметам должен выстраивать процесс обучения таким образом, чтобы показать студентам возможность использования знаний по данной дисциплине в своей профессиональной деятельности или возможность применять профессиональные навыки для решения задач по данной дисциплине.

{mosregread}

В нашем исследовании мы рассматриваем вопрос формирования профессиональных компетенций у IT-специалистов на практических занятиях по физике. Под IT-специалистами мы понимаем бакалавров по направлениям подготовки «Информатика и вычислительная техника» и «Информационные системы и технологии» и специалистов по направлениям подготовки «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем» и «Информационные системы и технологии». Основная область профессиональной деятельности IT-специалистов - это использование информационных технологий в различных областях науки и производства. Поэтому одной из задач обучения физике должно быть формирование способности и готовности использовать современные информационные технологии для решения физических задач.

Из анализа современных информационных технологий (СИТ) в обучении выделим те из них, которые можно использовать при решении физических задач [1,2]:

  1. Технология обработки данных (MS Word, Adobe PhotoShop, Adobe Premier, Sound Forge и т.п.) в физике может использоваться для предварительной обработки звука, видео и изображений, для их последующего физического анализа, создания отчетности.
  2. Технология табличных расчетов (MS Excel, OpenOffice Calc, Quattro Pro, SuperCalc и т.п.) может использоваться для решения вычислительных задач с повторяющимися действиями, задач оптимизации, статистической обработки данных.
  3. Технология численных и символьных вычислений (MathCAD, MatLab, Maple, Mathematica и т.п.) предназначена для решение физических задач, требующих численное, символьное или графическое решение.
  4. Технология моделирования (подсистемы Simulink и StateFlow пакета MathLab, Lab-View, VisSim, 20-Sim, Dymola, Omola, Modul Vision Studium, MultiSim, Electronic Workbench, MicroCap и т.п.) может использоваться для создания и изучения моделей физических явлений и процессов.
  5. Технология программирования (C++Builder, Delphi, Visual Basic, MS Studto) позволяет создавать программы, реализующие модели физических процессов и явлений.

Использовать СИТ в процессе обучения можно различными способами, мы рассмотрим вопрос использования СИТ при организации проектной деятельности студентов. Использование метода проектов в совокупности с СИТ позволит не просто сформировать умение студентов IT-специальностей решать физические задач, но и готовность использовать свои профессиональные навыки.

Метод проектов - способ достижения дидактической цели через детальную разработку проблемы, которая должна завершиться вполне реальным, осязаемым практическим результатом, оформленным тем или иным образом [3].

Согласно Е.С. Полат [3] к использованию метода проектов предъявляются определенные требования, рассмотрим их применительно к занятиям по физике с использованием СИТ:

  1. Наличие значимой в исследовательском, творческом плане проблемы/задачи, требующей интегрированного знания, исследовательского поиска для ее решения. В нашем случае мы будем использовать физические задачи с проблемным содержанием, решение которых осуществляется на базе знаний по физике и по информационным технологиям.
  2. Практическая, теоретическая, познавательная значимость предполагаемых результатов. В нашем случае результатом является компьютерная модель физического явления/процесса, которую можно использовать для изучения этого процесса/явления и для решения целого класса задач.
  3. Самостоятельная (индивидуальная, парная, групповая) деятельность учащихся. В нашем случае лучше использовать групповую форму самостоятельной работы, т.к. предмет физика не профилирующий, а разделение работы по созданию проекта между участниками группы, позволит сократить время выполнения проекта.
  4. Структурирование содержательной части проекта (с указанием поэтапных результатов). В решение проблемных задач по физике можно выделить пять этапов:
  • постановка задачи и ее анализ;
  • формализация задачи;
  • выбор информационных технологий и программных средств для решения задачи;
  • реализация решения с помощью выбранных программных средств;
  • анализ и интерпретация результатов.

5. Использование исследовательских методов. Для решения физических задач на построение компьютерных моделей исследовательская деятельность должна состоять из следующих этапов:

  • постановка проблемы и определение задач исследования;
  • выдвижение гипотезы;
  • сбор данных;
  • формализация задачи;
  • выбор современных информационных технологий и программных средств;
  • реализация модели с помощью программных средств;
  • проведение эксперимента с моделью;
  • анализ полученных данных;
  • оформление конечных результатов;
  • подведение итогов, выводы и выдвижение новых проблем исследования.

Метод проектов лучше использовать в конце изучения каждого раздела физики. Так как этот метод наиболее эффективен на этапе закрепления и повторения материала. У студентов к тому времени будет накоплено достаточно знаний по физике и сформированы навыки использования современных информационных технологий для решения задач по данному разделу. Реализация проектов будет выступать в качестве аттестации по разделу. При этом проектный метод не только позволит студентам закрепить материал, но и расширить и углубить свои знания в области физики и информационных технологий.

При использовании метода проектов преподаватель не формулирует конкретную физическую задачу, а лишь дает некоторое физическое явление/процесс, которое необходимо изучить с использованием СИТ, выбор которых остается также на усмотрение студента. Студент самостоятельно выполняет все этапы деятельности по решению физической задачи с использованием СИТ. При этом формируются профессиональные компетенции, связанные с осуществлением научно-исследовательской деятельности.

В последовательности работы над проектом студентов и преподавателя можно выделить несколько этапов (см. таблицу).

Этапы работы над проектом

Этапы работы над проектом

Содержание работы

Деятельность студентов

Деятельность преподавателя

Подготовка

  1. Постановка проблемы и задач исследования

  2. Выдвижение гипотезы

  3. Определение рабочей группы

Определяют проблему исследования с преподавателем. Обсуждают задачи исследования и способы их решения внутри группы, при необходимости консультируются с преподавателем. Распределяют задания между собой и определяют сроки их выполнения.

Знакомит со смыслом исследования и мотивирует студентов. Консультирует по вопросам определения проблемы, задач и гипотезы исследования.

Планирование моделирования

  1. Сбор данных.

  2. Формализация задачи.

  3. Выбор СИТ.

Осуществляют сбор и анализ информации по теме исследования, формализуют задачу (разрабатывают математическую модель, определяют граничные и начальные условия), выбирают СИТ и программные средства для создания модели.

Наблюдает, консультирует, в случае необходимости корректируют деятельность

Моделирование и экспериментирование

  1. Реализация модели с помощью программных средств.

  2. Проведение эксперимента с моделью.

Строят компьютерную модель (модели) с помощью выбранных программных средств, проводят с моделью (моделями) эксперименты, задавая различные входные данные

Наблюдает, консультирует, в случае необходимости корректируют деятельность

Выводы

Анализ полученных данных.

Анализируют полученные данные, делают выводы по исследованию.

Консультирует в случае необходимости

Защита

  1. Оформление конечных результатов.

  2. Подведение итогов

Оформляют конечные данные в виде сводных таблиц и графиков, подготавливают презентацию на защиту. Представляют проект перед аудиторией. Участвуют в коллективном контроле, анализе и оценивании. Выдвигают проблемы для последующих исследований.

Слушает, задает вопросы. При необходимости направляет процесс анализа. Оценивает усилия студентов, выбор СИТ, качество выполнения проекта, потенциал продолжения проекта

На первом этапе внутри группы должны быть распределены обязанности (по этапам выполнения проекта). А при защите проекта, студенты должны отчитаться какие работы кем были выполнены.

Например, в группе из четырех человека обязанности можно распределить так: один человек осуществляет сбор данных и формализацию задачи, второй выбирает СИТ и реализует модель с помощью программных средств, третий - проводит эксперименты с моделью и анализирует полученные данные, четвертый - оформляет конечные результаты, делает выводы по проекту и защищает его. Этот способ подходит для задач, в которых достаточно построить только одну модель для изучения всех свойств физического явления/процесса. Например, если необходимо проанализировать поведение математического или пружинного маятника, изучить движение искусственного спутника Земли или болида, приближающегося к Земле и т.д.

Но некоторые задачи можно разбить на отдельные подзадачи. Например, исследование сложения колебаний. В этой задачи можно выделить следующие подзадачи: анализ сложения двух гармонических колебаний, анализ сложения двух негармонических колебаний, сложение многих колебаний. В этом случае, лучше чтобы каждый студент реализовывал второй и третий этап каждый для своей подзадачи. А затем студенты совместно реализуют оформление конечных результатов, делают выводы и выбирают человек для защиты проекта.

Обратим внимание, что первый этап в любом случае студенты должны реализовывать в ходе совместной работы над проектом.{/mosregread}

При реализации метода проектов студентов сначала необходимо подготовить. Во-первых, они к моменту создания проекта должны обладать достаточными (но не полными) знаниями по физике в области создания проекта. Во-вторых, студенты должны хорошо усвоить и уметь самостоятельно выполнять все этапы по решению задач с помощью СИТ. В-третьих, студенты должны иметь мотивационную основу для выполнения проекта.

Использование метода проектов как одну из составляющих организации практических занятий по физике с использованием современных информационных технологий у студентов IT-специальностей будет способствовать:

  1. 1. Формированию профессиональных компетенций, связанных с умением использовать современные информационные технологии и с навыками работы в коллективе.
  2. Углублению и расширению знаний в области физики и информационных технологий;
  3. Повышению интереса к предмету;
  4. Воспитанию самостоятельности и творческой активности студентов.

Литература

  1. Вознесенская Н.В. Обучение физики студентов технических вузов с использованием современных компьютерных технологий. - дис. ... кандидата педагогических наук: 13.00.02 / Наталья Владимировна Вознесенская. - Саранск, 2006.- 220 с.
  2. Майер Р.В. Информационные технологии и физическое образование. - Глазов: ГГПИ, 2006.- 64 с.