автореферат и диссертация по педагогике 13.00.02 для написания научной статьи или работы на тему: Фундаментальная и профессионально направленная подготовка по физике студентов технических вузов в рамках вариативного компонента учебного плана

Автореферат диссертации по теме "Фундаментальная и профессионально направленная подготовка по физике студентов технических вузов в рамках вариативного компонента учебного плана"

На правах рукописи

0046074У5 РОДИОШКИНА Юлия Григорьевна

ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ И ПРОФЕССИОНАЛЬНО НАПРАВЛЕННАЯ ПОДГОТОВКА ПО ФИЗИКЕ СТУДЕНТОВ ТЕХНИЧЕСКИХ ВУЗОВ В РАМКАХ ВАРИАТИВНОГО КОМПОНЕНТА УЧЕБНОГО ПЛАНА

13.00.02 - теория и методика обучения и воспитания (физика)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук

2 6 АВГ 7010

Москва 2010

004607485

Работа выполнена на кафедре общенаучных дисциплин Мордовского государственного университета им. Н.П. Огарева

Научный руководитель:

доктор педагогических наук, профессор Масленникова Людмила Васильевна

Официальные оппоненты:

доктор педагогических наук, профессор Исаев Дмитрий Аркадьевич

доктор педагогических наук, доцент Кодикова Елена Сергеевна

Ведущая организация:

Нижегородский университет имени Н. И. Лобачевского

Защита состоится «20» сентября 2010 года в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.154.05 при Московском педагогическом государственном университете по адресу:

119435, г. Москва, ГСП-2, ул. М. Пироговская, д. 29, ауд. 49. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского педагогического государственного университета по адресу:

119991, г. Москва, ГСП-2, ул. М. Пироговская, д. 1.

Автореферат разослан «_

.2010 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

Л.А. Прояненкова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Актуальность исследования. Национальная доктрина образования в Российской Федерации акцентирует внимание на необходимости подготовки высококвалифицированных специалистов, способных к самообразованию, профессиональному росту в условиях развития новых наукоемких технологий. Усовершенствование традиционных форм вузовского образования и поиск новых подходов, идей и методов обучения, способных улучшить качество образования и уровень подготовки выпускников, в частности, по физике (которая является фундаментальной основой дисциплин технического направления), является актуальной проблемой современного инженерного образования.

Для эффективной подготовки студентов инженерных специальностей необходимо формирование системы фундаментальных физических знаний в совокупности с умениями применять их в конкретной производственной деятельности, как на фундаментальном, так и на профильно-ориентированном уровне. Вариативный компонент курса физики в техническом вузе должен способствовать формированию умений проецировать физические законы и явления на объекты профессиональной деятельности.

Однако выполненный в ходе исследования анализ опыта обучения в инженерно-технических вузах, учебных планов и программ, квалификационных характеристик, стандартов для инженерных специальностей, результатов констатирующего этапа педагогического эксперимента позволил выявить следующее:

- число обязательных часов на изучение физики неуклонно сокращается, а объем учебного материала при этом увеличивается;

- программа по физике для технических вузов не отражает в полной мере профессиональную направленность обучения, что не позволяет обеспечить должную мотивацию изучения физики и соответственно требуемый уровень подготовки;

- уровень умений студентов применять фундаментальные физические знания к решению профессиональных задач является низким, студенты не видят связи физики с общетехническими и специальными дисциплинами.

В то же время не все резервы учебного плана используются для решения задачи повышения уровня подготовки по физике студентов технических вузов. В частности, Государственный образовательный стандарт ВПО содержит вариативный компонент, включающий систему спецкурсов. В существующем ГОС ВПО на изучение вариативной части предусмотрено 5% учебного времени; в стандартах третьего поколения - 50% учебного времени. Однако, как показывает проведенный нами анализ тематики спецкурсов, спецкурсы и вариативный компонент в целом не реализуют свой потенциал в качестве средства совершенствования подготовки по физике. Содержание существующих спецкурсов по физике для студентов инженерных специальностей не отражает специфику будущей профессиональной деятельности.

Анализ исследований (Айзенцона А.Е., Вагановой Т.Г., Вознесенской Н.В., Ерофеевой Г.В., Кудрявцева А.Я., Ларионова В.В., Масленниковой Л.В., Мамаевой И.А., Моторичева И.А., Червовой A.A. и др.) по проблемам повышения качества подготовки по физике студентов технических вузов показал, что, не-

смотря на значительное число работ, как общего, так и частного характера, подготовка студентов по физике в рамках вариативного компонента учебного плана с использованием спецкурсов по физике, отражающих связь физических и технических теорий, не рассматривалась.

Таким образом, существуют противоречия:

- между возможностями вариативного компонента учебного плана (в частности, в форме спецкурсов) в повышении уровня подготовки студентов по физике и существующей системой физического образования в технических вузах, которая не включает спецкурсы по физике;

- между задачей формирования профессионально направленных знаний и умений по физике и существующей методикой обучения физике в техническом вузе, которая не позволяет в полной мере решить эту задачу.

Эти противоречия определили актуальность и тему исследования: «Фундаментальная и профессионально направленная подготовка по физике студентов технических вузов в рамках вариативного компонента учебного плана», проблемой которого является поиск ответа на вопрос, какой должна быть методика подготовки студентов технических вузов по физике в рамках вариативного компонента учебного плана.

Объектом исследования является процесс обучения физике студентов технических вузов.

Предметом исследования является методика обучения физике студентов технических вузов в рамках вариативного компонента учебного плана на примере спецкурсов по физике.

Цель исследования состоит в теоретическом обосновании и разработке методики обучения физике студентов технических вузов в рамках вариативного компонента учебного плана на примере спецкурсов по физике.

Гипотеза исследования. Если в подготовку студентов технических вузов в рамках вариативного компонента учебного плана включить спецкурсы по физике, содержание и методы проведения которых будут основаны на интеграции физических и технических теорий и принципах фундаментальности и профессиональной направленности, то это приведет к усвоению фундаментальных физических знаний, формированию умений применять эти знания при решении профессиональных задач и умений выполнять исследовательские задания.

Для достижения поставленной цели и проверки сформулированной гипотезы нами поставлены следующие задачи:

- изучить опыт преподавания физики в техническом вузе и степень разработанности проблемы исследования в научной, психолого-педагогической и методической литературе, а также выявить реальный уровень подготовки по физике студентов технических вузов и определить их готовность изучать спецкурсы по физике в рамках вариативного компонента учебного плана;

- определить тематику спецкурсов по физике в системе подготовки студентов инженерных специальностей, соответствующих содержанию физического образования в техническом вузе и учитывающих специфику профессиональной деятельности инженера;

- теоретически обосновать методику обучения физике студентов технических вузов в рамках вариативного компонента учебного плана на примере спецкурсов по физике и разработать ее модель;

- разработать методику проведения и содержание лекционных и лабораторных занятий спецкурсов по физике, задания для самостоятельной работы и исследовательской деятельности, направленные на усвоение фундаментальных знаний и формирование умений применять эти знания при решении профессиональных задач;

- провести педагогический эксперимент для проверки гипотезы исследования.

Для решения поставленных в работе задач был использован комплекс методов исследования и видов деятельности.

Теоретические: изучение и анализ естественнонаучной, философской, психолого-педагогической, научно-технической литературы, диссертационных исследований; анализ образовательных стандартов высших учебных заведений и других методических документов; проведение сравнений и аналогий, обобщение, синтез, интеграция, системный подход, системный анализ; моделирование педагогических ситуаций; анализ инновационного педагогического опыта.

Экспериментальные: наблюдение, интервьюирование, анкетирование и тестирование студентов и преподавателей, экспертная оценка разработанных материалов, педагогический эксперимент.

Теоретическую основу исследования составляют: исследования по методологии науки, методологии и истории физики и техники (Канке В.А., Степин B.C., Князев В.Н., Хайдеггер М. и др.); исследования по психологии, педагогике и методике высшей школы (Архангельский С.И., Гальперин П.Я., Давыдов В.В., Краевский В.В., Леонтьев А.Н., Лернер И.Я., Сластенин В.А., Талызина Н.Ф., Холодная М.А. и др.); исследования по проблемам физического образования в высшей школе (Голубева О.Н., Наумов А.И., Суханов А.Д. и др.); исследования по методике преподавания физики в общеобразовательной школе (Бугаев А.И., Глазунов А.Т., Извозчиков В.А., Каменецкий С.Е., Мултановский В.В., Пурышева Н.С., Усова A.B. и др.); исследования по методике преподавания физики в технических вузах (Айзенцон А.Е., Ваганова Т.Г., Вознесенская Н.В., Гладун A.A., Ерофеева Г.В., Кудрявцев А .Я., Ларионов В.В., Мамаева И.А., Масленникова Л.В., Моторичев И.А., Червова A.A. и др.); исследования по разработке спецкурсов в вузах (Бузова О.В., Лукина З.С., Михалкин B.C., Семин Ю.Н., Толстенева A.A., Шендерей П.Э. и др.)

Этапы исследования

Диссертационное исследование проводилось с 2003 по 2010 гг. и осуществлялось в три этапа:

1 этап (2003-2005 г.г.). Осуществлялся анализ состояния подготовки студентов инженерных специальностей, включающий изучение Государственных стандартов высшего профессионального образования, квалификационных характеристик, учебных планов и программ по физике для инженерных специальностей, проведение анкетирования студентов и выявление уровня их теоретических знаний по физике и умений применять полученные знания при реше-

нии профессиональных задач. Исследовались возможности совершенствования подготовки по физике студентов технических вузов с помощью профессионально направленных спецкурсов по физике.

2 этап (2004-2009 г.г.). Определялись теоретические основы построения методики обучения физике студентов технических вузов в рамках вариативного компонента учебного плана. Разрабатывалась модель данной методики, определялись организационные формы и методы обучения физике в спецкурсах. Разрабатывались рабочая программа спецкурса по физике, содержание лекционных и лабораторных занятий, заданий для самостоятельной работы и исследовательской деятельности студентов инженерных специальностей.

3 этап (2007-2010 г.г.). Проводились педагогический эксперимент по проверке выдвинутой гипотезы исследования, статистическая обработка результатов эксперимента, оформление текста диссертации.

Научная новизна результатов исследования

1. Обоснована целесообразность использования спецкурсов по физике для студентов технических вузов в целях усиления их фундаментальной и профессионально направленной подготовки по физике.

2. Выявлены требования, которым должны удовлетворять интегрированные спецкурсы по физике для студентов технических вузов, среди которых:

- соответствовать профилю специальности студентов,

- опираться на содержание основного курса физики, дополнять и создавать условия для успешного применения полученных знаний и умений в профессиональной деятельности,

- обеспечивать переход мыслительной деятельности студентов с одного уровня усвоения знаний на другой,

- отражать актуальные проблемы техники, новейшие методы обработки материалов, современные методы контроля технологических процессов на основе физических законов и теорий.

3. Сформулированы положения, составляющие основу методики обучения физике студентов технических вузов в рамках вариативного компонента учебного плана на примере спецкурсов по физике:

- процесс преподавания спецкурсов по физике в техническом вузе должен рассматриваться как методическая система, включающая цели, содержание, методы, формы и средства обучения;

- основная цель профессионально направленных спецкурсов по физике -научить студентов инженерных специальностей проецировать физические законы и явления на объекты профессиональной деятельности;

- при проектировании содержания спецкурсов по физике ведущей идеей является интеграция физических и технических теорий. При этом отбор содержания спецкурсов заключается в отборе такого учебного материала, который будет охватывать максимально возможное количество разделов физики и использоваться в будущей профессиональной деятельности инженера;

- деятельность по разработке содержания спецкурсов по физике для студентов технических вузов в рамках вариативного компонента учебного плана должна включать следующую последовательность действий: рассмотрение и

описание конкретного технологического процесса, выявление его физических основ, представление инженерной задачи как физической задачи с профессиональным содержанием, проецирование на будущую инженерную деятельность и ее решение;

- методы, формы и средства обучения, наряду с традиционными, должны включать такие, которые адекватны деятельности инженера соответствующей специальности. Например, такая деятельность студентов, в процессе которой усваиваются принципы работы и устройство технических объектов, формируются умения конструировать и моделировать объекты профессиональной деятельности на основе фундаментальных физических теорий.

4. Создана модель методики обучения физике студентов технических вузов в рамках вариативного компонента учебного плана на примере спецкурсов по физике, включающая цели, содержание, методы, формы и средства обучения. Содержание спецкурсов по физике, включает инвариантный (фундаментальные физические законы, понятия и теории), варьируемый (профессиональные приложения фундаментальных законов и теорий) и исследовательский (выполнение экспериментальных и исследовательских заданий) компоненты.

5. Разработана методика обучения физике студентов технических вузов в рамках вариативного компонента учебного плана на примере спецкурсов по физике с учетом специфики профессиональной деятельности инженера и принципов интеграции, фундаментальности и профессиональной направленности обучения: разработан спецкурс «Физические основы неразрушающих методов контроля в машиностроении», отобрано его содержание, охватывающее большинство разделов физики и максимально приближенное к профессиональной деятельности специалиста инженерного профиля, определены методы (гностические, самоконтроля), формы (лекционные и лабораторные занятия) и средства обучения (система заданий).

Теоретическая значимость результатов исследования состоит в том, что они вносят вклад в теорию и методику обучения физике в техническом вузе за счет:

- сформулированных требований к интегрированным спецкурсам по физике для студентов технических вузов (соответствовать профилю специальности студентов, опираться на содержание основного курса физики, дополнять и создавать условия для успешного применения полученных навыков в профессиональной деятельности, обеспечивать переход мыслительной деятельности студентов с одного уровня усвоения знаний на другой, отражать актуальные проблемы техники, новейшие методы обработки материалов, современные методы контроля технологических процессов на основе физических законов и теорий);

- разработанной модели методики обучения физике студентов технических вузов на занятиях спецкурсов по физике (в рамках вариативного компонента учебного плана) и сформулированных положений, которые в сочетании с моделью выступают в качестве теоретических основ этой методики, обеспечивая усвоение фундаментальных физических знаний, формирование умений применять эти знания при решении профессиональных задач и умений выполнять исследовательские задания.

Результаты проведенного исследования могут составить основу теоретической базы для развития инженерного творческого мышления специалиста и создания профессионально-ориентированной среды вуза.

Практическая значимость исследования состоит в том, что разработан профессионально направленный спецкурс по физике для студентов инженерных специальностей «Физические основы неразрушающих методов контроля в машиностроении»; разработан учебно-методический комплекс для осуществления фундаментальной и профессионально направленной подготовки по физике студентов технических вузов на занятиях спецкурса по физике, включающий рабочую программу, содержание лекционных и лабораторных занятий, задания к самостоятельным и исследовательским работам и учебное пособие, в котором изложены основы использования спецкурсов по физике в системе подготовки студентов инженерных специальностей.

Реализация данного УМК в рамках общей системы подготовки студентов обеспечивает усвоение фундаментальных знаний и формирование умений применять эти знания при решении реальных инженерных задач.

Апробация результатов исследования на разных этапах работы осуществлялась на заседаниях научно-методического семинара кафедры общенаучных дисциплин Мордовского государственного университета имени Н.П. Огарева (Саранск, 2003 - 2010). Основные теоретические положения и практические результаты докладывались и обсуждались на международных, всероссийских, региональных научно-методических и научно-практических конференциях: Москва, Mill У, («Физическое образование: проблемы и перспективы развития», 2006 - 2010); Одесса («Современные направления теоретических и прикладных исследований» Украина, 2009); София («Новейшие научные исследования -2009» Болгария, 2009); Прага («Дни науки - 2009» Чехия, 2009); Перемышль («Наука и инновации - 2009» Польша, 2009); Саранск, МГУ им. Н. П. Огарева («Интеграция региональных систем образования», 2006); Пенза («Перспективы развития систем среднего и высшего профессионального образования в современном обществе», 2008); Рузаевка, МГУ им. Н.П. Огарева («Организационные, философские и технические проблемы современных машиностроительных производств» 2005); Саранск, МГПИ им. М.Е. Евсевьева («Совершенствование учебного процесса на основе новых информационных технологий», 2006); Рузаевка, МГУ им. Н.П. Огарева («Машиностроение: наука, техника, образование», 2006,2008,2009,2010).

Исследовательская работа осуществлялась со студентами инженерных факультетов Мордовского государственного университета им. Н. П. Огарева и Самарского университета путей сообщения.

Положения, выносимые на защиту:

1. В современных условиях подготовка студентов технических вузов должна рассматриваться с позиции интеграции физических и технических теорий и с максимальным приближением к условиям реального производства. Это можно реализовать на профессионально-ориентированных спецкурсах по физике в рамках вариативного компонента учебного плана.

2. Интегрированные спецкурсы по физике должны удовлетворять следующим требованиям: соответствовать профилю специальности студентов, опираться на содержание основного курса физики, дополнять и создавать условия для успешного применения полученных навыков в профессиональной деятельности, обеспечивать переход мыслительной деятельности студентов с одного уровня усвоения знаний на другой, отражать актуальные проблемы техники, новейшие методы обработки материалов, современные методы контроля технологических процессов на основе физических законов и теорий.

3. Модель методики обучения физике студентов технических вузов в рамках вариативного компонента учебного плана на занятиях спецкурсов по физике должна отражать интеграцию физических и технических теорий, фундаментальность и профессиональную направленность знаний и умений и включать цели, содержание, методы, формы и средства обучения.

4. Исследование показало, что в качестве одного из вариантов профессионального направленного спецкурса может выступать спецкурс «Физические основы неразрушающих методов контроля в машиностроении», содержание которого максимально приближено к профессиональной деятельности специалиста инженерного профиля и охватывает большинство разделов физики. Содержание спецкурса включает инвариантный (методы неразрушающего контроля -магнитные, визуально-оптические, капиллярные, токовихревые и т.п.), варьируемый (физические основы методов контроля - квантовая механика, электричество и магнетизм, оптика, капиллярные явления и др.) и исследовательский (определение эффективных условий регистрации и снятия показаний приборов контроля) компоненты.

4. Обучение физике студентов технических вузов на занятиях спецкурса по физике должно включать специфические технологии обучения, а именно методы (гностические, самоконтроля), формы (лекционные, лабораторные занятия и самостоятельная работа) и средства обучения (система заданий), позволяющие интенсивно и качественно формировать у студентов фундаментальные физические знания, умения применять эти знания при решении профессиональных задач и умения выполнять исследовательские задания.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии и двух приложений. Общий объем диссертации 205 страниц, основной текст диссертации составляет 175 страниц. Работа включает 26 рисунков и 19 таблиц. Библиографический список содержит 225 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обосновывается актуальность темы исследования, определяются цель, объект, предмет и гапотеза исследования, формулируются задачи исследования, приводятся сведения о методах решения задач и этапах их выполнения, об апробации результатов исследования и имеющихся публикациях, раскрываются научная новизна, теоретическая и практическая значимость исследования, формулируются положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Современное состояние проблемы совершенствования фундаментальной и профессионально направленной подготовки по физике

студентов технических вузов» на основе анализа научно-методической литературы по теме исследования и квалификационных характеристик выпускников инженерных специальностей показано, что для подготовки современных инженерных кадров необходимо усилить фундаментальную и профессиональную составляющие инженерного образования.

Исходя из общих требований, предъявляемых к специалисту инженерного профиля, сделан вывод о важной роли подготовки по физике в системе высшего технического образования. Показано, что важен Не только фундаментальный, но и профессионально направленный (вариативный) компонент курса физики в техническом вузе, который должен способствовать усвоению фундаментальных физических знаний, формированию профессиональнонаправленных и междисциплинарных знаний, формированию умений решать задачи по физике, задачи с профессиональным содержанием и творческие инженерные задачи, развитию исследовательских умений студентов (осуществлять моделирование и конструирование объектов профессиональной деятельности на основе физических и технических теорий, получить навыки проведения исследовательских и опытно-конструкторских работ).

Выпускник инженерных специальностей должен четко и ясно понимать, как и где используются физические явления и законы в объектах профессиональной деятельности, что обусловлено рождением новых областей инженерной деятельности и высокими темпами развития науки и техники. Однако, высокие требования, предъявляемые стандартом высшего профессионального образования, входят в противоречие с уже сложившейся системой обучения физике студентов технических вузов. При увеличении объема учебного материала число обязательных часов на изучение учебного материала неуклонно сокращается, а вариативный компонент не отражает специфику профессиональной деятельности будущего инженера. Одним из способов решения этой проблемы может служить разработка и реализация в учебном плане технических вузов профессионально направленных спецкурсов по физике в рамках вариативного (национально-регионального) компонента Государственного образовательного стандарта. Констатирующий этап эксперимента, организованного на инженерных факультетах Мордовского государственного университета имени Н.П. Огарева и Самарского государственного университета путей сообщения, показал, что содержание лекционных, практических и лабораторных занятий по физике недостаточно наполнено профессиональной составляющей; студенты не приобщены к исследовательской деятельности, а вариативный компонент не включает спецкурсы по физике.

Причинами такого положения является несовершенство традиционной системы обучения физике, оторванность обучения от реальной жизни и профессиональной деятельности студента. В результате студенты не могут применять полученные при изучении физики знания к решению конкретных профессиональных задач, а умения проведения исследовательских работ у них развиты недостаточно.

Таким образом, проведенный анализ состояния теории и практики обучения физике студентов технических вузов позволяет констатировать следующее:

1) студенты инженерных специальностей не могут проецировать знания, полученные при изучении курса физики, на дисциплины общетехнического и специальных циклов и, как следствие, на объекты профессиональной деятельности; испытывают затруднения при выполнении работ исследовательского характера; 2) при обучении физике студентов инженерных специальностей в рамках вариативного компонента используются спецкурсы чисто теоретического характера («Физика твердого тела», «Физика плазмы»), которые не отражают специфику технического вуза. Это обусловливает актуальность исследования методики подготовки по физике студентов технических вузов в рамках вариативного компонента учебного плана в форме спецкурсов.

Во второй главе «Теоретические основы обучения физике студентов технических вузов в рамках вариативного компонента учебного плана на примере спецкурсов по физике» приводятся тематика профессионально направленных спецкурсов по физике при подготовке студентов технических вузов и требования, предъявляемые к ним, сформулированы основные положения методики обучения физике студентов технических вузов в рамках вариативного компонента учебного плана на занятиях спецкурсов по физике, представлена разработанная в ходе исследования модель методики.

Спецкурсы по физике — это учебные занятия цикла естественнонаучных дисциплин, которые не подменяют курс физики специальными дисциплинами, а дополняют его, насыщая фундаментальный курс физики профессиональной составляющей. Поэтому интегрированные спецкурсы по физике в рамках вариативного компонента учебного плана при обучении физике студентов технических вузов должны удовлетворять следующим требованиям: соответствовать профилю специальности студентов, опираться на содержание основного курса физики, дополнять и создавать условия для успешного применения полученных навыков в профессиональной деятельности, обеспечивать переход мыслительной деятельности студентов с одного уровня усвоения знаний на другой, отражать актуальные проблемы техники, новейшие методы обработки материалов, современные методы контроля материалов на основе физических законов и теорий. Данные спецкурсы целесообразно вводить на 3 курсе обучения, когда студентами уже получен значительный объем знаний в полностью изученных курсах физики, химии, математики, теоретической механики, материаловедения, математического моделирования, технологии конструкционных материалов.

Обучение физике студентов технических вузов в рамках вариативного компонента учебного плана на занятиях спецкурсов по физике требует выделения компонентов методической системы: цели, содержание, методы, формы и средства обучения. В этой системе цели обучения являются компонентом, определяющим содержание других компонентов системы и характер их взаимосвязей.

Основная цель спецкурсов по физике - научить студентов применять основные физические законы и явления к различным объектам профессиональной деятельности - является отражением тенденций развития современной техники, ориентирует на соответствие глубокой фундаментальной и профессионально

направленной подготовки студентов технических вузов, их личным потребностям и потребностям общества.

Отправными точками построения профессионально направленных спецкурсов по физике должны быть перспективные научно-производственные направления развития конкретной инженерной специальности, вопросы современной физики и измерительной техники, инновационные методы обработки материалов на основе физических теорий, представление об основных методах измерения и анализа, современные методы контроля изделий и т.п. Это дает возможность вводить в учебный план технических вузов спецкурсы, направленные на рассмотрение физических основ волновых процессов в технике, не-разрушающих методов контроля, механических разрушений в технике, электрофизических методов обработки и т.п.

Для достижения целей обучения необходимо определить содержание процесса обучения - знания и умения, которые должны быть сформированы у студентов, а также методы, формы и средства, с помощью которых осуществляется достижение цели.

Содержание спецкурсов по физике для студентов технических вузов должно удовлетворять дидактическим принципам (интеграции, непрерывности и преемственности обучения, фундаментальности и профессиональной направленности, межпредметных связей и др.). Ведущей идеей, положенной в основу методики обучения физике студентов технических вузов на занятиях спецкурсов по физике, является принцип интеграции, реализация которого обеспечивает неразрывную связь физических и технических знаний.

На первоначальном этапе разработки содержания спецкурсов по физике возникает вопрос о характере представления учебной информации, т.е. о том, что «первично», что «вторично», или что выдвигается на первый план, что уходит на второй план. При решении двух взаимосвязанных проблем всегда необходимо из двух выбирать главную, ведущую и вторую, связанную с первой и зависящую от нее. Имеют место два варианта: 1) «первично» - фундаментальные законы и положения курса физики, «вторично» - профессионально направленный материал, приложения этих законов и положений в конкретных производственных условиях; 2) «первично» - технология, оборудование, методы обработки или методы контроля технологических процессов, «вторично» - их физические основы, что характерно для преподавания специальных технических дисциплин.

Таким образом, содержание спецкурсов по физике составляет учебный материал, который включает инвариантный (фундаментальные знания - физические законы, понятия, научные теории), варьируемый (профессионально направленные знания - умения применять физические знания при решении профессиональных задач) и исследовательский (проведение экспериментальной и исследовательской работы) компоненты. Например, в содержание спецкурса по физике, направленного на рассмотрение физических основ волновых процессов, предлагается включать физические основы колебательных и волновых процессов, проявляющихся в технических устройствах и объектах, профессиональные направленные знания (вибрация жесткой системы «станок - приспо-

собление - инструмент - деталь», биение инструментов при механической обработке и т.п.), исследовательский компонент (резонансные кривые при разрушении деталей, конструкций машин и механизмов и т.п.)

Исследование показало, что наиболее полно поставленным целям обучения физике в рамках вариативного компонента учебного плана соответствует спецкурс «Физические основы неразрушающих методов контроля в машиностроении». Во-первых, его содержание соответствует специальности студентов (выпускники технических вузов должны быть знакомы с физическими основами методов контроля); отражает актуальную проблему развития техники (значительно ужесточились требования к качеству продукции и возросла роль неразрушающего контроля). Во-вторых, содержание спецкурса охватывает почти все разделы физики, причем студенты могут не только повторить пройденный материал курса физики, но и получить новые интегрированные знания с профессиональным содержанием. Например, капиллярный метод контроля основан сразу на нескольких физических явлениях, таких как люминесценция, капиллярные явления и др. В-третьих, выполнение работ исследовательского характера в рамках предлагаемого спецкурса позволяет самостоятельно овладевать новыми знаниями и умениями конструировать и моделировать объекты профессиональной деятельности на основе фундаментальных физических теорий.

Таким образом, спецкурсы по физике, являясь промежуточным звеном между курсом физики и общетехническими и специальными дисциплинами в техническом вузе, могут значительно расширить и углубить физические знания, повысить профессиональную мотивацию за счет решения новых видов профессиональных задач, способствовать формированию умений проведения исследовательской работы.

При разработке содержания спецкурсов по физике для студентов технических вузов в рамках вариативного компонента учебного плана предлагается придерживаться следующей последовательности действий.

1. Рассмотреть технологические процессы, инновационные методы обработки и технические явления, представляющие интерес с точки зрения будущей профессиональной деятельности инженера.

2. Описать технологический процесс, метод обработки или техническое явление с учетом примеров профессионального характера.

3. Выявить физические законы, явления и положения, составляющие основу конкретного технологического процесса, метода обработки или технического явления.

4. Представить инженерную задачу как физическую задачу с профессиональным содержанием, максимально приближенным к реальным производственным условиям.

5. Спроецировать ее с учетом абстрагирования и утрирования на будущую профессиональную деятельность и решить ее.

Если при рассмотрении конкретного объекта профессиональной деятельности возникает необходимость проведения исследовательской работы, то необходимо пройти следующие этапы (выделить объект наблюдения, самостоятельно проанализировать простейшие физические явления, определить задачи

исследования, выбрать способы эксперимента, осуществить отбор приборов и материалов, произвести необходимые измерения и вычисления, обосновать решение и сделать окончательные выводы).

Способами реализации цели и содержания являются методы, технологии обучения. Приоритетными из них являются те, которые формируют у студентов инженерных специальностей умения применять физические знания, умения усваивать принцип работы и устройство технических объектов, умения конструировать и моделировать объекты профессиональной деятельности на основе фундаментальных физических теорий. Среди таковых выделим гностические методы (проблемного изложения, частично-поисковый, исследовательский и др.), методы самоуправления учебными действиями (самостоятельная работа с литературой, над задачей и др.), методы контроля (лабораторного, машинного, самоконтроля и др.).

В прямой зависимости от содержания и методов обучения находятся формы обучения. В качестве формы организации нами были выбраны лекционные, лабораторные занятия и самостоятельная работа.

Методы и формы организации учебного процесса реализуются через дидактические средства формирования познавательной и профессиональной деятельности. Эффективным средством обучения студентов технических вузов на спецкурсах по физике могут выступать задания, разработанные нами в ходе проведения исследования и предложенные для использования в учебном процессе технических вузов. Таким образом, выделенные компоненты системы обучения физике на занятиях спецкурсов по физике связаны между собой и являются необходимыми. Успешное функционирование данной системы зависит от того, насколько адекватны содержание, методы, формы и средства целям обучения.

Обобщенное представление методики обучения физике студентов технических вузов в рамках вариативного компонента учебного плана на примере спецкурсов по физике дано в главе в виде основных положений методики, отражающих целевой, содержательный и процессуальный компоненты методической системы, позволяют сконструировать ее модель (рис. 1) и могут стать основой для совершенствования фундаментальной и профессионально направленной подготовки по физике.

В этой модели представлены следующие компоненты методики обучения физике студентов технических вузов в рамках вариативного компонента учебного плана на занятиях спецкурса по физике: цели изучения спецкурсов, дидактические принципы (интеграции, систематичности, межпредметных связей и т.п.), которым должно удовлетворять содержание спецкурсов по физике, содержание спецкурсов по физике, включающее инвариантный, варьируемый и исследовательский компоненты, принципы интеграции физических и технических теорий, фундаментальности и профессиональной направленности, методы, которыми достигается поставленная цель, формы (лекционные, лабораторные занятия и самостоятельная работа) и средства обучения (система зданий к лекционным, лабораторным и самостоятельным работам).

Рис. 1. Модель методики обучения физике студентов технических вузов на занятиях спецкурсов по физике

В третьей главе «Методика обучения физике студентов технических вузов в рамках вариативного компонента учебного плана на примере спецкурсов по физике» на основе положений методики обучения физике студентов

технических вузов на занятиях спецкурсов по физике разработано содержание конкретного спецкурса по физике, представлена методика проведения лекционных и лабораторных занятий спецкурса и организации самостоятельной работы студентов инженерных специальностей.

При разработке методики обучения физике студентов технических вузов на занятиях спецкурсов по физике было учтено, что необходимо обеспечить формирование знаний физико-технического содержания, формирование умений применять полученные знания при решении профессиональных задач (умение проецировать фундаментальные физические явления и законы на объекты профессиональной деятельности - инструменты, оборудование, технологические процессы, методы контроля и т.п.), возможность перехода мыслительной деятельности студентов с одного уровня усвоения знаний на другой, соответствие профилю специальности студентов и опора на содержание основного курса физики, отражение актуальных проблем техники, основных методов измерения и анализа, новейших методов обработки материалов на основе физических законов и теорий.

Расширять и углублять фундаментальные физические и профессионально направленные знания и умения возможно в рамках спецкурса «Физические основы неразрушающих методов контроля в машиностроении». Целью преподавания спецкурса являются выявление студентами физических основ (физические явления и законы) неразрушающих методов контроля технологических процессов и машиностроительной продукции, выработка умений студентов применять средства контроля и диагностики на производстве. В результате изучения дисциплины студенты должны получить представление об основных методах неразрушающего контроля производственных процессов, о приемах и способах неразрушающих методов контроля, о физических основах рассмотренных методов дефектоскопии.

С учетом основных положений методики обучения физике студентов технических вузов в рамках вариативного компонента учебного плана, сформулированных во 2 главе, определяется содержание спецкурса «Физические основы неразрушающих методов контроля в машиностроении», которое включает инвариантный (методы неразрушающего контроля - магнитные, визуально-оптические, капиллярные, токовихревые и т.п.), варьируемый (физические основы методов контроля - квантовая механика, магнетизм, оптика, капиллярные явления, электричество и др.) и исследовательский (определение эффективных условий регистрации и снятия показаний приборов контроля) компоненты.

Согласно выбранным целям и разработанному содержанию составляется рабочая программа спецкурсов по физике. Фрагмент рабочей программы спецкурса «Физические основы неразрушающих методов контроля в машиностроении» представлен ниже и включает следующие вопросы:

1. Общие сведения по неразрушающему контролю. Основные виды неразрушающих методов контроля, задачи, решаемые с их применением. Основные факторы, определяющие выбор метода контроля.

2. Визуально-оптический контроль. Физические основы визуально-оптического контроля. Классификация и общие требования к оптическим приборам. Приборы визуально-оптического контроля. Область применения.

3. Капиллярная дефектоскопия. Сущность и классификация методов капиллярной дефектоскопии. Технологические операции капиллярной дефектоскопии и особенности их выполнения. Область применения. Физические основы контроля методами капиллярной дефектоскопии. Смачивание. Капиллярные явления.

4. Магнитные методы контроля. Сущность и классификация магнитных методов контроля. Область применения. Намагничивание ферромагнитных материалов при магнитном контроле. Способы регистрации дефектов при магнитном методе контроля. Физические основы магнитного метода контроля.

5. Вихретоковые методы контроля. Сущность вихретокового метода контроля и область применения. Преобразователи для вихретокового контроля. Распределение вихревых токов.

6. Акустические методы контроля. Области применения и классификация акустических методов контроля. Физические основы акустических методов контроля материалов. Характеристика акустических методов. Приборы для акустического контроля и т.п.

Лекционные занятия данного спецкурса содержат сведения о неразру-шающих методах контроля, их физических основах, применяемом оборудовании и процессом снятия необходимых характеристик. В таблице 1 приведен фрагмент содержания лекционных занятий по разделу акустические и капиллярные методы контроля.

Таблица 1

Фрагмент содержания лекционных занятий спецкурса_

Раздел Содержание лекции

Акустические методы контроля Области применения и классификация акустических методов контроля. Возбуждение акустических (звуковых и ультразвуковых) волн и их распространение. Отражение и преломление продольных волн на границе раздела двух сред. Характеристика акустических методов. Факторы, определяющие эффективность ультразвукового контроля. Частота упругих волн. Вид упругих волн. Особенности распространения упругих волн на гладких кривых поверхностях и в оболочках. Ввод и прием упругих волн. Мертвые зоны. Настройка ультразвуковых приборов. Расшифровка результатов контроля.

Капиллярные методы контроля Физические основы контроля методами капиллярной дефектоскопии. Смачивание. Капиллярные явления. Сорбционные явления. Технологические операции капиллярной дефектоскопии и особенности их выполнения. Дефектоскопические материалы.

Например, капиллярные методы неразрушающего контроля предназначены для обнаружения поверхностных дефектов типа несплошности материала, невидимых невооруженным глазом. Они основаны на использовании капиллярных свойств жидкостей. При контроле (рис.2) на деталь наносят специальную

смачивающую жидкость, которая под действием капиллярных сил заполняет полости поверхностных дефектов, и выявляют имеющиеся дефекты.

2 3 4 5

Рис. 2. Схема контроля деталей капиллярным методом с применением проявителя: а - полость трещины заполнена проникающей жидкостью;

6 - жидкость удалена с поверхности детали; в - нанесен проявитель, трещина выявлена; 1-деталь; 2 - полость трещины; 3 - проникающая жидкость;

4 - проявитель; 5 - индикаторный рисунок трещины

На лабораторных занятиях по физике студенты знакомятся с экспериментальными установками (специально разработанными для данного спецкурса), предназначенными для проведения неразрушающего контроля изделий и производственных процессов в машиностроении. Разработано одиннадцать лабораторных работ по спецкурсу «Физические основы неразрушающих методов контроля в машиностроении», некоторые из них приведены в таблице 2.

Таблица 2

Перечень лабораторных работ_

№ Наименование лабораторных занятий

1 2 3 4 5 6 Электрические методы определения неэлектрических величин Определение напряжений в твердом теле оптическим методом Определение температуры с помощью термопары Счет деталей на конвейере фотоэлектрическим методом Определение толщины никелевого покрытая на стальной проволоке Измерение влажности формовочной смеси емкостным методом и др.

В процессе выполнения и защиты лабораторных работ студентам предлагается ответить на контрольные вопросы и решить простую задачу на применение физических явлений и законов в процессе контроля технологических процессов в машиностроении. Например, одна из разработанных лабораторных работ описывает применение электровихревого метода для непрерывного контроля толщины покрытия в установках никелирования проволок с помощью устройства, основанного на скин-эффекте (ниже приведены контрольные вопросы).

Контрольные вопросы:

1. Дать определение скин-эффекга.

2. Теоретически обосновать явление скин-эффекга.

3. Как определить толщину покрытия в проводнике.

4. Начертите блок-схему измерителя толщины электропроводящих покрытий.

Студенты технических вузов должны уметь решать профессиональные задачи, работать с реальными объектами в различных производственных ситуа-

циях. Поэтому основным видом деятельности студентов на занятиях спецкурсов по физике должно быть решение реальных инженерных задач (например, инженер должен уметь решать профессиональные задачи, при решении которых объектом являются современные методы контроля, инновационные методы обработки материалов, усовершенствованные станки, инструменты и т.п.). В таблице 3 представлен фрагмент операционного анализа профессиональных задач инженера с выделением интегрированных знаний из физики и ряда специальных дисциплин, а на рис. 3 представлена схема установки для измерения неравномерности движения ползунов.

Таблица 3

Операционный анализ профессиональных задач инженера

Действия и операции Интегрированные знания

Физика Специальные дисциплины

Определение частоты и амплитуды колебаний, возникающих при перемещении подвижных деталей и узлов станков с помощью емкостного датчика. Анализ осциллограммы неравномерности движения ползуна с последующим определением деформации рабочих органов металлорежущего станка Колебательные процессы, частота и амплитуда колебаний, сложение колебаний и т.п. Электротехника (устройство датчика и электромонтажная схема) Металлорежущие станки и инструменты (конструкция и основные узлы станков)

Рис. 3. Схема установки: 1 - кулачок; 2- сухарь;

3 - кронштейн; 4 - управляемый кварцевый генератор (УКГ);

5 - рычаг; б - толкатель; 7 - ползун;

8 - растяжка системы подвесок; 9 — станина;

10- пружина возврата; 11 - маслопровод; 12- масляная ванна

В основу принципа измерения неравномерности движения ползунов положено свойство плоского конденсатора изменять свою емкость при изменении расстояния между пластинами. Малое изменение начальной емкости влечет, в свою очередь, резкое изменение частоты генерируемого сигнала управляемого

кварцевого генератора (УКГ), которая в дальнейшем преобразуется в электрический ток через вибратор осциллографа.

В результате выполнения исследовательской работы студенты приходят к следующим выводам: 1) установка емкостного датчика непосредственно на объекте и применение высокочувствительной регистрирующей аппаратуры позволяют производить осциллографирование неравномерности перемещений рабочих органов металлорежущих станков; 2) измерительно-регистрирующая система малоинерционная (в ней отсутствуют узлы трения, оказывающие отрицательное влияние на процесс измерения); 3) измерительная система обладает высокой чувствительностью и стабильностью выходных параметров во времени, она проста и удобна в применении.

В рамках спецкурсов по физике в техническом вузе исследовательская работа студентов может быть представлена в следующих направлениях:

- рассмотрение инновационных методов обработки материалов с последующей разработкой ряда его перспективных направлений (например, ультразвуковая и электроискровая обработка);

- исследование проблемы увеличения срока службы и восстановления работоспособности деталей машиностроительной продукции с помощью различных методов, эффективным из которых является электроискровая наплавка, с последующей разработкой технологических процессов восстановления;

- выявление и обоснование того или иного метода неразрушающего контроля машиностроительной продукции;

- физическое моделирование технологических процессов в машиностроении с последующей разработкой программного обеспечения;

- анализ влияния гармонических колебаний системы «станок-приспособление-инструмент-деталь» на качество обработанной поверхности при различных видах обработки деталей и пути снижения вибраций и биения в этой системе и т.п.

Таким образом, разработаны содержание спецкурсов по физике в техническом вузе, методика проведения занятий на спецкурсах по физике. Тематика лабораторных и самостоятельных работ определена в соответствии с профилем специальности студентов, с опорой на содержание основного курса физики и направлена на решение задач и проблем инженерной специальности.

В четвертой главе «Педагогический эксперимент» приведено описание организации, проведения и анализа результатов экспериментальной работы по проблеме исследования. Эксперимент включал три этапа: констатирующий, поисковый и формирующий.

Общая характеристика экспериментальной работы представлена в таблице

4.

В результате констатирующего эксперимента, описанного в первой главе, обоснована актуальность темы исследования.

Практическим итогом этапа поискового педагогического эксперимента явились рабочая программа спецкурса по физике для студентов инженерных специальностей, система лекционных занятий и заданий к лабораторным занятиям, задания к исследовательским работам.

Таблица4

Данные об организации педагогического эксперимента

Этапы Годы Участники Цели

Констатирующий эксперимент 20032005 гг. Студенты 1 - 2 и 5 курсов инженерных специальностей Мордовского госуниверситета имени Н.П. Огарева и Самарского госуниверситета путей сообщения (специальности 151001,151002, 110301 и др.). Всего 398 студентов. Преподаватели физики и общетехнических дисциплин инженерных факультетов (всего 9 преподавателей). Выявить уровень подготовки студентов по физике, умения применять полученные знания при решении физических задач с профессиональным содержанием и определить степень готовности студентов к использованию спецкурсов по физике для совершенствования фундаментальной и профессионально направленной подготовки по физике

Поисковый эксперимент 20042009 гг. Студенты 1-3 курсов инженерных специальностей Мордовского госуниверситета имени Н.П. Огарева и Самарского госуниверсшета путей сообщения (специальности 151001, 151002,110301 и др.). Всего 209 студентов). Преподаватели физики, общетехнических и специальных дисциплин (всего 6 преподавателей). Определить этапы построения методики, разработать содержание учебных программ по спецкурсам по физике, осуществить поиск организационных форм и методов обучения, определить тематику спецкурсов по физике для студентов технических вузов. Осуществить апробацию элементов разрабатываемой методики.

Формирующий эксперимент 20072010 гг. Студенты 1-5 курсов инженерных специальностей Мордовского госуниверситета имени Н.П. Огарева и Самарского госуниверситета путей сообщения (специальности 151001, 151002,110301 и др.). Всего 530 студентов. Преподаватели физики, общетехнических и специальных дисциплин (всего 19 преподавателей). Проверить справедливость гипотезы исследования.

В соответствии с гипотезой на формирующем этапе эксперимента предлагается проверить 8 элементов подготовки по физике в рамках вариативного компонента учебного плана (1 - фундаментальные физические знания, 2 - про-фессиональнонаправленные знания, 3 - междисциплинарные знания, 4 - способность решать задачи по физике, 5 - способность решать задачи с профессиональным содержанием, 6 - способность решать творческие инженерные задачи, 7 - способность проводить самостоятельное исследование, 8 - способность к конструированию и моделированию объектов профессиональной деятельности на основе фундаментальных физических теорий. В этом случае цифрой 1 обозначено усвоение фундаментальных физических знаний, цифрами 2-6 - форми-

рование умений применять эти знания при решении профессиональных задач, а цифрами 7 и 8 - формирование умений выполнять исследовательские задания.

Результаты исследования элементов подготовки по физике в начале формирующего этапа эксперимента, выраженные в процентах, сравнивались с результатами после завершения обучения по экспериментальной методике. Оценивалось три уровня владения знаниями и умениями: низкий, средний, высокий. Для этого после каждой темы проводились контрольные работы, при проверке и анализе которых выявлялось число студентов, усвоивших тот или иной комплекс знаний. Количественная оценка подготовленности по каждому элементу подготовки по физике у студентов экспериментальной групп определялась по процентному соотношению студентов, находящихся на каждом уровне подготовки, по среднему показателю динамических рядов С, определяемому по формуле

С = (а + 2Ь + Зс)/100, где а, Ь, с - выраженное количество студентов (в процентах), находящихся соответственно: на низком (а), среднем (б) и высоком (в) уровнях подготовки.

По полученным данным строились гистограммы распределения результатов обследования студентов инженерных специальностей. На рис. 4 представлена гистограмма, построенная по данным обследования после эксперимента.

ОВходной в/йжи

1

Рис.4. Гистограмма распределения результатов обследования студентов инженерных специальностей в зависимости от уровней подготовки: а -низкий, б - средний, в - высокий

в 2

\

/

6 ^

Рис.5. Диаграмма изменения среднего показателя элементов подготовки по физике студентов инженерных специальностей

Цифрами обозначены, соответственно: 1) фундаментальные физические знания, 2) профессиональнонаггравленные знания, 3) междисциплинарные знания, 4) способность решать задачи по физике, 5) способность решать задачи с профессиональным содержанием, 6) способность решать творческие инженерные задачи, 7) способность проводить самостоятельное исследование, 8) способность к конструированию и моделированию объектов профессиональной деятельности на основе фундаментальных физических теорий

Если на входе до эксперимента характер распределения данных для экспериментальных групп был примерно одинаков (все показатели лежали в диапазоне от 0 до 40 %, причем, наибольшее количество студентов указывали на низ-

кий уровень владения знаниями и умениями), то на выходе - основную долю студентов представляют обучающиеся со средним и высоким уровнем владения знаниями и умениями. В то же самое время показатели темпа роста изменяются от 1,5 до 2,24.

Для получения качественной наглядной оценки строилась лепестковая диаграмма (рис. 5) по значениям количественного показателя С . Из представленной диаграммы видно, что до эксперимента в целом студенты по большинству показателей находятся на низком уровне подготовки (ему соответствует значение С, равное 1), и только по отдельным показателям приближается к среднему уровню подготовки (С=2), достигая значения С, равного 1,5. После проведения эксперимента эти уровни значительно увеличились для всех элементов и достигли значений превышающих 2.

Как показало исследование, изучение профессионально направленных спецкурсов по физике в техническом вузе способствует формированию умений выполнять исследовательские задания, а защита выпускных дипломных работ наглядное тому подтверждение. Так, увеличивается число студентов, определяющих темы исследовательских дипломных работ с ориентацией на профессиональную деятельность. Необходимо отметить, что исследовательская часть представлена на достаточно серьезном фундаментальном уровне с большим объемом интегрированных физических и технических знаний. Выпускники получают особые отметки за использование фундаментальных знаний в исследовательской части, за моделирование профессионально значимых объектов и технологических процессов обработки. Анализируя результаты педагогического эксперимента, можно сделать вывод, что у студентов технических вузов, обучающихся по разработанной методике, выявлен более высокий уровень фундаментальных знаний по физике, а также формируются умения применять эти знания при решении профессиональных задач и выполнять исследовательские задания, что позволяет сделать вывод о подтверждении выдвинутой гипотезы исследования.

В заключении подводятся итоги исследования, формулируются основные результаты исследования, обсуждаются перспективы дальнейших исследований.

Основные результаты исследования

1. Изучение опыта преподавания физики в техническом вузе и анализ научной, психолого-педагогической, методической литературы и диссертационных исследований, посвященных проблеме обучения физике студентов технических вузов в целом, позволили констатировать следующее: 1) студенты инженерных специальностей не могут проецировать знания, полученные при изучении курса физики, на дисциплины общетехннческого и специальных циклов и, как следствие, на объекты профессиональной деятельности; испытывают затруднения при проведении исследовательских работ; 2) при обучении физике студентов инженерных специальностей в рамках вариативного компонента учебного плана используются спецкурсы чисто теоретического характера («Физика твердого тела», «Физика плазмы» и др.), которые не отражают специфику

технического вуза; 3) имеется значительное число работ, посвященных проблеме повышения качества подготовки по физике студентов технических вузов, как общего, так и частного характера, но подготовка студентов по физике в рамках вариативного компонента учебного плана с использованием спецкурсов по физике, отражающих связь физических и технических теорий, не рассматривалась.

2. Определена тематика профессионально направленных спецкурсов по физике для студентов технических вузов в рамках вариативного компонента учебного плана. Выявлены требования, которым должны удовлетворять интегрированные спецкурсы по физике для студентов технических вузов (соответствовать профилю специальности студентов, опираться на содержание основного курса физики, дополнять и создавать условия для успешного применения полученных знаний и умений в профессиональной деятельности, обеспечивать переход мыслительной деятельности студентов с одного уровня усвоения знаний на другой, отражать актуальные проблемы техники, новейшие методы обработки материалов, современные методы контроля технологических процессов на основе физических законов и теорий).

3. Разработаны теоретические основы методики обучения физике студентов технических вузов в рамках вариативного компонента учебного плана на примере спецкурсов по физике с учетом специфики профессиональной деятельности инженера на предприятиях машиностроительной отрасли. Содержание спецкурсов по физике для студентов инженерных специальностей должно удовлетворять дидактическим принципам (интеграции, непрерывности и преемственности обучения, фундаментальности, профессиональной направленности, межпредметных связей и др.). В качестве основного принципа конструирования содержания обучения выбрана интеграция физических и технических теорий. Сформировано содержание спецкурсов по физике, включающее инвариантный (фундаментальные физические законы, понятия и теории), варьируемый (профессиональные приложения фундаментальных законов и теорий) и исследовательский компоненты. Предложена последовательность действий при разработке содержания спецкурсов по физике для студентов технических вузов в рамках вариативного компонента учебного плана.

4. Разработано содержание лекционных и лабораторных занятий спецкурса «Физические основы неразрушающих методов контроля в машиностроении», задания для самостоятельной работы и исследовательской деятельности с учетом принципов интеграции, фундаментальности и профессиональной направленности.

5. Проведен педагогический эксперимент, подтвердивший гипотезу исследования о том, что если в подготовку студентов технических вузов ввести спецкурсы по физике в рамках вариативного компонента, то это приведет к совершенствованию фундаментальной и профессионально направленной подготовки по физике, а именно усвоению фундаментальных знаний, формированию умений применять эти знания при решении профессиональных задач и выполнять исследовательские задания.

Дальнейшая разработка особенностей построения профессионально-ориентированной среды вуза может способствовать формированию инженерного творческого мышления специалиста и развитию инновационной инженерной деятельности, отражающей новые формы объединения науки, техники и производства.

Содержание диссертации отражено в 29 публикациях общим объемом 13,8 п.л.(авторских - 9,5 п.л.), основные из них следующие:

1. Родиошкина, Ю.Г. Особенности методики преподавания спецкурсов по физике для студентов инженерных специальностей [Текст] / Ю. Г. Родиошкина Н Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского: Изд-во ННГУ им. Н.И. Лобачевского. - 2009. - № 3. - С. 37 - 42. (0,5 п. л.)

2. Родиошкина, Ю.Г. Спецкурсы по физике в техническом вузе как компонент национально-регионального образования [Текст] / Ю. Г. Родиошкина // Интеграция образования. - 2009. - Л» 4. - С. 57 - 60. (0,3 п. л.)

3. Родиошкина, Ю. Г. Вариативный компонент курса физики в техническом вузе (на примере спецкурсов по физике): Учебное пособие.[Текст]/ Ю. Г. Родиошкина, Л. В. Масленникова. - Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2009. - 124 с. (7,21 п.л.) (авторских 3,6 п.л. -50%)

4. Родиошкина, Ю.Г. Технология организации самостоятельной работы студентов технических вузов при обучении физике [Текст] / Ю.Г. Родиошкина, Л.В. Масленникова, Г.Н. Бодрикова // Преподавание физики в высшей школе. -2005. - № 30. - М.: МПГУ. Международная академия наук педагогического образования. - С. 32-35. (0,25 п.л.) (авторских 0,1 п.л. - 40%)

5. Родиошкина, Ю.Г. Особенности спецкурса по физике в высшей технической школе [Текст] / Ю. Г. Родиошкина, Л.В. Масленникова // Преподавание физики в высшей школе. - 2006. - № 33. - М.: МПГУ. Международная академия наук педагогического образования. - С. 124-127. (0,25 п.л.) (авторских 0,15 пл.-60%)

6. Родиошкина, Ю.Г. Спецкурсы цикла ЕНД с учетом принципа профессиональной направленности в высшей технической школе [Текст] / Ю. Г. Родиошкина, Л.В. Масленникова // Преподавание физики в высшей школе. - 2007. - № 34. - М.: МПГУ. Международная академия наук педагогического образования. - С. 158-161. (0,25 п.л.) (авторских 0,15 п.л. - 60%)

7. Родиошкина, Ю.Г. Педагогические основы организации спецкурсов в высшей технической школе [Текст] / Ю. Г. Родиошкина // Сб. научно-методических трудов. Совершенствование учебного процесса на основе новых информационных технологий. - Саранск; МГПИ, 2006. - №6. - С.86-89. (0,2 п.л.)

8. Родиошкина, Ю.Г. Проектирование спецкурсов по физике для студентов технических вузов [Текст] / Ю. Г. Родиошкина // Сб. научных трудов. Технические и естественные науки: проблемы, теория, практика. - Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2008. - №8. - С. 20-23. (0,2 п.л.)

9. Родиошкина, Ю.Г. Спецкурс по физике в системе высшего профессионального образования [Текст] / Ю. Г. Родиошкина // Сб. научных трудов. Тех-

нические и естественные науки: проблемы, теория, практика. - Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2008. -№8. -С. 13-17. (0,25 п.л.)

10. Родиошкина, Ю.Г. Спецкурсы по физике для студентов технических вузов [Текст] / Ю. Г. Родиошкина // Сб. статей Международной научно-практической конференции. Перспективы развития систем среднего и высшего профессионального образования в современном обществе. - ЧЛ. - Пенза: Приволжский Дом знаний, 2008. - С.139-142. (0,25 п.л.)

11. Родиошкина, Ю.Г. Комплекс спецкурсов по физике для студентов технических вузов [Текст] / Ю. Г. Родиошкина // Материалы VIII Междунар. на-учно-метод. конф. «Физическое образование: проблемы и перспективы развития». 4.2. - М/. МПГУ, 2009. - С.66-68. (0,2 п.л.)

12. Родиошкина, Ю.Г. Самостоятельная работа студентов технических вузов в рамках спецкурсов по физике [Текст] / Ю.Г. Родиошкина, JI.B. Масленникова И Материалы VIII Междунар. научно-метод. конф. «Физическое образование: проблемы и перспективы развития». 4.2. - М.: МПГУ, 2009. - С.68-71. (0,2 п.л.) (авторских 0,1 п.л. - 50%)

13. Родиошкина, Ю.Г. Возможные пути совершенствования обучения физике в техническом вузе [Текст] / Ю.Г. Родиошкина, JI.B. Масленникова // Материалы IX Междунар. научно-метод. конф. «Физическое образование: проблемы и перспективы развития». 4.2. - М.: МПГУ, 2010. - С.63-64. (0,12 п.л.) (авторских 0,06 п.л. - 50%)

14. Родиошкина, Ю.Г. Спецкурсы по физике в техническом вузе [Текст] / Ю. Г. Родиошкина // Материалы IX Междунар. научно-метод. конф. «Физическое образование: проблемы и перспективы развития». 4.2. - М.: МПГУ, 2010. - С.65-68. (0,25 п.л.)

15. Родиошкина, Ю.Г. Особенности совершенствования подготовки по курсу физики в техническом вузе [Текст] / Ю. Г. Родиошкина // Materialy V miedzynarodowej naukowi-praktycznej konferencji "Nauka i inowacja - 2009". -Volume 6. Pedagogiczne nauki. - Przemysl: Nauka i studia, 2009. - C. 14-17. (0,3

П.Л.)

16. Родиошкина, Ю.Г. Особенности преподавания спецкурсов по физике в техническом вузе [Текст] / Ю. Г. Родиошкина // Материалы 5 международной научно-практической конференции «Найновите научни постижения». - София: Бял ГРАД-БГ, 2009. - С. 26-29. (0,2 п.л.)

17. Родиошкина, Ю.Г. Некоторые вопросы разработки и реализации спецкурсов по физике в техническом вузе [Текст] / Ю. Г. Родиошкина, JI.B. Масленникова // Сб. научных трудов международной научно-практической конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований». - Том 18. Педагогика, психология и социология. - Одесса: 4ерноморье, 2009.-С.40-42. (0,2 пл.) (авторскихОД п.л.-50%)

Подп. к печ. 05.07.2010 Объем 1,5 п.л. Заказ № 76 Тир 100 экз. Типография МШ У

Содержание диссертации автор научной статьи: кандидата педагогических наук, Родиошкина, Юлия Григорьевна, 2010 год

Введение- •

Г Современное состояние проблемы совершенствования фундаментальной и профессионально направленной подготовки по физике студентов технических вузов.

1.1 Современные требования к подготовке студентов инженерных специальностей 17'

Г.2 Спецкурсы как средство совершенствования фундаментальной и профессионально направленной подготовки студентов вузов

1.3 Состояние проблемы использования спецкурсов по физике в учебном процессе технических вузов

2: Теоретические основы обучения физике студентов технических вузов в рамках вариативного компонента учебного плана па примере спецкурсов по физике

2.1 Спецкурсы по физике в учебном процессе технических вузов

2.2 Особенности методики обучения физике студентов технических вузовврамках вариативногокомпонентаучебногопланана примере спецкурсов по физике 653 Методика обучения физике студентов технических вузов в\ рамках вариативного компонента учебного плана на примере спецкурсов по физике

3.1 Содержание спецкурса «Физические основы неразрушающих методов контроля в машиностроении»

3:2 Содержание ишетоды проведения*лекционных занятий" спецкурса «Физические основы неразрушающих методов контроля в машиностроении»

3.3 Содержание и методы проведения лабораторных занятий спецкурса «Физические основы неразрушающих методов'контроля в машиностроении»

3.4 Организация самостоятельной работы студентов в рамках спецкурса «Физические основы неразрушающих методов контроля в машиностроении»

4. Педагогический эксперимент

4.1. Организация и методика проведения педагогического эксперимента

4.2. Поисковый этап эксперимента

4.3. Формирующий этап эксперимента 131 Заключение 144 Библиографический список 148 Приложения

Введение диссертации по педагогике, на тему "Фундаментальная и профессионально направленная подготовка по физике студентов технических вузов в рамках вариативного компонента учебного плана"

Национальная доктрина образования в Российской Федерации акцентирует внимание на необходимости подготовки высококвалифицированных специалистов, способных к самообразованию, профессиональному росту в условиях развития новых наукоемких технологий. Профессиональная деятельность специалиста в современных условиях должна способствовать разработке и созданию инновационной техники и технологий, что вызывает потребность в специалистах, умеющих в своей работе активно использовать знания и умения, полученные при обучении в вузе. Усовершенствование традиционных форм вузовского образования и поиск новых подходов, идей и методов обучения, способных улучшить качество образования и уровень подготовки выпускников, в частности, по физике (которая является фундаментальной основой дисциплин технического направления), является актуальной проблемой современного инженерного образования.

В высших технических учебных заведениях физика — это не просто общеобразовательная дисциплина: знания, сформированные у студентов на занятиях по физике, являются фундаментальной базой для изучения общетехнических и специальных дисциплин, освоения новой техники и технологий. Обучение физике должно быть взаимосвязано со специальными дисциплинами и базироваться на рассмотрении конкретных процессов и явлений, относящихся к профессиональной деятельности специалиста.

В связи с этим, возникает вопрос о такой организации учебного процесса в техническом вузе, который включал бы элементы фундаментальности и профессиональной направленности физического знания, а также формирование умений выполнять исследовательские задания. На сегодняшний день в образовательном процессе студентов технических вузов реализация профессиональной направленности через учебные прикладные физические задачи затруднена возрастанием объема материала при строгом лимите времени и сложностью в постановке задач. Повышение требований к студентам инженерных специальностей обусловливает необходимость изменений в структуре и содержании естественнонаучных дисциплин, которая может содержать разработку учебных планов, рабочих программ, новых специальных курсов или дисциплин, новых педагогических технологий в целях усиления физической составляющей инженерного образования.

Для эффективной подготовки студентов инженерных специальностей необходимо формирование системы фундаментальных физических знаний в совокупности с умениями применять их в конкретной производственной деятельности, как на фундаментальном, так и на профильно-ориентированном уровне. Вариативный компонент курса физики в техническом вузе должен способствовать формированию умений проецировать физические законы и явления на объекты профессиональной деятельности.

Однако, выполненный в ходе исследования анализ опыта обучения в инженерно-технических вузах, учебных планов и программ, квалификационных характеристик, стандартов для инженерных специальностей, результатов констатирующего этапа педагогического эксперимента позволил выявить следующее:

- число обязательных часов на изучение физики неуклонно сокращается, а объем учебного материала при этом увеличивается;

- программа по физике для технических вузов не отражает в полной мере профессиональную направленность обучения, что не позволяет обеспечить должную мотивацию изучения физики и соответственно требуемый уровень подготовки;

- уровень умений студентов применять фундаментальные физические знания к решению профессиональных задач является низким, студенты не видят связи физики с общетехническими и специальными дисциплинами.

В то же время не все резервы учебного плана используются для решения задачи повышения уровня подготовки по физике студентов технических вузов. В частности, Государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования содержит вариативный компонент, включающий систему спецкурсов: В существующем ГОС ВПО на изучение вариативной части предусмотрено 5% учебного времени; в стандартах третьего поколения — 50% учебного времени. Однако, как показывает проведенный нами анализ тематики спецкурсов, спецкурсы и вариативный компонент в целом не реализуют свой потенциал в качестве средства совершенствования подготовки по физике. Содержание существующих спецкурсов по физике для студентов инженерных специальностей не отражает специфику будущей профессиональной'деятельности.

Большой вклад в развитие теории и методики обучения физике внесли В.Г. Разумовский, С.Е. Каменецкий, A.C. Кондратьев, В.В. Лаптев, Н.С. Пуры-шева, A.B. Усова и другие исследователи. В педагогической теории и практике накоплен значительный материал по проблеме физического образования (А.Д." Гладун, О.Н. Голубева, А.Д. Суханов и другие). Проблеме совершенствования обучения физике студентов инженерных вузов посвящены диссертационные , исследования А. А. Аданникова, Т. Г. Вагановой, Н. В. Вознесенской, Г.В. Ерофеевой, А. Б Жмодяк, Н. А. Клещевой, А .Я. Кудрявцева, А. Н. Лаврениной, j

В. В. Ларионова, И. А. Мамаевой, Л. В; Масленниковой, А. А. Толстеневой и др.; студентов педагогических вузов - работы,Г. Г. Громыко, Е. В. Ермаковой, А. М. Зайцевой, Н. В. Леоновой, А. И. Наумова, Е. Б. Петровой и др.; студентов высших военных заведений - работы А. Е. Айзенцона, А. А.Червовой, М. А. Чувыриной и др. Проблема разработки спецкурсов в вузах, способствующих овладению профессионально направленных знаний и умений' в различных отраслях, рассматривается в работах О. В. Бузовой, Е. В. Галимовой, Т. В. Крамаровой, 3. С. Лукиной, Г. Ф. Михайлишиной, В. С. Михалкина, Е. В. Набие-вой, К. Л. Ржепецкого, Ю. Н. Семина, А. А. Толстеневой, П. Э. Шендерей и др.

Таким образом, анализ исследований по проблемам повышения качества подготовки по физике студентов технических вузов показал, что, несмотря, на значительное число работ, как общего, так и частного характера, подготовка студентов по физике в рамках вариативного компонента учебного плана с использованием спецкурсов по физике, отражающих связь физических и технических теорий, не рассматривалась.

Необходимость разработки теоретико-методологических и организационно-методических основ совершенствования фундаментальной и профессионально направленной подготовки по физике студентов технических вузов на примере профессионально направленных спецкурсов по физике в рамках вариативного компонента учебного плана предопределена, на наш взгляд, противоречием между задачей формирования профессионально направленных знаний и умений по физике, возможностями вариативного компонента учебного плана (в частности, в форме спецкурсов) в решении этой задачи, с одной стороны, и существующей методикой обучения физике в техническом вузе, которая не позволяет в полной мере решить эту задачу, с другой стороны.

Это противоречие определило актуальность и тему исследования: «Фундаментальная и профессионально направленная подготовка по физике студентов технических вузов в рамках вариативного компонента учебного плана», проблемой которого является поиск ответа на вопрос, какой должна быть методика подготовки студентов технических вузов по физике в рамках вариативного компонента учебного плана.

Объектом исследования является процесс обучения физике студентов технических вузов.

Предметом исследования является методика обучения физике студентов технических вузов в рамках вариативного компонента учебного плана на примере спецкурсов по физике.

Цель исследования состоит в теоретическом обосновании и разработке методики обучения физике студентов технических вузов в рамках вариативного компонента учебного плана на примере спецкурсов по физике.

Гипотеза исследования. Если в подготовку студентов технических вузов в рамках вариативного компонента учебного плана включить спецкурсы по физике, содержание и методы проведения которых будут основаны на интеграции физических и технических теорий и принципах фундаментальности и профессиональной направленности, то это приведет к усвоению фундаментальных физических знаний, формированию умений применять эти знания при решении профессиональных задач и умений выполнять исследовательские задания.

Для достижения поставленной цели и проверки сформулированной гипотезы нами поставлены следующие задачи:

- изучить опыт преподавания физики в техническом вузе и степень разработанности проблемы исследования в научной, психолого-педагогической и методической литературе, а также выявить реальный уровень подготовки по физике студентов технических вузов и определить их готовность изучать спецкурсы по физике в рамках вариативного компонента учебного плана;

- определить тематику спецкурсов по физике в системе подготовки студентов инженерных специальностей, соответствующих содержанию физического образования в техническом вузе и учитывающих специфику профессиональной деятельности инженера;

- теоретически обосновать методику обучения физике студентов технических вузов в рамках вариативного компонента учебного-плана на примере спецкурсов по физике и разработать ее модель;

- разработать методику проведения и содержание лекционных и лабораторных занятий спецкурсов по физике, задания для самостоятельной работы и исследовательской деятельности, направленные на усвоение фундаментальных знаний и формирование умений применять эти знания при решении профессиональных задач;

- провести педагогический эксперимент для проверки гипотезы исследования.

Для решения поставленных в работе задач был использован комплекс методов исследования и видов деятельности.

Теоретические: изучение и анализ естественнонаучной, философской, психолого-педагогической, научно-технической литературы, диссертационных исследований; анализ образовательных стандартов высших учебных заведений и других методических документов; проведение сравнений и аналогий, обобщение, синтез, интеграция, системный подход, системный анализ; моделирование педагогических ситуаций; анализ инновационного педагогического опыта.

Экспериментальные: наблюдение, интервьюирование, анкетирование и тестирование студентов и преподавателей, экспертная оценка разработанных материалов, педагогический эксперимент.

Теоретическую основу исследования составляют:

- исследования по методологии науки, методологии и истории физики и техники (Канке В.А., Степин B.C., Князев В.Н., Хайдеггер М. и др.);

- исследования по психологии, педагогике и методике высшей школы (Архангельский С.И., Гальперин П.Я., Давыдов В.В., Краевский В.В., Леонтьев А.Н., Лернер И.Я., Сластенин В.А., Талызина Н.Ф., Холодная М.А. и др.);

- исследования по проблемам физического образования в высшей школе (Голубева О.Н., Наумов А.И., Суханов А.Д. и др.);

- исследования по методике преподавания физики в общеобразовательной школе (Бугаев А.И., Глазунов А.Т., Извозчиков В.А., Каменецкий С.Е., Мултановский В.В., Пурышева Н.С., Усова A.B. и др.);

- исследования по методике преподавания физики в технических вузах (Айзенцон А.Е., Ваганова Т.Г., Вознесенская Н.В., Гладун A.A., Ерофеева Г.В., Кудрявцев А.Я., Ларионов В.В., Мамаева И.А., Масленникова Л.В., Моторичев И.А., Червова A.A. и др.);

- исследования по разработке спецкурсов в вузах (Бузова О.В., Лукина З.С., Михалкин B.C., Семин Ю.Н., Толстенева A.A., Шендерей П.Э. и др.)

Этапы исследования

Диссертационное исследование проводилось с 2003 по 2010 гг. и осуществлялось в три этапа:

1 этап (2003-2005 г.г.). Осуществлялся анализ состояния подготовки студентов инженерных специальностей, включающий изучение Государственных стандартов высшего профессионального образования, квалификационных характеристик, учебных планов и программ по физике для инженерных специальностей, проведение анкетирования студентов и выявление уровня их теоретических знаний по физике и умений применять полученные знания при решении профессиональных задач. Исследовались возможности совершенствования подготовки по физике студентов технических вузов с помощью профессионально направленных спецкурсов по физике.

2 этап (2004-2009 г.г.). Определялись теоретические основы построения методики обучения физике студентов технических вузов в рамках вариативного компонента учебного плана. Разрабатывалась модель данной методики, определялись организационные формы и методы обучения физике в спецкурсах. Разрабатывалась рабочая программа спецкурса по физике, содержание лекционных и лабораторных занятий, заданий для самостоятельной работы и исследовательской деятельности студентов инженерных специальностей.

3 этап (2007-2010 г.г.). Проводились педагогический эксперимент по проверке выдвинутой гипотезы исследования, статистическая обработка результатов эксперимента, оформление текста диссертации.

Научная новизна результатов исследования

1. Обоснована целесообразность использования спецкурсов по физике для студентов технических вузов в целях усиления их фундаментальной и профессионально направленной подготовки по физике.

2. Выявлены требования, которым должны удовлетворять интегрированные спецкурсы по физике для студентов технических вузов, среди которых:

- соответствовать профилю специальности студентов,

- опираться на содержание основного курса физики, дополнять и создавать условия для успешного применения полученных знаний и умений в профессиональной деятельности,

- обеспечивать переход мыслительной деятельности студентов с одного уровня усвоения знаний на другой,

- отражать актуальные проблемы техники, новейшие методы обработки материалов, современные методы контроля технологических процессов на основе физических законов и теорий.

3. Сформулированы положения, составляющие основу методики обучения физике студентов технических вузов в рамках вариативного компонента учебного плана на примере спецкурсов по физике:

- процесс преподавания спецкурсов по физике в техническом вузе должен рассматриваться как методическая система, включающая цели, содержание, методы, формы и средства обучения;

- основная цель профессионально направленных спецкурсов по физике — научить студентов инженерных специальностей проецировать физические законы и явления на объекты профессиональной деятельности;

- при проектировании содержания спецкурсов по физике ведущей идеей является интеграция физических и технических теорий. При этом отбор содержания спецкурсов заключается в отборе такого учебного материала, который будет охватывать максимально возможное количество разделов физики и использоваться в будущей профессиональной деятельности инженера;

- деятельность по разработке содержания спецкурсов по физике для студентов технических вузов в рамках вариативного компонента учебного плана должна включать следующую последовательность действий:: рассмотрение и описание конкретного технологического процесса, выявление его физических основ, представление инженерной задачи как физической задачи с профессиональным содержанием, проецирование на будущую инженерную деятельность и ее решение;

- методь1, формы и средства обучения, наряду с традиционными, должны включать такие, которые адекватны деятельности инженера соответствующей специальности. Например, такая деятельность студентов, в процессе которой усваиваются принципы работы и устройство технических объектов, формируются умения конструировать и моделировать объекты профессиональной деятельности на основе фундаментальных физических теорий.

4. Создана модель методики обучения физике студентов технических вузов в рамках вариативного компонента учебного плана на примере спецкурсов по физике, включающая цели, содержание, методы, формы и средства обучения. Содержание спецкурсов по физике, включает инвариантный (фундаментальные физические законы, понятия и теории), варьируемый (профессиональные приложения фундаментальных законов и теорий) и исследовательский (выполнение экспериментальных и исследовательских заданий) компоненты.

5. Разработана методика обучения физике студентов технических вузов в рамках вариативного компонента учебного плана на примере спецкурсов по физике с учетом специфики профессиональной деятельности инженера и принципов интеграции, фундаментальности и профессиональной направленности обучения: разработан спецкурс «Физические основы неразрушающих методов контроля в машиностроении», отобрано его содержание, охватывающее большинство разделов физики и максимально приближенное к профессиональной деятельности специалиста инженерного профиля, определены методы (гностические, самоконтроля), формы (лекционные и лабораторные занятия) и средства обучения (система заданий).

Теоретическая значимость результатов исследования состоит в том, что они вносят вклад в теорию и методику обучения физике в техническом вузе за счет:

- сформулированных требований к интегрированным спецкурсам по физике для студентов технических вузов (соответствовать профилю специальности студентов, опираться на содержание основного курса физики, дополнять и создавать условия для успешного применения полученных навыков в профессиональной деятельности, обеспечивать переход мыслительной деятельности студентов с одного уровня усвоения знаний на другой, отражать актуальные проблемы техники, новейшие методы обработки материалов, современные методы контроля технологических процессов на основе физических законов и теорий);

- разработанной модели методики обучения физике студентов технических вузов на занятиях спецкурсов по физике (в рамках вариативного компонента учебного плана) и сформулированных положений, которые в сочетании с моделью выступают в качестве теоретических основ этой методики, обеспечивая усвоение фундаментальных физических знаний, формирование умений применять эти знания при решении профессиональных задач и умений выполнять исследовательские задания.

Результаты проведенного исследования могут составить основу теоретической базы для развития инженерного творческого мышления специалиста и создания профессионально-ориентированной среды вуза.

Практическая значимость исследования состоит в том, что разработан профессионально направленный спецкурс по физике для студентов инженерных специальностей «Физические основы неразрушающих методов контроля в машиностроении»; разработан учебно-методический комплекс для осуществления фундаментальной и профессионально направленной подготовки по физике студентов технических вузов на занятиях спецкурса по физике, включающий рабочую программу, содержание лекционных и лабораторных занятий, задания к самостоятельным и исследовательским работам и учебное пособие, в котором изложены основы использования спецкурсов по физике в системе подготовки студентов инженерных специальностей.

Реализация данного УМК в рамках общей системы подготовки студентов обеспечивает усвоение фундаментальных знаний и формирование умений применять эти знания при решении реальных инженерных задач.

Апробация результатов исследования на разных этапах работы осуществлялась на заседаниях научно-методического семинара кафедры общенаучных дисциплин Мордовского государственного университета имени Н.П. Огарева (Саранск, 2003 — 2010). Основные теоретические положения и практические результаты докладывались »и обсуждались на международных, всероссийских, региональных научно-методических и научно-практических конференциях:

- Москва, Mill У, («Физическое образование: проблемы и перспективы развития», 2006 - 2010);

- Одесса («Современные направления теоретических и прикладных исследований» Украина, 2009);

- София («Новейшие научные исследования - 2009» Болгария, 2009);

- Прага («Дни науки - 2009» Чехия, 2009);

- Перемышль («Наука и инновации - 2009» Польша, 2009);

- Саранск, МГУ им. Н. П. Огарева («Интеграция региональных систем образования», 2006);

- Пенза («Перспективы развития, систем среднего и высшего профессионального образования в современном обществе», 2008);

- Рузаевка, МРУ им. Н.П. Огарева («Организационные, философские и технические проблемы современных машиностроительных производств» 2005);

- Саранск, Ml ПИ им. М.Е. Евсевьева («Совершенствование учебного процесса на-основе новых информационных технологий», 2006);

- Рузаевка, МГУ им. Н.П. Огарева («Машиностроение: наука, техника, образование», 2006, 2008, 2009, 2010).

Исследовательская работа осуществлялась со студентами инженерных факультетов Мордовского государственного университета им. Н. П. Огарева и Самарского университета путей сообщения.

Положения, выносимые назащиту:

1. В современных условиях подготовка студентов технических вузов должна рассматриваться с позиции интеграции физических и технических теорий и с максимальным приближением к условиям реального производства. Это можно реализовать на профессионально-ориентированных спецкурсах по физике в рамках вариативного компонента учебного плана.

2. Интегрированные спецкурсы по физике должны удовлетворять следующим требованиям: соответствовать профилю специальности студентов, опираться на содержание основного курса физики, дополнять и создавать условия для успешного применения полученных навыков в профессиональной деятельности, обеспечивать переход мыслительной деятельности студентов с одного уровня усвоения знаний на другой, отражать актуальные проблемы техники, новейшие методы обработки материалов, современные методы контроля технологических процессов на основе физических законов и теорий.

3. Модель методики обучения физике студентов технических вузов в рамках вариативного компонента учебного плана на занятиях спецкурсов по физике должна отражать интеграцию физических и технических теорий, фундаментальность и профессиональную направленность знаний и умений и включать цели, содержание, методы, формы и средства обучения.

4. В качестве одного из вариантов профессионального направленного спецкурса может выступать спецкурс «Физические основы неразрушающих методов контроля в машиностроении», содержание которого максимально приближено к профессиональной деятельности специалиста инженерного профиля и охватывает большинство разделов физики. Содержание спецкурса включает инвариантный (методы неразрушающего контроля — магнитные, визуально-оптические, капиллярные, токовихревые и т.п.), варьируемый (физические основы методов контроля — квантовая механика, электричество и магнетизм, оптика, капиллярные явления и др.) и исследовательский (определение эффективных условий регистрации и снятия показаний приборов контроля) компоненты.

5. Обучение физике студентов технических вузов на занятиях спецкурса по физике должно включать специфические технологии обучения, а именно методы (гностические, самоконтроля), формы (лекционные, лабораторные занятия и самостоятельная работа) и средства обучения (система заданий), позволяющие интенсивно и качественно формировать у студентов фундаментальные физические знания, умения применять эти знания при решении профессиональных задач и умения выполнять исследовательские задания.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии и двух приложений. Общий объем диссертации 205 страниц, основной текст диссертации составляет 175 страниц. Работа включает 26 рисунков и 19 таблиц. Библиографический список содержит 225 наименований.

Заключение диссертации научная статья по теме "Теория и методика обучения и воспитания (по областям и уровням образования)"

Выводы по 2 главе

1. Определены тематика профессионально направленных спецкурсов по физике при подготовке студентов технических вузов и требования, предъявляемые к ним (соответствовать профилю специальности студентов, опираться на содержание основного курса физики, дополнять и создавать условия для успешного применения полученных навыков в профессиональной деятельности, обеспечивать переход мыслительной деятельности студентов с одного уровня усвоения знаний на другой, отражать актуальные проблемы техники, новейшие методы обработки материалов, современные методы контроля технологических процессов на основе физических законов и теорий).

2. На основе системного подхода разработана модель методики обучения физике студентов технических вузов в рамках вариативного компонента учебного плана на примере спецкурсов по физике, которая способствует повышению уровня усвоения фундаментальных физических знаний, формированию умений применять эти знания при решении профессиональных задач и формированию умений выполнять исследовательские задания. В соответствии с этим подходом выбраны компоненты методической системы — цели, содержание, методы, формы и средства обучения. Сформировано содержание спецкурсов по физике, включающее инвариантный (фундаментальные физические законы, понятия и теории), варьируемый (профессиональные приложения фундаментальных законов и теорий) и исследовательский компоненты. В качестве основного принципа конструирования содержания обучения выбрана интеграция физических и технических теорий. Предложена последовательность действий при разработке содержания спецкурсов по физике для студентов технических вузов в рамках вариативного компонента учебного плана.

3 Методика обучения физике студентов технических вузов в рамках вариативного^компонента учебного плана на примере спецкурсов по физике

В данной главе на основе положений методики обучения физике студентов технических вузов в рамках вариативного компонента учебного плана на примере спецкурсов по физике разработано содержание спецкурса «Физические основы неразрушающих методов контроля в машиностроении», представлена конкретная методика проведения лекционных и лабораторных занятий по данному спецкурсу и организации самостоятельной работы студентов инженерных специальностей (151001 «Технология машиностроения», 151002 «Металлообрабатывающие станки и комплексы», 110301 «Механизация сельского хозяйства» и др.)

При разработке методики обучения физике студентов технических вузов на занятиях спецкурсов по физике было учтено, что необходимо обеспечить:

- формирование знаний физико-технического содержания;

- формирование умений применять полученные знания при решении профессиональных задач (умение проецировать фундаментальные физические явления и законы на объекты профессиональной деятельности — инструменты, оборудование, технологические процессы, методы контроля и т.п.);

- возможность перехода мыслительной деятельности студентов с одного уровня усвоения знаний на другой;

- соответствие профилю специальности студентов и опора на содержание основного курса физики;

- отражение актуальных проблем техники, основных методов измерения и анализа, новейших методов обработки материалов на основе физических законов и теорий и т.п.

3.1 Содержание спецкурса «Физические основы неразрушающих методов контроля в машиностроении»

В последние годы в университетах значительно расширился круг спецкурсов, они стали более целенаправленными и научно обоснованными. Однако не следует думать, что всякая постановка нового спецкурса есть разумный отклик на запросы современности. Иногда появляются новые спецкурсы без серьезной общенаучной и практической потребности в них. Необходимо отметить, что вопрос о месте выпускника-инженера в современном производстве, в современной науке должен серьезно изучаться. В тесной связи с этим нужно решить и вопрос о наборе общих и специальных курсов, обеспечивающих подготовку инженеров-механиков. /

Повышение уровня,надежности и увеличение ресурса машин и других объектов техники возможно только при условии выпуска продукции высокого качества во всех отраслях машиностроения. Это требует непрерывного совершенствования. технологии производства и методов контроля качества. Контроль качества продукции заключается в проверке соответствия показателей ее качества установленным требованиям Государственного стандарта. Контроль с применением дефектоскопов (приборов) основан, на получении информации в виде электрических, световых, звуковых и других сигналов о качестве проверяемых объектов при взаимодействии их с физическими полями (электрическими, магнитными, акустическими и др.) или веществами. В зависимости от принципа работы контрольных средств все известные методы неразрушающего контроля в соответствии с государственными стандартами подразделяются на оптические, капиллярные, акустические, магнитные, радиационные, радиоволновые, тепловые, методы контроля течеисканием, электрические и электромагнитные (методы вихревых токов). Для контроля металлов и изделий в дефектоскопии! (лат. ёеГесШэ — недостаток; греческое экорео — смотрю) чаще всего применяют визуально-оптические, капиллярные, магнитные, токовихревые, ультразвуковые и радиационные методы [68, 95, 97, 112, 129, 130], которые позволяют осуществить сплошной контроль. Только сплошной контроль, а не выборочный, дает гарантию высокого качества всех выпускаемых изделий. Вышесказанное определяет целесообразность использования в учебном процессе технических вузов спецкурса по физике «Физические основы неразрушающих методов контроля в машиностроении», а рассмотрение существующих неразрушающих методов контроля в машиностроении составляет его основу.

Целями преподавания спецкурса «Физические основы неразрушающих методов контроля в машиностроении» являются:

- выявление студентами физических основ (физические явления и законы) неразрушающих методов контроля технологических процессов и машиностроительной продукции;

- выработка умений студентов применять средства контроля и диагностики машиностроительных изделий на производстве;

- развитие у студентов творческих способностей по созданию новых приборов и средств контроля и диагностики.

В результате изучения дисциплины студенты должны получить представление об основных методах неразрушающего контроля производственных процессов в машиностроении, о приемах и способах неразрушающего контроля, о физических основах рассмотренных методов дефектоскопии.

Согласно выбранным целям определяется и содержание учебного материала спецкурсов по физике в техническом вузе, которое можно определить с помощью межпредметных, связей. Межпредметные связи обеспечивают упорядоченность, систематичность и обобщение знаний, направленность на конкретную профессию. На рис. 3.1 показаны связи между спецкурсами по физике, естественнонаучными, общепрофессиональными и специальными дисциплинами.

Рис. 3.1. Межпредметные связи спецкурсов по физике

В соответствии с разработанной в 2.2 методикой учебный« материал спецкурса «Физические основы: неразрушающих методов) контроля в машиностроении» целесообразнее представить полвторому варианту (инвариантный компонент - методы контроля качества продукции, варьируемый — физические основы этих методов). Выбор второго варианта объясняется тем, что один;конкретньш;метод контроля основан сразу на положениях из нескольких , разделов физики. Например; капиллярный метод контроля базируется; сразу на нескольких физических явлениях, таких как люминесценция; капиллярные явления и; др. Таким образом, содержание данного спецкурса проиллюстрировано схемой, изображенной на рис. 3;2.

Согласно выбранным целям и разработанному содержанию; составляется рабочая программа спецкурсов по физике.

Содержание спецкурса «Физические основы неразрушающих методов контроля в машиностроении»

1 г \

Инвариантный компонент Неразрушающие методы контроля Варьируемый компонент Физические основы методов контроля Исследовательский компонент

Магнитные, визуально-оптические, капиллярные, токо-вихревые, ультразвуковые, радиационные и др. методы контроля Квантовая механика, магнетизм, оптика, капиллярные явления, электричество, колебательные и волновые процессы и т.д. Определение эффективных условий регистрации и снятия показаний приборов контроля

Рис. 3.2. Содержание спецкурса «Физические основы неразрушающих методов контроля в машиностроении»

Фрагмент рабочей программы спецкурса «Физические основы неразрушающих методов контроля в машиностроении» представлен ниже и включает следующие вопросы:

1. Общие сведения по неразрушающему контролю. Основные виды неразрушающих методов контроля, задачи, решаемые с их применением. Основные факторы, определяющие выбор метода контроля.

2. Визуально-оптический контроль. Физические основы визуально-оптического контроля. Классификация! и общие требования к оптическим приборам. Приборы визуально-оптического контроля. Область применения.

3. Капиллярная дефектоскопия. Сущность и классификация методов капиллярной дефектоскопии. Технологические операции капиллярной дефектоскопии и особенности их выполнения. Область применения. Физические 1

92 основы контроля методами капиллярной дефектоскопии. Смачивание. Капиллярные явления.

4. Магнитные методы контроля. Сущность и классификация магнитных методов контроля. Область применения. Намагничивание ферромагнитных материалов при магнитном контроле. Способы регистрации дефектов при магнитном методе контроля. Физические основы магнитного метода контроля.

5. Вихретоковые методы контроля. Сущность вихретокового метода контроля и область применения. Преобразователи для вихретокового контроля. Распределение вихревых токов.

6. Акустические методы контроля. Области применения и классификация акустических методов контроля. Физические основы акустических методов контроля материалов. Характеристика акустических методов. Приборы для акустического контроля.

7. Радиационные методы контроля. Общие сведения и классификация радиационных методов контроля. Источники и свойства ионизирующих излучений, их основные физические и технические характеристики. Взаимодействие ионизирующих излучений с материалом контролируемого объекта. Характерные величины и единицы измерений в радиационной дефектоскопии. Оборудование для контроля методом просвечивания. Рентгеновские аппараты. Бетатроны. Закрытые радиоизотопные источники. Гамма-дефектоскопы.

Список литературы диссертации автор научной работы: кандидата педагогических наук, Родиошкина, Юлия Григорьевна, Москва

1. Детлаф A.A., Яворский Б.М. Курс общей физики: В 3 т. - М.: Высшая школа, 1979. Т.З. - 511 с.

2. Савельев И.В. Курс общей физики: В 3 т. М.: Наука, 1988. Т.2. - 496 с.

3. Зисман Г. А, Тодес О.М. Курс общей физики: В 3 т. М.: Наука, 1968. Т.3.-495 с.

4. Организация самостоятельной работы студентов в рамках спецкурса «Физические основы неразрушающих методов контроля в машиностроении»