Помощь студентам в учебе
ПРИМЕНЕНИЕ ЦИФРОВЫХ ЛАБОРАТОРИЙ ПРИ ОБУЧЕНИИ ФИЗИКЕ В СИСТЕМЕ СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
|
ВВЕДЕНИЕ 8
1 ПРИМЕНЕНИЕ ЦИФРОВЫХ ЛАБОРАТОРИЙ ПО ФИЗИКЕ ДЛЯ
СТУДЕНТОВ СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ КАК ПЕДАГОГИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА 12
1.1 Анализ подходов к рассмотрению сущности процесса формирования компетенций при изучении естественнонаучных дисциплин 12
1.2 Анализ принципов проектирования лабораторных практикумов в
системе СПО 16
1.3 Структура, содержание, возможности, преимущества цифровых
лабораторий в профессиональном образовании 24
1.4 Технология проблемного обучения для проведения лабораторных работ 29
1.5 Требования нормативной документации к результатам обучения
дисциплины «Физика» в СПО 40
1.6 Выводы 51
2 ОРГАНИЗАЦИОННО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ЦИФРОВОГО ПРАКТИКУМА ПО ФИЗИКЕ В СИСТЕМЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ 53
2.1 Разработка структурно-функциональной модели применения
цифровых лабораторий по физике в СПО 53
2.2 Организационно-педагогические условия применения цифровых лабораторий при подготовке студентов специальности «Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования (по отраслям)» в Верхнесалдинском авиаметаллургическом техникуме 65
2.3 Выводы 68
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ АПРОБАЦИЯ МОДЕЛИ ПРИМЕНЕНИЯ
ЦИФРОВЫХ ЛАБОРАТОРИЙ ПО ФИЗИКЕ ДЛЯ СПО 69
3.1 Разработка структуры и содержания цифрового лабораторного
практикума по дисциплине «Физика» для студентов специальности «Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования (по отраслям)» в Верхнесалдинском авиаметаллургическом техникуме 69
3.2 Организационно-методическое обеспечение применения
цифровых лабораторий в условиях Верхнесалдинского авиаметаллургического техникума 72
3.3 Результаты эксперимента по применению цифровых лабораторий по
физике для студентов Верхнесалдинского Авиаметаллургического техникума 75
3.4 Оценка достоверности полученных результатов 87
3.5 Выводы 90
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 92
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 94
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Структурные единицы рабочей программы «Физика» 101
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Цифровой практикум по физике 107
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Входное тестирование по физике 123
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Примерный отчет по цифровой лабораторной работе 126
ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Карта учебных достижений учащихся 128
ПРИЛОЖЕНИЕ Е. Методическое руководство по работе с комплектом 131
1 ПРИМЕНЕНИЕ ЦИФРОВЫХ ЛАБОРАТОРИЙ ПО ФИЗИКЕ ДЛЯ
СТУДЕНТОВ СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ КАК ПЕДАГОГИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА 12
1.1 Анализ подходов к рассмотрению сущности процесса формирования компетенций при изучении естественнонаучных дисциплин 12
1.2 Анализ принципов проектирования лабораторных практикумов в
системе СПО 16
1.3 Структура, содержание, возможности, преимущества цифровых
лабораторий в профессиональном образовании 24
1.4 Технология проблемного обучения для проведения лабораторных работ 29
1.5 Требования нормативной документации к результатам обучения
дисциплины «Физика» в СПО 40
1.6 Выводы 51
2 ОРГАНИЗАЦИОННО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ЦИФРОВОГО ПРАКТИКУМА ПО ФИЗИКЕ В СИСТЕМЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ 53
2.1 Разработка структурно-функциональной модели применения
цифровых лабораторий по физике в СПО 53
2.2 Организационно-педагогические условия применения цифровых лабораторий при подготовке студентов специальности «Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования (по отраслям)» в Верхнесалдинском авиаметаллургическом техникуме 65
2.3 Выводы 68
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ АПРОБАЦИЯ МОДЕЛИ ПРИМЕНЕНИЯ
ЦИФРОВЫХ ЛАБОРАТОРИЙ ПО ФИЗИКЕ ДЛЯ СПО 69
3.1 Разработка структуры и содержания цифрового лабораторного
практикума по дисциплине «Физика» для студентов специальности «Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования (по отраслям)» в Верхнесалдинском авиаметаллургическом техникуме 69
3.2 Организационно-методическое обеспечение применения
цифровых лабораторий в условиях Верхнесалдинского авиаметаллургического техникума 72
3.3 Результаты эксперимента по применению цифровых лабораторий по
физике для студентов Верхнесалдинского Авиаметаллургического техникума 75
3.4 Оценка достоверности полученных результатов 87
3.5 Выводы 90
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 92
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 94
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Структурные единицы рабочей программы «Физика» 101
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Цифровой практикум по физике 107
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Входное тестирование по физике 123
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Примерный отчет по цифровой лабораторной работе 126
ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Карта учебных достижений учащихся 128
ПРИЛОЖЕНИЕ Е. Методическое руководство по работе с комплектом 131
В условиях интенсивного внедрения информационных процессов в науку и производство назрела необходимость создания новой модели системы образования, на основе информационных технологий. Модернизация российского образования одним из своих приоритетов выделяет информатизацию, главной задачей которого является создание единой информационно-образовательной среды.
Информационно-образовательная среда в профессиональном образовании призвана перевести на новый технологический уровень все информационные процессы, проходящие в учреждении.
Современный стандарт физического и информационного образования в профессиональных учреждениях предполагает активное освоение современных способов получения, обработки и представления информации.
В этих условиях создаются предпосылки совершенствования содержания образовательных программ, организации учебного процесса, технологий обучения.
Применение интерактивных средств обучения в образовательном процессе позволяет активизировать мыслительную и познавательную деятельность студентов. Замена традиционного физического оборудования на цифровое продиктована тотальной информатизацией сфер человеческой деятельности. Использование цифровых средств обучения повышает познавательную активность студентов. Вместе с тем, разработка методического обеспечения, а именно подбор эвристической технологии обучения, используемой для разработки сценариев лабораторных работ, является актуальным вопросом для процесса организации лабораторного практикума по физике, поскольку возможности цифровых лабораторий гораздо шире возможностей традиционного практикума.
Изучение вопроса формирования компетенций студентов и анализ возможностей цифрового практикума по физике в СПО позволил выявить следующие противоречия:
- между развитием технических интерактивных средств обучения и недостаточной разработкой методических основ их использования в процессе обучения;
- между возможностями использования цифровых лабораторий в процессе обучения физике и недостаточной разработкой методики их применения в СПО.
Необходимость разрешения перечисленных противоречий обусловливает актуальность настоящего исследования и определяет его проблему: как эффективно использовать цифровые лаборатории в процессе обучения физике для студентов СПО? Актуальность, недостаточная методическая проработка сформулированной проблемы обусловили выбор темы магистерского исследования - «Применение цифровых лабораторий при обучении физике в системе среднего профессионального образования».
Объект исследования: процесс организации лабораторного практикума по физике в системе среднего профессионального образования.
Предмет исследования: эффективность применения цифровых лабораторий по физике в СПО.
Цель исследования: разработать и обосновать методику использования цифровых лабораторий по физике с целью повышения эффективности лабораторных работ для студентов СПО.
Для достижения поставленной цели исследования мы руководствовались следующей гипотезой: применение цифровых лабораторий по физике будет эффективным, если:
• будет выполнена разработка структурно-функциональной модели процесса внедрения цифрового лабораторного практикума;
• модель будет реализована в условиях СПО;
• в процессе проведения лабораторного практикума по физике будет использоваться разработанное методическое обеспечение
Исходя из целей и гипотезы, были поставлены задачи магистерского исследования:
• Выполнить анализ литературы по использованию проблемной технологии обучения, особенностей и возможностей организации лабораторных работ по физике в СПО;
• Провести анализ нормативно-правовой документации по специальности 15.02.01. «Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования (по отраслям)»;
• Создать структурно-функциональную модель процесса применения цифровых лабораторий по физике в СПО;
• Описать организационно-педагогические условия процесса применения цифровых лабораторий по физике в СПО;
• Разработать методическое обеспечение для применения цифровых лабораторий по физике в СПО;
• Осуществить опытно-поисковую работу по проверке эффективности использования цифрового лабораторного практикума для студентов СПО.
Теоретическая значимость:
• В рамках компетентностного подхода к организации обучения, предложена проблемная технология обучения для организации лабораторных работ по физике.
• На основе требований ФГОС, сформулированных в формате общих компетенций студентов, выделены критерии оценки (личностные, предметные и метапредметные умения студентов) и уровни сформированности данных критериев (низкий, средний, повышенный и высокий).
• Определены необходимые условия эффективного использования цифрового лабораторного практикума по физике для студентов СПО.
Практическая значимость исследования:
Разработан комплект методического обеспечения цифрового лабораторного практикума по физике для студентов СПО:
• Указания к использованию цифрового оборудования по физике;
• Комплект сценариев лабораторных работ с применением проблемной технологии обучения;
• Указания преподавателю для оценки результатов лабораторной работы с использованием цифрового оборудования и карты оценки учебных достижений студентов.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Разработанная структурно-функциональная модель процесса применения цифровых лабораторий по физике для образовательных организаций СПО.
2. Организационно - педагогические условия применения цифровых лабораторий по физике для образовательных организаций СПО.
3. Методическое обеспечение процесса применения цифровых лабораторий по физике для студентов СПО.
4. Результаты экспериментального исследования по применению цифровых лабораторий по физике для обучающихся по специальности 15.02.01 «Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования (по отраслям)» Верхнесалдинского Авиаметаллургического Техникума.
Границы исследования: исследовательская работа производилась в условиях «Верхнесалдинского Авиаметаллургического Техникума», для студентов, обучающихся по специальности 15.02.01 «Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования (по отраслям)».
Апробация. Разработанная структурно-функциональная модель реализуется в условиях «Верхнесалдинского Авиаметаллургического Техникума». Внедрение цифрового лабораторного практикума производилось с марта по июнь 2018 года.
Информационно-образовательная среда в профессиональном образовании призвана перевести на новый технологический уровень все информационные процессы, проходящие в учреждении.
Современный стандарт физического и информационного образования в профессиональных учреждениях предполагает активное освоение современных способов получения, обработки и представления информации.
В этих условиях создаются предпосылки совершенствования содержания образовательных программ, организации учебного процесса, технологий обучения.
Применение интерактивных средств обучения в образовательном процессе позволяет активизировать мыслительную и познавательную деятельность студентов. Замена традиционного физического оборудования на цифровое продиктована тотальной информатизацией сфер человеческой деятельности. Использование цифровых средств обучения повышает познавательную активность студентов. Вместе с тем, разработка методического обеспечения, а именно подбор эвристической технологии обучения, используемой для разработки сценариев лабораторных работ, является актуальным вопросом для процесса организации лабораторного практикума по физике, поскольку возможности цифровых лабораторий гораздо шире возможностей традиционного практикума.
Изучение вопроса формирования компетенций студентов и анализ возможностей цифрового практикума по физике в СПО позволил выявить следующие противоречия:
- между развитием технических интерактивных средств обучения и недостаточной разработкой методических основ их использования в процессе обучения;
- между возможностями использования цифровых лабораторий в процессе обучения физике и недостаточной разработкой методики их применения в СПО.
Необходимость разрешения перечисленных противоречий обусловливает актуальность настоящего исследования и определяет его проблему: как эффективно использовать цифровые лаборатории в процессе обучения физике для студентов СПО? Актуальность, недостаточная методическая проработка сформулированной проблемы обусловили выбор темы магистерского исследования - «Применение цифровых лабораторий при обучении физике в системе среднего профессионального образования».
Объект исследования: процесс организации лабораторного практикума по физике в системе среднего профессионального образования.
Предмет исследования: эффективность применения цифровых лабораторий по физике в СПО.
Цель исследования: разработать и обосновать методику использования цифровых лабораторий по физике с целью повышения эффективности лабораторных работ для студентов СПО.
Для достижения поставленной цели исследования мы руководствовались следующей гипотезой: применение цифровых лабораторий по физике будет эффективным, если:
• будет выполнена разработка структурно-функциональной модели процесса внедрения цифрового лабораторного практикума;
• модель будет реализована в условиях СПО;
• в процессе проведения лабораторного практикума по физике будет использоваться разработанное методическое обеспечение
Исходя из целей и гипотезы, были поставлены задачи магистерского исследования:
• Выполнить анализ литературы по использованию проблемной технологии обучения, особенностей и возможностей организации лабораторных работ по физике в СПО;
• Провести анализ нормативно-правовой документации по специальности 15.02.01. «Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования (по отраслям)»;
• Создать структурно-функциональную модель процесса применения цифровых лабораторий по физике в СПО;
• Описать организационно-педагогические условия процесса применения цифровых лабораторий по физике в СПО;
• Разработать методическое обеспечение для применения цифровых лабораторий по физике в СПО;
• Осуществить опытно-поисковую работу по проверке эффективности использования цифрового лабораторного практикума для студентов СПО.
Теоретическая значимость:
• В рамках компетентностного подхода к организации обучения, предложена проблемная технология обучения для организации лабораторных работ по физике.
• На основе требований ФГОС, сформулированных в формате общих компетенций студентов, выделены критерии оценки (личностные, предметные и метапредметные умения студентов) и уровни сформированности данных критериев (низкий, средний, повышенный и высокий).
• Определены необходимые условия эффективного использования цифрового лабораторного практикума по физике для студентов СПО.
Практическая значимость исследования:
Разработан комплект методического обеспечения цифрового лабораторного практикума по физике для студентов СПО:
• Указания к использованию цифрового оборудования по физике;
• Комплект сценариев лабораторных работ с применением проблемной технологии обучения;
• Указания преподавателю для оценки результатов лабораторной работы с использованием цифрового оборудования и карты оценки учебных достижений студентов.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Разработанная структурно-функциональная модель процесса применения цифровых лабораторий по физике для образовательных организаций СПО.
2. Организационно - педагогические условия применения цифровых лабораторий по физике для образовательных организаций СПО.
3. Методическое обеспечение процесса применения цифровых лабораторий по физике для студентов СПО.
4. Результаты экспериментального исследования по применению цифровых лабораторий по физике для обучающихся по специальности 15.02.01 «Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования (по отраслям)» Верхнесалдинского Авиаметаллургического Техникума.
Границы исследования: исследовательская работа производилась в условиях «Верхнесалдинского Авиаметаллургического Техникума», для студентов, обучающихся по специальности 15.02.01 «Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования (по отраслям)».
Апробация. Разработанная структурно-функциональная модель реализуется в условиях «Верхнесалдинского Авиаметаллургического Техникума». Внедрение цифрового лабораторного практикума производилось с марта по июнь 2018 года.
В соответствии с установленными задачами данной работы можно сделать следующие выводы:
1. Выполнен анализ литературы по особенностям организации лабораторных работ в СПО, выделены основные этапы проведения лабораторной работы. Рассмотрены так же и существующие альтернативы традиционному практикуму по физике: виртуальные и цифровые лабораторные комплексы.
2. Выполнен анализ литературы по использованию проблемной технологии обучения для организации лабораторных работ студентов. Выделены основные структурные особенности лабораторной работы и проработаны с использованием технологии проблемного обучения.
3. Проведён анализ нормативно-правовой документации по специальности 15.02.01. «Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования» и выделены основные исследуемые признаки, а именно метапредметные, личностные и предметные знания и умения по физике студентов СПО.
4. Разработана структурно-функциональная модель процесса применения цифровых лабораторий по физике для студентов СПО, а в ней выделены организационно-педагогические условия их успешного применения.
5. В качестве недостаточного компонента для успешного применения цифровых лабораторий выделено недостаточность методического обеспечения комплекта цифровых датчиков «НАУ-РА». В связи с чем, были разработаны: сценарии лабораторных работ, структурно проработанные технологией проблемного обучения; система оценки лабораторных работ по физике (карты учебных достижений и методические указания для преподавателя).
6. Проведена апробация разработанной модели. Формирующий эксперимент. Результатами формирующего эксперимента являются:
• В процессе проведения формирующего этапа исследования наблюдалось повышение уровня сформированности исследуемых признаков (метапредметных, личностных и предметных знаний, умений студентов). В среднем, по группе наблюдался повышения уровня от 50 % до 80,8 %. Имеется возможность пронаблюдать динамику каждого студента.
• В результате проведения контрольного этапа исследования, студентам была предложена лабораторная работа. Результаты данной работы заносились в такую же таблицу, что и при входной лабораторной работе и критериальная основа не менялась. Студенты продемонстрировали повышенный и высокий уровень сформированности исследуемых признаков (метапредметных, личностных и предметных знаний, умений студентов) в среднем около 86%.
В результате применения цифровых лабораторий по физике в СПО для экспериментальной группы студентов наблюдается положительная динамика исследуемых признаков (метапредметных, личностных и предметных знаний, умений по физике) в процессе формирующего эксперимента на 30,8 %.
Об эффективности применения цифрового практикума в условиях, предложенных выше, свидетельствует положительная динамика уровня сформированности исследуемых признаков на уровне достоверности не менее, чем 95 %.
Резюмируем, применение цифровых лабораторий по физике, эффективно формирует метапредметные, личностные и предметные знания, умения по физике на повышенном и высоком уровнях.
1. Выполнен анализ литературы по особенностям организации лабораторных работ в СПО, выделены основные этапы проведения лабораторной работы. Рассмотрены так же и существующие альтернативы традиционному практикуму по физике: виртуальные и цифровые лабораторные комплексы.
2. Выполнен анализ литературы по использованию проблемной технологии обучения для организации лабораторных работ студентов. Выделены основные структурные особенности лабораторной работы и проработаны с использованием технологии проблемного обучения.
3. Проведён анализ нормативно-правовой документации по специальности 15.02.01. «Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования» и выделены основные исследуемые признаки, а именно метапредметные, личностные и предметные знания и умения по физике студентов СПО.
4. Разработана структурно-функциональная модель процесса применения цифровых лабораторий по физике для студентов СПО, а в ней выделены организационно-педагогические условия их успешного применения.
5. В качестве недостаточного компонента для успешного применения цифровых лабораторий выделено недостаточность методического обеспечения комплекта цифровых датчиков «НАУ-РА». В связи с чем, были разработаны: сценарии лабораторных работ, структурно проработанные технологией проблемного обучения; система оценки лабораторных работ по физике (карты учебных достижений и методические указания для преподавателя).
6. Проведена апробация разработанной модели. Формирующий эксперимент. Результатами формирующего эксперимента являются:
• В процессе проведения формирующего этапа исследования наблюдалось повышение уровня сформированности исследуемых признаков (метапредметных, личностных и предметных знаний, умений студентов). В среднем, по группе наблюдался повышения уровня от 50 % до 80,8 %. Имеется возможность пронаблюдать динамику каждого студента.
• В результате проведения контрольного этапа исследования, студентам была предложена лабораторная работа. Результаты данной работы заносились в такую же таблицу, что и при входной лабораторной работе и критериальная основа не менялась. Студенты продемонстрировали повышенный и высокий уровень сформированности исследуемых признаков (метапредметных, личностных и предметных знаний, умений студентов) в среднем около 86%.
В результате применения цифровых лабораторий по физике в СПО для экспериментальной группы студентов наблюдается положительная динамика исследуемых признаков (метапредметных, личностных и предметных знаний, умений по физике) в процессе формирующего эксперимента на 30,8 %.
Об эффективности применения цифрового практикума в условиях, предложенных выше, свидетельствует положительная динамика уровня сформированности исследуемых признаков на уровне достоверности не менее, чем 95 %.
Резюмируем, применение цифровых лабораторий по физике, эффективно формирует метапредметные, личностные и предметные знания, умения по физике на повышенном и высоком уровнях.