Организация практических занятий по физике в техническом вузе с использованием технологии "перевёрнутого обучения"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Организация практических занятий по физике в техническом вузе с использованием технологии «перевёрнутого обучения»

Владислава Геннадьевна Ваганова

Современные условия доступности различного рода электронных устройств, свободного и неограниченного доступа к информационным образовательным ресурсам, а также высокого уровня освоения ИКТ-технологий в среде молодёжи создают предпосылки для применения в образовательном процессе вуза (при сокращении часов на изучение дисциплин) образовательных технологий смешанного обучения, в частности технологии «перевёрнутого обучения». В статье рассматриваются вопросы внедрения в образовательный процесс технического университета рассматриваемой технологии при проведении практических занятий по физике. Особенность данной технологии связана с «переворотом» учебного процесса, когда аудиторная и внеаудиторная учебная деятельность меняются местами. Для студентов создаётся программа действий, согласно которой они выполняют ряд шагов по изучению темы, причём задания, соответствующие низкому уровню познавательной активности, осваиваются самостоятельно во внеаудиторное время, а более сложные - на аудиторном занятии совместно с преподавателем. В результате происходит постепенное формирование целого ряда компетенций. Образовательная деятельность студентов во внеаудиторное время происходит в информационной образовательной среде вуза, все виды учебной деятельности оцениваются при помощи балльно-рейтинговой системы контроля. На примере изучения модуля «Расчёт электрических цепей. Законы Кирхгофа» авторы демонстрируют применение технологии «перевёрнутого обучения» при обучении решению задач. Для студентов создана программа учебных действий по формированию предметных компетенций при обучении решению задач, которая состоит из ряда обязательных для выполнения шагов, результативность каждого этапа оценивается либо в информационной образовательной среде (задания во внеаудиторное время), либо преподавателем (для заданий, выполняемых в аудиторное время). В результате поэтапного выполнения заданной программы студенты осваивают изучаемый модуль, формируются соответствующие предметные компетенции. Экспериментальная проверка применения технологии «перевёрнутого обучения» проводилась на базе кафедры «Физика» Восточно-Сибирского университета технологий и управления при обучении студентов электротехнического факультета методом контрольных и экспериментальных групп.

Ключевые слова: технология «перевёрнутого обучения», информационная образовательная среда вуза, обучение физике в техническом вузе, смешанное обучение физике, балльно-рейтинговая система контроля, решение задач по физике

Organization of Practical Classes in Physics at a Technical University Using the Technology of “Flipped Learning”
Valentina I. Vaganova1, Vladislava G. Vaganova2

Введение

образовательный перевёрнутое обучение

Совершенствование процесса обучения физике будущих инженеров в условиях сокращения аудиторной нагрузки требует применения эффективных образовательных технологий, способствующих развитию универсальных и общепрофессиональных компетенций. Физика является теоретической и фундаментальной базой общепрофессиональных и специальных дисциплин будущих профессионалов. Общеизвестно, что физика как наука и учебный предмет обладает мощным потенциалом для развития абстрактного мышления и формирования научного мировоззрения, который необходимо использовать в процессе подготовки будущих инженеров. Отметим, что процесс обучения физике является достаточно сложным и требует применения целого ряда современных образовательных подходов, методик и технологий.

Опыт преподавания физики в техническом вузе, а также широкие возможности использования ИКТ-технологий показывают, что среди известных образовательных технологий наиболее эффективно при обучении физике будущих инженеров применение технологии «перевёрнутого обучения». В этой технологии аудиторная и внеаудиторная работа меняются местами, т. е. процесс изучения нового материала переносится на внеаудиторную самостоятельную работу, а в совместной образовательной деятельности с педагогом в аудиторное время происходит процесс совершенствования знаний, формирование необходимых компетенций и отработка практических умений.

Идея «перевёрнутого обучения» не нова. «В начале 90-х годов прошлого века Э. Мазур - преподаватель физики Гарвардского университета США, заранее предлагал студентам лекционный материал для ознакомления с ним в свободное время, а во время очного занятия в университете происходило углубление знаний и решение задач в малых группах. Как показало проведённое исследование, студенты Э. Мазура, обучающиеся в соответствии с данной технологией, показали более высокие образовательные результаты, чем студенты, обучающиеся по традиционным методикам» [1, с. 149].

Как считают L. Johnson, S. Adams Becker, V. Estrada, A. Freeman, «перевёрнутый класс - это новый подход к организации обучения. Пересекаясь также с проблемноориентированным обучением, данный метод обладает большей гибкостью и обеспечивает большую вовлечённость студентов в учебный процесс, позволяет сформировать динамичную и творческую среду, в которой студенты учатся критически мыслить и совместно прорабатывать поставленные задачи» [2; 3]. «В перевёрнутом обучении роль учителя заключается в том, чтобы направлять учащихся в процессе формирования компетенций, в то время как роль студента заключается в активном участии в образовательной деятельности под руководством учителя» [4, с. 852].

Высокая эффективность рассматриваемой технологии является спланированным результатом работы профессорско-преподавательского состава кафедр по пошаговой организации деятельности преподавателей и студентов в процессе изучения физики, основанной на учёте всех методических трудностей, возникающих при обучении решению задач по каждой теме курса физики. Кроме того, по мнению С. Б. Велединской и М. Ю. Дорофеевой, при создании электронного курса «преподаватель выполняет следующие функции: формирование контента, управление учебной деятельностью и построение онлайн-сообщества» [5, с. 62].

Серьёзная подготовительная работа преподавателей по организации «перевёрнутого обучения» окупается улучшением показателей образовательной деятельности студентов. «Исследование показало, что 99 % учителей, внедривших перевёрнутый класс, будут продолжать его использовать. 67 % сообщили об улучшении успеваемости учащихся, а 80 % сообщили об улучшении вовлечённости учащихся. 71 % учителей размещают 50 % или более своих инструкций в интернете» [6, с. 3].

Методология и методы исследования

Одним из самых важных этапов в процессе внедрения технологии «перевёрнутого обучения» является организация внеаудиторной самостоятельной работы. Задача профессорско-преподавательского состава кафедр на данном этапе заключается в создании условий, при которых образовательная деятельность студентов будет направлена на развитие способностей к самоорганизации и самосовершенствованию, а в некоторых случаях к самообучению.

В свою очередь, самостоятельную работу обучающихся на современном этапе целесообразно реализовывать в информационной образовательной среде вуза, которая позволяет активно использовать элементы дистанционного обучения, электронные образовательные ресурсы, цифровые технологии и образовательные возможности сети Интернет.

«Информационная образовательная среда вуза - педагогическая система, объединяющая в себе информационные образовательные ресурсы, компьютерные средства обучения, средства управления образовательным процессом, педагогические приёмы, методы и технологии, направленные на формирование интеллектуально развитой социально значимой творческой личности, обладающей необходимым уровнем профессиональных знаний и компетенций» [7, с. 17]. В Законе об образовании, Федеральной целевой программе «Развитие единой образовательной информационной среды» описана необходимость создания новой образовательной среды, основанной на стремительном развитии электронных технологий и высоком уровне информатизации в обществе. Проблемам формирования и развития ИОС посвящены исследования Т Б. Захаровой, С. В. Зенкиной, А. А. Кузнецова, С.В. Панюковой, Е. С. Полат, И. В. Роберт и др. [8-10].

Рис. 1. Программа образовательной деятельности студентов при обучении физике по технологии «перевёрнутого обучения»

Fig. 1. The program of educational activity of students in the training of physics on the technology of “inverted” training

При этом реализация электронного обучения осуществляется во внеаудиторной деятельности студентов: преподаватель даёт задание и предоставляет доступ к электронным образовательным ресурсам для предварительной теоретической и практической подготовки дома. «Такой асинхронный подход высвобождает время в классе для синхронного обучения, ориентированного на обучающегося» [11]. Наличие в информационной образовательной среде следующих образовательных ресурсов: теоретического материала по данной теме, образцов и алгоритмов решения задач, методик работы с моделью задачи, видеозаписи объяснений задачных ситуаций и др., является необходимым условием организации внеаудиторной самостоятельной работы.

Рассмотрим пример использования технологии «перевёрнутого обучения» в рамках смешанного обучения физике на примере практикума по решению задач по теме «Законы постоянного тока». Образовательная деятельность студентов при изучении рассматриваемой темы пошагово представлена на схеме (рис. 1).

Программа образовательной деятельности студентов по теме «Расчёт электрических цепей. Законы Кирхгофа» состоит из двух этапов: 1) внеаудиторная самостоятельная работа в информационной образовательной среде; 2) аудиторная работа под руководством преподавателя.

Как показывает практика преподавания в условиях применения традиционных образовательных технологий, в рамках одного аудиторного занятия, отводимого учебным планом, достаточно сложно сформировать комплекс учебных действий при решении задач по такой сложной теме. Отметим, что компетенции, формируемые на данном занятии, являются базовыми при изучении общепрофессиональных и специальных дисциплин на старших курсах. Решение проблемы экономии аудиторного времени возможно с применением технологии «перевёрнутого обучения», так как рассматриваемая технология позволяет эффективно перераспределять все необходимые этапы для формирования компетенций между внеаудиторной самостоятельной работой и аудиторной работой.

Внеаудиторная работа направлена на самостоятельное освоение базовых знаний и практических умений первого уровня сложности. На основе этих знаний и умений в контактные часы совместно с преподавателем формируются более сложные компетенции по расчёту электрических цепей параллельного и последовательного соединений элементов цепи с применением систем уравнений.

Особо следует отметить задачи на использование законов Кирхгофа для сложных разветвлённых цепей постоянного тока с несколькими источниками электрического тока. Самостоятельно студенты прорабатывают лекционный материал, с помощью алгоритма выделяют контуры, определяют направление обхода контура и направление электрического тока. На данном этапе самостоятельная работа студентов направлена только на составление уравнений по первому и второму законам Кирхгофа. Правильность составления уравнений проверяется при помощи теста в информационной образовательной среде. Тесты генерируются случайным образом, баллы, полученные студентами, можно использовать либо как допуск к аудиторному занятию, либо включать в суммарный рейтинг обучающихся.

Изучение методов решения систем уравнений по законам Кирхгофа происходит под руководством преподавателя в аудиторной работе. Заканчивается занятие выполнением самостоятельной работы по данной теме.

Таким образом, применение технологии «перевёрнутого обучения» при решении задач позволяет часть учебной нагрузки перенести на самостоятельную работу студентов, что позволит усвоить учебный материал и сформировать первоначальные умения в информационной образовательной среде, за которую они (в рамках балльно-рейтинговой системы) получат дополнительные баллы. Более сложные умения студенты формируют под руководством преподавателя в аудиторной работе, и оценку их работы за входной и выходной контроль даёт преподаватель.

Опираясь на мнение Н. В. Тихоновой, отметим, что данная технология способствует повышению качества образования «...исходя из того, что качество образования определяется, прежде всего, качеством носителя знаний, учителя, преподавателя, перевёрнутое обучение является эффективным методом повышения качества, мотивируя преподавателей к профессиональному развитию, совершенствованию методов работы, расширению стратегий, внедрению новых образовательных технологий» [12, с. 78].

Результаты исследования

Экспериментальная проверка применения технологии «перевёрнутого обучения» проводилась на базе кафедры физики Восточно-Сибирского университета технологий и управления при обучении студентов электротехнического факультета методом контрольных и экспериментальных групп. В экспериментальной группе обучение велось с использованием технологии «перевёрнутого обучения» физике в информационной образовательной среде вуза, в контрольной группе - при помощи традиционных технологий. Для студентов контрольных групп доступ в ИОС был открыт, однако их учебная деятельность в ней специально не организовывалась и не контролировалась. Контроль во всех группах осуществлялся при помощи балльно-рейтинговой системы.

Оценка достижения студентами заданного уровня освоения общепрофессиональных компетенций (ОПК-1 и ОПК-2) осуществлялась по трём дескрипторам («знать», «уметь», «владеть»). Для оценивания категории «знать» нами принимались средние значения коэффициентов успешности по результатам входного контроля теоретических знаний на аудиторном занятии, категории «уметь» - средние значения коэффициентов успешности по результатам самостоятельной работы на аудиторном занятии и решения задач во внеаудиторное время в ИОС. Сравнительные результаты освоения компетенций ОПК-1 и ОПК-2 по соответствующим дескрипторам представлены на диаграммах (рис. 2).

Рис. 2. Результаты педагогического эксперимента, %

Fig 2. Results of the pedagogical experiment

Обсуждение результатов исследования. Из диаграмм видно, что результаты освоения компетенций ОПК-1 и ОПК-2 в экспериментальных группах выше, чем в контрольных. Достоверность результатов данного исследования проверялась методами математической статистики, которые подтвердили достоверность результатов эксперимента в контрольных и экспериментальных группах.

На наш взгляд, более высокие образовательные результаты студентов экспериментальных групп обусловлены применением в процессе обучения решению задач технологии «перевёрнутого обучения». Это связано, прежде всего, с тем, что рассматриваемая нами технология позволяет эффективно перераспределить время, отведённое на формирование общепрофессиональных компетенций между аудиторной и внеаудиторной работой, а система балльно-рейтингового контроля не позволяет студентам пропускать обязательные этапы программы изучения модуля.

Заключение

Доступность различного рода электронных устройств, свободного и неограниченного доступа к информационным образовательным ресурсам, а также высокого уровня освоения ИКТ-технологий в среде молодёжи создают условия для применения в образовательном процессе вуза (при сокращении часов на изучение дисциплин) образовательных технологий смешанного обучения, в частности технологии «перевёрнутого обучения». Как показывают результаты научных исследований, а также опыт преподавания в вузе, использование рассматриваемых технологий способно значительно повысить качество подготовки будущих инженеров.

Список литературы

1. Ваганова В. Г Система обучения физике бакалавров технического направления в информационной образовательной среде вуза: дис. ... д-ра пед. наук: 13.00.02. М., 2021. 390 с.

2. Johnson L., Adams Becker S., Estrada V., Freeman A. Отчёт NMC Horizon: высшее образование - 2015. Остин: New Media Consortium, 2015. C. 38.

3. Johnson L., Renner J. Effect of the Flipped Classroom Model on a Secondary Computer Applications Course: Student and Teacher Perceptions, Questions and Student Achievement. Unpublished. Diss. Doct. (Pedagogy). Louisville, 2012. 104 p.

4. ishak Kozikoglu. Analysis of the Studies Concerning Flipped Learning Model: a Comparative MetaSynthesis Study // International Journal of Instruction. 2019. Vol. 12, No. 1. Pp. 851-868.

5. Дорофеева М. Ю., Велединская С. Б. Эффективность электронного обучения: система требований к электронному курсу // Открытое и дистанционное образование. 2016. № 2. С. 62-68.

6. Schmidt S. M., Ralph D. L. The Flipped Classroom: a Twist on Teaching // Contemporary Issues in Education Research. 2016. No. 1. Pp. 1-6.

7. Назаров С. А. Педагогические условия проектирования личностно-развивающей информационно-образовательной среды технического вуза: автореф. дис. ... канд. пед. наук: 13.00.08. Ростов н/Д., 2006. 24 с.

8. Захарова И. Г Формирование информационной образовательной среды высшего учебного заведения: дис. ... д-ра пед. наук: 13.00.01. Тюмень, 2003. 399 c.

9. Роберт И. В. Теория и методика информатизации образования (психолого-педагогический и технологический аспекты). М.: ИИО РАО, 2007. 288 с.

10. Роберт И. В., Панюкова С. В., Кузнецов А. А., Кравцова А. Ю. Информационные и коммуникационный технологии в образовании. М.: Дрофа, 2007. 560 c.

11. O'Flaherty J., Phillips C. The Use of Flipped Classrooms in Higher Education: a Scoping Review // The Internet and Higher Education. 2015. Vol. 25. Pp. 5-95. DOI: 10.1016/j.iheduc.2015.02.002.

12. Тихонова Н. В. Технология «Перевёрнутый класс в вузе: потенциал и проблемы внедрения» // Казанский педагогический журнал. 2018. № 2. С. 74-78.

References