Дослідження сучасних тенденцій у методиці викладання фізико-технічних дисциплін у вищій школі України

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, Україна

Кафедра загальної та прикладної фізики

Дослідження сучасних тенденцій у методиці викладання фізико-технічних дисциплін у вищій школі України

Чернова М.Є., д.т.н., професор

Анотація

У наведеній статті пропонується розгляд одного зі шляхів у новій методиці викладання технічних дисциплін, зокрема фізики, у вищій школі України, як деякий із аспектів у глобалізації наукових знань. Розглядається можливість залучення до навчального процесу досвіду Бостонського університету, а саме, виконання віртуальних лабораторних робіт та домашніх завдань з фізики.

Ключові слова: навчальний процес, викладання, вища школа, симулятори, віртуальні роботи.

Революційні ситуації виникають у державі тоді, коли «...низи не хочуть, а верхи не можуть.». Необхідність нових тенденцій у методах викладання загальної фізики у вищій школі, викликана пандемією COVID 19, тривалими «локдаунами» в суспільстві та стрімким упровадженням інноваційних засобів навчання. Таким досвідом люб'язно та безкоштовно діляться розробники, так званого, «фізичного вольєру» Бостонського університету.

Важливим етапом функціонування нових освітніх технологій є розвиток нанотехнологій, що дає можливість віртуального моделювання усіх сфер життя людини, а також розробляти інтерактивні ілюстрації досліджень, зокрема й фізичних процесів, явищ як в елементарній фізиці, так і в інших сферах науки і техніки [1].

Сьогодні нас усе більше турбує питання - як підготувати сучасне молоде покоління до масштабного і постійно мінливого цифрового прийдешнього. Адже кому, як не нинішнім студентам, належить вже дуже скоро справлятися зі швидкісними глобальними змінами. У спину дихає штучний інтелект, різні нейроінтерфейси, VR й інші розумні технології. В таких умовах роботодавці, й суспільство в цілому, починають цінувати зовсім інші якості, а саме - адаптивність, вміння не просто постійно вчитися, а й швидко «розучуватися», готовність експериментувати і працювати в умовах невизначеності [2].

Виклики 20-х років 21-го сторіччя потребують не тільки нових знань, а й нової системи організації навчального процесу, яка не відкидає класичних традиційних прийомів, а навпаки, посилюється за рахунок застосування нових можливостей, засобів і способів викладання технічного предмету. Така система, як завжди, повинна забезпечити передбачуваний стабільний рівень якості знань, а це можливо лише на основі змін, апробації та аналізу. Самі собою зміни та апробація базуються на досвіді та інтуїції, і саме вони можуть забезпечити нові досягнення у покращенні й удосконаленні викладання, як такого, а згодом ефективно сприяти глобалізації наукових знань.

На саміті світового уряду в Дубаї 2020 р. у виступі генерального директора «Tesla» і «Space-X» Елоном Маском було окреслено важливий напрям у навчанні, зокрема, він сказав: - «Я вважаю, що найкращою аналітичною основою майбутнього є фізика. Я б рекомендував вивчати мисленневий процес у фізиці, бо спосіб мислення у фізиці - то є найкращий фреймворк» [3]. Уточнюємо, що англійською «Framework», - каркас, платформа, структура - інфраструктура програмних рішень, що полегшує розроблення складних систем.

З огляду на вище сказане, в Івано-Франківському Національному технічному університеті нафти і газу, Україна - розроблено й запропоновано для апробації посібник-практикум віртуальних лабораторних робіт із курсу загальної фізики для студентів технічних спеціальностей та викладачів ВНЗ (Вищих навчальних закладів) технічного спрямування. Посібник Не передбачає готових алгоритмів розв'язку завдань а пропонує студентам самостійно дійти розв'язків і висновків, на основі набутих знань, власних мисленнєвих процесів та методичної інструкції для виконання роботи. Вважаємо, що це сприятиме розвитку креативності, нестандартності та інтуїтивності наукового мислення.

Власне, це видання є першим такого типу методичним посібником, поява якого викликана сучасними тенденціями в навчальному процесі вищої школи, зокрема нагальною необхідністю оновлення методичного інструментарію навчання та викладання технічних дисциплін у новому форматі, відмінному від звичного, що існував донині [1].

Усі лабораторні роботи базуються на розроблених Бостонським університетом симуляціях фізичних процесів, дослідження і засвоєння яких супроводжується інструктивним матеріалом, розробленим на кафедрі загальної та прикладної фізики (ЗПФ) ІФНТУНГ.

Посібник, затверджений методичною радою ІФНТУНГ має чіткі (однозначні) покрокові інструкції, але не містить теоретичного матеріалу, опрацювання і засвоєння якого пропонується студентам на основі викладання теоретичного курсу лектора. Посібник охоплює усі розділи фізики зокрема, механіку твердих тіл, рідин і газів, електрику, магнетизм, коливання і хвилі, оптику та елементи атомної фізики. Практикум містить посилання на You Tube ресурс, що рецензується Українським законодавством від 2021 р., включає методичні рекомендації, розроблені інструкції до 48 віртуальних лабораторних робіт та 2-х вступних занять і є рекомендованим викладачам та студентам вищих навчальних закладів. Більшість лабораторних робіт мають поля введення тих чи інших фізичних величин, які необхідно вносити клацанням мишкою на стрілках, числових значеннях чи написах. Кожна лабораторна робота супроводжується додатком з константами (в 10 варіантів), а це запобігає копіюванню чужих результатів, відтак, у момент, навіть повторного, відкриття симулятора початкові дані є іншими, оскільки виникають за законом випадкових чисел. В інструкції до кожної віртуальної лабораторної роботи передбачено переклад з англійської українською мовою тих інформаційних написів, що наявні у симуляторах.

Прикметно, ще з 2013 року Бостонський університет створює крос-платформні програми, що працюють в будь-якому місці, для допомоги студентам у всьому світі освоїти великі ідеї у фізиці [4]. Автори стверджують, що роблять усі ці ресурси доступними без реклами та безкоштовно для всіх, кому вони знадобляться. У свій час, третій президент Сполучених Штатів Америки, один із засновників цієї держави, видатний політичний та державний діяч, криптограф, архітектор, адвокат, письменник, дипломат, політик, філософ, винахідник, фермер, археолог, національний герой США Томас Джефферсон (13.04.1743-04.07.1826), стосовно такої безкорисливості стверджував, що «...той, хто отримує ідею від мене, сам створює інструкції, не зменшуючи моєї ідеї, як той, хто запалює свою свічку від моєї, отримує світло, не затемнюючи мене. Ці ідеї повинні вільно поширюватися від однієї людини до іншої по всьому світу, бо моральні та взаємні вказівки людині для покращення її стану, схоже, були своєрідно і доброзичливо розроблені природою»[5].

Великий філософ Сократ стверджував, що «хто хоче - шукає засобів, хто НЕ хоче - шукає причини.». Тому ми й розробили інструкції до віртуальних лабораторних робіт з фізики, та працюємо над віртуальними домашніми задачами з фізики.

Моделювання набуло широкого поширення у фізиці та зростає в інших науках. Окрім того, безліч традиційних навчальних предметів в нашому технічному ВУЗі тепер мають обчислювальні компоненти, оскільки все більше і більше викладачів переконуються у важливості того, що кожен випускник має бути «інноваційно грамотним». На нашу думку, особливий інтерес полягає в моделюванні фізичних процесів. Вивчення фізики - вимагає навчання розробляти, перевіряти та застосовувати моделі для пояснення чи прогнозування фізичних явищ. Цей процес може значно полегшитись за рахунок використання готових комп'ютерних моделей, і якщо студенти не беруть активної участі під час засвоєння навчальної програми з фізики, в обчисленнях на основі комп'ютерного моделювання, вони втрачають значну частину того, чому можна навчитися за допомогою таких прийомів. Віртуальні лабораторні роботи з фізики на основі комп'ютерного моделювання надають студентам нові способи розуміння, опису, пояснення та прогнозування фізичних явищ, що дає нову точку зору на поведінку системи [1]. методика бостонський університет фізика вищий школа україна

Хоча метод моделювання можна використовувати і без комп'ютерів, однак, на сучасному етапі викладання курсу загальної фізики, використання комп'ютерних віртуальних лабораторних робіт дозволяє студентам вивчати фізичні процеси, візуалізувати їх, отримувати певні результати, описувати їх і давати їм оцінку. Доведено, що моделювання виправляє слабкі місця традиційного навчання шляхом залучення студентів до використання фізичних моделей для опису, пояснення та прогнозування явищ. Використання студентами моделей, кероване дослідження фізичних систем та концепцій є потужним підходом до заангажованого навчання, оскільки фізика є моделюванням, а не анімацією, яка вирішує математичну модель, і моделювання відображає припущення моделі, а не реальний світ [4].

Десятиліття тому створено цифрову бібліотеку AAPT ComPADRE - це мережа безкоштовних он-лайн колекцій-ресурсів, що підтримують викладачів, студентів та викладачів з фізичною й астрономічною освітою. Матеріал випускається за ліцензією Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivs, але безкоштовно для викладачів чи студентів.

З нашими інструкціями та віртуальними лабораторними роботами можна ознайомитись та висловити власну думку розробникам посібника-практикуму, зокрема авторці статті. Нами ведеться, також, кропітка робота над створенням збірника «Віртуальні домашні завдання з фізики», які також використовуватимуть (з дозволу розробників) розроблені симулятори Бостонського університету.

Висновки

Як відомо, важко сприймати нові ідеї, відтак, задля розвитку суспільства й оновлення методики викладання фізики чи інших технічних дисциплін, і не тільки, у ВНЗ варто ламати стереотипи та спробувати щось нове. Бо, саме нові ідеї, нові підходи в методиці викладання є запорукою глобалізації наукових знань суспільства. А це у свою чергу, ще у минулому, неодноразово вело до грандіозних, стрибкоподібних проривів у прогресі людства.

Список використаних джерел

1. Чернова М.Є., Гевик В.Б. (2022) Посібник-практикум «Віртуальні лабораторні роботи з фізики». 370 с.

2. Krehbiel, J.D. et al. "Using a modified Boyles law experiment to estimate the density of salts." Phys. Teach. 57: 58-59, 2019.

3. З виступу Ілона Маска на саміті світового уряду в ОАЄ, Дубаї 2020. З сайту Міжнародного Історико-біографічного інституту. International Historical Biographical Institute I World History: Famous Personalities.

4. S.B. Bayram and M.V. Freamat, "Simple Laser-Induced Fluorescence Setup to Explore Molecular Spectroscopy", Compadre.Org (2013).

5. Б.М. Гончар. (2004) Джефферсон Томас Українська дипломатична енциклопедія. (Т.1) 760с. ISBN 966-316-039-X.

Размещено на Allbest.Ru