Введение
В настоящее время в связи с быстрым развитием и совершенствованием производства подготовка специалистов технических направлений в учреждениях среднего профессионального образования является приоритетной задачей государства [1]. Для её решения разработана Федеральная программа «Профессионалитет», обновлены Федеральные государственные образовательные стандарты среднего профессионального образования (ФГОС СПО), проводятся чемпионаты профессионального мастерства. Цель таких инициатив – повышение значимости специалистов технических профилей, которые востребованы на рынке труда. В ФГОС СПО предъявляются требования к выпускникам колледжей, которые должны в период обучения овладеть умениями, применимыми в будущей профессиональной деятельности. Достичь этой цели можно, если каждый учебный предмет, дисциплина, учебный модуль будут направлены на решение профессионально значимых задач. Физика как учебный предмет обладает большим потенциалом для формирования у студентов умений, связанных с самостоятельным конструированием различных технических объектов, приборов, экспериментальных установок. Однако остается проблема использования этого потенциала для формирования у будущих техников методов выполнения профессиональной деятельности с опорой на физические знания.
Цель исследования состоит в разработке и реализации методики обучения студентов технических направлений подготовки колледжа способу конструирования технических устройств (ТУ), связанных с будущей профессиональной деятельностью, в процессе изучения курса физики.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: 1) осуществлен анализ ФГОС СПО и профессиональных стандартов техников на предмет выделения объектов и видов профессиональной деятельности конкретного специалиста; 2) соотнесены выделенные виды деятельности с умениями, которые возможно формировать при изучении различных тем курса физики; 3) разработан способ конструирования и монтажа ТУ, практически значимого для будущей профессиональной деятельности выпускника конкретного профиля; 4) разработана и внедрена методика обучения студентов выделенным умениям с применением специально разработанных дидактических средств.
Материалы и методы исследования
В основу разрабатываемой методики обучения студентов положены общепризнанные теоретические концепции, в том числе деятельностный и компетентностный подходы, а также закономерности формирования профессиональных компетенций специалиста, выявленные отечественными учеными П.Я. Гальпериным, Н.Ф. Талызиной, В.В. Сериковым, Н.К. Сергеевым, что свидетельствует о ее научной обоснованности и потенциальной эффективности. Так, П.Я. Гальперин в теории поэтапного формирования умственных действий и понятий открыл и экспериментально доказал, что необходимым условием формирования у обучаемых безошибочных, запланированных результатов должен быть «этап составления программы выполнения деятельности в обобщенном виде» [2]. Данное положение обосновало необходимость обучения участников педагогического эксперимента обобщенному способу выполнения заданий, направленных на их будущую профессиональную работу. При формировании обобщённого способа «подчеркивается первичность внешних материальных форм деятельности» [3]. Это послужило основанием для включения в процесс обучения этапа, на котором обучаемые все действия выполняли «вручную», применяя материальные предметы. В качестве ведущей идеи при разработке методики обучения студентов использован принцип контекстного подхода, суть которого состоит в представлении обучающимся личностно значимых заданий и проектов в контексте будущей профессиональной деятельности [4].
Разработка и апробация методики обучения выполнению профессионально значимых заданий при изучении курса физики осуществлялись в процессе обучения студентов технических направлений колледжа Астраханского государственного университета: «Монтаж, наладка и эксплуатация электрооборудования промышленных и гражданских зданий» (108 студентов), «Монтаж и эксплуатация оборудования и систем газоснабжения» (220 студентов), «Эксплуатация транспортного электрооборудования и автоматики (по видам транспорта, за исключением водного)» (306 студентов). Большинство участников различных этапов педагогического эксперимента (96%) – юноши в возрасте 15-17 лет. У студентов всех направлений подготовки, принимавших участие в опытно-экспериментальной работе, физика изучалась в одинаковом объеме (первый год обучения, 194 часа).
Результаты исследования и их обсуждение
Опишем результаты исследования по формированию конструкторских умений при решении профессионально ориентированных заданий с опорой на физические знания применительно к направлению подготовки 08.02.09 «Монтаж, наладка и эксплуатация электрооборудования, промышленных и гражданских зданий». Студенты данного направления участвовали в опытно-экспериментальной работе на всех этапах эксперимента (констатирующем, обучающем и контрольном). Из ФГОС СПО выделены виды профессиональной деятельности: организация и выполнение работ по эксплуатации и ремонту электроустановок; организация и выполнение работ по монтажу и наладке силового электрооборудования; организация и выполнение работ по монтажу и наладке электрических сетей. Полностью научить выполнять эти виды деятельности возможно при изучении профессиональных модулей и прохождении производственных практик. Изучение курса физики должно быть направлено на формирование умений по конструированию ТУ, приборов, которые являются элементами для монтажа конкретного электрооборудования.
Проведенный анализ научно-педагогических работ множества авторов позволил выделить два основных направления решения рассматриваемой проблемы. Одно из них состоит в формировании технического мышления обучающихся в процессе решения прикладных физических задач с техническим содержанием, выполнения учебных и производственных проектов различной степени сложности [5-7]. Другое направление связано с обучением обобщенному методу решения профессиональных типовых задач, характерных для конкретных специалистов в процессе освоения программы высшего образования (на примере бакалавров-строителей [8], бакалавров по направлению подготовки «Машиностроение» [9, c. 12]) и при изучении общеобразовательных и профессиональных дисциплин в учреждениях СПО [10, с. 28].
Признавая значимость проведенных исследований, следует констатировать существование проблемы подготовки студентов колледжа к выполнению деятельности по созданию ТУ, принцип действия которых основан на физических знаниях. Проведенный констатирующий эксперимент позволил установить, что студенты испытывают трудности по выдвижению идеи разработки ТУ, выделению действий по его созданию, конструированию и сборке из определенных элементов. Таким образом, существует противоречие между образовательным потенциалом физики, как основы технического конструирования, и недостаточной разработанностью методики обучения студентов данной деятельности при изучении этого предмета в системе среднего профессионального образования.
Проведенный научно-методический анализ курса физики позволил установить, что практически значимым разделом специалистов данного профиля является раздел «Основы электродинамики», так как в данном разделе изучается много ТУ, с которыми техник-электрик встречается в профессиональной деятельности. Например, в теме «Электростатика» возможно организовать деятельность студентов по конструированию электрического конденсатора, электрометра, электроскопа, электростатического генератора. В теме «Законы постоянного тока» можно конструировать лампу, амперметр, вольтметр, гальванический элемент, аккумулятор. При изучении темы «Магнитное поле» – электродвигатель, электромагнит, громкоговоритель и др.
Содержание обобщенного способа конструирования ТУ представляет собой следующую последовательность действий: 1) установить назначение монтируемого ТУ; 2) выявить эксплуатационные характеристики его работы; 3) установить, из каких элементов состоит монтируемое ТУ и каковы их функции; 4) составить принципиальную схему монтируемого ТУ; 5) подобрать материалы, соответствующие элементам принципиальной схемы, и разработать программу монтажа; 6) осуществить монтаж ТУ по принципиальной схеме; 7) воспроизвести работу ТУ [10, с. 308]. В таблице 1 приведена конкретизация этих действий в процессе конструирования ТУ для обнаружения электрических зарядов.
Опишем методику обучения студентов деятельности по конструированию ТУ при изучении курса физики, включающую целевой, содержательный, процессуальный и диагностический компоненты.
Цель первого компонента состоит в формировании у студентов обобщенного способа конструирования технических объектов, связанных с будущей профессиональной деятельностью. При реализации содержательного компонента проведен отбор учебного материала курса физики и разработана система дидактических средств. Процессуальный компонент представляет собой методику формирования разработанного способа и включает три этапа: мотивационный; этап выделения содержания обобщенного способа в виде последовательности обобщенных действий; этап самостоятельного планирования действий по выполнению профессионально ориентированных заданий. Целью мотивационного этапа является создание у студентов желания научиться выполнять конструкторские задания, ориентированные на будущую профессиональную деятельность. На следующем этапе студенты выделяют действия обобщенного способа на основе анализа и обобщения конкретных действий по конструированию электротехнических устройств. На последнем этапе каждый студент выполняет индивидуальный проект по конструированию любого ТУ.
Таблица 1
Конкретизация действий обобщенного способа для конструирования электроскопа
|
Действия обобщенного способа |
Конкретизация действий |
|
Установление назначения монтируемого ТУ |
Прибор для обнаружения наличия электрического заряда |
|
Выявление эксплуатационных характеристик работы ТУ |
Отсутствие утечки электрического заряда. Окружающий воздух должен быть сухим |
|
Установление составных элементов монтируемого ТУ и их эксплуатационных характеристик и функций |
ТУ состоит из металлического стержня, к которому подвешены две полоски из фольги. Стержень укреплен при помощи диэлектрической пробки внутри корпуса. Стержень выступает в роли приемника заряда. Полоски из фольги являются индикаторами наличия электрического заряда |
|
Составление принципиальной схемы монтируемого ТУ |
1 – стеклянный корпус, 2 – пластиковая крышка, 3 – металлический стержень, 4 – легкоподвижные лепестки |
|
Подбор приборов, материалов и оборудования, соответствующего элементам принципиальной схемы. Разработка программы монтажа |
1. Вставить проволоку в пластиковую крышку таким образом, чтобы один конец металлического стержня выступал наружу на 5 см, а другой находился внутри банки. 2. Вырезать два прямоугольника из пищевой фольги размером 2x5 см. 3. В прямоугольниках из фольги проделать отверстия и закрепить их на стержне. 4. Плотно закрыть банку крышкой с установленными элементами. Убедиться, что стержень надежно закреплен в крышке, а лепестки из фольги свободно висят внутри банки |
|
Осуществление монтажа технического объекта по принципиальной схеме. Воспроизведение работы технического объекта |
|
Наэлектризованной расческой коснуться стержня; наблюдать за отталкиванием лепестков из фольги друг от другаИсточник: составлено авторами на основе [11].
При реализации процессуального компонента методики применялись образовательные технологии активного обучения, такие как мозговой штурм, индивидуальная и командная проектная работа, организация деятельности по конструированию и сборке действующих моделей и прототипов технических устройств, которые целесообразно использовать на занятиях по физике. Эти педагогические технологии зарекомендовали себя как наиболее результативные при проведении ряда исследований [12-14].
В процессе изучения раздела «Основы электродинамики» студенты конструируют действующие модели электротехнических устройств и приборов (электрическая лампа, электрический конденсатор, трансформатор, электродвигатель и другие) и демонстрируют их действие. Конструкторские решения для нескольких ТУ представлены в работах [15; 16].
Таблица 2
Уровни сформированности действий обобщенного способа выполнения профессионально ориентированных заданий
|
Уровень сформированности |
Содержание деятельности по выполнению профессионально ориентированных заданий |
|
Низкий. Оценка «3» |
Установлено назначение монтируемого ТУ и выявлены эксплуатационные характеристики его работы (правильно выполнены первое и второе действия) |
|
Средний. Оценка «4» |
Правильно выполнены первое и второе действия. Установлены составные элементы монтируемого устройства, но не выявлены их эксплуатационные характеристики и функции. Составлена принципиальная схемы монтируемого устройства. При сборке устройства из подобранных приборов и материалов допущены ошибки, приводящие к тому, что ТУ не работает |
|
Высокий. Оценка «5» |
Правильно выполнены все действия способа. Произведен монтаж ТУ по принципиальной схеме и воспроизведена его работа |
Источник: составлено авторами на основе результатов выполнения профессионально ориентированных заданий в форме индивидуального проекта.
Результаты контрольного этапа педагогического эксперимента Источник: составлено авторами на основе данных педагогического эксперимента
Цель диагностического компонента состояла в разработке критериев оценивания результатов обучения и выявлении уровней сформированности у студентов действий обобщенного способа выполнения заданий, связанных с конструированием ТУ (табл. 2).
Статистически обработанные результаты выполнения студентами индивидуального проекта по конструированию ТУ представлены на диаграмме (рисунок).
Доля участников, показавших низкий уровень выполнения, составила 58% (69 человек) в контрольной группе и 2,4% (3 человека) в экспериментальной группе. Средний уровень продемонстрировали 38% (46 человек) в контрольной группе и 46,4% (58 человек) в экспериментальной группе. Полное выполнение проекта выявлено у 4% (5 человек) контрольной группы и у 51,2% (64 человека) экспериментальной группы. Таким образом, результаты контрольного эксперимента доказывают результативность разработанной методики обучения студентов выполнению профессионально ориентированных заданий с опорой на физические знания.
Заключение
Разработанная методика обучения студентов технических направлений колледжа эффективна для формирования умений решать профессионально ориентированные задания при изучении курса физики. Интеграция научных знаний с собственноручным созданием ТУ способствует развитию технического мышления и повышает качество подготовки будущих специалистов. Результаты педагогического эксперимента подтвердили успешность предложенного подхода, значительно улучшив показатели выполнения студентами индивидуальных проектов.