Кондаков С.А.

Зав. кафедрой МИиВТ
С.А. Кондаков
Интерактивные лабораторные работы как средство формирования и
оценивания профессиональных компетенций
(на примере изучения дисциплины «Физика»)
В результате освоения образовательного модуля «Физика» у
бакалавров направления 230100 – «Информатика и вычислительная техника»
должны быть сформированы такие общекультурные компетенции, как:
– способность к обобщению, анализу, восприятию информации,
постановке цели и выбору путей ее достижения (ОК-1);
– способность использовать основные законы естественнонаучных
дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы
математического
анализа
и
моделирования,
теоретического
и
экспериментального исследования (ОК-10);
– способность работать с компьютером как средством управления
информацией (ОК-12).
Кроме общекультурных компетенций модуль «Физика» способствует
формированию и профессиональных компетенций, таких как:
– способность разрабатывать бизнес-планы и технические задания на
оснащение отделов, лабораторий, офисов компьютерным и сетевым
оборудованием (ПК-1);
– способность осваивать методики использования программных средств
для решения практических задач (ПК-2);
– способность разрабатывать модели компонентов информационных
систем, включая модели баз данных (ПК-4);
– способность разрабатывать компоненты программных комплексов и
баз данных, использовать современные инструментальные средства и
технологии программирования (ПК-5).
– способность готовить презентации, научно-технические отчеты по
результатам выполненной работы (ПК-7).
Внедрение интерактивного обучения по естественнонаучным
дисциплинам (в т.ч. дисциплины «Физика»), базирующаяся на принципах
компетентностного развития личности, приводит к взаимодействию с
образовательной средой и профессиональной направленности обучения.
Если проводить физический эксперимент и фронтальные лабораторные
работы, используя виртуальные модели посредством компьютера, то можно
скомпенсировать недостаток оборудования в физической лаборатории вуза,
и, таким образом, научить обучающихся самостоятельно добывать
физические знания в ходе физического эксперимента на виртуальных
моделях, то есть появляется реальная возможность формирования
необходимой информационной компетентности у обучащихся и повышения
уровня их обученности.
Использование интерактивных лабораторных работ по физике
раскрывает интерактивное обучение в виде стадийного процесса,
отражающего уровни формирования специальных профессиональных
компетенций и этапы деятельности субъектов обучения. Для достижения
целей интерактивного обучения по физике используются методы создания
положительной
мотивации,
методы
организации интерактивной познавательной когнитивной и практической
деятельности студента, рефлексивно-оценочные методы и методы развития
личной образовательной среды.
Компьютерный
эксперимент
способен
дополнить
“экспериментальную” часть курса физики и значительно повысить
эффективность учебных занятий. При его использовании можно вычленить
главное в явлении, отсечь второстепенные факторы, выявить
закономерности, многократно провести испытание с изменяемыми
параметрами, сохранить результаты и вернуться к своим исследованиям в
удобное время.
К тому же, в компьютерном варианте можно провести значительно
большее количество экспериментов. Данный вид эксперимента реализуется с
помощью компьютерной модели того или иного закона, явления, процесса и
т.д. Работа с этими моделями открывает перед обучающимися огромные
познавательные возможности, делая их не только наблюдателями, но и
активными участниками проводимых экспериментов.
В большинстве интерактивных моделей предусмотрены варианты
изменений в широких пределах начальных параметров и условий опытов,
варьирования их временного масштаба, а также моделирования ситуаций,
недоступных в реальных экспериментах.
Компьютер предоставляет уникальную, не реализуемую в реальном
физическом эксперименте, возможность визуализации не реального явления
природы, а его упрощенной теоретической модели, что позволяет быстро и
эффективно находить главные физические закономерности наблюдаемого
явления.
Кроме того, обучающийся может одновременно с ходом эксперимента
наблюдать построение соответствующих графических закономерностей.
Графический способ отображения результатов моделирования облегчает
учащимся усвоение больших объемов полученной информации. Подобные
модели представляют особую ценность, так как обучающиеся, как правило,
испытывают значительные трудности при построении и чтении графиков.
Также необходимо учитывать, что далеко не все процессы, явления,
исторические опыты по физике обучающийся способен представить себе без
помощи виртуальных моделей (например, диффузию в газах, цикл Карно,
явление фотоэффекта, энергию связи ядер и т.д.).
Интерактивные модели позволяют студенту увидеть процессы в
упрощенном виде, представить себе схемы установок, поставить
эксперименты вообще невозможные в реальной жизни.
К интерактивным методам в лабораторном практикуме относятся:
Работа в малых группах (это одна из самых популярных стратегий, так
как она дает всем обучающимся возможность участвовать в работе,
практиковать навыки сотрудничества, межличностного общения (в
частности, умение активно слушать, вырабатывать общее мнение, разрешать
возникающие разногласия).
Средства индивидуальной работы наиболее эффективны при
организации самостоятельной работы студентов как в учебное
(тестирование), так и внеаудиторное время (самостоятельна работа с
материалом, подготовка к тестированию, выполнение заданий и получение
комментариев и оценки работ).
Средства парной/групповой работы дают соответствующие результаты
при выполнении отдельных заданий по проекту в группе (разбиение задачи
на подзадачи, решение более мелких задач, объединение результатов и
формирование общего решения), что позволяет рационально использовать
время на уроке.
При коллективной работе интерактивные средства обучения
обеспечивают наглядность представления проблемы, поиска решения и
результатов.
 Моделирование производственных процессов и ситуаций. Данный
метод предусматривает имитацию реальных условий, конкретных
специфических операций, моделирование соответствующего рабочего
процесса, создание интерактивной модели, виртуальные лабораторные
работы и др. Остановимся более подробно на виртуальных лабораторных
работах и интерактивных моделях.
Виртуальные лабораторные работы – комплекс связанных
анимированных изображений, моделирующих опытную установку.
Специальная система виртуальных переключателей, окон для задания
параметров эксперимента и манипуляции мышью позволяют студенту
оперативно менять условия эксперимента и производить расчеты или строить
графики.
При этом студент может вмешиваться в ход работы, изменять условия
её проведения и параметры. Выполнение лабораторной работы заканчивается
представлением отчета, который может быть проверен автоматически.
Примеры интерактивных лабораторных работ:
1. Дисперсия света
Модель является компьютерным экспериментом, демонстрирующим
явление дисперсии световых волн.
В ходе работы с моделью можно выполнить эксперимент, аналогичный
историческому опыту Ньютона по разложению белого света в спектр с
помощью
призмы,
наблюдать
отклонение
призмой
лучей
монохроматического света с различными длинами волн, исследовать
особенности прохождения световых лучей через призму.
2. Модель «Зоны Френеля»
Модель демонстрирует возникновение зон Френеля при дифракции на
круглом отверстии, позволяет наблюдать эффект от закрытия тех или иных
зон Френеля.
3. Опыт Юнга
Модель-практикум по теме "Интерференционный опыт Юнга".
Обучающийся может повторить классический интерференционный опыт
Юнга, настроить длину волны и расстояние между щелями.
В результате интерактивных лабораторных работ раскрываются
закономерности интерактивного обучения по физике, и механизмы
формирования специальных профессиональных компетенций студента при
интерактивном обучении по техническим специальностям, развивая научные
представления о процессе обучения физики на уровне профессионального
образования.
Рассмотрим возможные способы оценивания ФОС через конструктор
задач.
Конструктор задач на развитие и оценку компетентности
Ознакомле
ние
Понимание
Применение
Анализ
Синтез
Оценка
1.Назовите
основные
части…
8.Объясните
причины того,
что…
15.
Изобразите
информацию
графически
22.Раскройте
особенности
…
29.
Предложите
новый
(иной
вариант…)
36.
Ранжируйте
…
и
обоснуйте
…
2.
Сгруппиру
йте вместе
все…
9.Обрисуйте в
общих чертах
шаги,
необходимые
для
того,
чтобы…
16.Предложи
те
способ,
позволяющи
й…
23.Проанализ
ируйте
структуру…
с
точки
зрения…
30.
Разработайт
е
план,
позволяющий
(препятствующий)…
37.
Определите
, какое из
решений
является
оптимальным
для…
3.Составьт
е список
понятий,
кас
ающихся
…
10.Покажите
связи,
которые,
на
ваш
взгляд,
существуют
между…
17. Сделайте
эскиз
рисунка
(схемы),
который
показывает…
24.Составьте
перечень
основных
свойств
характеризующих с
точки
зрения…
31.Найдите
необычный
способ,
позволяющ
ий…
38.Оцените
значимость
… для...
4.Располо
жите
в
определён
-ном
порядке…
11.Постройте
прогноз
развития…
18.Сравните
… и…, а
затем
обоснуйте…
25.Постройте
классификац
ию
на
основании…
32.
Придумайте
игру,
которая…
39.Определ
ите
возможные
критерии
оценки…
5.Изложит
е в форме
текста…
12.
Прокомментир
уйте
положение о
том, что…
19.Проведите
(разработайт
е)
эксперимент,
подтверждаю
щий
26.Найдите в
тексте
(модели,
схеме и т.п.)
то, что…
33.
Предложите
новую
(свою)
классифика
цию…
40.
Выскажите
критически
е суждения
о…
6.Вспомни
те
и
напишите
…
13.Изложите
иначе
(переформули
руйте) идею о
том, что…
20.Проведите
презентацию
…
27.Сравните
точки
зрения… и
… на…
34.Напишит
е
возможный
сценарий
развития…
41.Оцените
возможност
и…для…
7.Прочита
йте
самостоят
ельно…
14.Приведите
пример того,
что
(как,
где)…
21.Рассчитай
те
на
основании
данных о…
28.Выявите
принципы,
лежащие
в
основе…
35.
Изложите в
форме…
своё мнение
(понимание
)…
42.
Проведите
экспертизу
состояния
…