Внедрение новых федеральных государственных стандартов в современное российское образование, несомненно, потребовало пересмотра основных целей в образовании, изменение приоритетов в развитии науки и научно-исследовательской деятельности, а также изменения технологии, форм и методов обучения. Во многом это было обусловлено изменениями социально-экономического развития России. Экономика, да и общество в целом, нуждается в специалистах, которые были бы более инициативными, самостоятельными и способными постоянно совершенствовать свою личность и профессиональную деятельность. Очевидно, что для реализации таких планов (концепций) потребуется создание и организация эффективной системы научно-исследовательской деятельности студентов. И, безусловно, важную роль в формировании и развитии научного потенциала студентов принадлежит высшим учебным заведениям.
Основная часть
Для разработки и создания наиболее эффективных методов обучения, которые могли бы способствовать активизации учебно-познавательных действий студентов вуза, по мнению многих авторов [1,3,6], является разнообразие образовательных методик. При этом среди разнообразных методик, которые применяются в учебном процессе, выделяются так называемые активные и интерактивные методы обучения. Эти методы отличают, в первую очередь, способы организации взаимодействия со студентами. Использование их в учебном процессе позволяет как бы включить студентов в коллективный механизм поиска решения проблемы. Каждый участник такого процесса вносит свой, индивидуальный вклад в решение поставленной задачи с помощью активного обмена знаниями, идеями, способами деятельности.
Однако в таком подходе достаточно трудно оценить именно личный вклад студента в решение поставленной задачи. Ведь каждый активно участвует и каждый вносит свой вклад в решение общей задачи. Поэтому, возможно, следует включать в содержание решаемой проблемы различные «роли» и разработать даже «сценарий», чтобы суметь оценить «игру» студента. Такой подход не является новым и в учебном процессе он активно применяется, в частности, при организации лабораторного практикума [1]. Например, в работе [1] был введен в учебный процесс лабораторный комплекс на базе прокатного стана. При этом организация лабораторных исследовательских работ проводится в форме ролевых игр с постановкой проблемных задач группе и каждому студенту индивидуально. Более того, показано использование модульно-компетентностного подхода [2] для формирования профессиональных компетенций. Также следует отметить, что при использовании модульно-компетентностного подхода студенты знакомятся с новыми явлениями, представлениями, идеями в лабораторных опытах, прежде чем они будут изложены на аудиторных занятиях [1].
Конечно, в таком подходе используется лабораторно-исследовательский путь изучения материала, но что если мы предложим студентам самим создать (смоделировать) лабораторно-исследовательский эксперимент. В исследованиях наших студентов [4, 5] большое внимание уделяется задачам моделирования физических процессов и демонстрацией физического эксперимента. Такие задачи довольно часто встречаются при изучении классического курса по математическому моделированию. Однако для создания полноценной модели необходимо разработать учебно-методический лабораторный комплекс. В результате такая работа будет не только содержать саму модель, но и позволит оценить, насколько глубоко студент смог изучить предлагаемый материал и отразил результат своего исследования в предлагаемой им модели. Рассмотрим некоторые из таких моделей, которые созданы с использованием технологии Flash.
В работе [5] рассмотрено использование Flash-технологии на примере организации фронтальной виртуальной лабораторной работы по определению фокусного расстояния рассеивающей линзы. Виртуальная модель (см. рисунок 1) представляет собой набор следующих элементов: фотооптическая скамья, две линзы, лампа и экран. Причем линзы первоначально располагаются на столе, а не на фотооптической скамье. Отдельно располагается и насадка для лампы с нанесенным изображением буквы «F». Задача, которая ставится перед исследователем, в этой лабораторной работе довольна «проста», требуется найти фокусное расстояние рассеивающей и собирающей линзы. Причем, как мы знаем заранее, какая из линз рассеивающая, а какая собирающая – не известно. Однако для выяснения этого нам потребуется провести не очень сложный эксперимент. Достаточно взять со стола одну из этих линз и поместить на фотооптическую скамью, только одна из них при перемещении даст фокусирующееся пятно на экране, если при этом на лампе расположить предмет с изображением буквы F, то при определенных значениях расстояния от лампы до линзы (d < 2Fсоб., где d – расстояние от линзы до предмета) мы получим действительное, обратное, увеличенное изображение на экране. Зная расстояния от лампы до линзы и от линзы до экрана, можно найти фокусное расстояние у собирающей линзы. При этом попытка повторить эксперимент с рассеивающей линзой закончится неудачей. Поскольку в этом случае мы получаем мнимое, прямое, уменьшенное изображение, это означает, что экран должен располагаться между лампой и линзой, т.е. фактически закрывать линзу от источника света.
Такой сценарий работы является вполне реалистичным. Именно он предлагался для реализации в данном проекте. Следует отметить, что при построении модели основной проблемой было создание реалистичных условий фокусировки изображения. Изображение предмета появляется на экране не резко в тот момент, когда соблюдаются условия его построения по формуле тонкой линзы, а когда они близки к таковым. При этом появляется плавность, за которой может следовать четкость (фокус) и дальнейшее постепенное исчезновение изображения. Фактически это означает, что в условиях задачи мы всегда можем менять фокусное расстояние линз, и при этом мы всегда будем получать адекватные изображения предмета на экране. Возможность проверки результата виртуального эксперимента (а возможно сравнение его и с реальным экспериментом) делает работу более значащей.
Рисунок 1. Виртуальная модель для определения фокусного расстояния линзы
Рассмотрим еще одну модель, которая предназначена для определения атмосферного давления и проверки выполнения закона Бойля – Мариотта [4]. Данная модель также реализована во Flash. В данной модели меньше исходных предметов, которые можно свободно перемещать (см. рисунок 2). Давайте рассмотрим их. На столе располагаются два штатива, в лапках которого зажимаются две стеклянные трубки, соединенные между собой снизу резиновой трубкой. Верхние концы обеих трубок располагаются на одном уровне. В сосудах налита вода, которая также находится на одном уровне в обеих трубках. С точки зрения сложности проведения натурного или виртуального эксперимента данная задача также не является сложной. Конечно, для натурного эксперимента в историческом контексте, повторяя опыт Торричелли, нам понадобилась бы трубка высотой около 10 м. И хотя виртуальный эксперимент и позволяет провести такого рода опыты, мы все же построили модель, в которой происходили зотермический процесс расширения определенной массы воздуха, заключенной в стеклянной трубке между поверхностью воды и резиновой пробкой. Наличие резиновой пробки на одном из концов трубки является обязательным. Модель построена так, что без резиновой пробки на конце уровень жидкости в обоих коленах одинаковый. Это полностью соответствует натурному эксперименту. Поэтому в соответствии с тем же натурным экспериментом для измерения давление воздуха мы воспользовались методом определения разности уровня жидкости, но уже с закрытой пробкой. Данная разность визуально отмечается на виртуальной модели, и именно ее мы измеряем с помощью линейки, которая может спокойно перемещаться мышкой по всей области экрана.
Рисунок 2. Виртуальная модель для определения атмосферного давления
Заключение
Здесь представлены далеко не все модели, которые создаются студентами в процессе изучения курса математического моделирования. Но лишь не многие из них доходят до публикации. Выбирая в качестве одного из показателей эффективности работы студента его публикационную активность, мы не только даем возможность проявить себя как талантливого автора статей, но и готовим его к будущему выбору научной карьеры. Конечно, в этом вопросе можно найти гораздо больше положительных моментов, но главное, кажется, сделано. Профессиональную компетентность будущих специалистов можно и нужно оценивать через призму их публикаций.
Рецензенты:
Ахметов Л.Г., д.п.н., профессор, профессор кафедры теории и методики профессионального образования, ЕИ К(П)ФУ, г. Елабуга.
Мухаметшин А.Г., д.п.н., профессор, декан факультета педагогики и психологии, НИСПТР, г. Набережные Челны.