Сидоров Иван Викторович
аспирант кафедры методики обучения физике, Российский государственный педагогический университет им. А.И.Герцена, С.-Петербург
sidorovivan@inbox.ru

Формирование у студентов умений решения проблем экспериментальных физических исследований и опыта их применения

Аннотация
Обоснованы и раскрыты методические подходы  к формированию у студентов умений решения проблем экспериментальных физических исследований и опыта их применения в процессе исследовательского обучения физике конденсированного состояния. 

Ключевые слова
умения выбора и разработки метода (методики) экспериментального решения задачи, исследовательская составляющая содержания физического практикума, аналитические возможности метода, моделирование.

Одна из центральных задач физического образования в вузе состоит в подготовке выпускника к самостоятельной поисково-исследовательской деятельности средствами физического эксперимента. Это в первую очередь предполагает формирование у него умений выбора и, при необходимости, разработки метода (методики) эксперимента, отвечающего поставленной задаче. Сказанное определяется прежде всего запросами со стороны науки, где разработка новой методики получения знаний «эквивалентна по своему значению среднему по уровню открытию» (П. Л. Капица) и даже «важнее открытия, ибо правильный метод исследования приводит к новым, ещё более важным открытиям» (Л.Д. Ландау).

Формирование умений нахождения новых, нестандартных подходов к решению возникающих проблем отвечает и запросам динамично развивающегося общества, где человеку с необходимостью приходится всё чаще оказываться в позиции исследователя.

Основной формой обучения, призванной формировать у студентов умения решения проблем экспериментальных физических исследований и опыт их применения, является физический практикум. При этом следует признать, что в традиционной своей постановке он едва ли справляется с поставленной задачей. Тому есть целый ряд причин.

• Во-первых, отстранённость предметного содержания практикума от личностных интересов обучающихся, социального контекста, что следуя педагогическим идеям Дж. Дьюи, является главным препятствием для общей тренировки ума, развития инициативности и изобретательности, приспособительных способностей.

• Во-вторых, представленность учебного материала, как в его содержательном, так и в процессуальном аспектах, в готовом виде и отслеживание только точности воспроизведения обучающимися делают их деятельность по своему характеру альтернативной по отношению к поисково-исследовательской.

• В-третьих, стандартность, одинаковость заданий, что ограничивает возможности проявления обучающимися индивидуального стиля деятельности.

• Наконец, узконаправленность практикума на проверку известных теоретических положений, осуществляемую с помощью стандартных технических приёмов, так что умения вырабатывать собственную линию действий в проблемной ситуации оказываются невостребованными и соответственно не развиваются.

Таким образом, направленность обучения физике на формирование у студентов умений решения проблем экспериментальных физических исследований требует качественных изменений физического практикума в его содержательном и процессуальном аспектах. В качестве таких изменений в настоящей работе предлагаются включение в содержание практикума, наряду с традиционной, исследовательской составляющей, рассчитанной на длительный срок выполнения и предполагающей поиск обучающимися нестандартных подходов и методов экспериментального решения задач, обоснование их информативности посредством анализа отвечающих объекту и предмету исследования моделей, использование полученных знаний в качестве ориентировочной основы для постановки и решения новых, значимых для науки и практики задач.

С включением в содержание практикума исследовательской составляющей открываются возможности:

• проблемной детерминации предметного материала и процесса его развёртывания в  учебном процессе

• усиления методологической направленности содержания практикума, повышения его роли в формировании у обучающихся необходимых исследовательских умений и опыта их применения.

• творческого освоения обучающимися методов и средств решения проблем экспериментальных физических исследований;

• индивидуализации заданий с учётом личностных особенностей и познавательных возможностей обучающихся

• повышения роли групповой исследовательской работы

Хорошую основу для формирования рассматриваемых умений и опыта даёт предметный материал физики неупорядоченных конденсированных систем, исследования которых занимают в последние десятилетия одно из центральных мест в физике конденсированного состояния вещества.  [1-6]. Это обусловлено как практической важностью таких исследований, так и проблемами в развитии теории конденсированного состояния применительно к системам, в строении которых отсутствует дальний порядок. При всей важности знаний об энергетическом спектре, характере состояния электронов, механизмах локализации и переноса заряда, кинетических параметрах неупорядоченного вещества возможности их экспериментального определения остаются весьма ограниченными. Это связано с тем, что традиционные для анализа электронных свойств твёрдых тел экспериментальные методы, основанные на эффектах Холла и термо ЭДС для неупорядоченных систем, как правило, неприменимы. Особенно сложной проблемой является экспериментальный анализ электронных свойств неупорядоченных систем с сильной локализацией носителей заряда, когда одновременно присутствуют и взаимосвязаны различные механизмы локализации. [7-8]

Задания для рабочих групп, основанные на рассматриваемой проблематике, могут быть индивидуализированы по объекту исследования: аморфные элементарные полупроводники, халькогенидные стеклообразные полупроводники, аморфные оксиды переходных металлов и т.д.

Принципиально важным в плане формирования рассматриваемых умений и опыта представляется реализация в процессе обучения принципа диалогичности. Это связано с направленностью диалога на понимание, являющееся необходимым компонентом и результатом сущностного подхода в познании. Реализация данного принципа предполагает развёртывание познавательного процесса во внешнем диалоге студента и преподавателя, выступающих как равноправные субъекты процесса поисково-исследовательской деятельности, направленной на получение нового (во всяком случае, для студента) знания. Не менее важным является здесь внутренний диалог – рефлексия накопленного опыта как условие развития личности. [9] Важной особенностью формируемого при внутреннем диалоге критически-рефлексивного стиля мышления является разносторонний анализ изучаемых объектов и явлений, адресация к конкретным полученным в ходе исследования фактам, стремление к выяснению природы (механизмов) ответственных за них процессов, обоснованным утверждениям, выводам и практическим рекомендациям. В общем плане развития личности особое значение имеют такие вырабатываемые качества как критический подход к внешней информации и собственным заключениям, способность к нестандартному взгляду на факты (увидеть новое в старом), динамичность позиции, неприемлемость безапелляционных суждений.

В ряду основных методических подходов к формированию у обучающихся умений и опыта решения проблем экспериментальных физических исследований, основанных на ранее сформулированных принципах и рассмотренном выше, наряду с проблемным и системно-деятельностным подходом следует выделить исследовательско-контекстный подход. Данное словосочетание отражает 2 факта. Во-первых, исследовательский характер решаемых проблем и умений, которые необходимо формировать у студентов в плане их подготовки к поисковой деятельности средствами физического эксперимента.

Во-вторых, принципиально важную, смыслообразующую роль контекста – системы внутренних и внешних условий жизни и деятельности человека, влияющей на процесс и результаты восприятия, понимания и преобразования человеком конкретной ситуации, действия и поступка. [10]

В этой связи отметим, что наиболее эффективной в плане приобретения предметного опыта экспериментального решения научных проблем представляется проектно-исследовательская деятельность, как направленная на решение значимой для практики проблемы  и осуществляемая как исследовательская с применением комплекса всех необходимых методов. Целесообразность такой деятельности в рассматриваемом аспекте определяется следующим:

• востребованностью экспериментального подхода на всех этапах деятельности – от поиска перспективных направлений решения проблемы до его практической реализации.

• практической ориентацией экспериментальной деятельности, способствующей приданию ей личностного для обучающихся смысла.

• продуктивностью экспериментальной поисково-исследовательской деятельностью, её завершённостью значимым результатом

• востребованностью коммуникативных умений при выполнении проекта в исследовательской группе.

Ключевым моментом экспериментальных физических исследований студентов, направленных на формирование у них необходимых умений, является обоснованный выбор и, при необходимости, разработка метода решения поставленной проблемы. Это предполагает, в свою очередь,  самостоятельное выявление студентами возможностей предлагаемого метода на основе анализа существующих и разрабатываемых моделей. Важно отметить востребованность при этом как физической, так и математической моделей явления [11], лежащего в основе рассматриваемого метода (методики).  Таким образом, достижение поставленной в данной работе цели находится в русле решения проблемы формирования культуры моделирования в процессе обучения физике.

Применительно к неупорядоченным конденсированным системам в качестве анализируемых моделей могут выступать модели нестационарных и неравновесных электронных явлений как критериальных для различения зонного и прыжкового механизмов электропроводности и детализации представлений о переносе заряда в высокоомных некристаллических материалах. [1,7,8]. 

Литература

1. Böttger Н., Bryksin V.V. Hopping Conduction in Solids. - VCH, 1985. -398 p.

2. В. Л. Бонч-Бруевич, И. П. Звягин, Р. Кайпер, А. Г.Миронов, Р. Эндерлайн, Б. Эссер. Электронная теория неупорядоченных полупроводников. -М.: Наука, 1981.-383 с.

3. Звягин И.П. Кинетические явления в неупорядоченных полупроводниках. - М.: Изд. МГУ, 1984. -187 с.

4. Шкловский Б.И., Эфрос А.Л. Электронные свойства легированных полупроводников. - М.: Наука, 1979. - 416 с.

5. Займан Дж. Модели беспорядка. - М.: Мир, 1982. — 591 с.

6. Лившиц И. М., Гредескул С. А., Пастур Л.А. Введение в теорию неупорядоченных систем. - М.: Наука, 1982. - 358 с.

7. Ханин С. Д. Модели явлений прыжкового переноса и методы анализа электронных свойств неупорядоченных систем с сильной локализацией носителей заряда //Известия РГПУ им. А. И. Герцена. Естественные и точные науки. СПб, 2002, №2(4), стр. 47-56

8. Ханин С. Д. Электронные свойства аморфных диэлектрических оксидов металлов.- Физика неупорядоченных и наноструктурированных оксидов и халькогенидов металлов: Монография /Под ред. Г. А. Бордовского.- СПб.: Изд-во РГПУ им. А. И. Герцена, 2011, С. 69-105

9. Гриценко Л.И. Теория и практика обучения: интегративный подход. – М.: Издательский центр «Академия», 2008г. – 240с.

10. Вербицкий А.А, Ларионова О.Г. Личностный и компетентностный подходы в образовании: проблемы интеграции. – М.: Логос, 2009г. – 336с.

11. Кондратьев А.С. Филиппов М.Э. Физические задачи и математическое моделирование реальных процессов. – СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2001, 111с.

 С.Д.Ханин,  доктор физико-математических наук, научный руководитель работы
А.А.Ахаян, доктор педагогических наук, член Редакционной Коллегии

_____ 

Ivan V. Sidorov
Рostgraduate student of Physics Department,  Al.Herzen State Pedagogical University of Russia, St.Petersburg
sidorovivan@inbox.ru

Student’s forming skills of problem solving of experimental physical research and experience of their appliance

Methodical approaches  to student’s forming skills of problem solving of experimental physical research and experience of their appliance  in the process of research education of condensed state physics are grounded and disclosed

Key words: abilities to choose and develop a method (methodic) of experimental problem solving, research component of the content of physical practical work, analytical possibilities of method, modeling