Необходимость использования информационных технологий в процессе обучения физике полупроводников

В статье рассматриваются основы внедрения компьютерных технологий в практику обучения, про­анализирована классическая система учебной деятельности. Дано описание четырех компонентов системы учебной деятельности. Обсуждаются перспективные возможности информационных техно­логий в модернизации образовательного процесса по физике, создающие предпосылки для формиро­вания конкурентоспособного специалиста. Обосновывается педагогическая целесообразность приме­нения информационных технологий для увеличения эффективности учебного процесса при объясне­нии сложного материала, в котором невозможен натурный эксперимент. 

Развитие современного общества, непосредственно связанное с быстрообновляющимися науко­емкими технологиями, приводит к необходимости изменения процесса образования. Растущее значе­ние технической грамотности делается все более важным в связи с необходимостью обеспечения условий для построения систем обучения различным дисциплинам, традиционно входящим в подго­товку студентов технического вуза.

Государство осуществляет программу модернизации системы образования, и одной из важней­ших задач является формирование конкурентоспособного специалиста, готового постоянно овладе­вать навыками работы на самом передовом оборудовании самого современного производства [1]. Как отмечается в «Послании Президента Республики Казахстан Н.А. Назарбаева народу Казахстана», необходимо обеспечить развитие системы инженерного образования и современных технических специальностей с присвоением сертификатов международного образца [1]. Реализация данной задачи невозможна без качественного информационного обеспечения системы образования в сфере инже­нерного образования и современных технических специальностей. Очевидного прогресса в области подготовки специалистов можно достичь на основе комплексного повсеместного внедрения совре­менных информационных и телекоммуникационных технологий в систему обучения общеобразова­тельным и техническим дисциплинам [2].

Сегодня современная модель образования представляет собой взаимодействие традиционного и информационного образования. Традиционная дидактика в условиях информационного общества приобретает особенности, нацеленные на развитие коммуникационной и информационной грамотно­сти. Информационная дидактика включает в себя теорию классической дидактики и принципы ин­формационного образовательного процесса, сформированные на основе технического, информаци­онного и учебно-методического обеспечения.

По мнению В.Э. Штейнберга, безынструментальная методика обучения ограничивала такие немаловажные параметры, как устойчивость результатов обучения, управляемость процесса учения, влияние субъективных факторов. Исследуя инструментальную дидактику, он утверждает: «Развитие дидактики пошло по пути создания различных организационно-методических форм процесса обучения: проблемного, модульного, проектного и т.д. Несомненно, созданные формы обучения сыграли определенную роль в повышении эффективности обучения, но, учитывая, что основные задачи обу­чения решаются на уровне микротехнологии процесса восприятия, переработки и применения знаний учащимися, главные барьеры повышения эффективности обучения остались непреодоленными. Эти барьеры — недостаточный объем моделирующих дидактических средств в составе обеспечения учебного процесса и недостаточные знания о механизмах мышления человека или антропологиче­ских основаниях дидактики» [3]. Применение информационных технологий является одним из ре­зультативных дидактических инструментов, повышающих эффективность процесса обучения. Разви­тие новых информационных технологий и их практическое использование становятся актуальными в современных условиях.

По мнению экспертов, применение информационных технологий в процессе преподавания по­вышает эффективность практических и лабораторных работ по естественнонаучным дисциплинам не менее чем на 30 %.

Ряд исследователей в вопросе совершенствования эффективности процесса обучения также отмечают важный момент информатизации образования, способствующего положительному отно­шению студентов к учебе.

Исследуя процесс внедрения ускоренной информатизации в сферу образования, Б.С. Гершунский в качестве значимых факторов называет [4]:

  • повышение качества подготовки специалистов — освоение новых информационных техно­логий в процессе обучения;
  • овладение навыками пользования компьютером — формирование информационной культу­ры, т. е. информационных знаний и умений программировать;
  • внутренние потребности самой системы образования — разработка учебного процесса на основе информационных технологий, внедрение новых информационных технологий в процесс обучения.

Согласно стратегии «Казахстан 2050» одним из приоритетных направлений является модерниза­ция методик преподавания, основанная на интенсивном внедрении инновационных методов в отече­ственную систему образования. Если мы хотим понять, что мы можем предложить студентам в пре­подавании физики полупроводников, мы должны анализировать содержание, тщательно наблюдать, как студенты слышат и интерпретируют материал, предоставленный им. Сильный акцент должен быть сделан на том, чтобы студенты учились «мыслить вслух». Иногда студенты «сталкиваются» с трудностями в обучении физики полупроводников, поэтому целесообразно создавать учебные про­граммы, которые были бы направлены на более эффективное преподавание. Использование иннова­ционных методов в образовательных процессах имеет цель повысить эффективность обучения. Вследствие того, что выстраивание образовательной среды, как правило, замыкается на преподавате­ле, который не всегда готов к изменениям педагогических подходов, а также на недостаточности раз­работок методики применения информационных технологий в образовательном процессе, происхо­дит нарастание разрыва между уровнями интеллектуальной деятельности в научно-производственной сфере и образованием. С помощью новейших технологий возможно получить образование высокого качества быстро и эффективно. Информационные и телекоммуникационные технологии привнесли много новшеств в область преподавания.

В.В. Лаптев выделяет три подхода к внедрению компьютерных технологий в практику обучения:

  • достижение начальной компьютерной осведомленности;
  • предметный подход — изучение компьютеров как самостоятельной области знания;
  • общий подход, который заключается в использовании компьютерной и микропроцессорной техники как технического средства для решения различного рода задач по всем учебным дисципли­нам.

Учебную деятельность В.В. Лаптев представляет как систему из четырёх принципиально раз­личных видов деятельности, показанных на рисунке:

Система учебной деятельности

Информационная деятельность в учебном процессе — это деятельность, основанная на инфор­мационном взаимодействии между студентом, преподавателем и средствами новых информационных технологий, направленная на достижение учебных целей. Этот вид включает следующие виды дея­тельности: регистрация, сбор, накопление, хранение, обработка информации об изучаемых объектах, явлениях, процессах; передача достаточно больших объёмов информации, представленной в различ­ной форме; интерактивный диалог; управление реальными объектами; управление отображением на экране моделей различных объектов. В конкретной педагогической ситуации применяются те или иные простые информационные процессы отдельно или во взаимосвязи.

Тренирующая деятельность представляет собой: решение задач — студент учится применять полученные знания на практике, решая задачи; проведение виртуального эксперимента, который под­готавливает студента к реальному эксперименту, тренирует его умения и дает предварительные ре­зультаты, позволяющие в дальнейшем проанализировать результаты реального эксперимента.

Информационная и тренирующая деятельности — основные для обучаемого и осуществляются под управлением преподавателя. Контролирующая и административная деятельности организовыва­ют обратную связь в процессе обучения и осуществляются преподавателем.

Достичь заметных качественных сдвигов в обучении при широком использовании средств ин­форматизации, по мнению В.В. Лаптева, возможно лишь при условии кардинальных качественных изменений в педагогических подходах, образовательных технологиях, с учетом протекания информационных и коммуникационных процессов в среде глобальных взаимодействий, в которых вырастает современная молодежь [5].

Физика полупроводников является обязательным курсом для обучения студентов, специализи­рующихся в микроэлектронике. Это основа инженерного образования, обеспечивающая реализацию профессиональной деятельности в условиях усложняющихся технологий.

Все большее число физиков изучает технологические инновации. В этой связи педагоги заинте­ресованы в информации о тех нововведениях, которые могут быть применены в передаче знаний студентам. Преподаватель должен изо всех сил стараться распространять знания так, как понял он. В конечном счете, преподаватель должен быть удовлетворен, когда добился понимания студентами его идей и мнений. Хотелось бы процитировать высказывания физика Н.В. Мицкевича: «Прежде всего, нужен интерес, нужна, как говорится, охота. Слова же и картинки должны помочь вам обрести эту «охоту», и такая «приманка» — не обман, ибо настоящее, глубокое знакомство с физикой неиз­бежно оправдает себя, принесет и удовлетворение, и ту вечную неудовлетворенность, которая нераз­лучна с поиском». Поэтому преподавание зависит от успешного общения и инноваций, и любые ме­тоды коммуникации, которые служат этой цели, можно рассматривать как инновационные методы обучения. Инновационные технологии, становящиеся все более популярными в преподавании физи­ки, приносящие пользу и студентам и преподавателям, являются качественным инструментом для устранения недостатков традиционного обучения. В обучении студентов важную роль играют: дея­тельность студентов, взаимодействие преподавателя и студента, а также хорошо структурированная база знаний.

Необходимо сконцентрироваться на использовании интерактивных технологий в качестве сред­ства инновационного преподавания и обучения в учебной среде. Это поможет преподавателю пред­ставить содержимое материала в более значимом образе.

На протяжении нескольких лет проблемный метод обучения становится более популярным в об­разовательных учреждениях. Проблемно-ориентированная система обучения — это обучение физике при интерактивном взаимодействии между субъектами учебного процесса, оперативном управлении методиками и средствами обучения для обеспечения творческой самостоятельной работы студентов, основой которой является поисковая учебно-исследовательская деятельность с использованием ин­формационных и телекоммуникационных технологий, ориентированная на овладение методами по­иска проблемных ситуаций и решения задач, соответствующих актуальным вопросам науки и прак­тики. Проблемно-ориентированное обучение требует от студентов быть активными. Здесь знание создается на собственном опыте, делается акцент на самостоятельное обучение. Появляется как бы новая парадигма преподавания и обучения, где роль студента становится важнее роли преподавателя, но значимость ее зависит от педагогического искусства последнего.

О.Ф. Левичев использует законы кибернетики в создании обновленной теории обучения [6]:

  • эффективность обучения прямо пропорциональна частоте и обратной связи;
  • качество знаний зависит от эффективности контроля;
  • качество обучения прямо пропорционально качеству управления учебным процессом;
  • эффективность управления находится в прямой пропорциональной зависимости от количе­ства и качества управляющей информации, состояний и возможностей студентов, восприни­мающих и перерабатывающих управляющие воздействия.

Организация деятельности студентов должна деформироваться в сторону побуждения студента работать самостоятельно, активно стремиться к самообразованию. Выполнение заданий самостоя­тельной работы должно учить мыслить, анализировать, учитывать условия, ставить задачи, решать возникающие проблемы, т.е. процесс самостоятельной работы постепенно должен превращаться в творческий [2]. Поэтому сами студенты могут создавать мультимедийные проекты. Это научит их сотрудничать, быть творческими, применять приобретенные знания, а возможно и дополнять их. Еще 2500 лет назад китайский философ Конфуций сказал: «Что я слышу — я забываю, что я вижу — я помню, что я делаю — я понимаю», поэтому для содействия обработки глубокого уровня информа­ции в сознании обучающихся, для улучшения понимания в физике большое значение имеет экспе­риментальный метод исследования, и именно физический эксперимент подтверждает или опроверга­ет истинность той или иной физической теории.

Сегодня уделяется большое внимание вопросу внедрения новых информационных технологий (НИТ) в некоторых курсах физики высшей школы: используются НИТ при изучении квантовой фи­зики, применяются НИТ в процессе преподавания раздела «Специальные главы физики твердого те­ла» в курсе общей физики, разрабатываются НИТ на практических занятиях по основным разделам части общего курса физики. Разрабатываются компьютерные моделирования в лабораторном практи­куме: М.Ю. Демина, Л.С. Полугрудова (лабораторные работы по атомной и ядерной физике), Д. А. Саватеев (применение компьютерных моделей при изучении электромагнитных явлений и про­цессов).

Лабораторный практикум остается центральным и важным компонентом учебного процесса. Не­обходимость создания виртуальных работ диктуется дороговизной лабораторного оборудования и недостаточностью временных ресурсов. Современные информационные технологии при изучении физики позволяют в дальнейшем анализировать результаты реального эксперимента.

Опыт обучения студентов дисциплине «Физика полупроводников» показывает, что изучение и восприятие предмета сопряжены с рядом трудностей: физика полупроводников оперирует множест­вом абстрактных понятий, что затрудняет восприятие материала студентами; во многих случаях имеют место недостаточная наглядность и невозможность провести учебный эксперимент. Это при­водит к тому, что у студентов формируются недостаточно прочные и глубокие знания основ физики полупроводников, многие не имеют глубокого понимания явлений, процессов, описанных в данном курсе. Поэтому для решения этих проблем необходимо совершенствование методики изучения тео­ретической базы данного курса, отбор учебного материала, совершенствование экспериментальной поддержки курса с использованием новых информационных технологий, введение новых компью­терных экспериментов. При изложении сложных тем необходимо продемонстрировать студентам определенные физические явления при помощи специального оборудования, которым кафедра не располагает, поэтому достаточно эффективно использовать компьютерные презентации. Использова­ние компьютерных анимаций физических процессов дает возможность повысить наглядность при введении сложных и абстрактных физических понятий и при объяснении сложных физических явле­ний и законов. Это обеспечивает более высокий уровень проведения лекций. Использование модели­рующих программ и лабораторных практикумов по тем разделам, в которых невозможен натурный эксперимент, является достаточно результативным альтернативным методом проведения экспери­ментов. При этом традиционные формы проведения лабораторных работ сохраняют своё положение и роль в учебном процессе.

Наше государство взяло курс на построение «зеленой» экономики, это один из стратегических приоритетов. Обладая значительными запасами традиционных энергоресурсов, наша страна последо­вательно принимает меры по использованию альтернативных источников энергии. Президент Казах­стана Н. А. Назарбаев в своем выступлении отметил, что мы должны развивать производство альтер­нативных видов энергии, активно внедрять технологии, использующие энергию солнца и ветра. Успешное движение к этому немыслимо без техники, созданной по последнему слову науки. Новей­шие физические открытия очень быстро находят применение в технике, медицине и в других облас­тях. Сегодня наука непосредственно участвует в процессах производства: она не только напрямую снабжает промышленную сферу технологиями, но и придаёт промышленности такую же инноваци­онную заострённость, какой обладает сама. Это проявляется в процессах постоянного обучения про­мышленного персонала новым научно-прикладным достижениям, а также в непрерывной перестрой­ке самого производства, готовности оперативно реагировать на любые новшества, способные опти­мизировать промышленность [7]. Можно без преувеличения сказать, что современное развитие науки и техники во многом зависит от достижений физики полупроводников и технологии производства полупроводниковых приборов. Однако научные знания (и фундаментальные, и прикладные) сами по себе не превращаются в технологии.

Таким образом, чтобы ускорить процесс и повысить качество преподавания физики полупро­водников, необходимо хотя бы частично реализовать в обучающей системе умение управлять образо­вательным процессом, используя информационные ресурсы. Продолжает оставаться актуальным во­прос о совершенствовании процесса обучения физике полупроводников. Улучшение подготовки сту­дентов в этом направлении предполагает:

  • рассмотрение особенностей реализации форм организации учебной деятельности с примене­нием информационных технологий;
  • создание соответствующих методических материалов;
  • создание компьютерных демонстрационных экспериментов;
  • создание лабораторного практикума с применением информационных технологий;
  • разработку методики проведения демонстрационных экспериментов и лабораторного практи­кума с использованием информационных технологий;
  • проектирование учебного процесса с учетом достижений науки.

Сегодня подготовка специалистов не должна осуществляться без научно-исследовательской ра­боты. Для целенаправленного развития технологии необходимы специальные условия: наличие про­фильных корпоративных институтов с постоянно действующими научными площадками и лаборато­риями; специальная подготовка профессиональных кадров с помощью новых информационных, пси­холого-педагогических разработок и программ [7]. Необходимо создавать новые возможности в вузе, где образовательная среда центрируется не только на преподавателе, но и студент начинает управ­лять своими образовательными действиями, корректируя образовательный процесс. Для достижения максимального результата обучения студентам необходимо мобилизовать свои способности. В уни­верситете должны быть созданы условия для самообразования, самоорганизации, развития творче­ского мышления. В такой среде студент не только понимает цели образовательного процесса, но и дополняет их собственными целями и задачами, выбирает способы достижения поставленных целей. Это воспитает стремление к самообразованию, повышению профессиональной компетентности, спо­собности решать социальные и профессиональные задачи.

 

 

Список литературы

  1. Послание Президента Республики Казахстан Н.Назарбаева народу Казахстана. 14 декабря 2012 г. // www.akorda.kz/.../page_215750_poslame-prezidenta-respubliki-kazakhs.
  2. Гриншкун В.В., Сотникова О.А. Особенности информатизации образовательного процесса в инновационном техни­ческом вузе // Вестн. РУДН. — 2012. — № 3. — С. 24-30.
  3. Штейнберг В.Э. Концепция дидактического дизайна // Современный образовательный процесс: опыт, проблемы и перспективы: Материалы межрегиональной науч.-практ. конф. — Уфа, 2007. — С. 427-128.
  4. ГершунскийБ.С. Компьютеризация в сфере образования: проблемы и перспективы. — М.: Педагогика, 1987. — 264 с.
  5. Лаптев В.В., Носкова Т.Н. Профессиональная подготовка в условиях электронной сетевой среды // Высшее образо­вание в России. — 2013. — № 2. — С. 79-83.
  6. Левичев О.Ф. Закон сохранения информации в дидактике // Интернет-журнал «Эйдос», 2009. — [ЭР]. Режим досту­па: http: //www.eidos.ru/journal/2009/0831-4.htm.
  7. Скрябина А.М., Якурнова А.В. Инженерно-техническое образование как основа модернизации экономики // Вестн. РУДН. — 2012. — № 4. — С. 57-60.
Год: 2015
Город: Караганда
Категория: Педагогика