Применение средств ИКТ с целью повышения эффективности обучения студентов дисциплине "ФИЗИКА"

• 1 слайд

  
  МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
  ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
  РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОЦИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
  Факультет информационных технологий и техносферной безопасности
  Кафедра социальной и педагогической информатики
    
   
   Белый Вячеслав Сергеевич
   
  ПРИМЕНЕНИЕ СРЕДСТВ ИКТ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБУЧЕНИЯ СТУДЕНТОВ ДИСЦИПЛИНЕ «ФИЗИКА»
    
  
  МАГИСТЕРСКАЯ ДИССЕРТАЦИЯ
  на соискание академической степени магистра по направлению 050100.68 «Педагогическое образование»
  
  Научный руководитель:
  профессор кафедры социальной и педагогической информатики РГСУ, доктор физико-математических наук, профессор
  Метёлкин Евгений Владимирович
  
  Рецензент:
  директор ГБОУ СОШ №7 города Москвы, кандидат экономических наук
  Ровенский Артём Михайлович
  
  

• 2 слайд

  АКТУАЛЬНОСТЬ НАУЧНОЙ ПРОБЛЕМЫ
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  Уровень развития современных ИКТ – достаточно высокий;
  Потенциальные возможности современных ИКТ
  – практически безграничны; Возможность обеспечения качественного скачка в эволюции образовательных процессов
  – имеется.
  Уровень ИКТ-компетентности преподавательского состава вузов
  – оставляет желать лучшего; Использование потенциальных возможностей современных ИКТ
  – не в полной мере;
  Качественный скачок в эволюции образовательных процессов
  – наблюдается слабо.
  Противоречие
  Увеличение полноты использования потенциальных возможностей средств ИКТ в образовательных процессах на для повышения эффективности и результативности обучения студентов
  Научная проблема
  Научные задачи
  Повышение эффективности обучения студентов дисциплине «Физика» за счёт применения средств ИКТ
  

• 3 слайд

  
  ЦЕЛЬ, ЗАДАЧИ, НАУЧНАЯ НОВИЗНА, НАУЧНАЯ ГИПОТЕЗА,
  ОБЪЕКТ, ПРЕДМЕТ И РАМКИ ИССЛЕДОВАНИЙ
  
  Цель: повышение эффективности обучения студентов дисциплине «Физика» за счёт использования средств ИКТ.
  Задачи:
  1. Проанализировать существующую педагогическую модель обучения студентов дисциплине «Физика»;
  2. Исследовать педагогическую модель обучения студентов дисциплине «Физика» с использованием средств ИКТ;
  3. Оценить параметры педагогической модели обучения студентов дисциплине «Физика» по результатам эксперимента.
  Научной новизной является:
  выбор показателей эффективности обучения студентов дисциплине «Физика»;
  педагогическая модель практического обучения студентов дисциплине «Физика» с применением ИКТ;
  методика проведения эксперимента по оцениванию значений показателей эффективности педагогической модели;
  алгоритм оценивания значений показателей эффективности педагогической модели практического обучения студентов.
  Исследования проводились в рамках:
  1. Технического вуза;
  2. Практического обучения студентов;
  3. Прохождения студентами лабораторного практикума;
  4. Ограничений на проведение педагогического эксперимента.
  Объект исследования:
  педагогические модели практического обучения студентов дисциплине «Физика»
  Предмет исследования:
  методы определения характеристик педагогических моделей практического обучения студентов дисциплине «Физика»
  Научная гипотеза:
  Повышение эффективности и результативности, а также снижение трудоёмкости обучения студентов дисциплине «Физика» за счёт применения в образовательном процессе средств ИКТ.
  

• 4 слайд

  Таблица 1
  АНАЛИЗ ВАРИАНТА РУЧНОЙ ОБРАБОТКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ
  4
  Заключительный
  Производства расчётов
  Подготовительный
  Ознакомительный
  Этапы ручной обработки ЭД:
  1
  3
  2
  

• 5 слайд

  КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
  ПРОЕКТА «ОБЩЕФИЗИЧЕСКИЙ ПРАКТИКУМ»
  Проект реализует одну из современных оригинальных концепций общефизического практикума «know how», соединяющую физику с персональным компьютером.
  Этапы автоматизации общефизического практикума:
  Первый этап:
  сбор ЭД – вручную, обработка ЭД – в интерактивном режиме с помощью компьютера
  Второй этап:
  полная автоматизация физического эксперимента и процесса обработки ЭД с помощью плат ЛА-70М4 или ЛА-2USB
  Структурная схема сопряжения платы ЛА-70М4 (ЛА-2USB) c персональным компьютером
  
  IBM PC/AT
  
  
  Монитор
  
  
  Мышь
  
  ЛА-70М4
  (ЛА-2USB)
  Интерфейс USB
  XP1 XP2
  Каналы поступления аналоговых сигналов
  Программное обеспечение входит в комплект поставки плат ЛА-70М4 (ЛА-2USB) в виде специальной программы ABCLab или может быть разработано пользователем.
  

• 6 слайд

  СХЕМА СОЗДАНИЯ ПРОЕКТА
  «ОБЩЕФИЗИЧЕСКИЙ ПРАКТИКУМ»
  Создание проекта «Общефизический практикум»
  Создание программы
  лабораторной работы
  в среде MATLAB
  
  
  Создание таблиц
  в среде MS-Excel для занесения результатов измерений
  Создание меню для заставки программы в приложении Macromedia Flash
  
  Компиляция программы
  c использованием внешнего компилятора Borland
  Интеграция Flash анимации в заставку, созданную в среде Delphi с помощью компонента
  Подключение необходимых библиотек
  Компоновка всех файлов в единый проект
  Создание инсталлятора в среде Ghost или Install Shield
  Перечень используемого ПО:
  
  MATLAB 6.1;
  Borland Delphi 7;
  Borland С++ Builder 5;
  Macromedia Flash MX;
  Microsoft Office 2003;
  Ghost Installer Studio Professional;
  Alcohol 120;
  Adobe Acrobat Professional 7.0.
  Свидетельство об отраслевой регистрации разработки
  № 10916 от 16.06.2008 года
  «Современная система повышения качества и оценки уровня знаний студентов и школьников по различным дисциплинам».
  

• 7 слайд

  АНАЛИЗ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБУЧЕНИЯ СТУДЕНТОВ ЛАБОРАТОРНОМУ ПРАКТИКУМУ ПО ФИЗИКЕ
  Комплексная система общих показателей ежегодного мониторинга деятельности вузов РФ:
  С и с т е м ы о б щ и х п о к а з а т е л е й :
  образовательной деятельности
  научно-исследовательской деятельности
  международной деятельности
  финансово-экономической деятельности
  инфраструктуры
  трудоустройства
  дополнительных показателей
  Г р у п п ы о б щ и х п о к а з а т е л е й о б р а з о в а т е л ь н о й д е я т е л ь н о с т и в у з а :
  Средние и усреднённые
  общие показатели:
  Удельные
  общие показатели:
  Количественные
  общие показатели:
  Средние баллы ЕГЭ студентов, принятых на первый курс обучения по очной форме и усредненный по реализуемым направлениям и специальностям балл ЕГЭ студентов, принятых на обучение по очной форме по программам бакалавриата и специалитета
  «Удельный вес» числа студентов целевого приёма, принятых на очное обучение по программам бакалавриата (специалитета), лиц, зачисленных в магистратуру в общей численности контингента, а также «удельный вес» лиц, прошедших курсы переподготовки и повышения квалификации
  Численность студентов, победителей и призеров олимпиады школьников, студентов целевого приёма, принятых на очную форму обучения по программам бакалавриата и специалитета, а также численность аспирантов вуза в расчёте на сто студентов из приведенного контингента
  х а р а к т е р и з у ю т :
  

• 8 слайд

  ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
  
  Исходные данные:
  
  
  
  
  
  
  
  Начальные и граничные условия: определены рамками исследований.
  Требуется:
  Выбрать оценочные показатели эффективности функционирования педагогических моделей (ПМ) практического обучения студентов дисциплине «Физика»;
  Разработать методический инструментарий для исследования характеристик ПМ «преподаватель-студент» и «преподаватель студент-ИКТ»;
  Сравнить характеристики педагогических моделей с целью проверки выдвинутой научной гипотезы.
  Студент
  Преподаватель
  Средства ИКТ
  Лабораторный практикум по дисциплине «Физика»
  Студент
  Преподаватель
  Лабораторный практикум по дисциплине «Физика»
  

• 9 слайд

  ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРАКТИЧЕСКОГО ОБУЧЕНИЯ СТУДЕНТОВ
  Требования к показателям эффективности:
  Возможность количественной или качественной оценки степени усвоения студентами учебного материала;
  Возможность оценивания студента индивидуально и группы студентов в целом;
  Независимость от форм и способов проведения со студентами учебных занятий.
  
  Показатели эффективности:
  Индивидуальный коэффициент полноты выполнения заданий КИ;
  Средний коэффициент полноты выполнения заданий КСР;
  Средние удельные трудозатраты, требуемые на выполнение одной лабораторной работы Т;
  Относительные удельные трудозатраты ΔТ;
  Средний балл по результатам защиты лабораторных работ БСР;
  Продуктивность обучения О.
  

• 10 слайд

  МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
  Первый этап – этап оценки показателей, характеризующих конечный результат обучения студентов без использования ИКТ. На данном этапе экспериментальные группы студентов проходят лабораторный практикум с использованием методик ручной обработки данных.
  Второй этап – этап оценки показателей, характеризующих конечный результат обучения студентов с использованием средств ИКТ. На данном этапе экспериментальные группы студентов проходят лабораторный практикум с использованием методик автоматизированной обработки данных.
  Третий этап – заключительный этап. По результатам анализа данных, полученных на первом и втором этапах педагогического эксперимента, формулируются выводы.
  

• 11 слайд

  АЛГОРИТМ ОЦЕНИВАНИЯ ЗНАЧЕНИЙ
  ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБУЧЕНИЯ СТУДЕНТОВ
  Требуется определить: значения показателей эффективности педагогической модели:
  1. Индивидуальный коэффициент полноты выполнения заданий КИ;
  2. Средний коэффициент полноты выполнения заданий КСР;
  3. Средние удельные трудозатраты на выполнение одной лабораторной работы Т;
  4. Относительные удельные трудозатраты ΔТ;
  5. Средний балл по результатам защиты лабораторных работ БСР;
  6. Продуктивность обучения О.
  1. Индивидуальный коэффициент полноты выполнения заданий .(1)
  
  2. Средний коэффициент полноты выполнения заданий:
  
  в учебной группе: ,(2)на курсе: .(3)
  
  3. Средние удельные трудозатраты на выполнение лабораторной работы:
  
  в учебной группе: ,(4)на курсе: .(5)
  
  Исходные данные:
  – количество учебных групп; – количество баллов за задание;
  – номер учебной группы, ; – максимальный балл;
  – количество студентов в учебной группе; – максимальные трудозатраты;
  – количество лабораторных работ; – балл по итогам защиты ЛР;
  – номер студента в группе ; – макс. балл за защиту ЛР;
  – номер лабораторной работы ; – фактическая трудоёмкость ЛР.
  4. Относительные удельные трудозатраты :
  
  в учебной группе: ,(6)на курсе: .(7)
  
  5. Средний балл по результатам
  защиты лабораторных работ:
  
  в учебной группе: ,(8)
  
  
  на курсе: . (9)
  
  
  6. Продуктивность обучения:
  
  уч. группы: , (10)
  
  курса: . (11)
  
  
  
  

• 12 слайд

  5. Основной элемент ИКТ:
  программный продукт (ПП) фирмы «Руднев-Шиляев». ПП обеспечивает:
  а) автоматизацию процессов обработки экспериментальных данных;
  б) автоматизацию экспериментов, предусмотренных заданиями и методикой выполнения лабораторного практикума по дисциплине «Физика».
  Автоматизация процессов проведения физических экспериментов и обработки ЭД осуществляется с помощью плат ЛА70М4 и ЛА-2USB сбора и обработки аналоговой и цифровой информации.
  
  
  ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
  ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
  1. ПЭ проведён на кафедре строительного производства Коломенского института (филиала) Московского государственного университета машиностроения (МАМИ):
  первый этап – в период с 1.09.2013 г. по 20.12.2013 г.;
  второй и третий этапы – в период с 1.09.2014 г. по 20.12.2014 г..
  
  2. Количество лабораторных работ m=3:
  а) Лабораторная работа №1: «Знакомство с теорией погрешностей при определении объёма тела».
  Цель: ознакомление студентов с основными понятиями теории погрешностей на примере вычисления объёма тела цилиндрической, шарообразной формы или формы параллелепипеда.
  Конечный результат: определение точечного значения объёма тела и доверительного интервала значений объёма с учётом заданной доверительной вероятности.
  б) Лабораторная работа №5: «Определение ускорения свободного падения с помощью машины Атвуда».
  Цель: изучения процессов движения тел в поле земного тяготения, основанных на представлениях кинематики и динамики материальной точки.
  Конечный результат: определение точечного значения ускорения свободного падения тела и доверительного интервала значений ускорения с учётом заданной доверительной вероятности.
  в) Лабораторная работа №11: «Изучение изопроцессов в идеальном газе».
  Цель: изучения изопроцессов в идеальном газе и экспериментальное определение коэффициента Пуассона для воздуха методом адиабатического расширения.
  Конечный результат: определение значения коэффициента Пуассона для воздуха и доверительного интервала его значений при заданной доверительной вероятности.
  
  3. ПЭ проведён в рамках следующих ограничений:
  а) временные рамки ограничены первыми семестрами обучения 2013/2014 и 2014/2015 учебных годов;
  б) объём практикума ограничен тремя лабораторными работами.
  4. Распределение численности студентов по этапам эксперимента и учебным группам (таблица 2):
  
  
  
  
  
  
   
  
  Таблица 2
  

• 13 слайд

  РЕЗУЛЬТАТЫ ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
  

• 14 слайд

  РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
  Средний балл, заработанный студентами по результатам защиты лабораторных работ, возрос на 9,6%, а продуктивность обучения – на 6,4 %.
  Причина возрастания – внедрение средств ИКТ, обеспечивающих заведомую полноту и качество выполненных лабораторных работ.
  1. Использование методики ручной обработки данных, полученных студентами в ходе выполнения лабораторных работ, позволяет за отведённое учебное время самостоятельно выполнить, в среднем, свыше 90% требуемого объёма расчётов.
  Нижняя и верхняя границы индивидуального коэффициента выполнения заданий, а также величина среднего коэффициента полноты выполнения задания возросли соответственно на 2,2%, 2% и 1%.
  Причина возрастания – внедрение средств ИКТ, позволяющих студенту готовить заведомо полный отчёт о выполнении лабораторной работы. При этом вычислительные ошибки исключены.
  2. Примерно 90% трудозатрат требуется для обработки данных, полученных студентами в ходе выполнения лабораторной работы.
  3. Средний балл – 33,4 (из возможных 50), заработанный студентами по результатам защиты лабораторных работ, является относительно высоким. Продуктивность практического обучения студентов, не превышающая 70%, оставляет желать лучшего.
  Величины средних и относительных удельных трудозатрат на обработку ЭД снизились на 27,7% и 24,3% соответственно.
  Причина снижения – внедрение средств ИКТ, позволяющих значительно облегчить и ускорить процесс обработки экспериментальных данных.
  Было:
  Стало:
  

• 15 слайд

  ПУБЛИКАЦИЯ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
  Балльно-рейтинговая система оценки знаний студентов на основе многофункционального комплекса «Пульс». Изучение, апробация, внедрение. Отчёт о НИР № 05/2014. Коломенский институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)» в г. Коломне, 2014. – 220 с.
  

Краткое описание документа:

Историческая эпоха развития современного человечества – постиндустриальная эпоха связана со всесторонним развитием информационных технологий во всех сферах деятельности. Это обстоятельство привело к своеобразному фазовому переходу человечества на качественно новый этап эволюционного развития, а также развития науки, техники и образования. Эволюционные процессы в сфере образования способствуют переходам к обучению студентов по ФГОС нового поколения, в связи с постоянным повышением требований к выпускникам вузов.