УДК 378

Приобщение студентов младших курсов вуза к научно-исследовательской работе при обучении физике

Кравцова Наталья Анатольевна – кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физики и теоретической механики Амурского института железнодорожного транспорта – филиала Дальневосточного государственного университета путей сообщения.

Аннотация: В данной статье автор раскрывает личный опыт вовлечения студентов-первокурсников в научно-исследовательскую деятельность при обучении физике в техническом вузе. Научно-исследовательская работа студентов в высшей школе в настоящее время является важной инновационной составляющей учебно-воспитательного процесса. Обществу сейчас как никогда нужны квалифицированные специалисты, обладающие широким спектром компетенций, в том числе – исследовательских. Дисциплина «Физика» обладает достаточными возможностями для формирования таких компетенций, развитию навыков самостоятельной экспериментальной работы. В процессе изучения физики обучающиеся проходят все этапы научного познания, что способствует формированию научного мышления, активизации творческого потенциала.

Ключевые слова: научно-исследовательская работа, личностные качества студентов, научный метод познания, научный потенциал, творческие способности.

Научно-исследовательская работа студентов на современном этапе развития высшей школы является важной составной частью образовательного процесса. В сложных социально-экономических и политических условиях, в которых находится наша страна, в связи с высокими темпами развития и совершенствования науки и техники перед преподавателем вуза стоит задача так построить учебно-воспитательный процесс, чтобы обучающиеся не только получили определенную сумму знаний, но и выработали стремление к их самостоятельному поиску, трансформации и развитию. Обществу нужны люди, способные мыслить самостоятельно, быстро адаптироваться в постоянно меняющихся условиях, принимать нестандартные решения. При обучении также важна и воспитательная составляющая образовательного процесса: формирование и развитие личностных качеств студента.

Для решения такой задачи имеется очень много современных образовательных технологий, методов, способов и приемов. Автор статьи хотела бы поделиться опытом организации научно-исследовательской деятельности студентов в процессе обучения физике, показать важность такой работы для повышения качества всего образовательного процесса.

Основной задачей научно-исследовательской работы студентов вуза - будущих специалистов при изучении курса физики считаю следующую: овладение научным методом познания, творческое освоение учебного материала, ознакомление с методами и приемами организации научных исследований.

В процессе обучения физике преподаватель организует и координирует работу по овладению нестандартными приемами решения научных проблем, способами анализа и обобщения огромнейших потоков самой различной информации.

В случае положительной мотивации у студента возникает интерес и желание участвовать в научной работе. Результатом такой работы является возрастание познавательной активности, учебная деятельность приобретает творческий характер, повышается качество обучения.

Необходимо отметить положительный эффект и для самого педагога. Работая со студентами каждый год над новой темой, преподаватель занимается самообразованием, обогащает свой научный потенциал, совершенствует свою деятельность, имеет возможность продумывать более продуктивные способы организации деятельности студентов [3].

Молодежь сегодня привыкла пользоваться электронными ресурсами, но кроме определенной пользы применение Интернет-ресурсов имеет целый ряд негативных моментов. Исследователь этой проблемы И.Г. Захарова отмечает такие отрицательные факторы, как:

«отсутствие критического отношения к найденным в ходе поиска материалам, когда многие студенты больше доверяют компьютерной поисковой системе, чем себе»;
упрощенный поиск материалов в Сети;
«обезличивание» используемых источников Интернета («при ссылках в работах студенты не упоминают фамилии авторов публикаций») [2].

При вовлечении студентов в научную деятельность считаю, что необходимо максимально использовать положительные моменты применения сети Интернет и уменьшить негативные моменты. Для этого необходимо просто правильно выбрать формы организации ее деятельности.

В процессе научно-исследовательской деятельности студент овладевает умениями и компетенциями, которые будут ему необходимы для профессиональной деятельности: исследовательскими, информационными, оценочными, рефлексивными и др. Исследователь А.Н. Гебекова отмечает, что «научно-исследовательская деятельность студентов под руководством преподавателя ВУЗа формирует ключевые общие и профессиональные компетенции в предметной области, в области информационных технологий, в проектно-аналитической деятельности и в плане продолжения образования и эффективного самообразования студентов» [1].

Одна из проблем решения задачи привлечения молодых людей в науку – формирование исследовательской компетенции у учащихся первого-второго курсов. Есть педагоги, которые считают, что научно-исследовательская работа студентов младших курсов малоэффективна. Не соглашусь с ними, думаю, что уже с первых дней обучения в вузе необходимо помочь студентам «прикоснуться к науке» и адаптировать научно-исследовательскую деятельность к выбранной ими специальности.

Научно-исследовательская деятельность студентов, как и учебная работа должна строиться системно. На первом-втором курсах, когда студенты изучают физику, автор статьи проводит предварительную подготовку к проведению серьезных научно-исследовательских работ на старших курсах. Для повышения эффективности научно-исследовательской деятельности обучающиеся вовлекаются в различные формы работы, создаются творческие группы с учетом научных интересов, способностей и возможностей. Успех развития творческой личности во многом зависит от мотивации познавательной и научной работы: преподаватель должен не только вооружать студентов методикой научных исследований, но и создавать ситуации успеха, поощрять творчество, оригинальность при решении различных научных проблем.

Организуя научно-исследовательскую работу со студентами-первокурсниками, автор ставит следующую цель: развитие умений и навыков студентов исследовать явления природы, задавать вопросы и вести дискуссии, находить обычное в необычном и необычное в обычном, повышать уровень знаний по физике, развивать личностные качества обучающихся.

Наиболее эффективные методы работы со студентами: проблемное обучение, проектная технология, технология поиска информации, технология развития критического мышления, технология самопрезентации, экспертно-оценочные технологии. Развитию интереса способствуют занятия-игры, занятия-дискуссии (лекции и практические занятия), занятия в виде устных журналов, учебные конференции и др. При контроле знаний преподаватель обязательно оценивает такие умения, как умения придумывать, прогнозировать, выполнять исследования и делать выводы. Оценивается также творческое воображение – очень важное качество, которое ценится у профессионалов любого дела.

В ходе выполнения заданий обучающиеся выявляют свои способности в области физики, осознают свои достоинства и недостатки, а освоенные методы и способы успешно применяют при изучении других учебных дисциплин.

Первые шаги в науку, в частности, в физическую науку начинаются с самых первых занятий по физике. На первой лекции, раскрывая значение физики для любого человека и для инженера в частности, рассматривая методы изучения физических явлений, преподаватель приводит слова великого французского физика Луи де Бройля: «Знания – дети удивления и любопытства» и древнегреческого мыслителя Аристотеля о том, что эмоции удивления – это начало творческого отношения человека к окружающей его среде. Студентам дается задание: сопоставьте слова Луи де Бройля со следующим утверждением Марии Склодовской-Кюри: «Ученый у себя в лаборатории не просто техник: это ребенок лицом к лицу с явлениями природы, действующими на него как волшебная сказка …». По мнению доктора педагогических наук А.В. Хуторского «для успеха в научно-исследовательской деятельности физику необходимо постоянно испытывать эмоции удивления, переживания таинственности окружающего бытия» [4].

При чтении лекций систематически предлагаю студентам небольшие рассказы об ученых и соответствующие задания после их прослушивания. Например, студентам предлагается рассказ «Максвелл-почемучка»: «Известный физик Джеймс Максвелл в детстве очень любил мечтать, но при этом был очень наблюдателен. Природа всегда производила на мальчика глубокое впечатление. «Как? Почему? Зачем?» - он буквально осаждал окружающих своими вопросами. Мальчик внимательно рассматривал цветы и их оттенки, камни, и спрашивал: «Этот камень синий, но откуда известно, что он – синий?» Он наблюдал за повадками животных, переносил с места на место осиные гнезда, мог часами наблюдать, как прыгают и плавают лягушки. Чтобы лучше расслышать «тихие голоса» лягушат, он брал их в рот. Он испытывал какую-то особую нежность ко всему живому и сохранил ее навсегда. Так формировался будущий великий естествоиспытатель». После этого обсуждаем со студентами следующие вопросы: 1. Какие ключевые слова выражают основную идею этого рассказа? (любознательность, пытливость, вопросы). 2. Почему наблюдения Максвелла за природой сопровождались многочисленными вопросами? 3. Как вы думаете, совместимы ли между собой такие качества как мечтательность и наблюдательность? Почему? В качестве домашнего задания обучающимся предлагается придумать вопросы для интервью со знаменитыми учеными-физиками о значении удивления и любопытства в деятельности ученого, а также найти в сети Интернета афоризмы и высказывания различных ученых об этих качествах, проанализировать их и объяснить, чем они их заинтересовали.

При проведении практических и лабораторных занятий обязательно уделяется внимание тому, какие научные методы мы используем для получения результата. Для получения допуска к лабораторной работе студенты должны ответить на вопросы:

-Какова цель выполнения работы?

-Назовите объект наблюдения?

- Какое оборудование или средства будете использовать?

-Опишите ход выполнения работы.

При защите лабораторной работы кроме вопросов по теории прошу оценить результаты выполненной работы, сформулировать выводы в соответствии с целью работы, проанализировать свою деятельность: что получилось, что не получилось, а также предлагаю внести предложения, как можно усовершенствовать эксперимент. Анализу подлежат не только результаты проведенных экспериментов, но и то, как удалось их достигнуть, то есть какими приемами, средствами и методами. Предлагаю поразмышлять над такими вопросами: чему я научился при проведении эксперимента, что оказалось самым трудным в работе, какие задания были интересными/неинтересными, какие творческие умения удалось развить и в чем это проявилось. При выставлении оценки обращаю внимание на оригинальность и глубину суждений студента, полноту и качество ответов.

Перед выполнением некоторых лабораторных работ предлагаю студентам мини-рассказы об ученых, где рассматриваются методы изучения ими физических явлений. Например, при выполнении лабораторной работы по изучению поверхностного натяжения жидкости предлагаю перед началом работы (при домашней подготовке к занятию) ознакомиться с рассказом «Поверхностное натяжение жидкости – объект изучения трех студентов», в котором говорится об исследовании этого явления тремя учеными: Н. Тесла, А. Эйнштейном, Н. Бором. После выполнения лабораторной работы в качестве защиты они должны выполнить следующие задания:

1.Составьте 10 интересных вопросов по теме «Поверхностное натяжение жидкости» и предложите их однокурсникам для обсуждения.

2.Придумайте вопросы, которые Вам хотелось бы задать Н. Тесле, А. Эйнштейну и Н. Бору с целью обсуждения природы возникновения поверхностного натяжения жидкостей.

3.Продемонстрируйте несколько простых опытов, которые были бы связаны с наблюдением поверхностного натяжения или капиллярных явлений.

Некоторые студенты недооценивают важность теоретического материала для понимания физических явлений и считают, что нужно только проводить опыты и решать задачи. Привожу слова академика Л.И. Мандельштама: «Физика без теории не есть наука, а лишь довольно малоценный конгломерат отдельных фактов, разобраться в которых невозможно». Исследователь должен владеть не только экспериментальными методами изучения природы, но и теоретическими: формулировать гипотезы, проводить мысленный эксперимент, конструировать модели.

С целью обучения студентов выдвигать гипотезы можно использовать такой научный метод, как аналогия. Так, например, при изучении темы «Строение атома» студентам было предложено ознакомиться с экспериментальной установкой опыта Э. Резерфорда и придумать несколько аналогий этого опыта. Задание оформить в виде творческого проекта.

Обучению строить гипотезы, проводить эксперимент, делать из него выводы и разрабатывать модели физических явлений будет способствовать и следующее задание. Обращаю внимание обучающихся на такую проблему, с которой сталкивается каждый человек в дождливую погоду, как пройти по улице и не забрызгать свою одежду. Попытаться решить такую проблему предлагаю путем экспериментального исследования. Задание оформить в виде творческого проекта. Победитель конкурса на лучший проект участвует в научно-практической конференции. При обсуждении порядка выполнения задания приходим к выводу, что проект должен содержать четыре обязательные части: 1)выдвижение гипотезы, содержащей предположения о том, почему брызги при ходьбе по мокрому асфальту попадают на одежду и каковы особенности этого явления; 2)построение теоретической модели данного явления (физические процессы и явления, происходящие при ходьбе по мокрому асфальту; причины отрыва грязи от подошвы; факторы, влияющие на попадание брызг на одежду); 3)эксперимент (установление закономерностей явления, выяснение параметров человека на степень загрязненности одежды и др.); 4)выводы.

Большое значение научно-исследовательская деятельность имеет для развития высоких нравственных качеств человека: скромности, ответственности, гуманности и др. В этом плане также можно использовать исторические факты из биографии знаменитых ученых-физиков. При изучении на лекциях тех или иных тем курса привожу точки зрения различных ученых о науке и нравственности: «Как страшен может быть разум, если он не служит человеку» (Софокл); «В наши дни задача творцов науки – добиться, чтобы достижения науки не использовались во вред человечеству» (П. Ланжевен) и т.д. Студентам предлагается подумать над такими нравственными качествами, как гуманизм, ответственность, патриотизм, дается задание: используя Интернет найти 10-20 ссылок для определения понятия «гуманность», проанализировать полученную информацию и дать свое толкование этому термину. На занятиях по физике проводятся небольшие дискуссии по этой теме. Например, задаю вопрос: «Может ли, по вашему мнению, в одной личности «уживаться» высоконравственная личность и «высокообразованная» личность? Ответ аргументируйте. При этом преподаватель не только выслушивает студентов, но и сам высказывает свое мнение и в качестве аргументов приводит два рассказа. Первый - о лауреате Нобелевской премии по физике, немецком физике Ф. Леонарде, получившем это звание за исследование катодных лучей. Однако, этот человек активно поддерживал нацистское движение в фашистской Германии, готовил заговоры, писал доносы на коллег-физиков, которые выступали против фашизма. Известны его враждебные выпады против Рентгена, открывшего Х-лучи. Второй рассказ – также о лауреате Нобелевской премии по физике 2000 г, российском физике Ж.И. Алферове. Отвечая на вопрос журналиста накануне 2001 г. о том, какой бы тест он произнес на Новый год, ученый ответил: «У меня есть замечательное дело. Оно преображает мир, и я хочу, чтобы оно преображало нашу страну. И мне хотелось бы поднять тост за то, чтобы все открытия, которые делают наши ученые, были нужны здесь, в России, а не перекупались Западом. Чтобы они использовались предприятиями «Рубин», «Светлана», а уж только потом «Сименсом» и «Сони». И чтоб иностранцы в очереди за нашими открытиями стояли!» []. После этого студентам также предлагается выполнить такие задания: 1. Представьте, что вы оказались в научной лаборатории Ф. Леонарда. О чем бы вы его спросили? Какое мнение по поводу фашизма высказали бы?

2.Какую главную мысль вы можете отметить в новогоднем поздравлении Ж.И. Алферова? Какие нравственные качества проявились в его выступлении?

Важным качеством современного выпускника вуза является его стремление к самообразованию. Чтобы заниматься самообразованием человек должен обладать определенными волевыми качествами. Какими? Об этом я прошу подумать своих студентов и изложить свои мысли в виде небольшого текста-размышления, а предварительно знакомлю их с небольшими фрагментами из биографии ученых, в которых говорится о настойчивости, целеустремленности и других волевых качествах будущих ученых.

Подобная работа, проводимая систематически, с использованием материала из истории физики и ее творцов, не занимает много времени на занятиях, но вызывает интерес, активизирует познавательную деятельность студентов, позволяет преодолеть формализм в получении знаний, а, следовательно, повышать качество образовательного процесса. Обучающиеся на таких занятиях знакомятся с профессией ученого, учатся вести научную дискуссию, брать интервью у знаменитых ученых. При подготовке соответствующих домашних заданий студенты учатся ясно и логично излагать свои мысли, анализировать наблюдаемые явления, самостоятельно работать с различными источниками информации. В результате у них развивается аналитическое мышление, умение адекватно оценивать полученную информацию, формируется культура владения информационными технологиями.

Для выявления творческих способностей студентов автор предлагает проводить эвристические олимпиады, девизом которых может стать следующий: «Во всем искать физическую суть!». Отличие таких олимпиад от обычных заключается в том, что здесь результат зависит не столько от знаний физики (но они также необходимы), сколько от умения «творить» собственные идеи.

После предварительной подготовки студенты к концу первого семестра выполняют простейшие исследования, готовят обзоры литературы по интересующим их направлениям физики, реферативные работы, содержащие элементы исследования различных физических явлений. Во втором семестре индивидуально или группой (два-три человека) учащиеся участвуют в научно-практической конференции с докладами и презентационными материалами, которые, как правило, связаны с их будущей специальностью. Постепенное приобщение студентов к научно-исследовательской работе позволяет на старших курсах использовать творческий потенциал для решения серьезных научных исследований.

Научно-исследовательская деятельность на любом этапе обучения способствует повышению уровня научной подготовки специалистов с высшим образованием, а также выявлению молодых людей, способных в дальнейшем пополнить научно-педагогические кадры высшего учебного заведения.

Соглашусь с мнением Л.В. Чупровой, которая считает, что научно-исследовательская работа «содействует формированию готовности будущих специалистов к творческой реализации полученных в институте знаний, умений и навыков, помогает овладеть методологией научного поиска, обрести исследовательский опыт. Привлечение к научно-исследовательской работе студентов позволяет использовать их потенциал для решения актуальных проблем в различных отраслях науки и техники» [5].

Список литературы

Гебекова А.Н. Научно-исследовательская работа студентов в рамках интеграции науки и образования и организации исследовательской деятельности в высшем учебном заведении // Воспитание и обучение: Теория, методика и практика: Материалы VI Международной научно-практической конференции (Чебоксары, 20 марта 2016 г.) / редкол.: О.Н. Широков
[и др.].Чебоксары, 2016. С. 338.
Захарова И.Г. Использование электронных ресурсов в учебно-исследовательской деятельности студентов вуза // Вестник Тюменского государственного университета. Социально-экономические и правовые исследования. 2011. № 9. С. 36.
Крылова М.Н. Взаимодействие субъектов исследовательской деятельности как фактор самореализации личности преподавателя и студента [Электронный ресурс] // Научно-методический электронный журнал «Концепт»: 2016. Т.40. С. 24-29. URL: http: // e-koncept.ru / 2016 / 56893. htm
Хуторской А.В. Как стать ученым. Занятия по физике со старшеклассниками // А.В. Хуторской, Л.Н. Хуторская, И.С. Маслов. – М.: Изд-во «Глобус», 2008 – 318 с.
Чупрова Л.В. Организация научно-исследовательской работы студентов в условиях реформирования системы высшего профессионального образования // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2014. № 5-2. С. 167-170.