Спецвыпуск

Формирование научной и профессиональной компетентностей

··· Нижегородский выпуск № 2 ···

Т.Ю.КУЗЬМИЧЁВА,
гимназия № 38, г. Дзержинск

tyuk2001@mail.ru

Формирование научной и профессиональной компетентностей

О компетентностном подходе в обучении физике. В 2007 г. Мировой экономический форум опубликовал рейтинг образовательных систем 125 стран мира («Аргументы и факты – Н.Новгород», № 31, 2007 со ссылкой на «Financial Times») [1]. Рейтинг показывает подготовленность страны к экономике будущего, общее качество системы образования, а также уровень преподавания естественных наук (математики, физики, химии и информатики). По качеству образования в области естественных наук первое место заняла Финляндия, далее идут Исландия, Ирландия, Дания, Швейцария, Бельгия. В «десятке сильнейших» Сингапур, Гонконг, Тайвань и Малайзия. Голландия заняла 18-е место, опередив Японию, Великобританию, Германию, Швецию, Францию. Россию авторы даже не упоминают. По качеству преподавания естественных наук в «десятку сильнейших» вошли: из Европы – Финляндия, Бельгия, Швейцария, Франция, Чехия; из Азии – Сингапур, Гонконг, Индия, Тунис, Тайвань.

Оказывается, что не всегда экономически развитые страны занимают ведущие позиции в образовании. Например, Китай и Тунис обогнали Великобританию.

России ни в одном списке передовиков нет.

Основной причиной отставания нашей системы образования является неумение применять знания, полученные при изучении естественнонаучных дисциплин. Современная педагогическая наука сформулировала это как неумение нашей школы формировать компетенции у школьников. Деятельностная направленность образования, компетентностный подход в повседневной работе школы должны сместить акценты с «заучивания» знаний на формирование умений, компетентностей.

Выдвинут лозунг «Формирование компетентностей должно стать массовой технологией». Педагогической концепцией новых «Государственных стандартов второго поколения» в России является системно-деятельностный компетентностный подход в обучении (http://www.apkpro.ru  – сайт Академии повышения квалификации и профессиональной переподготовки работников образования) [2]. Именно он в итоге должен дать основные результаты обучения и воспитания в виде сформированных общих и ключевых компетентностей.

В содержании образования (в частности, в математике и физике) должна быть увеличена доля практической составляющей (конечно, без ущерба для фундаментальных знаний). Сочетание «ЗУНы» заменяют на «ЗУКи» (знания, умения и компетентности). И это не одно и то же.

Общие компетенции в физике – это, например, умение решать классы задач на базе приобретённых знаний. Формированию этих умений помогут современные педагогические технологии (практикумы, модульные программы), информационные технологии.

Ключевые компетенции – это умение выполнять целостное, понятное, грамотное действие, решать реальную ситуацию, задачу. Как правило, их формирование может активно осуществляться через межпредметную интеграцию.

Интересно, что в 2005 г. в рамках международного проекта, организованного Организацией экономического сотрудничества и развития и Национальными институтами образовательной статистики Швейцарии и США, была выпущена книга «Определение и отбор ключевых компетентностей». В ней выделены такие ключевые компетентности, как автономное рефлексивное действие, интерактивное использование средств, участие в работе неоднородных групп, критическое мышление, решение задач («Политика образования». – «1 сентября», № 12 от 23 июня 2007) [3].

Мы предлагаем свои варианты формирования некоторых общих и ключевых (научной и профессиональной) компетентностей.

ФОРМИРОВАНИЕ НАУЧНОЙ КОМПЕТЕНТНОСТИ

• I закон термодинамики, описывающий механические и тепловые явления, легко запоминается. Но применять этот закон к описанию реальных явлений учащиеся затрудняются. Усиленным тренингом можно помочь им глубже вникнуть в смысл закона. При этом и формируется ключевая компетентность: описание конкретного явления в природе или процесса в технике, быту с точки зрения I закона термодинамики.

Значит, необходимо уверенно владеть этим законом как инструментом. Полезно начинать работу по формированию нужной компетентности с создания и осознания широко известной обобщающей таблицы (см., например, статью Савиной С.А. «Некоторые аспекты технологии обобщения и закрепления» в «Физике» (ПС), 2007, № 8). Но в цитируемой таблице не хватает конкретных примеров. А именно они убеждают ребят в том, что мир реально познаваем и подчиняется законам, которые человек уже сумел открыть и познать. И только осознав эти факты, закрепив умения применять I закон термодинамики, учащиеся приобретут требуемую ключевую компетентность.

Тренинг можно провести, разбирая конкретные примеры явлений природы, процессов в технике, в быту и т.д. (например, из учебника и дополнительной литературы):

 

После выполнения тренировочных заданий необходимо предоставить учащимся возможность поработать самостоятельно. Приведём примеры карточек для самостоятельной работы с разноуровневыми заданиями (+ + +, + + и +).

После самостоятельной работы обязательно нужно провести анализ предложенных ответов. Например:

Вариант 1

1. Так как Q = U + А' (вторая запись I закона термодинамики), а, по условию, Q = 0, то U = –А'. В верхних слоях тропосферы водяные пары резко расширяются, совершая работу А', значит, их внутренняя энергия уменьшается (знак «–»). Температура уменьшается, водяные пары конденсируются, образуя облака и – в дальнейшем – тучи.

2. Используем первую запись I закона термодинамики: U = Q + А.

Для адиабатного процесса Q = 0, значит, U = А. При адиабатном сжатии работа идёт и на уменьшение объёма, и на увеличение внутренней энергии, т.е. на повышение температуры.

Для изотермического процесса U = 0, значит, при изотермическом сжатии работа идёт только на уменьшение объёма, а температура Т = const.

В итоге А_адиаб > А_{изотерм}, значит, площадь под кривой адиабаты должна быть больше площади под кривой изотермы: график адиабаты идёт круче, чем график изотермы.

Формирование экологической компетентности

При подведении итогов темы «Тепловые явления» очень полезно в рамках деятельностного подхода провести деловую игру «Работает институт космической опасности» – решить проблемы, над которыми работает целый институт. Серьёзные научные расчёты помогут в формировании научной экологической компетентности.

Что же должны получить ребята из расчётов?

Лаборатория тепловой опасности: покровные льды на земном шаре в основном сосредоточены в Антарктиде и Гренландии. Площадь Гренландии S_Г = 2,2 · 10⁶ км², площадь Антарктиды S_А=14 · 10⁶ км², суммарная площадь льдов S = S_А + S_Г.

Если толщина льдов h = 1 км, то V = hS = 16,2 · 10⁶ км³, m = 14,6 · 10¹⁸ кг, Q = m, Q = 4,8 · 10²⁴ Дж.

Этого количества тепла достаточно для таяния данного объёма льда. Тогда образуется лишний объём воды V_в = 16,2 · 10⁶ км³.

Площадь поверхности земного шара S = 4R² = 5 · 10⁸ км². Разделим объём на площадь и получим высоту столба воды, распределённой по всей поверхности земного шара h = 32 м. Огромные территории будут затоплены, в том числе плодородные сельскохозяйственные земли, крупные портовые города, населённые районы Европы, Азии, Америки. А это – катастрофа.

Лаборатория «Тепловые двигатели»: одна из причин изменения климата – нагревание атмосферы Земли выхлопными газами тепловых двигателей. Пусть m = V – масса атмосферы, где V – объём атмосферы, – её плотность, а Q = cmTk, где с – удельная теплоёмкость воздуха, k – число автомобилей.

Объём атмосферы:

Масса атмосферы m = 6,8 · 10¹⁸ кг.

Количество теплоты, выделяемой автомобилями в атмосферу за год, Q = 1,58 · 10¹⁹ Дж.

Изменение температуры за год   значит, за 100 лет атмосфера нагреется на 0,2°, а это уже опасно!

В СМИ приводятся сведения, что в течение ХХ в. температура повысилась приблизительно на градус.

ФОРМИРОВАНИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ КОМПЕТЕНТНОСТИ

Заглянем на любые курсы или семинары, где готовят специалистов для выполнения конкретных профессиональных операций. И мы увидим, что основная деятельность обучаемых проходит в самостоятельной работе, тренингах и деловых играх. Будущие специалисты оттачивают свои умения, чтобы стать компетентными в своей области. Так и на уроках физики мы можем хотя бы имитировать элементы такой работы для некоторых профессий. А это важно для активной и неформальной профориентационной работы школы.

Вот как, например, может выглядеть деловая игра на уроке физики по теме «Спектральный анализ». Первые минуты посвящаю полному обзору по вопросам:

– Как рождается свет? (Повторяем постулаты Бора в электронной версии «Открытая физика»[4].)

– Как образуются различные виды спектров? (Повторяем условия образования различных видов спектров в электронной версии «Открытая астрономия» [5].)

Далее класс делится на три основные творческие группы. Каждая группа получает своё профессиональное задание: для «следователей», для «астрофизиков обсерватории», для «астрономов – специалистов по метеоритам (“Комитет по метеоритам”)». Школьники-специалисты должны не только выполнить грамотно свою работу, но и суметь ярко, правильно её презентовать – защитить. Уровень организации повторения теории и защиты зависит от мастерства учителя.

Я организую такие этапы урока: повторение теории спектрального анализа; задание в криминалистическую лабораторию спектрального анализа судебной медицины; задание в лабораторию спектрального анализа астрономической обсерватории; задание в научную лабораторию спектрального анализа «Комитета по метеоритам».

1. Повторение теории спектрального анализа

I. Как рождается свет?

Постулаты Бора:

– Стационарное состояние Е_n, Е_m.

– Переходы:

II. Спектры

III. Виды спектров

2. Задания в криминалистическую лабораторию спектрального анализ судебной медицины

Задание 1. Определить наличие следов крови на образцах одежды подозреваемого в убийстве.

План действий при исследовании:

– Какого типа спектр необходимо получить для исследования, чтобы органические вещества живых тканей не разрушились под воздействием высоких температур?

– Что такое гемоглобин?

– Сравните спектр образцов одежды подозреваемого (2) с эталоном спектра крови (гемоглобина) (1) из «Атласа спектральных линий».

– Сформулируйте свой вывод.

Задание 2. Определите наличие яда в тканях стенок желудка погибшего.

План действий при исследовании:

– Сравните спектр образцов ткани стенок желудка (1) с эталоном спектральных линий из «Атласа спектральных линий» (2).

– Сформулируйте заключение.

3. Задание в лабораторию спектрального анализа астрономической обсерватории

Проведите спектральный анализ двух звёздных объектов и дайте его сравнительные результаты. Спектры: 1 – Солнца; 2 – водорода; 3 – гелия; 4 – Сириуса; 5 – Бетельгейзе.

План действий при исследовании:

– К какому типу относится данный спектр?

– Используя эталоны спектров, проведите качественный и количественный химический анализ Солнца (1).

– Проведите такой же анализ для звёзд Сириус (4) и Бетельгейзе (5).

– Изучите таблицу «Характеристики спектральных классов звёзд» (электронный вариант – «Открытая астрономия-2,5»).

– Используя таблицу и результаты своих исследований, составьте научный отчёт о данных объектах (в любой удобной для вас форме).

Характеристики спектральных классов звёзд

4. В научную лабораторию спектрального анализа «Комитета по метеоритам»

Задание: проведите спектральный анализ импактного вещества из кратера Светлояр (импактиты – сплав метеоритного вещества с земной горной породой, образованный в результате ударного взрыва метеорита).

План действий при исследовании:

– Какого типа спектр представлен на спектральной пластинке? (Спектры не приводим из-за плохого качества оригинала. – Ред.)

– Каковы этапы процесса подготовки материала для проведения спектрального анализа в лаборатории? Расскажите об этих этапах.

– Сравните спектральные линии № 2, 3 и 4 спектров вещества, подозрительного на метеоритное, с линиями эталона железа (спектр № 5), проанализируйте возможный вариант качественного химического состава импактитов.

Что вы знаете о метеоритах?

III. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Как заявляет координатор российских образовательных проектов Исаак Фрумин [2], компетентностный подход в обучении обязательно приведёт к изменению учебных материалов (они станут соответствовать современной фундаментальной и педагогической науке) и самой практики образования! Конечно, ещё много работы для педагогики, неправилен порядок создания учебников, при котором «тормозится» всё новое. Но прогресс остановить невозможно, и новые подходы рано или поздно пробьют себе дорогу.

Литература

1. Аргументы и факты – Н.Новгород, 2007, № 31.

2. http://www.аpkpro.ru

3. А.Витковский. Интервью у координатора российских образовательных проектов И.Фрумина. Политика образования. – «1 сентября», № 12 от 23 июня 2007 г.

4. Компакт-диск «Открытая физика-2,5», 2003.

5. Компакт-диск «Открытая астрономия-2,5», 2004.

 

 

Тамара Юрьевна Кузьмичёва – заслуженный учитель России, лауреат конкурса «Лучшие учителя России-2006», учитель высшей квалификационной категории, Соросовский учитель, педагогический стаж 33 года. Любит путешествовать по интересным местам, вовлекая учащихся в научно-исследовательскую деятельность. Успешно много лет принимает с ребятами участие в научных конференциях, конкурсах, олимпиадах. Имеет авторские программы, связанные с межпредметной интеграцией, особенно физики с астрономией. Вместе с ребятами гордится сотрудничеством с Нижегородским планетарием, с Поволжским центром аэрокосмического образования, с НОУ ИПФ РАН (Институт прикладной физики Российской академии наук). Муж – строитель, дочь и сын – взрослые, работают в Москве и Нижнем Новгороде по специальности.