Предметом создаваемой проблемной ситуации является установление точных размеров ферм и плит перекрытий, высот этажей. На этапе проектирования ситуации студенты уже знают, что номинальные размеры.

При подготовке противоречия студентам предлагается мысленно проанализировать гипотетическое явление, когда в результате некоторого воздействия на балку или же стену перекрытия возможны варианты разрушения домов.

Этот результат некоторые из них могут посчитать само собой разумеющимся, и потребуется, вероятно, дополнительное напоминание о трудностях, с которыми сталкивается человек при получении данных, особенно в сравнении с кажущейся простотой предлагаемого способа, так или иначе невозможность применения других размеров даже в мысленном опыте удается осознать почти всем.

Предлагается два пути разрешения этого противоречия. При недостатке времени уместен более короткий - сразу объяснить как ведутся расчеты, как это обычно делается в учебной литературе. Если учебного времени достаточно, то можно подробно рассмотреть выполнения расчетов, предполагая невероятные моменты. Существует еще один источник проблемных ситуаций, которые могут возникать без всякого предварительного проектирования, и, бывает, ставят в тупик даже преподавателя. Дело в том, что приспособляемая к учебному процессу любая наука непременно догматизируется; это вынуждены были признавать и классики науки ([32], С. 32-33). Учебная форма представления знаний неизбежно скатывается к догматизму в его устойчивом и непререкаемом виде, однако не всегда правильном. Ставшее привычным и надежным выглядит несомненным, только непредвзятый взгляд со стороны обнаруживает противоречие там, где все давно было ясно. Такое обнаружение оказывалось возможным на открытых занятиях или при взаимопосещении занятий, когда у другого вдруг замечали то, на что не обращали внимания у себя. Но случалось и так, что слабость позиции вскрывалась при неожиданном вопросе студента.

Такое обоснование принципа уже нашло отражение в учебной литературе [44].

2.3 Проблемные ситуации при довузовской подготовке

Все виды занятий, включая лекционные, на подготовительном отделении и факультете довузовской подготовки проводятся в группах слушателей. Это облегчает диалог преподавателя и студента, позволяет внедрить в его содержание проблемы и противоречия, которые возникают при изучении курса, и рассматривать их в едином учебном процессе, вынося постановку и разрешение проблем на разные виды занятий в группе.

Предварительный анализ содержания курса и знакомство с контингентом обучаемых позволяет выявить и систематизировать проблемы, оценить готовность слушателей к их восприятию. Обнаруженная общая нехватка тех или иных знаний дает возможность создания проблемных ситуаций. Формулировки некоторых из них, а также способы их разрешения рассмотрены ниже ([31], С. 93-94). Применение третьего закона динамики Ньютона к двум контактирующим абсолютно твердым телам приводит к противоречию в предположении, что сила, действующая на одно из тел, полностью передается другому, соответственно вызывая равную по величине и противоположную по направлению силу противодействия. Таким образом, силы, действующие на первое тело, окажутся уравновешенными и его ускорение должно быть равно нулю, что противоречит наблюдаемому движению.

Противоречивой оказывается попытка определения движения тела по наклонной плоскости из законов динамики, конкретный пример рассмотрения которого предполагает задание параметров (угла наклона, коэффициента трения, приложенной силы), которые реализуют только статический случай.

Можно продемонстрировать несложную экспериментальную ситуацию: лампочка от карманного фонарика, соединенная последовательно с обычной лампочкой накаливания, перегорает при включении этой цепи в сеть, но может светить не перегорая, если ее подключить последовательно к уже горящей лампе накаливания. Возникающая при этом проблема становится отправной точкой для обсуждения вопроса о зависимости сопротивления проводников от температуры.

Разрушает обыденные представления утверждение о неизменности внутренней энергии помещения при повышении температуры в нем, хотя это и подтверждается уравнением состояния газа, Столь же непривычен оказывается вывод о расходовании всей энергии, потребляемой холодильником, на нагревание помещения, в котором он находится.

Подобные проблемные ситуации активизируют учебный процесс в целом, позволяют устанавливать связи между лекционным курсом, практическими и лабораторными занятиями, пробуждают познавательную активность слушателей, направляют ее на приобретение глубоких и прочных знаний.

Проблемные ситуации всегда дополняют информационное изложение. Их постановка строится на уже усвоенном учебном материале, применить который к предложенной ситуации не удается лишь потому, что это требует некоторого отказа от сложившихся представлений или от их догматического использования. Педагогика сотрудничества, побуждение к поиску, развитие самостоятельного мышления - все это приносит больше плодов, чем полное управление учебным процессом. Довузовское проблемное обучение позволяет устранять и многие недостатки школьной подготовки [47], связанные со способами усвоения учебного материала. В Славянском педагогическом институте была сделана попытка оценить его эффективность ([32], с. 95-96). Почти на 40% при этом повышались уровень и владение знаниями, на 50% самостоятельность, интерес к предмету к предмету и физическое мышление, более чем на 60% творческая активность.

Проектированию проблемных ситуаций при довузовской подготовке во многом способствует анализ затруднений и ошибок на вступительных экзаменах в вузы. Они вызываются не только слабым усвоением школьного курса и привитым эмпирическим мышлением, но и не всегда физически грамотным рассмотрением некоторых вопросов в школьных учебниках и учебных пособиях. В отличие от учащихся школ контингент слушателей гораздо более однороден как по способностям, так и по мотивации к сознательному изучению дисциплины, что позволяет с большим успехом усложнять методику учебной работы. Как известно, именно неоднородность обучаемых стала препятствием к внедрению проблемного обучения в общеобразовательных школах [35].

В преподавательской деятельности получили широкое применение разные способы создания и разрешения проблемных ситуаций ([30], С. 82-84). Здесь и сообщение отдельных ранее неизвестных слушателям фактов, использование противоречия между ними и имеющимися знаниями, ошибочные оценки и суждения обучаемых, попытка объяснения фактов на основе известных уже теорий, выдвижение и проверка гипотез, предоставление слушателям возможности самостоятельно найти решение проблемы, использовать дополнительную литературу. Успешно применяются физические парадоксы, софизмы, экспериментальные задания, занимательные задачи (там же, С. 143-144). В диалогической форме обучения используются сократовские беседы, включающие постановку вопроса, способствующего возникновению проблемной ситуации, наводящий вопрос и подсказку. Наводящий вопрос предназначен для актуализации памяти обучаемого на решение проблемы, понижение меры ее сложности до уровня, допускающего ее разрешение обучаемыми; дальнейшее снижение этой меры дает неполная подсказка, не содержащая окончательного решения ([30], с. 215). Источником проблемной ситуации иногда оказывается столкновение житейского опыта или так называемого здравого смысла с научными данными.

Так, очень трудно воспринимается утверждение, что для перевода искусственного спутника Земли на более низкую орбиту необходимо увеличивать его скорость, а не уменьшать, как это кажется само собой разумеющимся. Еще более парадоксальным покажется утверждение, что при вхождении спутника в атмосферу благодаря сопротивлению воздуха его скорость также увеличится. С трудом удается признать, что в заполненном жидкостью закрытом сосуде давление жидкости на дно возрастает вдвое после того, как маленький пузырек воздуха поднимется со дна на поверхность. Сильные сомнения в правильности результата возникают и в самых простых ситуациях.

Так, увеличение на один метр длины провода, опоясывающего земной шар и футбольный мяч, приводит к одинаковому радиальному зазору между новым и старым положениями. Если вначале влажность огурцов составляла 99 процентов, то усушка всего на один процент приводит к уменьшению их массы наполовину. Противоречит здоровой интуиции и простой расчет разницы в доходе двух систем оплаты: при одинаковой начальной плате 18000 долларов в год одна из них гарантирует ежегодную прибавку в 2000 долларов, а вторая - по 500 долларов каждые полгода и, оказывается, как ни странно, на столько ежегодно выгодней [22]. Уверовав в принцип относительности Галилея, ни один учащийся не сможет объяснить, почему при рассмотрении движения скатывающихся с горы санок в инерциальной системе отсчета, движущейся с их конечной скоростью, их полная механическая энергия после скатывания стала равна нулю, а до него была вдвое больше потенциальной, в то время как в неподвижной системе полная энергия остается постоянной. «Научные истины всегда парадоксальны, если судить на основании повседневного опыта, который увеличивает лишь обманчивую видимость вещей», - отмечал К. Маркс.

Довузовская подготовка отличается от школьной, главным образом, тем, что учебный материал для слушателей уже не является новым, поэтому проектирование проблемных ситуаций по принципу новизны, как это делается большинством учителей ([32], С. 170), оказывается практически невозможным. Из использующих метод проблемного обучения педагогов лишь седьмая часть применяет его для повторения и закрепления учебного материала. Однако ограниченность личной практики обучаемых, неглубокое постижение ими парадоксального мира науки, в сочетании с их активным и целенаправленным стремлением к знаниям позволяет усложнять методику учебной работы, вскрывая противоречия как в знаниях слушателей, так и в усвоенном ими ранее учебном материале.

Подавляющее большинство учебных заведений уже перешли на письменную форму вступительных экзаменов, в которой почти не оставлено места репродуктивному воспроизведению усвоенного, да и оценивается оно достаточно критично. В экзаменационных билетах преобладают задачи разных уровней сложности и желание разобраться во всех тонкостях подходов к их решению, какими бы прагматичными целями оно не обосновывалось, заставляет именно на их основе строить учебный процесс во всей его необходимой полноте и целостности. Переход к теоретическому обобщению от практической задачи, в которой всегда есть требующая теоретического анализа проблема, это основной прием проектирования и разрешения проблемных ситуаций при довузовской подготовке. Надо еще учесть, что за исключением подготовительных отделений все другие виды довузовской подготовки, как правило, обходятся без лабораторных работ, этот недостаток восполняется разве что мысленными учебными экспериментами. Методоблочная структура учебного материала ([32], С. 152) позволяет планировать изучение блок-темы, выбирать средства разрешения проблемных ситуаций, сравнивать разные подходы. Обязательный выход на практику применения получаемых знаний переводит их на уровень умений и навыков, а регулярный тематический контроль обеспечивает необходимую обратную связь, В вузовской практике уже сложилось мнение, что проблемный подход может занимать около четверти учебного времени ([31], С.188).

Большая доля проблемности утомляет слушателей, их внимание рассеивается, умственное напряжение имеет свои пределы. В каждой блок-теме достаточно выделить несколько ключевых вопросов, на которых требуется заострить внимание, а то, что и так достаточно ясно и просто, стоит лишь напомнить или изложить в информационном плане, сопровождая необходимыми объяснениями и иллюстрациями.

При рассмотрении силы трения возникают проблемные ситуации, основанные на том, что практика автовождения противоречит закону Кулона-Амонтона: сцепление с дорожным полотном зависит все же от площади поверхности соприкосновения, а тормозной путь отличается от расчетного почти вдвое ([30], С. 133-134). На неполном знании слушателей может быть построено противоречие при качении тел вращения по горизонтальной поверхности, когда сила трения, казалось бы, должна замедлять движение, а ее момент, однако, ускоряет его. Противоречие разрешается введением в рассмотрение силы трения качения, момент которой также тормозит движение. При обучении в школе у слушателей прочно закрепляется убеждение, что работа сил трения всегда отрицательна, т.е. она ведет только к уменьшению кинетической энергии движущихся тел, хотя именно благодаря трению о землю происходит движение транспортных средств и живых существ.

Так, в тупик многих ставит предложение указать направление силы трения при ходьбе с постоянной скоростью: если оно противоположно скорости, то будет уменьшать ее, если направлено в ту же сторону, то увеличит ее. Разрешает противоречие наличие у человека двух ног, одна из которых отталкивает землю в начале каждого шага, а другая в конце; одновременно выясняется и причина неравномерности движения. Такой подход опровергает заблуждение авторов многих учебных пособий о наличии в природе каких-то сил тяги - это как раз и есть силы трения ведущих колес о землю, именно они ускоряют движение при разгоне автомобилей, уравновешивают силы сопротивления при движении с постоянной скоростью и т.д.

В школьных учебниках нет единства в формулировках закона Архимеда для жидкостей и газов: выталкивающая сила в одних определяется весом вытесненных жидкости или газа, а в других - силой их тяжести ([31], С. 76). Эту проблему можно, конечно же, разрешить при рассмотрении действия закона в неинерциальной системе отсчета, однако, думается проще напомнить, что вес это сила, с которой тело действует на опору, в данном случае на жидкость, а выталкивающая сила действует со стороны жидкости на тело, они равны согласно третьему закону динамики Ньютона в условиях равновесия.

К числу заблуждений, которыми грешат даже участники конференций по проблемному обучению [31], относится утверждение о некорректности постановки задач о канате, который тянут с двух сторон с разными силами. Блестящее противоречие такого рода раскрывается при замене каната динамометром, который на своей шкале показывает, насколько растянута его пружина ([31], С. 109 -111).Разрешать противоречие и опровергнуть заблуждение по силам слушателю, который знает твердо, что под действием суммы приложенных сил любое тело, в том числе и канат и динамометр, приобретают ускорение.

Проблемную ситуацию о несохранении механической энергии в сообщающихся сосудах уместно использовать в качестве введения в рассмотрение физики колебаний и их энергии. Без их учета простой расчет дает, что потенциальная энергия жидкости, собранной в одном сосуде, вдвое больше ее энергии в положении равновесия, когда уровень жидкости в сосудах одинаков. Затухание колебаний (даже периодическое) приведет к переходу их энергии в тепловую. Полностью аналогичная ситуация возникает при сравнении потенциальных энергий груза и растянутой им пружины в двух положениях: первая тоже вдвое превышает вторую. Забегая вперед, отметим, что также разрешается ситуация с исчезновением энергии зарядов в конденсаторах, поэтому разобраться с ней поможет предварительное рассмотрение более простых для понимания механических задач.

Особую роль играют задачи, в которых обнаруживается несохранение энергии в разных инерциальных системах отсчета. Так, рассмотрение падения камня в системе отсчета, движущейся с его конечной скоростью, приводит к острому противоречию: в начальный момент его энергия складывается из кинетической и потенциальной, а в конечный обе они обращаются в нуль. Внимательное рассмотрение ([32], С. 60-61) показывает, что нулевой уровень потенциальной энергии в движущейся системе отсчета за время падения камня смещается как раз на величину недостающей энергии. К этому стоит добавить, что в этой системе отсчета камень падает вверх, так что работа силы тяжести при падении уже не уменьшает, а увеличивает потенциальную энергию камня. С вычислением работы в инерциальных системах отсчета всегда будет связано много парадоксов и противоречий, поскольку она не является инвариантом преобразований координат и скоростей ([32], С. 42-43), что уже отмечалось в предыдущем разделе на примере соскальзывания тела с наклонной плоскости.

С понятием веса тела в большинстве случаев связывают направление вниз, к центру Земли, хотя его исходное определение как силы, действующей на опору или подвес, безусловно, связывает его направление с линией подвеса или действия на опору. При движении по окружности в вертикальной плоскости в верхней точке вес будет направлен вниз и может отсутствовать вовсе (невесомость), а в нижней превышает силу тяжести даже в неподвижной системе отсчета.

Маленькие открытия возможны при изучении жидкостей. Сначала обнаруживается неприменимость закона сообщающихся сосудов для тонких трубок, затем возникает ряд вопросов, требующих разрешения. Например, если в капилляре жидкость поднялась на некоторую высоту, то какой столб этой жидкости может вообще быть удержан в капилляре. Оказывается, его длина будет определяться наименьшей из двух величин: удвоенной высоты поднятия или суммы высоты поднятия с длиной погруженной части трубки; в невесомости ответом будет длина трубки, а объясняется все наличием двух менисков. Сходным образом наличие двух поверхностей в пленке мыльного пузыря объясняет удвоение давления в нем, а зависимость давления от радиуса пузыря - парадоксальное увеличение большого пузыря при соединении его с меньшим.

При измерении температуры возникает противоречие, общее для всех интенсивных величин ([32], С. 79-80). Температуру нельзя определить непосредственно, без термометрического тела, которое меняет какое-либо свойство при изменении температуры - давление, объем, длина, сопротивление и т.п., то есть она определяется не только состоянием измеряемого тела, а и характеристиками термометрического вещества.

Законы электростатики, полученные для точечных зарядов, не все и не всегда применимы для реальных заряженных тел. На этом строится довольно много проблемных ситуаций. Так сила взаимодействия между ними при их сближении может даже уменьшаться, если одно из них имеет отверстие (тор), в которое проникает другое (шар). Тела могут притягиваться друг к другу, даже если заряжено только одно из них - благодаря электростатической индукции. Притягиваться могут даже одноименно заряженные протяженные тела на небольшом расстоянии, а сила взаимодействия между ними оказывается меньше, чем между разноименно заряженными при прочих равных условиях. Уже отмечалась зависимость электростатической энергии от размеров заряженных тел и связанные с этим противоречия. Особенно наглядно оно проявляется, если одно из них до соприкосновения с другим не было заряжено, и энергия их взаимодействия была равна нулю, после соприкосновения или соединения проводником стала значительно больше нуля.

Тот факт, что заряды в проводнике находятся только на его поверхности, обычно связывают с их взаимным отталкиванием. Сущность факта значительно глубже, поскольку он возможен только при отталкивании строго по закону Кулона, а при самых малых отклонениях от него не имеет места, что используется во всех нулевых опытах по его проверке, начиная с Генри Кавендиша. Благодаря этому факту в опытах по электростатике проводники можно делать полыми и передавать им огромный заряд порциями изнутри (генератор Ван де Граафа).

В предыдущем разделе обсуждались подробно парадоксы, связанные с изменением энергией заряженных конденсаторов при их соединении. Пожалуй, более важен парадокс, связанный с ее происхождением: ведь энергия каждой пары разноименных зарядов отрицательна, а энергия конденсатора, содержащего разноименно заряженные пластины, положительна. Связано это и в первую очередь с тем, что для зарядов кулевой уровень потенциальной энергии определен на бесконечности, а для пластин конденсатора на нулевом расстоянии, поскольку поле распределенных зарядов не имеет при этом особенностей. Потенциальная энергия взаимодействия в каждом случае определяется как работа поля по перемещению зарядов или пластин в положение с нулевой энергией. Остается сожалеть, что на эти обстоятельства в учебной литературе не обращается внимания, что ведет в рассмотренных ситуациях к острым противоречиям, разрешение которых важно для понимания существа вопроса.

Уже в школьных учебниках следует приводить утверждение о том, что сила Ампера, действующая на проводник в однородном магнитном поле, не зависит от формы проводника, а это доказывается методами элементарной геометрии ([30], С. 121-123) приблизительно так же, как потенциальность силы тяжести или электростатического поля. Это свойство снимает проблему решения многих, казавшихся сложными, задач. С обоснованием работы силы Ампера и связанными с ней противоречиями соотносится немало проблемных ситуаций, которые доступны слушателям ([31], С. 79-80; [32], С. 57-58), об этом уже говорилось в начале раздела.

Неглубоко продуманные утверждения школьных учебников о взаимосвязи векторов электрического и магнитного полей в электромагнитной волне ([32], С. 109-110) порождают много проблемных ситуаций. Каждое из полей максимально там, где скорость изменения другого равна нулю и наоборот, а обучаемым объясняют, что одно из полей тем больше, чем быстрее меняется другое. Связанные с каждым из полей части энергии волны обращаются в нуль одновременно, что противоречит утверждениям об их взаимопревращении, вполне справедливым для колебательного контура. Правильный результат получится, если в отличие от авторов цитированной выше работы, рассмотрим поля не стоячей, а бегущей волны плотности заряда в проводнике. Тогда будет видно, что максимумы магнитной индукции и напряженности электрического поля будут одновременно наблюдаться в максимумах плотности заряда, только первая будет пропорциональна еще и скорости их движения, т.е. силе тока. При этом легко убедиться, что векторы полей взаимно перпендикулярны и оба перпендикулярны направлению распространения волны.

С энергией магнитного поля может быть связано не меньше проблемных ситуаций, чем с энергией электрического, поскольку обе они неаддитивны. Если вложить один в другой равные соленоиды с одинаковым направлением поля, то энергия учетверяется (вместо ожидаемого удвоения), а если направления полей противоположны, то она обращается в ноль. Проблема в том, откуда берется энергия в первом случае и куда исчезает во втором. Ее не разрешить, не вспоминая о работе внешних сил или над внешними телами. При внесении внутрь соленоида ферромагнитного сердечника энергия поля возрастает в тысячи раз, хотя работа внешних сил при этом отрицательна. Только понимание процессов в магнетике и характера изменений тока в соленоиде позволит разрешить противоречие.

К понятию относительности магнитного поля легче подойти, если рассмотреть вопрос о его значении (показании измеряющего поле прибора) в системе отсчета, движущейся со скоростью электронов в электронном пучке, либо со скоростью дрейфа электронов в проводнике. Противоречивость результатов возникает из-за того, что относительно движущейся системы отсчета с той же скоростью дрейфа начинают двигаться положительные ионы проводника, создавая магнитное поле такой же величины.

Традиционная система изучения основ геометрической, волновой и квантовой оптики имеет существенный недостаток, который заключается в их искусственном разделении и формировании ложных представлений об отсутствии у них единого предметного поля. Между тем и волновая и квантовая природа света имеют отношение к механизмам возникновения и построения изображений в оптических системах, содержащих зеркала, призмы, линзы и т.п. Само понятие светового луча, фундаментального в геометрической оптике, не моделируется предельно узкими пучками света, рассмотрение которых почти всегда приводит к противоречиям. Волновая же оптика вводит световой луч, как прямую (иногда кривую), перпендикулярную волновому фронту и этим не ставит даже вопроса о его размерах. Получение изображения в любой оптической системе является интерференционным эффектом, который не требует привлечения геометрической оптики. Но преобразование волновых фронтов в оптических системах сопровождается соответственным преобразованием и нормальных к ним лучей, что, как следствие, ведет к геометрическим законам этих преобразований, одновременно устанавливая границы их применимости.

Введение предусмотренного обязательным минимумом содержания среднего (полного) общего образования изучения теплового излучения внесет в обучение проблемные ситуации, разрешение которых затруднено даже в курсе общей физики вуза ([31], С. 57-59). К ним приводит, в частности, распространение законов равновесного теплового излучения на любые другие виды, что приводит к утверждениям даже вузовских учебников о том, что раскаленный фарфор будет темнее покрытых черной сажей его участков, а так же рассуждения о быстрейшем остывании темной чашки по сравнению с блестящей. Опыт не подтверждает этого хотя бы потому, что максимум излучения теплых тел лежит в далекой инфракрасной области, где обе чашки скорее всего одного цвета. Гипотезу квантов в проблемном ключе уместной выдвигать для разрешения противоречий опытных законов фотоэффекта с волновой теорией света. На языке фотонов более доступно и понятно объяснение светового давления, его зависимости от коэффициента поглощения среды, а тепловые радиационные эффекты настолько могут запутать простую ситуацию, что окажется, что демонстрационный радиометр будет вращаться в сторону, противоположную вызываемой световым давлением ([30], С. 126-127).

Надо сказать, что изучение квантовой физики в школе вынужденно поверхностно и репродуктивно. Оно сопровождается решением весьма простых типовых задач, поскольку глубина изучения учебного материала не позволяет затрагивать сколько-нибудь серьезные проблемы. На трех весьма представительных конференциях по проблемному обучению [30-32] лишь в одном докладе ([30], С. 120-121) использовано проблемное обучение при введении понятия энергия связи ядра, да и оно, по сути, не основывается прямо на квантовых эффектах, хотя весьма удачно позволяет связывать причину выделения или поглощения энергии в ядерных реакциях с энергией связи ядер. Остается лишь сожалеть, что самый современный раздел курса, где еще на слуху отголоски борьбы идей, споров гигантов научной мысли, где более всего имеется реальных противоречий в самом учебном материале, представлен в учебном курсе как лишенный каких-либо проблем. Этот недостаток может быть восполнен при довузовской подготовке, перечень проблемных ситуаций был дан в докладе автора ([31], С. 93-94), часть их приведена в начале раздела. При этом, конечно же, не удается затрагивать глубинные сущности квантовых явлений, касаясь только их основ на доступном для понимания уровне.

Приведем здесь лишь один характерный пример проблемной ситуации общефизического уровня: из свойства зарядовой независимости ядерных сил, казалось бы, следует, что кроме дейтрона должны существовать также связанные состояния двух протонов или двух нейтронов. Объяснить их отсутствие может не упоминаемая в учебниках особенность ядерных сил, а именно их существенная зависимость от ориентации спинов нуклонов, благодаря которой связанное состояние возможно только при их параллельности, оно то и невозможно для тождественных частиц.

Содержание среднего общего образования непосредственно не ориентировано на подготовку к поступлению в вузы. Согласно закону Российской Федерации "Об образовании", оно направлено на обеспечение самоопределения и создание условий для самореализации личности, однако образовательным стандартам вменяются преемственность в обучении и гарантирование защиты прав граждан на получение всех видов образования на конкурсной или платной основе. Тем не менее, требования к уровням подготовки в школах и разных вузах остаются достаточно рассогласованными. Недостаточность школьной подготовки абитуриентов отмечается всеми техническими вузами страны [47], особенно по дисциплинам естественнонаучного цикла, т.е. по физике, математике, химии, биологии. Причины лежат в рассогласованности, как содержания учебных программ, так и требуемых уровней владения учебным материалом, в отсутствии или недостатке самостоятельности мышления, его по большей части репродуктивном характере, низкой математической культуре, преимущественно формальном или даже формульном подходе к решению физических задач, неглубоком проникновении в сущность изучаемых явлений. Невысокая общая культура сказывается в слабости вербальной интерпретации решений, что особенно проявляется в письменных работах, когда уже нет возможности вытянуть рассуждение и обоснование. Все это в значительной мере влияет на готовность абитуриентов к обучению в высших учебных заведениях. В целях устранения разрыва требований, профессиональной ориентации молодежи, повышения качества подготовки в вузах были созданы факультеты довузовского обучения и образования. В сельскохозяйственных учебных заведениях на них возложено и смягчение социальных диспропорций, образовательного разрыва города и села.

Факультеты довузовской подготовки дополнили, а в ряде вузов и заменили систему подготовительных отделений, значительно расширили масштабы ее работы. Подготовка слушателей состоит в повторении, систематизации, обобщении и углублении знаний, необходимых для успешного освоения вузовских программ. Довузовская подготовка призвана также формировать, развивать и корректировать профессионально значимые качества слушателей, проводить их адаптацию к последующему обучению. Проблемное обучение позволяет преодолевать многие субъективные факторы, такие как отсутствие навыков активного поведения, неумение выразить свою мысль, боязнь ошибиться. Оно делает процесс учения близким к научному познанию - не пополнять свой ум чужим знанием, а соучаствовать в их открытии и переоткрытии, двигаться от незнания к знанию естественным путем, не накапливать без видимой цели знания впрок, а генерировать и получать действительно необходимое как итог собственной деятельности.

2.4 Проблемно-модульный подход к организации и контролю учебной работы студентов

Изучение учебного материала в виде серии проблем, которые разрешаются при непосредственном участии обучаемых, безусловно, стимулирует их познавательную активность и интерес к изучаемому предмету. В условиях расширения самостоятельной работы студентов может быть реализована возможность ее организации на основе проблемного подхода. С этой целью автором была разработана и апробирована система модульных индивидуальных заданий по основным разделам курса, которые предлагаются для самостоятельной работы студентам специальностей строительной отрасли.

Структура индивидуального задания находится в зависимости от уровня подготовки студентов. На начальном этапе обучения модуль содержит внутренне связанное проблемное задание, охватывающее большую часть тем изучаемого раздела. Так, в рамках одного модуля индивидуальных заданий по механике требуется проявить знание всех основных понятий законов, преобразования.

Индивидуализация заданий обеспечивается вариантным выбором архитектурно-строительных задач при выполнении графической части проекта. В модулях заданий при определенных внешних условиях сделать расчет объемно-планировочного решения здания, конструктивного решения здания, предусмотренных программой обучения; расчет завершается анализом.

На последующем этапе обучения содержание проблемного задания в модуле качественно меняется. Целью индивидуального задания становится установление непосредственной связи между теоретическим курсом и дополняющими его практическими занятиями, для чего всем студентам предлагается самостоятельный вывод тех формул, пользуясь которыми они решают конкретные показатели рациональности планировочного решения. В разделе архитектурно-строительные чертежи студентом индивидуально разрабатываются чертежи проекции здания, а также планы первого и второго этажа дома.

Индивидуализация достигается подбором разных распределений с выводом полной формулы, либо рассмотрением частных ее проявлений. Целиком же общая картина итожилась на индивидуальных занятиях, проводимых под руководством преподавателя.

Подобным образом в последующих модулях ставятся проблемные задания.

Связанные между собой модульные индивидуальные задания становятся своеобразным учебным исследованием, которое выполняется студентом на протяжении курса обучения и охватывает основные разделы изучаемого материала, придавая последним запоминающееся практическое воплощение. Форма проблемного задания с успехом применялась на завершающем курс экзамене, в целом она заметно активизировала познавательную деятельность студентов, повысила качество усвоения, в большей степени позволяя почувствовать глубину научного метода, чем простое изучение учебника. Каждый студент получил возможность самостоятельного исследования, ощутил потребность и содержательный мотив для углубления и приложения своих знаний, что не замедлило сказаться на итоговой успеваемости при более активной форме полученных знаний. Регулярный контроль усвоения проводился путем устного собеседования по теме модуля во время индивидуальных занятий, а также проверки письменных индивидуальных заданий. Результат дополнялся оценками выполнения контрольных или лабораторных работ и позволял оценить полностью текущую работу и успеваемость студента. Разработанная схема легко может быть преобразована в модульно-рейтинговую для обеспечения систематичности в работе и единства в контрольных оценках.

Отдаленные результаты ее применения удалось проверить на проведенном на 3 курсе экзамене по контролю остаточных знаний. Он продемонстрировал хорошую сохраняемость приобретенных навыков, которая резко контрастировала с информационной прочностью в контрольных группах [16].

Адекватной формой рубежного контроля стал проблемный экзамен, для которого был разработан банк проблемных заданий, не совпадающий с индивидуальными, но требующих трансформации приобретенных навыков и умений на новые объекты.

Кроме функции контроля на завершающий раздел курса экзамен всегда возлагались также обучающие и воспитательные задачи. Его роль несколько снижается в условиях сокращения числа экзаменов и развитии форм текущего и кумулятивного контроля успеваемости студентов. Проблемный экзамен, однако, часто привлекал внимание педагогов как форма контроля тех уровней обученности, в которых проявляется способность решать определенные классы задач на основе усвоенного материала, а также переносить приобретенные умения в иные области. Современная теория обучения рассматривает такие уровни как высшие по сравнению с наглядно-образным накоплением знаний и выполнением стандартных операций, и, следовательно, требующими особого типа контроля, каким, в частности, и мог бы быть проблемный экзамен. Тем не менее, проблемный тип экзамена на младших курсах не получил широкого распространения в основном из-за недостаточных возможностей проблемных ситуаций в силу ограниченности учебного материала и подготовки студентов.

Опыт проведения индивидуальных занятий дал возможность, во-первых, привить студентам навыки самостоятельного решения проблемных заданий, а во-вторых, на основе последних разработать банк проблемных заданий, выполнение которых возможно при полном и активном усвоении полученных знаний. Форма проблемного экзамена предлагалась студентам на условиях их добровольного выбора и гарантировала также возможность в случае неудачи сдавать экзамен по обычным билетам. В экзаменационной аудитории выделялась зона, в пределах которой было разрешено пользоваться любыми источниками и пособиями. Из общего числа студентов изъявили желание сдавать проблемный экзамен около 30%, почти треть которых через некоторое время от заданий отказались и сдавали экзамен обычным способом, а из оставшихся большинство (55% всех сдававших проблемный экзамен) получили хорошие и отличные оценки. В процессе освоения форм текущего контроля успеваемости студентов появилась возможность их дополнения внесессионным проблемным экзаменом. Поскольку оценки по разным видам работы несколько отличались, то для установления окончательного результата предлагалось сдать экзамен при выборе его вида. Выбор в пользу проблемного экзамена сделали около 25% всех студентов, причем 80% сдававших получили «хорошо» и «отлично», а по предложению деканата удовлетворительная оценка до сессии не выставлялась.

Опыт проблемного экзамена предполагалось использовать и при модульно-рейтинговой системе оценок в качестве самостоятельного творческого элемента, который, как можно предположить, окажется по силам значительной части студентов (от четверти до трети), которые систематической работой в течение семестра добьются права досрочной сдачи экзамена. Разработанная форма проблемного экзамена практически исключает заимствование результатов, так как в прямом виде они отсутствуют в доступной литературе и оказываются в достаточной степени индивидуализированными. Экзамен проводится в письменном виде, что обеспечивает его более высокую объективность, а возможность творческого самопроявления оказывается весьма привлекательной для многих студентов.

Последовательная апробация в течение ряда лет шести форм контроля: текущего модульно-рейтингового по всем видам занятий, устного и письменного по экзаменационным билетам, проблемного по обобщающим заданиям, устного тестового по картам контроля и письменного тестового с обоснованием выбора ответа - показала, что ни одна из них не пригодна для эффективного охвата всего контингента студентов, не учитывает полностью личностных особенностей всех обучаемых. Обществу же бывают нужны и систематически работающие, и пассивно или активно владеющие материалом, и способные разобраться в нестандартной ситуации, и просто эрудиты, особенно способные еще и все объяснить.

Оказалось вполне приемлемым плановый рубежный или итоговый экзамен проводить в альтернативной форме по выбору студента, полагаясь для начала на его самооценку своих способностей и иных факторов, а в дальнейшем возможность выбора передавать преподавателю для учета и того и другого. Опыт альтернативного экзамена автором анализировался в работе [20]. Возможность выбора не только траектории обучения, но и формы контроля его результатов, является важным условием гуманизации образования, поскольку в силу индивидуальных особенностей не все в состоянии проявить себя одинаково полно в навязанных извне жестких условиях.

Модульное обучение возникло в 60-е годы и стало важным этапом в развитии методов обучения [9]. Оно представляет собой интеграцию разных форм и видов обучения, подчиненную общей теме учебного курса или актуальной проблеме, и заключается в расчленении содержания курса на отдельные модули в соответствии с профессиональными или дидактическими задачами. Модуль представляет собой законченный самостоятельный функциональный фрагмент учебной деятельности, это структурная единица учебного материала, предполагающая поэтапное усвоение и включающая систему управления действиями обучаемого. Обратная связь на всех фазах обучения позволяет строить замкнутую систему управления, а корпус знаний обучаемого формируется не только из получаемой им информации, но и результатов его собственной деятельности.

Наибольший эффект дает система контроля, которая привлекает новый оригинальный материал и создает для студента проблемную ситуацию. Аттестация студентов по модулям обычно проводится по результатам текущего и рубежного контроля, регулярность которого повышает учебную дисциплину, ведет к систематичности учебной работы. Совокупные результаты всех видов контроля обычно оцениваются в баллах по определенной шкале и сводятся в индивидуальный кумулятивный индекс [20], при этом система обучения превращается в модульно-рейтинговую, о достоинствах и недостатках которой сказано достаточно много [14]. В завершенном виде она требует существенной переорганизации учебного процесса, вплоть до изменения его структуры, включая отмену экзаменационных сессий, фронтальное выполнение лабораторных работ, определенную гибкость учебных планов, что не всегда достижимо в реальных условиях. Известная фрагментарность и разобщенность модулей зачастую нарушает целостность и логику учебного предмета, разрывает его внутренние связи. Эффективность модульного обучения во многом зависит от подготовленной работы по проектированию и конструированию учебных модулей, а также от системы средств его реализации, степени вовлеченности преподавателей.

Принцип проблемности значительно обогащает метод модульного обучения. Технология проблемно-модульного обучения разработана и внедрена в практику профессиональной школы М.А. Чошановым [45] для достижения компетентности обучаемых, понимаемой как мобильность знания, гибкость метода и критичность мышления. Проблемность рассматривается как необходимое развитие мышления, важное мотивационное и эмоциональное средство. Она реализуется путем целенаправленного создания специальных ситуаций интеллектуального затруднения, связанных с поиском гносеологических, методических и учебных ошибок. Первые требуют представлять содержание обучения не в виде готовых истин, а как борьбу научных школ, историческую драму идей и людей, инерции и обновления; вторые и третьи связаны между собой, поскольку часто ошибки учения есть результат преподавания.

Согласно Чошанову М.А., проблемно-модульное обучение раздвигает зону ближайшего развития до области критических ситуаций и ошибок поверхностного усвоения и неверного применения. В структуру проблемного модуля включены блоки: входной - для оценки готовности к усвоению модуля, блок актуализации опорных понятий и способов деятельности, исторический - для генезиса понятий, ошибок и заблуждений, проблемный - нацелен на постановку профессионально-прикладной проблемы, экспериментальный - для вывода рабочих формул, блоки обобщения системных представлений и генерализации содержания модуля, блок применения - для решения историко-научной проблемы, блок стыковка решений укрупненной профессионально-прикладной проблемы, блок типичных ошибок с указанием возможных причин и способов исправления, блок углубления с материалом повышенной сложности для интересующихся предметом и выходной блок контроля.

В целом проблемный модуль представляет собой завершенную единицу учебного материала, построенную на принципах системного квантования, проблемности, модульности, когнитивной визуализации, направленную на изучение одного или нескольких фундаментальных понятий дисциплины и связанных с ним методов познавательной деятельности, необходимой для решения профессионально значимой укрупненной проблемы, выделяемых с учетом специфики обучаемых [45]. Проблемно-модульный подход, таким образом, включает методы познания, преподавания и учения, становясь связующим звеном между ними. Он органически сочетает дидактически адаптированную концепцию профессиональных знаний с теориями проблемного и модульного обучения. На профессиональные знания как область теории искусственного интеллекта опирается концепция сжатия учебной информации и ее содержательного обобщения.

Концепция модульного обучения опирается на модульную организацию коры головного мозга [45]. Современными исследованиями установлено, что моторная процедурная память локализуется в мозжечке, а декларативная, которая включает знания о мире и значении слов, в коре мозга [14]. Там же находятся речевые, зрительные, слуховые центры. Кратковременная память обеспечивается временными связями нейтронов, а при повторяющемся стимулировании дендриты пускают ростки и связи становятся постоянными [42]. Подражающие модели искусственного интеллекта стремятся создать копию человеческого восприятия, памяти, языка, мышления. Мозг развивается очень медленно, он в десятки миллиардов раз менее эффективен, чем мог бы, его элементы функционируют в тысячи раз медленней, чем компьютерные, тем не менее, он остается в десятки тысяч раз более сложным, чем самый мощный компьютер.

Модели искусственного интеллекта критикуют за жесткую последовательность выполнения операций, которые основаны на простых пассивных системах памяти, сложные же активные действуют во взаимосвязанной сети, доступ к ним организуется по содержанию. Когнитивные теории интеллекта рассматривают общие знания как его неотъемлемую часть, это как раз такая информация, которая хранится в простом компьютере. Известно, что на стадии опознания и сопоставления бессодержательных знаков различия в интеллекте несущественны, но более способные лучше кодируют информацию, а не просто запоминают.

Программы решения задач сейчас используют две стадии: алгоритмические процедуры перебора возможных вариантов и эвристические процедуры, основанные на разложении сложных задач на более легко решаемые подзадачи. Жесткая позиция искусственного интеллекта состоит в том, что путем надлежащего эвристического программирования можно дать ему способность понимания (хотелось бы знать, чего?) и намерения. Сжатое представление знания необходимо для его хранения, передачи, использования, но едва ли пригодно для обучения и понимания. Лишь для закрепления, структурирования и классификации понятого и усвоенного нужны блок-схемы, тематическое древо, опорные конспекты и т.п. Избежать фрагментарности модульного подхода, сохранить целостность учебного предмета, логику его усвоения и ее объяснительный потенциал, позволит такая технология обучения, которая осуществит его полноценный процесс. Для этого может оказаться достаточным принцип модульности использовать только на стадиях закрепления учебного материала и контроля уровней его усвоения. При этом конструирование учебных модулей из задачи подготовительно этапа превратится в часть процесса обучения. Процедуры деятельности усваиваются и запоминаются лучше, чем декларированные факты, причем наиболее прочно и надежно помнится деятельность, преодолевающая препятствия, разрешающая проблемы.

Заключение

Принцип проблемности для естественных наук и естественнонаучных дисциплин является неотъемлемым атрибутом. Они не могут строиться на дедукции от общего к частному - познание природы постепенно и неожиданно, а категорический силлогизм есть тавтология. Естественные науки и естественнонаучные дисциплины должны строиться индуктивно, а в методологии науки переход от частного к общему всегда представлял проблему, т.к. он логически невозможен из-за неполноты индукции. Важной целью научного знания является преодоление противоречий, парадоксов, препятствий, трудностей, недоразумений.

Конкретные системы научного знания существуют как определенные факторы познания лишь до тех пор, пока они формируют и разрешают научные проблемы. Формой их выражения являются задачи, вопросы и задания, которые ставят субъекты в ситуации поиска, требующего познавательной деятельности в отсутствие информации по выходу из нее, при его осознанном понимании и интенции его восполнять [6]. Под вопросом здесь понимается интеррогативная форма задачи, каждому вопросу могут сопоставляться задачи найти ответ и процесс к нему приводящий. Задание является интенсиональной формой задачи, т.е. ориентированной на предметную область науки.

Экстенсиональная форма отличает учебное задание как ориентированное на возможности и потребности обучаемых, оно заключается в выполнении определенных учебных действий для усвоения какого-либо раздела из учебного материала. Полное решение задачи включает ответы на вопросы о его существовании и области применимости, о существовании процедуры, приводящей к нему, об осмысленности и корректности задачи, о полезности решения, о возможных его обобщениях.

Основным средством реализации принципа проблемности обучения является сознание и разрешение проблемной ситуации, источники которой имеются в реальных противоречиях науки и ее моделей самого процесса познания и знаниях обучаемых. Вовлекает в процесс разрешения проблемных ситуаций педагогическое провоцирование противоречий, основанное на неправомерности некоторых дидактических упрощений и неполноте знаний обучаемых.

Проектирование проблемных ситуаций предполагает подготовку и систематизацию противоречий, анализ знаний и прогноз реакции обучаемых, выбор пути разрешения противоречий и методологический анализ их причин. Внепроектное зарождение проблемных ситуаций возможно вследствие догматизации учебного знания и выявления его противоречивости в учебном процессе. Широкому внедрению проблемности в обучение способствует гомогенность контингента обучаемых, достигаемая в группах слушателей курсов довузовской подготовки.

Принцип проблемности является непременным атрибутом профессиональной подготовки, так как по природе своей индуктивна, а переход к общему логически неполон, представляет проблему. Проблемно-модульный подход связывает познание, преподавание и учение, дидактически адаптирует концепции профессиональных знаний, а технология применения модулей на стадии закрепления и контроля позволяет избежать фрагментарности усвоения.

Список использованной литературы

1. Андреев В.И. Педагогика творческого саморазвития. Инновационный курс. Кн.1 .- Казань: КазГУ,1996. - 567 с.

2. Атанов Г.А. Деятельностный подход в обучении. - Донецк: ЕАИ-Пресс, 2001. - 160 с.

3. Барабанщиков А.В. Проблемное обучение: итоги подведены - проблемы остаются // Вестник высшей школы. - 1985. - В.11. - С. 16-33.

4. Беспалько В.П. Педагогика и прогрессивные технологии обучения. - М.: Ин-т проф. обр. РАО, 1995. - 336 с.

5. Брунер Д. Психология познания. - М.: Прогресс,1977. - 412 с.

6. Бургин М.С., Кузнецов В.И. Введение в современную точную методологию науки. - М.: Аспект-Пресс, 1994. - 304 с.

7. Володин Б.В. Проблемные ситуационные задачи и задания тестового типа / Новые методы и средства обучения. - № 1(9). - М.: Знание, 1989. - 128 с.

8. Галочкин А.И. и др. Проблемно-модульная технология обучения - путь к новому качеству образования // Сб. науч. тр. IY Симпозиума "Квалиметрия человека и образования". - М.: Иссл. центр, 1995. - 233 с.

9. Гареев В.М., Куликов С.И., Дурко Е.М. Принципы модульного обучения // Вестник высшей школы. - 1987. - № 8. - С. 35-38.

10. Гинецинский В.И. Знание как категория педагогики: опыт педагогической когнитологии. - Л.: Наука, 1989. -144 с.

11. Долженко О.В., Шатуновский В.Л. Современные методы и технология обучения в техническом вузе: Метод. пособие. - М.: Высшая школа, 1990. - 191 с.