|
|
| №1 (3623), 15 января 2003 года |
 |
|
доступность образования |
|
|
Дистанционный учебный
эксперимент
с применением Интернет-технологий
Отсутствие реальной поддержки естественнонаучного и технического образования со стороны государства на протяжении всего последнего десятилетия породило группу острых проблем в системе подготовки не только технических, но и педагогических, научных и инженерных кадров высокой квалификации. Первая из них по значимости — это проблема доступности высококачественного образования в различных областях естественнонаучного знания, особенно обострившаяся в период смены системы хозяйствования в России. Вторая — проблема повышения квалификации педагогических кадров средней школы, работников науки и высшей школы. Наконец, третья — проблема развития системы второго высшего образования.
|
 |
Эти проблемы свойственны сегодня не только России, они существуют и в тех странах, которые мы относим к развитым, и они, прежде всего, проявляются в широком распространении мистики и псевдонаучных, легко усваиваемых утверждений. Эти утверждения подаются, как правило, в безапелляционной форме со ссылкой на якобы глубокое научное знание. Борьба с этими явлениями затруднена той поддержкой, которую оказывают средства массовой информации подобным сообщениям ради рекламы, привлечения потребителей сенсационными заявлениями и непроверенными (а часто и не проверяемыми в принципе) утверждениями. В телевизионных фильмах, как правило, акцентируется иррациональное истолкование событий, исподволь или впрямую навязываются примитивные стереотипы поведения.
Вместе с тем, прогресс общества и экономики в целом может строиться только на основе рационального знания, и обозначенные нами тенденции очень скоро резко отрицательно скажутся на возможностях развития науки и базирующихся на ней технологий. В России эта ситуация будет дополнительно обострена быстрым абсолютным спадом числа молодых людей в производственной и научной сферах.
Перечисленные проблемы и продолжающееся обеднение лабораторий учебных заведений среднего и высшего образования с каждым годом все острее ставят вопрос о разработке системы доступного для любого учащегося реального естественнонаучного, в частности, физического, эксперимента. Ограниченность финансовых ресурсов и большие различия в квалификации педагогических кадров учебных заведений России убеждают в необходимости наиболее эффективно использовать потенциал тех немногих из них, которые еще удерживают качество преподавания естественных наук на уровне, не уступающем лучшим ведущим учебным заведениям мира. В их число входит и Санкт-Петербургский государственный университет.
Мы предлагаем один из возможных путей системного решения сформулированной выше проблемы. Этот путь основывается на общей идее концентрации сил и средств в немногих учебных и научно-исследовательских подразделениях, обладающих:
- большим опытом, научной и педагогической работы,
- достаточно современным оборудованием и, одновременно,
- опытом и возможностями использования информационных технологий, сформировавшихся при развитии сети Интернет.
Необходимы средства, позволяющие преодолеть опасную с точки зрения формирования естественнонаучного мировоззрения фрагментарность вводимых методов обучения, влекущих за собой мозаичность знаний. Предлагаемая методика, как нам кажется, позволяет при большой экономии финансов и интеллектуальных усилий в масштабах страны (или даже отдельно взятого региона) добиться решения этой задачи и достигнуть максимальной эффективности конечного результата – развития самостоятельности мышления учащегося. С этой целью развиваемая нами методика предоставляет ему возможность самому провести более или менее сложные эксперименты, самому проанализировать их результаты и приобщиться к достижениям естественных наук, получив из первых рук наиболее современное объяснение наблюдавшихся эффектов. Использование возможностей сети Интернет, при условии правильной организации всей системы, может обеспечить доступ широкого круга интересующихся наукой лиц и предоставить им высококачественную современную информацию по тому или иному вопросу.
Эксперимент – основа познания природы
Во всех естественных науках реальный, живой эксперимент всегда играл и играет решающую роль. Вместе с тем многие, даже сравнительно простые, опыты требуют наличия специфического оборудования. Сегодня нехватка этого оборудования частично восполняется так называемыми «компьютерными» экспериментами. (Мы старательно избегаем здесь и далее термина «виртуальный», поскольку он имеет различное толкование в нашей стране и за рубежом.) Компьютерное моделирование реальности – это тоже неплохо. Учащийся, во всяком случае, усваивает схему возможного опыта и учится моделированию процессов и явлений в природе.
Однако вряд ли стоит пояснять принципиальную разницу между идеальной компьютерной моделью и реальным экспериментом, отягощенным и случайными ошибками измерений, и неопытностью экспериментатора, и неожиданными отключениями электроэнергии, и появлением облаков при наблюдении звезд или планет, а главное – возможным проявлением того, что не заложено в компьютерной модели. Сама природа всегда интереснее и часто – неожиданнее. Поэтому настало время использовать увеличение скорости обмена информацией и опыт дистанционного научного эксперимента для того, чтобы обеспечить возможность каждому интересующемуся провести самостоятельно реальный учебный опыт, управляя с помощью компьютера экспериментальной установкой с расстояния не 1–2 метра, как мы к этому привыкли в научных и учебных лабораториях, а из другого города и даже с другого континента.
Санкт-Петербургский университет, собравший в своих стенах выдающихся ученых в самых разнообразных отраслях научного знания, имеющий богатейший опыт формирования тысяч специалистов высокой квалификации, имеющий заслуженное признание во всем мире, может и должен выступить инициатором создания специальной программы в нашей стране, начав, допустим, с Санкт-Петербурга или Северо-Западного региона, тем более что аналогичные инициативы проявляют технические вузы нашего региона в области обучения современным промышленным технологиям. Особая роль нашего университета должна состоять в том, чтобы методы учебного дистанционного эксперимента внедрялись в преподавание фундаментальных, базовых дисциплин, а проводимые исследования в этой области служили методическим ориентиром для всей системы высшего и среднего образования.
Опыт развития подобных форм обучения в наиболее передовых, в техническом смысле, странах уже имеется, однако, в подавляющем большинстве случаев речь идет не о реальном эксперименте, а о компьютерном моделировании. Необходимо систематическое использование новых реалий и развитие соответствующих методов, чтобы поставить дело на системную основу и использовать все возможности нашего университета. Если сегодня мы хорошо представляем себе, по какому пути следует двигаться в естественных науках, то достаточно не очень сильного воображения, чтобы перенести подобные методы и в иные области знания.
Общая структура дистанционного эксперимента
Любой научный опыт включает в себя три основные стадии: наблюдение, измерение, интерпретация. Развиваемая нами концепция дистанционного учебного эксперимента предполагает реализацию всех трех стадий, она должна сопровождаться специально разработанными учебными материалами и моделирующими программами, адаптированными к конкретному опыту и использующими достижения не только точных наук, но и психологии, журналистики, библиотечного дела и т.д., и т.п.
Реализация первой стадии может легко осуществиться благодаря наличию такого распространенного инструмента, как «видеокамера для телеконференций». Наличие простейшей подобной камеры позволяет даже школьнику не только нажать с помощью компьютерной мыши соответствующую кнопку управления экспериментальной установки, но и наблюдать за результатами своего действия (в том числе и за реакцией случайно находящихся вблизи от установки людей). Отметим, что подобные случайности могут внести в подобные действия элемент игры, который привлекателен не только в детском возрасте, но для солидного профессора. Конечно, даже этот первый этап подразумевает наличие некоторого тезауруса – начальных базовых знаний, без которых собственно «наблюдение» отсутствует.
Измерение, как всегда, проводится путем сравнения наблюдаемого эффекта с эталоном (величина перемещения или размер – с линейкой, угол отклонения или поворота – с делениями транспортира, показания вольтметра – с показаниями того же прибора, сделанными с применением вспомогательного эталонного источника и т.п.) Компьютер нетрудно превратить, используя специальные программы, в цифровой осциллограф, он также потребует сравнения сигнала с эталонным источником сигнала – градуировки.
Наиболее сложными этапами учебного эксперимента являются обработка результатов измерений и их интерпретация. В связи с этим дистанционный учебный эксперимент должен сопровождаться тщательно разработанными методическими материалами (включая симуляционные эксперименты), рассчитанными на учащихся, имеющих разные «стартовые позиции» – исходную подготовку различного уровня. Мы условно выделяем три таких уровня. Первый соответствует выпускным классам средней школы. Второй – выпускнику колледжа, или студенту первых лет обучения в университете. Наконец, третий уровень должен отражать современное научное понимание проблемы.
Уже в самых первых подготавливаемых нами инструкциях по выполнению экспериментов по оптике и истолкованию наблюдаемых эффектов учтены все три перечисленные уровня. Они содержат пояснения сложных терминов, используемых в описаниях, даются ссылки на другие высококачественные учебные и научные материалы, доступные в сети Интернет. В ряде случаев мы предполагаем привести также описание достаточно простой реализации опыта в домашних условиях или в школьном классе.
Развиваемая нами концепция применения дистанционного учебного эксперимента может позволить донести до учащихся, находящихся в любом месте России или даже вне ее пределов, самое передовое знание о ключевых закономерностях в науках о природе. Она дает возможность и преподавателям, и самим учащимся провести пусть внешне простой, но информативный и содержательный эксперимент и научить их самостоятельности мышления. Применив современные технологии, подобные, по методике, эксперименты можно предложить не только в физике, но и в биологии, и даже в истории.
Сегодня еще имеется множество сложных и нерешенных проблем и с созданием специальных устройств управления установками (которые имеются за рубежом, но недоступны нам из-за высокой цены), и с организацией сети и администрированием доступа, и с прямым финансированием работы высококвалифицированных специалистов. Впрочем, оценки показывают, что затраты в абсолютном выражении на самом деле не так уж велики. Вместе с тем, большой интерес, проявленный к кратко описанной методике со стороны преподавателей и студентов, вселяет надежду на то, что выбранный путь, базирующийся на новых информационных технологиях, может обеспечить реальное изменение в методах обучения и повышение уровня образования.
Выводы
Подведем итог всему сказанному выше. По нашему мнению, развитие дистанционного эксперимента и внедрение его в преподавание не только физики, но и других естественнонаучных дисциплин в рамках предлагаемой нами концепции способно существенно дополнить сложившуюся и постоянно совершенствуемую систему преподавания естественных наук вообще и физики в частности. Действительно, как построено традиционное преподавание? Оно базируется на учебных пособиях, создаваемых ведущими специалистами и педагогами. Лучшие из этих пособий редактируются и обновляются с учетом последних достижений с периодичностью в 5–10 лет. На основе таких пособий, собственного опыта и знаний преподаватели готовят материалы для лекционных и семинарских занятий, создают лабораторные установки для практических занятий. Теперь, по крайней мере, на первом этапе, все это может выглядеть несколько иначе. Коллективы из ведущих учебных и исследовательских центров, включающие в себя педагогов и научных сотрудников, готовят целостные высококачественные текстовые и графические учебные материалы, моделирующие и обучающие программы, создают экспериментальные установки с дистанционным управлением. Эти материалы, размещенные в системе Интернет, постоянно обновляются и совершенствуются. Они доступны широкому кругу преподавателей и учащихся. Материалы имеют открытый доступ и могут быть взяты за основу для чтения лекций, проведения семинарских занятий, которые проводятся в аудиториях, оснащенных компьютерами. Вначале решаются предложенные задачи, идет моделирование (симуляция) будущего опыта. Затем в той же аудитории переходят к практическим лабораторным занятиям. На них индивидуально или небольшими группами студенты проводят реальные дистанционные эксперименты. Наличие обратной связи через Интернет позволяет контролировать знания учащихся и совершенствовать саму методику обучения. Процесс освоения знаний идет в современной непрерывно обновляющейся информационно-технологической среде. Одновременно учащийся приобретает практические навыки существования (работы) в ней.
По-видимому, такой подход в наше время чрезвычайно быстрого развития науки и техники – единственный путь, дающий возможность приобретения современных и высококачественных знаний, практических навыков по избранному направлению науки независимо от места проживания. Он дает возможность наиболее заинтересованным и талантливым учащимся проявить себя и быть замеченными.
Коллекция тщательно подобранных дистанционных экспериментов, посвященная отдельному взятому курсу (мы планируем в течение одного-двух лет развить разделы «Оптика» и «Ядерная физика»), сопровождаемая специально подготовленными материалами, позволяет создать основу для универсального учебного курса высокого уровня, содержание которого понятно и доступно для применения в учебных заведениях самого разного уровня. Тем самым открывается новый путь в решении задачи стандартизации уровня образования и систематического повышения этого уровня.
М.В.Архипов, И.М.Григорьев,
В.Ю.Сепман, Ю.А.Толмачев, А.С.Чирцов
|
