Направления сотрудничества

Научные направления

Научные, учебные и учебно-методические материалы

Общие сведения

Основателем научно-методическим исследований по теории и методике преподавания физики является профессор В.П. Орехов. В настоящее время руководство этими исследованиями осуществляют профессоры В.А. Степанов, Б.С. Кирьяков, А.В. Ельцов и Н.Б. Федорова, доцент О.В. Кузнецова. На базе кафедры проведены выездное заседание Координационного совета по физическому образованию Министерства образования РФ (2001 г.), Всероссийские конференции, посвященные 100-летию и 105-летию со дня рождения видного ученого-методиста А.В. Перышкина (2002, 2007 г.), выездное заседание комиссии по физике УМО при Министерстве образования РФ (2005, 2006, 2007, 2009 г.г.). Опубликовано свыше 200 работ, защищено 3 докторских (Б.С. Кирьяков, А.В. Ельцов, Н.Б. Федорова) и 14 кандидатских диссертаций. Кафедра активно участвовала в работе докторского диссертационного совета по специальности 13.00.02 – Теория и методика обучения и воспитания (физика).

Исследования по данному научному направлению позволили продолжить и развить имидж Рязанской методической школы профессора Орехова Виктора Петровича и сформировать о Рязани мнение как об одном из активно действующих центров методической школы в России. Научно-методические исследования ведутся в нескольких направлениях:

I. Разработка математических моделей и методов контроля знаний учащихся по физике, включая олимпиадные и выпускные задания.

Проведены комплексные (1992 г. – настоящее время) исследования по созданию и апробации контрольных задач олимпиад школьников по физике всех уровней: от школьной, районной, городской, областной до зональной) (Б.С. Кирьяков, Д.В. Морин, Н.И. Ермаков, С.Г. Моисеев, В.А. Степанов).

На примере интеллектуального испытания впервые продемонстрирована принципиальная возможность и высокая эффективность качественного математического моделирования.

Разработана не имеющая аналогов статистическая педагогическая модель интеллектуального испытания, определяющая статистические и педагогические параметры серии независимых разноуровневых испытаний идеализированного ансамбля при многобалльной оценке итогов каждого испытания. Модель переводит проблему разработки методики испытания в формальную плоскость, определяет требования к комплекту задач, предусматривает возможность планирования испытания, использования многомерной оценки способностей школьников, реализации индивидуального и дифференцированного подходов (Б.С. Кирьяков).

Разработана методика испытания школьников на физических олимпиадах, адекватная новой иерархии ценностных приоритетов образования. В ее основу положены рассчитанные в рамках модели статистические и педагогические параметры серии из 2-х и 3-х испытаний, сбалансированных по уровням сложности и видам учебно-познавательной деятельности школьников.

Показано, что при традиционной методике испытания региональные этапы характеризуют Всероссийскую олимпиаду школьников по физике как государственную программу, практикующую затратные формы отбора одаренных детей с негуманным режимом их испытания и явным несоответствием требованиям индивидуального и дифференцированного подходов.

Педагогические и статистические параметры олимпиадного задания, рассчитанные в 2- и 3-уровневом вариантах, и разработанная методика испытания школьников региональных олимпиад способствуют переводу впервые в режим талантосбережения с сохранением всего ценного, что накопила Всероссийская олимпиада за многие годы своего существования. Применение в Рязани позволило в течение нескольких лет победителям областных туров быть призерами зональных туров и членами сборной Росси на Международных физических олимпиадах.

Созданы комплекты физических олимпиадных задач, опубликованные в 10-ти выпусках сборника «Рязанские физические олимпиады», сборник экспериментальных задач по физике, банки физических задач в Internet (Б.С. Кирьяков, Н.И. Ермаков, Д.В. Морин, С.Г. Моисеев, В.А. Степанов).

Исследована возможность подведения итогов многократного тестирования школьников в терминах статистики Бозе-Эйнштейна. Изучены свойства некоторых выборок из статистического веса, характерного для статистики Бозе-Эйнштейна, построена дидактическая модель двукратного и многократного тестирования учащихся. В рамках дидактической модели исследована связь инструментальных характеристик тестовой системы оценки с параметрами тестирования – протяженностью теста, уровнем сложности тестовых заданий, корреляционной связью балльных успехов, кратностью испытания.

Разработана статистическая и элементарная интерпретация характерных особенностей тестовой системы оценки (тестового балла, приведения его значений к 100-балльной шкале, независимости тестовых оценок от уровня сложности заданий, спектральных характеристик теста) при однократном, двукратном и многократном тестировании учащихся (Б.С. Кирьяков).

Разработаны впервые новые методические приемы оценивания уровня знаний школьников, участвующих в сдаче ЕГЭ, ИГА и региональных физических олимпиадах. Полученные результаты обеспечивают повышение интереса и уровня знаний и подготовки учащихся по физике; создали условия для подготовки участников к финальному туру физической олимпиады и сдаче ЕГЭ и ИГА в школе (Б.С. Кирьяков, Н.И. Ермаков, В.А. Степанов).

Разработана авторская методика мониторинга процесса обучения физике на основе внедрения компьютерного тестирования и рейтинговой системы, отличающаяся использованием индивидуальных электронных карточек учащихся с их личностными характеристиками, психологическими особенностями, увлечениями и индивидуальными заданиями; электронного журнала успеваемости учащихся; электронного банка данных всех изменяющихся параметров по формированию компетенций учащихся; электронного банка данных по динамике изменяющихся показателей у учащихся; электронной базы данных многоуровневых компьютерных тестовых заданий по изучаемым разделам (А.М. Шуйцев, В.А. Степанов).

Создан банк тестовых заданий для диагностики профессиональных компетенций, которые включают теоретические знания, экспериментальные умения, умения решать физические задачи, умения комплектовать кабинет физики, умения руководить исследовательской работой и техническим творчеством учащихся, способствующий успешному формированию профессиональной компетентности будущих учителей физики.

Разработана компьютерная технология проведения мониторинга образовательного процесса, позволяющая собирать, систематизировать, обобщать, сохранять полученные результаты. (А.М. Шуйцев, А.В. Ельцов).

Впервые осуществлен единый дифференцированный подход к контролю знаний и умений учащихся на всех этапах обучения физике, учитывающий профилизацию в старших классах средней школы и обеспечивающий обязательный базовый уровень знаний (Н. Б. Федорова, В.А. Степанов).

Разработаны методика и методическое обеспечение дифференцированного подхода к оценке ЗУ учащихся при изучении физики в средней школе, основанная на принципах гуманизации и индивидуализации деятельности учащихся, успешно внедренные в учебный процесс средних школ Рязани и области. (Н. Б. Федорова, В.А. Степанов).

II. Совершенствование методов преподавания физики и технических дисциплин в вузе и школе, включая современные компьютерные, дистанционные и личностно-ориентированные технологии.

Разработана теоретическая концепция интегративного подхода к осуществлению школьного учебного физического эксперимента в единстве четырех ее направлений: межпредметной, внутрипредметной, межличностной и внутриличностной интеграции (А.В. Ельцов, В.А. Степанов).

В соответствии с целями развития личности сформулированы требования к отбору учебного оборудования по физике, которые должны способствовать формированию интегративного стиля мышления, содействовать наиболее полному развитию восприятия, формировать умения ориентироваться в различных ситуациях, обеспечивать целостность образовательного процесса, соответствовать современным требованиям эргономики, эстетики и техники безопасности.

Для оснащения современных кабинетов физики разработано индивидуальное рабочее место учащегося, обеспечивающее широкую функциональную возможность действий учащихся во время урока, создающее благоприятные условия для осуществления разнообразных приемов и методов личностно-ориентированного обучения, позволяющее использовать в ходе экспериментальной деятельности как традиционные, так и инновационные средства обучения. Получен патент РФ № 30245 от 27.06.2003г. (А.В. Ельцов, В.А. Степанов).

Разработан многофункциональный модульный блок приборов, предназначенный для использования, как в классах различной специализации, так и для уровневой дифференциации внутри одного класса, позволяющий по всем разделам школьного курса физики сделать вариативными большинство учебных экспериментов, согласно учебным пособиям различных авторов, включая экспериментальные методики (А.В. Ельцов, С.В. Мурзин, В.А. Степанов).

Разработаны аппаратные и программные средства для проведения работ физического практикума с применением компьютерных технологий, изменяющие стиль экспериментальной работы учащегося, знакомящие его с современными методами исследования, формирующие разносторонние экспериментальные умения и навыки работы на современной технической аппаратуре.

Разработаны учебно-методические комплекты, содержащие разноуровневые фронтальные лабораторные работы для учащихся основной школы, автоматизированные работы физического практикума для профильной школы, предпрофильные и профильные элективные курсы для углубленного изучения традиционного и современного оборудования, рекомендации по использованию компьютерных моделей для расширения возможностей современного демонстрационного эксперимента, обеспечивающие систематический, самостоятельный, исследовательский характер учебно-познавательной деятельности учащихся во время проведения учебных экспериментов (А.В. Ельцов, В.А. Степанов).

Показано, что применение компьютера и других современных технических средств значительно расширяет возможности модельного демонстрационного эксперимента, позволяет моделировать и наблюдать многие явлении, ранее недоступные для изучения в школьной физической лаборатории (А.В. Ельцов, П.В. Абросимов, В.А. Степанов).

Впервые на основе печатного и электронного методического пособия для профильных классов средней школы разработан учебно-методический комплекс для изучения лазеров. Впервые разработана методика изучения лазеров в профильных классах средней школы, предусматривающая использование различных видов учебных занятий. Созданы обучающие и контролирующие программы, компьютерные слайды и демонстрационные динамические картины, иллюстрирующие физические принципы работы оптических квантовых генераторов (И.А. Захаркин, В.А. Степанов, А.В. Ельцов).

Создано универсальное электронное пособие по физике для старшей школы, содержащее весь необходимый материал для развития наглядно-образного мышления учащихся, организации учебно-воспитательного процесса по теме «Электрический ток в жидкостях», включая проведение мультимедийного урока (О.В. Кузнецова, В.А. Степанов, Н.Б. Федорова).

Разработаны образовательные технологии, основанные на использовании программ удаленного доступа к компьютерам. Их можно использовать в обычном компьютерном классе для удаленной помощи ученикам или в «виртуальном классе» для удаленных студентов для организаций занятий студентов с индивидуальным графиком обучения и студентов заочной формы обучения.

Дистанционное образование облегчает возможность получения студентами второго образования; позволяет вести широкомасштабную подготовку, повышение квалификации специалистов по дополнительным профессиональным образовательным программам вне зависимости от места жительства. (О.А. Бистерфельд, А.М. Шуйцев, С.А. Булыгин).

С теоретических позиций рассмотрена проблема совершенствования подготовки учителя к творческой деятельности. Предложен принцип разработки системы творческих знаний, который позволил систематизировать эмпирически подбираемые творческие знания по МТШФЭ и определить их место и роль в методической подготовке учителя. (И.А. Ильдяев, В.А. Степанов).

Методика организации творческой деятельности студентов (учащихся) связана с методом проектов, который представляет собой личностно ориентированный метод, основанный на самостоятельной деятельности учащихся. Оценка проектной работы ученика осуществляется с помощью индивидуальной карты рейтинговой оценки проекта. (М.А. Борисова, Н.Б. Федорова).

Разработана педагогическая технология формирования профессиональных компетенций у студентов на основе творческих заданий с применением различного вида конструкторов. Для творческой деятельности необходима опора на определенный минимум теоретических знаний. В ходе работы с конструкторами трудность выполняемых студентами заданий постепенно возрастает. (И.А. Ильдяев, В.А. Степанов).

Разработана методика оценивания функционального состояния здоровья учащихся в процессе проведения учебных занятий по физике и самостоятельных экспериментальных работ предусматривающая осуществление мониторинга адаптационных возможностей организма школьников, с целью выяснения мотивации обучения. Сформулированы практические рекомендации, способствующие укреплению и сохранению здоровья учащихся и учителей, внедряющих новые педагогические технологии на уроках физики в образовательных учреждениях города.

Установлены впервые корреляция функционального состояния здоровья участников образовательного процесса (учащихся и учителей, студентов) с педагогическими технологиями, применяемыми на уроках физики в пользу личностно-ориентированных и дифференцированных; зависимость его от психологического микроклимата в образовательном учреждении и обратной биоэнергетической связи между учащимися и учителями. (В.А. Степанов, Н.Б. Федорова, А.В. Ельцов, Е.Н. Моос).

Международная система менеджмента качества ISO 9001-2004 и производственной системы TPS «Тойота» применена для управления образовательным процессом при изучении физики в средней общеобразовательной школе и при подготовке бакалавров и магистров по направлению «Физика», «Техническая физика» и «Технологическое образование».

Показаны возможности визуального менеджмента в повышении интереса учащихся к физике и технологии и уровня их знаний и умений за счёт разработки и использования видеофильмов и педагогических технологий с цветными карточками. (В.А. Степанов, О.В. Кузнецова, В.И. Доронин, А.М. Шуйцев, Н.Б. Федорова).

Формирование компетенций специалистов нами впервые представлено в рамках многомерной, многоуровневой системы непрерывного образования при изучении физики: от среднего образования в общеобразовательной школе; бакалавров и магистров в условиях высшего профессионального образования до послевузовского образования при организации курсов повышения квалификации, получившей название спирали качества. Показано, что качество подготовки возрастает снизу вверх: от школьников, бакалавров до магистров; так и сверху вниз, когда более высокий уровень квалификации учителей физики приводит к повышению уровня компетенций бакалавров во время их педагогической практики в школе и учащихся по результатам итоговых экзаменов: ГИА (9 класс) и ЕГЭ (11 класс). (В.А. Степанов, Н.Б. Федорова, Е.В. Овчинникова, О.В. Кузнецова).

Нами впервые предложена двойная спираль качества, демонстрирующая непрерывную подготовку кадров и связей высшего профессионального образования с производством. Она имеет протяженность, зависящую от количества направлений подготовки, лицензированных и аккредитованных вузом, и количества предприятий, с которыми заключены долгосрочные договоры.

Двойная спираль качества является неким ДНК вуза, характеристикой его эффективности. Если направления подготовки в вузе, например, в классическом университете, имеют разнообразные сферы использования их выпускников в народном хозяйстве: промышленное производство, образование, наука, культура, юриспруденция, медицина и т.д., спираль качества вуза будет уже не двойной, а многомерной, зависящей от количества сфер деятельности специалистов, выпускаемых университетом (В.А. Степанов, Н.Б. Федорова, Е.В. Овчинникова).

Предложен критерий для оценки эффективности вуза, учитывающий соотношение между количеством выпускаемых вузом и количеством принятых на работу компетентных специалистов.

Предложенный подход к оценке эффективного вуза с многомерной спиралью качества не исключает критериев эффективности вуза по интегральным характеристикам, включая систему управления качеством и создающим единую образовательную среду. (В.А. Степанов, Н.Б. Федорова, Е.В. Овчинникова).

Обеспечение плавного перехода при непрерывной подготовке специалистов от среднего, высшего и послевузовского профессионального образования в рамках спирали качества наилучшим образом может быть реализовано в настоящее время в образовательных комплексах «Университет – техникум», имеющих долгосрочные договора о подготовке специалистов всех уровней с промышленными предприятиями (организациями) региона (В. А. Степанов, А.П. Лиферов).