Лабораторный практикум как разновидность практического занятия

Лабораторный практикум - существенный элемент учебного процесса в вузе, в ходе которого обучающиеся фактически впервые сталкиваются с самостоятельной практической деятельностью в конкретной области. Лабораторные занятия, как и другие виды практических занятий, являются как бы средним звеном между углубленной теоретической работой обучающихся на лекциях, семинарах и применением ими знаний на практике. Эти занятия удачно сочетают элементы теоретического исследования и практической работы.

Выполняя лабораторные работы, студенты лучше усваивают програм-мный материал, так как многие расчеты и формулы, казавшиеся отвлеченными, становятся вполне конкретными, происходит соприкосновение теории с практикой, что в целом содействует уяснению сложных вопросов науки и становлению обучающихся как будущих специалистов.

Само значение слов лаборатория, лабораторный (от латинского labor - труд, работа, трудность, laboro - трудиться, стараться, хлопотать, преодолевать затруднения) указывает на сложившиеся понятия.

связанные с применением умственных и физических усилий к изысканию ранее не известных путей и средств для разрешения научных и жизненных задач.

Не случайно слово “практикум”, применяемое для обозначения определенной системы практических (преимущественно лабораторных) учебных работ, выражает ту же основную мысль (греческое praktikos) означает деятельный, следовательно, предполагаются такие виды учебных занятий, которые требуют от обучающихся усиленной деятельности.

Ни одна из форм учебной деятельности не требует от студентов такого проявления инициативы, наблюдательности и самостоятельности в принимаемых решениях, как работа в лаборатории. Поэтому все кафедры, ведущие общенаучные, общеинженерные, технические и специальные дисциплины, отводят в учебных планах на лабораторные занятия до 20-30% учебного времени.

В целях интеграции теории и практики в вузах в последнее время получают широкое распространение комплексные лабораторные работы, проводимые на широком техническом фоне с применением разнообразной аппаратуры в условиях, близких к реальным, в которых будет работать будущий специалист.

Лабораторные занятия - это один из видов самостоятельной практической работы обучающихся, на которых путем проведения экспериментов происходит углубление и закрепление теоретических знаний в интересах профессиональной подготовки.

Проведением лабораторного практикума со студентами достигаются следующие цели:

• - углубить и закрепить знания теоретического курса путем практического изучения изложенных в лекции законов и положений в лабораторных условиях;
• - приобрести навыки в научном экспериментировании, анализе полученных результатов;
• - практически ознакомить с измерительной аппаратурой и методами работы на ней;
• - сформировать первичные навыки организации, планирования и проведения научных исследований.

Во всех документах, касающихся высшей школы, содержатся указания о необходимости дальнейшего совершенствования и активизации лабораторного практикума как важнейшего средства повышения профессиональной подготовки будущего специалиста. Его совершенствование должно идти по пути улучшения содержания, организации, модернизации лабораторного оборудования и методического обеспечения.

При постановке учебного курса наибольшую сложность всегда представляет отбор содержания материала, подлежащего практическому усвоению. Следовательно, формируя программу лабораторных занятий, важно выделить ту часть практического обучения, которую наиболее успешно можно решать в лабораторных условиях. Поэтому для лабораторных занятий преподаватель отбирает такой материал, на базе которого можно поставить учебный эксперимент, причем главной задачей всех опытов может быть изучение существа явлений (внутренних процессов, протекающих в изучаемых технических системах или непосредственно в природе). В то же время этот материал в итоге должен раскрывать методику современных научных исследований применительно к специальной подготовке обучающихся.

Выделяя вопросы программы, подлежащие иллюстрации в лабораторных работах, следует прежде всего исходить из того, какова роль каждого вопроса, изучаемого в рамках данной дисциплины, в формировании ее структуры, а также из того, насколько трудно для студентов освоить ту или иную проблему без выполнения экспериментов.

В общенаучных и общеинженерных учебных дисциплинах на лабораторные занятия выносят материал, позволяющий иллюстрировать основные закономерности данной науки, применять физические методы измерения для изучения строения вещества и анализа процессов, прививать обучающимся умение многосторонне описывать и объяснять физические объекты и явления. По специальным дисциплинам, в том числе и по техническим, проводятся такие работы, которые будущим специалистам предстоит выполнять в своей практической и научной деятельности.

Разумеется, организуя лабораторные занятия, кафедры вузов принимают во внимание не только свои предметные задачи, но и учебные задачи других кафедр и в целом деятельность обучающихся как специалистов определенного профиля. Преемственность в осуществлении экспериментальной подготовки между кафедрами достигается прежде всего строгой согласованностью учебных программ, и, в частности, программ лабораторных занятий. Установление межпредметных связей в области лабораторного практикума ведется по следующему пути: согласование понятий, определений и обозначений физических величин для того, чтобы они составляли единую систему во всех дисциплинах; согласование порядка ввода этих понятий по месту и времени с тем, чтобы обеспечивающие дисциплины и основной курс лекций по изучаемому предмету своевременно готовили сознание обучающихся к восприятию материала, рассматриваемого в данной лабораторной работе.

Таким образом, само построение лабораторного практикума должно способствовать установлению логических связей профилирующего курса с другими учебными дисциплинами с тем, чтобы обучающиеся усвоили его как целостную систему со всей структурой, отражающей данную науку.

Перед студентами при выполнении лабораторной работы ставится задача - овладеть в ходе обучения двумя группами навыков: общенаучными и общеинженерными.

Общенаучные навыки (преимущественно эмпирические - наблюдение, эксперимент, измерение) включают постановку проблемы, выдвижение гипотезы, выбор физической или математической модели, проведение эксперимента, правильную запись результатов измерений, их обработку и анализ, оценку возможных погрешностей и границ применения используемой модели.

Общеинженерные навыки - это навыки правильного выбора приборов, необходимых для проведения эксперимента, его планирования, освоения незнакомой аппаратуры, сборки установки, регулирования и калибровки приборов, изменения пределов их измерений, графического и аналитического представления результатов экспериментов. Их формирование осуществляется в ходе выполнения системы лабораторных работ по всем учебным курсам.

При разработке программы лабораторного практикума чрезвычайно важно учесть то, что выпускники вузов, хорошо усвоившие теоретический материал, не всегда могут применять его в своей профессиональной деятельности.

Следовательно, основное требование к лабораторному практикуму в вузе - это выбор такого содержания учебного материала и формы организации занятия, которые бы способствовали развитию активной познавательной деятельности обучающихся, привлечению их к творчеству и самостоятельности в решении научных и практических задач.

Успех лабораторных занятий зависит от многих слагаемых: от теоретической, практической и методической подготовки преподавателя, его организаторской работы по подготовке занятия, состояния лабораторной базы и методического обеспечения, а также от степени подготовленности самих обучающихся, их активности на занятии.

Формы организации лабораторного занятия зависят прежде всего от числа студентов, содержания и объема программного материала, числа лабораторных работ, а также от вместимости учебных помещений и наличия оборудования. В зависимости от этих условий в вузах применяют следующие формы проведения лабораторных занятий: фронтальную, по циклам, индивидуальную и смешанную (комбинированную).

Фронтальная форма проведения лабораторных занятий предполагает одновременное выполнение одной и той же работы всеми обучающимися. Ее применение способствует более глубокому усвоению учебного материала, поскольку график выполнения лабораторных работ поставлен в четкое соответствие с лекциями и упражнениями. При этом обеспечивается высокий методический уровень проведения работ, так как на каждом занятии внимание преподавателя сосредоточивается лишь на одной работе. Однако данная форма требует большого количества однотипного, иногда дорогостоящего оборудования и универсальных стендов, а для их размещения - значительных лабораторных площадей.

В некоторых случаях в вузах используется организация лабораторных работ по циклам. При этом работы делятся на несколько циклов, соответственно определенным разделам лекционного курса. В один цикл объединяются 4-5 работ, выполняемых, как правило, на однотипных стендах. Обучающиеся выполняют работы по графику, переходя от одного цикла к другому. Применительно к цикловой форме организации создаются лабораторные практикумы но дисциплинам, имеющим в программах четко обозначенные разделы примерно одинаковой продолжительности по времени.

Вузы, располагающие большими возможностями по лабораторной базе, внедряют индивидуальную форму организации работ, при которой каждый обучающийся выполняет все намеченные программой работы в определенной последовательности, устанавливаемой графиком. В этом случае студенты одновременно могут работать над различными темами. Последовательность лабораторных работ для многих из них может не совпадать с последовательностью лекционного курса, но зато лучше могут быть учтены определившиеся научные интересы и склонности отдельных обучающихся. Данная форма организации обладает тем преимуществом, что позволяет расширить тематику работ и представляет студентам большие возможности для научных исследований.

Наиболее часто в вузах используется смешанная (комбинированная) форма организации лабораторных занятий, позволяющая использовать преимущества каждой из рассмотренных выше форм. В курсах, читаемых в начале обучения, применяют фронтальную форму, затем переходят к цикловой и индивидуальной. Во всех случаях кафедры стремятся к тому, чтобы каждая лабораторная работа выполнялась обучающимися индивидуально и самостоятельно.

Стремясь обеспечить постепенное нарастание самостоятельности обучающиеся в выполнении лабораторных работ, кафедры используют различную степень регламентации их деятельности, что, естественно, накладывает свой отпечаток на методику проведения занятий.

При проведении лабораторных работ возможны три подхода к их выполнению на базе:

• - рецептурных действий обучающихся, когда они проявляют умение работать преимущественно в стандартных условиях, отраженных в руководстве по лабораторному практикуму;
• - частично поисковых действий обучающихся, когда они уже могут действовать достаточно самостоятельно, решать несложные творческие задачи при подсказке или непосредственном руководстве преподавателя;
• - активных, творческих действий студентов, когда они проявляют способность действовать в условиях, близких к реальным, используя запас приобретенных знаний.

Разумеется, в современных условиях интенсификации обучения должен преобладать 3-й подход, но полностью отказаться от 1 -го и 2-го тоже нельзя.

В этой связи лабораторные работы рекомендуется планировать следующим образом:

• - для обучающихся первых курсов - с жесткой регламентацией деятельности;
• - для обучающихся вторых и третьих курсов - с ослабленной регламентацией деятельности, с использованием частично-поискового метода;
• - для обучаемых старших курсов - лабораторные работы исследовательского характера в условиях полной самостоятельности, лишь при косвенном контроле преподавателя.

Раскроем особенности подготовки лабораторного занятия.

Подготовка лабораторного занятия начинается с изучения исходной документации, определения (уточнения) целей и задач данного занятия, времени, выделяемого обучающимся для подготовки к нему.

В ходе подготовки к лабораторной работе преподаватель должен уяснить проблематику, объем и содержание лабораторного занятия, определить, какие понятия, определения, теории могут быть иллюстрированы данным экспериментом, какие умения и навыки должны приобрести студенты в ходе занятия, какие знания углубить и расширить. При этом ему необходимо решить, на каком этапе обучения следует поставить задачу на подготовку к лабораторной работе, каким образом достигнуть активизации познавательной деятельности обучающихся.

Задача на подготовку к лабораторной работе может быть поставлена либо на лекции, либо на практическом занятии с таким временным расчетом, чтобы студенты смогли качественно подготовиться к ее проведению. Одновременно им выдается разрабатываемое на кафедре “Задание на лабораторную работу” и “Описание лабораторной работы”. Данные учебно-методические материалы готовятся, как правило, преподавателем, который проводит весь лабораторный практикум.

Разделы указанных методических материалов отражают учебные вопросы, краткие сведения по теории, программу выполнения работы, содержание отчета, вопросы для подготовки и литературу, рекомендуемую обучающимся для подготовки к занятию. В них также ставятся задачи, которые последние должны решить при подготовке к работе, в процессе эксперимента и при обработке полученных результатов.

В указаниях о порядке оформления отчета определяются: форма отчета, в каком виде должен быть оформлен цифровой и графический материал, порядок сравнения полученных результатов с расчетными и оценки погрешностей, порядок формулировки выводов и заключений, а также порядок защиты выполненной работы.

При проведении занятий с жесткой регламентацией, описание работы - это фактически пошаговый перечень того, что обучающиеся должны по ней сделать. Описание по работам на проблемноориентировочной основе несколько отличается от традиционного и включает: наименование и целевую установку лабораторной работы; суть научной проблемы, подлежащей разрешению; примерный порядок проведения эксперимента, а также ожидаемый результат; общие требования к отчету и к выводам по работе; вопросы для подготовки; рекомендованную литературу.

Такое описание ориентирует студентов на творческую, исследовательскую работу, а не на репродуктивные действия.

Подготовка обучающихся к лабораторной работе проводится в часы самостоятельной работы с использованием учебников, конспектов лекций и вышеуказанных методических материалов.

В итоге подготовки студенты должны знать: основной теоретический материал, который закрепляется данной лабораторной работой; цель, содержание и методику ее проведения, правила пользования приборами; меры безопасности и порядок их выполнения в работе. Кроме того, они должны заготовить схемы, таблицы, графики, необходимые для выполнения работы. Официальным допуском обучающихся к занятию является сдача коллоквиума. Чтобы обеспечить своевременное выполнение работ, кафедры обычно устанавливают “контрольные сроки” коллоквиумов и сдачи работ. Эти сроки выбираются таким образом, чтобы обучающиеся имели возможность самостоятельно и качественно планировать свою деятельность. Тем временем преподаватель продолжает подготовку к данному занятию: организует самостоятельную работу обучающихся, проводит индивидуальные и коллективные консультации, проверяет готовность аппаратуры и документации, а также разрабатывает план проведения лабораторного занятия.

Содержательная часть плана проведения лабораторной работы включает: вступительную часть, порядок проведения эксперимента и обработки результатов, общий расчет времени по этапам занятия (на сборку установки, проведение эксперимента, анализ и оформление отчета), заключительную часть занятия.

Во вступительной части указывается тема, цель, порядок выполнения работы и оформления отчета. Ход выполнения лабораторной работы в плане отражается только в самом общем виде.

Указывая порядок проведения эксперимента, целесообразно отмечать: последовательность работы, примерный расчет времени; особенности работы с данной аппаратурой; меры безопасности; контроль правильности собранной схемы и порядок подачи напряжения (нагрузки); точность снятия отсчетов; вопросы или задачи (проблемы), требующие от обучающихся самостоятельных решений или проявления творчества.

Заключительная часть отводится на подведение итогов и постановку задачи на следующее занятие.

Как уже было сказано проведению лабораторного занятия предшествует сдача студентами коллоквиума. Коллоквиум (от лат. colloquium - разговор, беседа) - собеседование преподавателя с обучающимися.

Коллоквиум имеет целью: контроль глубины усвоения теоретического материала изучаемого раздела учебной дисциплины; контроль понимания физической сущности явлений, иллюстрируемых данной лабораторной работой; проверку знания приборов и аппаратуры, используемых при проведении лабораторной работы; проверку знания порядка проведения эксперимента и его обоснования, представлений об ожидаемых результатах, умения их обрабатывать и анализировать; проверку знания мер и техники безопасности при проведении работ.

Таким образом, проводя коллоквиум, как правило, путем индивидуального собеседования, преподаватель прежде всего контролирует, в какой мерс обучающиеся изучили лекционный материал и рекомендованную литературу, насколько глубоко усвоили теоретический материал, поняли физическую сущность рассматриваемых явлений.

Проверка знания приборов, порядка проведения эксперимента и представлений обучающихся об ожидаемых результатах, умения обрабатывать и анализировать экспериментальные данные позволяет: во-первых, исключить грубые ошибки в ходе эксперимента; вовторых, вырабатывать у студентов навыки качественных и количественных обобщений при проведении научных исследований; в-третьих, оценивать допустимые разбросы результатов экспериментов и, в целом, способствовать развитию необходимой культуры работы.

Коллоквиум как форма учебного контроля отличается от экзамена (зачета) следующим: охватывает нс всю дисциплину в целом и даже не часть ее, изученную в течение семестра, а только ее раздел или даже тему; может и должен принимать форму собеседования, т. е. диалога; это вид индивидуальной методической помощи, разъяснение обучающемуся тех вопросов, неверное или недостаточное понимание которых он обнаружил в собеседовании.

Следовательно коллоквиум это форма контроля, вид помощи обучающемуся и метод стимулирования его самостоятельной работы. В зависимости от возможностей и напряженности учебного плана коллоквиумы могут проводиться в плановое учебное время, во неучебное время и во время лабораторной работы.

Рассмотрим особенности проведения лабораторной работы

в вузе.

Лабораторные работы выполняются обучающимися самостоятельно. Это значит, что преподаватель и инженерно-технический состав учебной лаборатории в ходе занятия должны не столько контролировать, сколько осуществлять научное и методическое руководство действиями обучающихся.

Руководство действиями ведется так, чтобы, с одной стороны, обеспечить проявление инициативы и самостоятельности обучающихся, а с другой - держать непрерывно в поле зрения работу каждого из них, тактично и без навязчивости в самых необходимых случаях приходить на помощь в нужный момент. Однако в этом случае преподаватель должен ограничиться только направляющими вопросами, а не прямой помощью. Прямая помощь, советы и указания обучающимся должны даваться только в безотлагательных случаях. Педагогу необходимо постоянно иметь в виду, что он - научный руководитель, а не контролер, хотя в его обязанности, естественно, входит и наблюдение за работой студентов.

Разумеется, на младших курсах преподаватель, осуществляя жесткую регламентацию работы обучающихся в лаборатории, выступает в своей обычной педагогической роли. Чем старше курс, тем больше снижается степень регламентации и роль преподавателя сводится к обязанностям консультанта. При всех обстоятельствах студенты должны знать, что преподаватель, оказывая им педагогически целесообразную помощь своим советом, никогда не будет вести с ними занятия школьного типа с подробными объяснениями необходимых действий.

Выполнение эксперимента - важный этап лабораторного занятия, общий ход которого целесообразно проводить в следующем порядке: подбор и размещение требуемых приборов и аппаратуры на лабораторном столе (стенде); сборка соответствующих схем и цепей; контроль правильности собранной схемы; включение источников питания; изменение параметров исследуемого элемента и снятие результатов эксперимента.

Подбор необходимых приборов производится по структурной или принципиальной схеме, которая приводится в описании или создается самими обучающимися. Правильность сборки схемы проверяется сначала студентами, а затем преподавателем или сотрудником лаборатории, которые и дают разрешение на включение.

После первого пробного включения необходимо проверить и отрегулировать некоторые режимы работы, провести предварительные наблюдения и только затем вторично установить нужные режимы, а результаты записать.

В ходе эксперимента обучающиеся должны как можно тщательнее и точнее выполнять планируемые в данной работе измерения. Экспериментальные величины и характеристики необходимо сравнивать с величинами и характеристиками, полученными расчетным путем.

В процессе подготовки и выполнения лабораторных работ студенты все необходимое, связанное с экспериментом, записывают в свои рабочие тетради или специальные бланки. Здесь же они фиксируют поставленную перед ними экспериментальную задачу, структурную или принципиальную схему, методику выполнения измерений, поясняя записи схемами, таблицами и другими материалами. В тетрадь (бланк) заносятся вес наблюдения по ходу выполнения эксперимента, а также результаты в виде выводов с соответствующими таблицами, графиками и описанием полученных результатов опытов. Обработка результатов эксперимента должна быть выполнена, желательно, в гот же день, после чего обучающиеся приступают к оформлению отчета.

Как правило, отчет состоит из трех частей.

В первой части указывается наименование и цель выполнения работы, дастся описание технических данных приборов, которыми производились измерения (указываются наименование приборов и их типы, пределы шкал, цена одного деления), приводится структурная или принципиальная схема установки, используемой в работе.

Вторая часть отчета посвящается регистрации опытных данных, получаемых в ходе эксперимента (журнал наблюдений), и результатов вычислений. Здесь же по результатам наблюдений или вычислений строятся графики, позволяющие произвести анализ исследуемого явления.

В третьей части приводятся расчетные формулы и выводы по работе. В конце отчета ставится дата, подпись исполнителя и преподавателя, принявшего лабораторную работу.

Лабораторные занятия заканчиваются защитой результатов работы и полученных выводов. В некоторых вузах такая защита организуется перед всей группой обучающихся. Если лабораторные работы выполнялись фронтально и вполне самостоятельно, им, конечно, интересно знать, к каким выводам пришли их товарищи. Они задают много вопросов, дискутируют, а это как раз то, что и надо для глубокого уяснения изучаемого явления.

Преподавателю остается в заключение лишь подвести общие

итоги.

Как правило, обучающийся не должен получать задание на выполнение следующей лабораторной работы, пока не отчитается за предыдущую.