Використання SТЕМ-технологій у навчальному процесі з фізики в вищих навчальних закладах технічного профілю

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

У системі природничих наук провідну роль відіграє фізика, бо вона як наука відіграє ведучу роль розвитку продуктивних сил суспільства. Сучасний навчальний процес вивчення курсу загальної фізики базується на експериментальній основі та поєднанні з теоретичним методом. При цьому незалежно від методу пізнання, покладеного в основу процесу навчання фізики, навчальний фізичний експеримент є обов'язковим його елементом і одночасно невід'ємною складовою методики навчання фізики, як наукової дисципліни здатної забезпечити ефективне засвоєння знань суб'єктами навчання.

Тому важливим є подальше вивчення проблеми розвитку системи фізичного експерименту (ФЕ) з урахуванням сучасних вимог навчання фізики в загальноосвітніх навчальних закладах (ЗНЗ) та вищих навчальних закладах (ВНЗ), виявлення шляхів подальшого вдосконалення цієї системи для забезпечення ефективної організації та проведення навчального процесу з фізики з метою активізації пізнавальної діяльності суб'єктів навчання. Одним із ефективних напрямків, який уможливлює розв'язати зазначені проблеми, є широке запровадження в навчально-виховному процесі новітніх технологій та сучасних засобів їх реалізації в умовах розвитку SТЕМ-освіти.

Необхідність втілення сучасного обладнання та інноваційних технологій у навчанні фізики та розробка засобів їхньої реалізації є закономірним в частині вимог принципів дидактики: науковості, наочності тощо.

Аналіз останніх досліджень та публікацій. В нашій країні накопичено значний науковий потенціал дослідження дидактичних можливостей фізичного експерименту. Роботи К. Бабенка, М. М. Бартновського, Є. В. Коршака, Б. Ю. Миргородського, В. Г. Нижника, В. Попова, С. П. Величка, В. П. Вовкотруба, В. Ю. Кліха, Є. С. Клоса, М. І. Садового, В. I. Тищука, О. В. Сєргєєва, О. I. Бугайова, С. У. Гончаренка, В. І. Тищука, М. С. Шульги, В. К. Шабаля, М. Я. Молоткова, Г. М. Гайдучка, Л. Д. Калапуші та інших забезпечили розвиток теорії та практики демонстраційного експерименту на рівні світових стандартів.

Метою статті є висвітлення основного засобу SТЕМ-технологій - лабораторного обладнання, яке використовується у процесі навчання загального курсу фізики, зокрема оптики, в вищих навчальних закладах технічного профілю.

.В Україні 22 червня 2015 року в Міністерстві освіти та науки України відбувся круглий стіл, присвячений розвитку SТЕМ-освіти, на якому були присутні представники провідних установ, ініціатив, проектів у сфері освіти всіх рівнів, а також було створено робочу групу з питань впровадження SТЕМ-освіти в Україні Наказ МОН України від 29.02.2016 № 188 [1].

В рамках реалізації першого етапу становлення STEM-освіти в Україні, з метою подальшої реалізації наукової освіти в ЗНЗ та ВНЗ, пропонується зосередитися на наступних пріоритетних кроках:

- створити мережу регіональних STEM-центрів для інформаційного, методичного забезпечення навчальної діяльності учнів загальноосвітніх навчальних закладів та для студентів ВНЗ;

- створити при кожному регіональному STEM-центрі робочі групи розробників, експертів і модераторів навчального процесу;

- створити мережевоцентричне середовище STEM-центрів забезпечення науково-орієнтованої освіти школярів та студентів з метою модернізації математично-природничного та гуманітарного профілів освіти;

- гармонізувати методичні та програмно-інформаційні засоби та стандарти, що використовуються існуючими міжнародними системами STEM-освіти, з навчальними процесами ЗНЗ та ВНЗ України;

- організувати Всеукраїнський координаційний центр щодо розробки методичних та інформаційних засобів забезпечення процесів розвитку STEM-освіти в Україні.

Основними засобами розвитку STEM-освіти є: авіамоделювання, аеродинаміка, робототехніка, ігри, лабораторне обладнання та 3Б моделювання.

Запропоновані методичні рекомендації для виконання демонстраційних дослідів [3] і лабораторних робіт з оптики є корисними як вчителям загальноосвітніх навчальних закладів, так і студентам та викладачам фізики й методики навчання фізики у вищих навчальних закладах (ВНЗ), оскільки вони суттєво поліпшують методику шкільного фізичного експерименту з оптики, розкривають сутність оптичних явищ та процесів, базуються на новітніх сучасних технологіях (використання світлодіодів, лазерів) [2], а також програмно-педагогічне забезпечення (111 ІЗ) [4; 5; 6; 7], що розширює можливості принципу наочності, відповідно у поєднанні з науковістю у процесі навчання фізики в умовах реалізації змісту та вимог різнопрофільних програм.

Розглянемо сучасні інтерферометри польської фірми OOO Lasertex, що належить до категорії «high technology», заснованої в 1989 році [8], так як лабораторне обладнання являється важливим засобом реалізації STEM-навчання. Основною метою компанії є проведення робіт, пов'язаних з втіленням в життя результатів наукових досліджень в області технічний наук і підтримки наукових досліджень, що проводяться в університетах. Компанія бере участь в міжнародних дослідницьких проектах, що фінансуються Європейським Союзом. Європейський проект реалізований в данній фірмі отримав відмінність «Success Story».

Laser Scale LSI0 (рис.1) це лазерний енкодер [8], призначений для застосування в системах управління машинами, що замінює звичайні магнітні вимірники. Застосування лазерного енкодера дозволяє вимірювати точність роботи промислової машини. Використані в системі передові електронні схеми нового покоління дозволяють автоматично проводити в реальному часі, корекцію впливу навколишнього середовища на вимірювальну систему. LaserScaleLS10 включає всі компоненти, необхідні для роботи пристрою, а саме: частотно стабілізована лазерна голівка, система збору даних, оптичні компоненти для лінійних вимірювань, оптичний приймач, з'єднувальні дроти, модуль компенсації впливу параметрів навколишнього середовища, датчики, додаткові оптичні приймачі.

Лазерний інтерферометр HPI- 3D створений в 2011 році та представляє «know-how» в області лазерних вимірювань [8]. Завдяки глибокій модернізації конструкції всі елементи системи розміщені в лазерній голівці, а блок живлення нагадує маленький адаптер для ноутбука, таким чином цей найбільш компактний пристрій у своєму класі.

HPI- 3D новий пристрій, в якому були впроваджені останні технічні напрацювання (рис. 2).

Опції комплекту: 1) кутова оптика для вимірювання малих кутів; 2) оптика для вимірювання площинної основи; 3) оптика для вимірювання прямолінійності пересування; 4) оптика для вимірювання перпендикулярності; 5) оптика типу «Doublepass» для вимірювання від диференціальних і не диференціальних плоских дзеркал.

Рис. 2

Слід підкреслити нові можливості пристрою: розширення 100 пм, вимірювання вібрації до 100 кГц, динамічні вимірювання 100 000 вибірок/с, вимірювання з максимальною швидкістю до 7 м/с (у трьох напрямах), вихід енкодера, інтегрований, високого рівня, безпровідний модуль компенсації параметрів довкілля.

НРІ - 3Б використовується для вимірювання геометрії машин; площинні вимірювання; вимірювання паралельності вісей; кутове позиціонування; вимірювання вібрації; вимірювання прямолінійності; вимірювання перпендикулярності; вимірювання малих кутів; лабораторні та субнанометричні вимірювання; вимірювання у вакуумі.