Практические занятия по физике со студентами прикладного бакалавриата

Размещено на http://www.allbest.ru/

Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления

Практические занятия по физике со студентами прикладного бакалавриата

Владислава Геннадьевна Ваганова,

кандидат педагогических наук, доцент

г. Улан-Удэ

Аннотация

программа физика лабораторный подготовка

В статье рассматривается проблема подготовки по физике будущих инженеров в рамках программ прикладного бакалавриата. Особенностью обучения по таким программам является то, что они основываются на образовательных программах среднего профессионального образования в сочетании с программами высшего образования, включающими получение серьёзной теоретической подготовки. Особое внимание в статье уделяется практическим занятиям: лабораторному практикуму и практикуму по решению физических задач. При выполнении лабораторных работ предлагается использовать так называемые творческие лабораторные работы, при выполнении которых обучаемые самостоятельно прорабатывают теоретический материал, для того чтобы сформировать чёткое представление об изучаемом явлении, физическом законе. Кроме того, студенты должны прогнозировать результаты проводимого эксперимента. Далее обучаемые самостоятельно ставят цели и задачи эксперимента, подбирают необходимое лабораторное оборудование, делают выводы по исследованию. В качестве средств активизации познавательной деятельности студентов при решении физических задач автор статьи предлагает интегративные межпредметно-межцикловые связи, ориентирующие обучаемых на применение знаний в реальных условиях производства. Такие задания включают в себя знания не только по физике, но и химии, математике, спецтехнологии и т. д. Приводятся примеры подобных задач с комментариями.

Ключевые слова: прикладной бакалавриат, дифференцированное обучение по физике, межпредметные связи, интегративные задачи, исследовательская лабораторная работа

Annotation

Vladislava G. Vaganova, Candidate of Pedagogy, Associate Professor, East-Siberian State University of Technology and Management

Practical Training in Physics for Applied Bachelor Degree Course

The article is devoted to the problem of training of future engineers in physics as part of the applied bachelor degree programs. Such training programs' main feature is that they are based on the educational programs of secondary vocational education, in conjunction with higher education programs, including getting a serious theoretical training. Particular attention is paid to practical training: laboratory practical works and workshops to address physical problems. When the laboratory work is proposed to use the so-called creative laboratory work, under which trainees are working on their own theoretical material, in order to form a clear picture of the phenomenon under study, a physical law. In addition, students are required to predict the results of the experiments. Next, students put their own goals and objectives of the experiment, pick up the necessary laboratory equipment, make conclusions on the study. As a means of informative activity of students in the solution of physical problems the author offers integrative interdisciplinary, inter-cycle communication, orienting learners to apply knowledge in real-world production environments. Such tasks include knowledge not only in physics but also in chemistry, mathematics, special technology, etc. Examples of such tasks with comments are given.

Keywords: applied bachelor degree program, differentiated instruction in physics, interdisciplinary communication, integrated tasks, research lab

Вводная часть

В современных условиях технический университет должен решать задачи, цель которых - повышение уровня профессиональной компетентности выпускника, способного в процессе будущей трудовой деятельности не только осваивать новые техники и технологии, уметь пользоваться инженерными методами при решении технических задач, но и обладающего способностью к изобретательству, к решению задач, выходящих за рамки узкотехнических. Особенностью современного этапа развития становится увеличение наукоёмкой составляющей производства, что требует подготовки высокопрофессиональных кадров, развития навыков совместной работы. Таким образом, современный инженер должен обладать высоким уровнем сформированности профессионально-технологических компетенций, характеризующейся надпредметностью, междисциплинарностью, многофункциональностью. Меняются позиции человека в производственной деятельности. Специалисты сами определяют алгоритм действий, который связан с анализом сложных технических проблем, что требует развитого творческого мышления и самостоятельного пополнения своих знаний. В последнее время большое внимание уделяется качественно новому уровню высшего образования - практико-ориентированным программам бакалавриата (прикладного бакалавриата). Такой уровень образования базируется на образовательных программах среднего профессионального образования в сочетании с программами высшего образования, включающими получение серьёзной теоретической подготовки. При этом объём практической части программы, включая лабораторные и практические занятия, учебную и производственную практику, составляет не менее половины всего времени, отведённого на обучение. Можно сказать, что, получая диплом о высшем образовании, выпускник обладает таким набором знаний и навыков практической деятельности, которые позволяют ему приступить к профессиональной деятельности.

Указанные причины являются основанием для пересмотра требований к процессу обучения. В работе технического вуза очень важно обеспечить развитие каждого обучаемого с учётом его индивидуальных особенностей, выработать умение глубоко анализировать явления, привить навыки самостоятельной работы и стремление получать новые знания. Поэтому перед преподавателями наряду с формированием системы знаний стоит задача развития творческой личности. Обучение не должно сводиться только к простой передаче знаний и умений, а проводиться так, чтобы обучаемые пополняли, закрепляли, углубляли и конкретизировали полученные теоретические знания и умения и на основе полученных теоретических знаний приобретали умения и навыки по избранной профессии.

Методологическую основу составляют идеи практико-ориентированного (Н. К. Бакланова, С. Н. Вершинина, А. Г. Казакова, Ю. И. Калугина, Ф. З. Кабирова и др.) и интегративного подходов (О. И. Бугаев, Н. М. Буринская, С. М. Гапеенков, Г. Д. Глейзер, И. Д. Зверев, Г. Ф. Федо- рец и др.).

Результаты исследования

В процессе обучения физике в техническом университете немаловажное место занимают практические занятия, которые предназначены для более детального изучения дисциплины. Изучая физику в вузе, студенты должны освоить методологию научного познания и современный стиль физического мышления, выполняя лабораторный практикум, а также расширить и детализировать теоретические знания на практикуме по решению физических задач.

На наш взгляд, лабораторный практикум должен содержать такие работы, которые в максимальной степени позволяют раскрыть творческое начало обучаемых, ограничить механичность, рутинность при их выполнении. Как правило, в указаниях к выполнению лабораторных работ присутствует подробный алгоритм, который повторяется в каждом описании. В результате студенты формально выполняют пункт за пунктом инструкции, не задумываясь над смыслом стоящей перед ними задачи, и не могут обобщить то существенное, что есть в каждой из работ: принцип построения схемы исследования и методику проведения эксперимента.

Основная цель лабораторного практикума - моделирование для будущего инженера самостоятельной экспериментальной работы, а не только практические навыки работы с научным оборудованием и аппаратурой. Таким образом, в настоящее время возникла необходимость в выявлении и обосновании дидактических средств и условий, способствующих повышению эффективности формирования умений анализа и синтеза. К таким средствам относятся лабораторные работы творческого характера. На этапе подготовки к выполнению работы преподаватель ориентирует студентов на постановку задачи, методы её решения, полученный результат. В дальнейшем обучаемые самостоятельно прорабатывают теоретический материал, для того чтобы сформировать чёткое представление об изучаемом явлении, физическом законе. Кроме того, студенты должны прогнозировать результаты проводимого эксперимента. Работы должны быть построены таким образом, чтобы в процессе их выполнения студенты самостоятельно справлялись с типичными трудностями эксперимента (выделять объект наблюдения, самостоятельно воспроизводить и анализировать простейшие физические явления, устранять небольшие технические неполадки и т. д.) [1].

Целенаправленное и скоординированное применение продуктивных методов обучения способствует формированию приёмов научного поиска, развитию творческих способностей студентов, тем более, что физика является наиболее подходящим предметом для начального воспитания творческого мышления.

На практических занятиях по решению физических задач можно активизировать познавательную деятельность студентов при помощи межпредметно-межцикловых (интегративных) связей, ориентирующих студентов на практическое применение знаний, умений и навыков в реальных условиях производства, на слияние этих знаний в единую систему путём взаимопроникновения общеобразовательных, общетехнических, специальных дисциплин и производственного обучения. Систематическое применение обучаемыми межпредметных связей позволяет использовать определённый математический аппарат в процессе учёбы и труда, понимать научные законы и закономерности, используемые при создании технических объектов и разработке технологических процессов, выявлять возможности использования конструкционных материалов, области и условия их применения, конструировать новые технические объекты, овладевать передовыми приёмами работы в соответствии с научно-техническим прогрессом в отрасли производства.

В литературе довольно широко представлены средства реализации межпредметно-меж- цикловых связей в процессе обучения. Рассмотрим решение интегративных задач по физике, математике, химии и спецтехнологии. Если в межпредметных заданиях зачастую общетехнические и специальные знания лишь демонстрируют физические законы и явления, то предлагаемые интегративные задачи - это, как правило, конкретная производственно-техническая ситуация. В таком случае теоретические знания по дисциплинам естественнонаучного цикла используются как элемент практико-познавательной деятельности. Будущие инженеры видят, как знания, полученные в вузе, будут применяться в их профессиональной деятельности. Это тем более ценно, что о возможности применения тех или иных естественнонаучных закономерностей обучаемые узнают не из объяснения преподавателя, а в результате собственной познавательной и практической деятельности (в особенности, если речь идёт о подготовке студентов по программам прикладного бакалавриата). Это способствует, с одной стороны, повышению осознанности усвоения знаний учащимися, с другой - формированию устойчивой мотивации социально-трудовой активности.

Реализация межпредметно-межцикловых связей, осуществляемая студентами в процессе решения интегративных задач по предметам естественно-математического и профессионально-технического циклов, способствует формированию у обучаемых единой по структуре и по содержанию системы знаний более высокого уровня по сравнению со знаниями, приобретаемыми ими при изучении отдельных, общеобразовательных, общетехнических и специальных дисциплин.

Интегрированные задачи содержат проблемные задания, дополненные комментарием. В комментариях раскрывается необходимость актуализации тех знаний, которые являются опорными для решения данной задачи, определяются основные затруднения, которые могут возникнуть перед обучаемыми в процессе решения, и пути их преодоления. Способы преодоления затруднений необходимо подобрать таким образом, чтобы обеспечить максимальное участие учащихся в решении задания, исключить прямую подсказку со стороны преподавателя, сократить затраты учебного времени на решение задания. При таком подходе увеличивается интерес к познавательной деятельности, легче усваиваются способы решения сложных задач.

Например, решение интегративной задачи, требующей знаний материала физики электротехники.

Пример 1. При закалке металлических режущих инструментов охлаждение производится в воде или машинном масле. Так как температура металла велика, то при погружении в воду она закипит - вокруг резца образуется паровое облако малой теплопроводности. В масле такого эффекта не образуется, значит, оно будет значительно лучше охлаждать металл. На первый взгляд, логика в рассуждениях безупречна, однако на самом деле это не совсем так. Опровергните сказанное.

Сравнивая теплоёмкость воды с теплоёмкостью машинного масла, можно увидеть, что способность охлаждать неодинакова: если принять охлаждающую способность воды при температуре 20 °С за единицу, то охлаждающая способность масла будет равна 0,2-0,4. В зоне термитных превращений (650 °С) вода охлаждает в 5-6 раз быстрее, чем масло. Кроме того, нужно учесть, что вода применяется для охлаждения углеродистых сталей, а маслом охлаждают легированные стали.

Пример задачи по физике, требующей знания химии и нанотехнологии.

Пример 2. Для точного определения массы предельно малых объектов (например, вирусов) можно заставить углеродную нанотрубку колебаться в электрическом поле. Взвешиваемая частица располагается на конце нанотрубки, при этом её собственная частота колебаний уменьшается от 3,28 МГц до 968 кГц. Каким образом определить массу взвешиваемой частицы?

Для решения задачи достаточно вспомнить, как зависит частота колебаний от массы частицы. Нелишним будет задать следующий вопрос студентам: «Для чего колебания нанотрубки совершаются в электрическом поле?».

Пример 3. В конструкции электроизмерительных приборов предусмотрено использование различного типа демпферов - устройств для прекращения колебаний стрелки прибора. Модель демпфера индукционного тока состоит из магнита, жёстко соединённого со стрелкой, и неподвижного проводящего кольца. Как изменятся колебания полосового магнита (жёстко соединённого со стрелкой), подвешенного на пружине, если на его пути расположить замкнутое проводящее кольцо?

Данную задачу дополняем комментарием: проблемность задачи станет отчётливее после демонстрации преподавателем двух одинаковых пружинных маятников, один из которых проходит через алюминиевое кольцо.

Более быстрое затухание маятника, проходящего через кольцо, студенты могут объяснить возникновением индуктивного тока. В случае затруднения предлагается опыт с использованием демонстрационного гальванометра для получения индукционного тока. Важно, чтобы обучаемые отчётливо представляли преобразование энергии при затухании этих колебаний.

Применение задачи целесообразно при актуализации знаний учащегося, необходимых для усвоения знаний, происходящих в колебательном контуре, а также для понимания принципа действия и конструкции демпферов индукционного типа [2].

При подготовке кадров по программе прикладного бакалавриата особое значение имеет интеграция профессионального образования и производства. Для решения этой задачи необходимо устанавливать и осуществлять межпредметно-межцикловые интегративные связи, в том числе и при решении физических задач и выполнении лабораторного практикума по физике. Повышению качества профессиональной подготовки будущих инженеров будет способствовать не только дифференцированное обучение в вузе, усиление профессиональной направленности предметов естественно-математического цикла, но и разработка интегрированных курсов и дидактических материалов по общеобразовательным и профессионально-техническим дисциплинам.

Создавая банк интегративных задач, необходимо включать задания разного уровня сложности - от самых простых, соответствующих уровню воспроизведения, до наиболее трудных, проблемных, для того чтобы у обучаемых возник опыт использования теоретических и практических знаний в профессиональной деятельности в новых производственных ситуациях, что позволяет преподавателям выбирать на том или ином этапе обучения заданий для разных контингентов обучаемых, реализуя тем самым задачи дифференцированного подхода к образованию.

Заключение

В рамках исследования были разработаны творческие задания для лабораторного практикума по физике, а также интегративные задачи по курсу физики. Апробировано применение этих разработок в процессе обучения физике прикладных бакалавров в техническом университете.

Список литературы

1. Ваганова Т Г. Творческие лабораторные работы по физике // Физика в системе современного образования. СПб.: Изд-во РГПУ им. А. И. Герцена, 2003. Т 2. С. 28-29.

2. Ваганова В. И., Ваганова Т Г Решение интегративных задач при подготовке бакалавров технического направления // Вестник Бурятского государственного университета. Сер. Теория и методика обучения. Улан- Удэ: Изд-во БГУ, 2013. № 15. С. 17-20.

3. Демин В. А. Профессиональная компетентность специалиста: понятие и виды // Стандарты и мониторинг в образовании. М., 2000. № 4. С. 34-42.

4. Мануйлов В. Ф. Инженерное образование на пороге XXI в. М.: Дом Русанова, 1998. 325 с.

5. Маркова А. К. Психология профессионализма. М.: Знание, 1996. 308 с.

References

1. Vaganova T G. Tvorcheskie laboratornye raboty po fizike // Fizika v sisteme sovremennogo obrazovaniya. SPb.: Izd-vo RGPU im. A. I. Gertsena, 2003. T 2. S. 28-29.

2. Vaganova V. I., Vaganova T G. Reshenie integrativnykh zadach pri podgotovke bakalavrov tekhnicheskogo napravleniya // Vestnik Buryatskogo gosudarstvennogo universiteta. Ser. Teoriya i metodika obucheniya. Ulan-Ude: Izd-vo BGU, 2013. № 15. S. 17-20.

3. Demin V. A. Professional'naya kompetentnost' spetsialista: ponyatie i vidy // Standarty i monitoring v obrazovanii. M., 2000. № 4. S. 34-42.

4. Manuilov V. F. Inzhenernoe obrazovanie na poroge XXI v. M.: Dom Rusanova, 1998. 325 s.

5. Markova A. K. Psikhologiya professionalizma. M.: Znanie, 1996. 308 s.

Размещено на Allbest.ru