авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 8 | 9 || 11 | 12 |

«Министерство образования и науки Российской Федерации Научно-методический совет по физике Минобрнауки РФ Российская академия наук Московский государственный университет ...»

-- [ Страница 10 ] --

Курс «История физики» в системе подготовки будущих учителей © В. А. Ильин, В. В. Кудрявцев Московский педагогический государственный университет (Москва, Россия) basilio_84@mail.ru Знание истории физики является неотъемлемой частью физического образования. Конечно, эти сведения могут быть получены непосредственно при изучении общей и теоретической физики. Однако там изложение исто рико-физических проблем носит скорее фрагментарный, нежели системный характер. В то же время отсутствие у будущего учителя широких представ лений о предмете и методах истории физики существенно обедняет его научный и культурный кругозор, лишает его возможности разнообразить и углубить содержание учебного предмета, и как следствие, расширить науч ное мировоззрение учащихся. Во многом сложившаяся ситуация послужила основанием для введения курса истории физики в программы педагогиче ских вузов. Так, на факультете физики и информационных технологий МПГУ достаточно продолжительное время читается мультимедийный лек ционный курс «История физики», на основе которого была написана и из дана книга проф. В.А. Ильина «История физики» [1]. В ней рассмотрены исторические вехи развития физической науки, начиная с античных времен и заканчивая открытиями в области квантово-релятивистской и субатомной физики (таблица).

Таблица Содержание курса «История физики»

Периоды развития Примерная тематика лекций физической науки Физика в начале пути. Физические знания в период Антично Доклассическая физика сти. Средневековая физика (XI–XIV вв.). Физика в эпоху Возрождения и коперниканская революция в астроно мии (XV–XVI вв.) Эпоха формирования физики как Закладка фундамента физики науки. Научная революция XVII (вторая половина XVII в.).

в. Развитие физики как самостоятельной науки и освоение ньютоновского ме тода (XVIII в.) Классическая физика Формирование классической физики (1800–1900-е гг.) на основе точного эксперимента, фе номенологического подхода и матема тического анализа. Единая полевая теория электричества, магнетизма и света. Физика тепловых явлений Эпоха квантово-релятивистской и Кризис классической физики. Кванто субатомной физики (с 1900 г. по вая механика. Специальная и общая настоящее время) теория относительности.

Физика атома и атомного ядра. Физика элементарных частиц. Релятивистская астрофизика и космология Кроме того, опираясь на исследования В. Л. Гинзбурга «наиболее важных и интересных» проблем современной физики, в содержание учеб ной дисциплины «История физики» включен обзор ключевых открытий в этой области. Это связано с тем, что современный период развития физики (середина XX в. – начало XXI в.) ознаменован тектоническими сдвигами в теоретических, прикладных и социокультурных основаниях этой науки;

объектами исследований выступают открытые, нелинейные и саморазвива ющиеся системы, а также физические процессы и явления не только макро-, но и микро- и мегамира. На наш взгляд, будущим учителям просто необхо димо знать историю выдающихся физических открытий конца XX – начала XXI вв., хотя бы для того, чтобы суметь ответить на вопросы своих любо знательных учеников.

И хотя изучение истории физики в педагогическом вузе не является самоцелью, оно производится для того, чтобы наилучшим образом подгото вить студентов к профессиональной деятельности. Чем же будет полезна история физики для школьного учителя? Отвечая на этот вопрос, подчерк нем лишь некоторые факторы [2].

История физики позволяет раскрыть эволюцию фундаментальных физических идей.

История физики является важным источником педагогических идей, дающим возможность совершенствовать методы преподавания и обо гащать методику новыми подходами и решениями.

Нередко исторический путь сообщения знаний оказывается наибо лее эффективным, особенно для школьников. Изучение истории науки по казывает, что многие физические проблемы, которые сегодня превратились в учебные задачи, ранее успешно решались учеными-исследователями.

Используя в преподавании историко-физический подход, можно воспитать уважение и любовь учащихся к предмету и, что не менее важно, привить им естественнонаучное мировоззрение. История физики – мировоз зренческий предмет. Он расширяет культурный и научный кругозор учите ля и учащихся.

К настоящему времени разработаны содержание и методика изуче ния не только курса «История физики», но и многочисленных спецкурсов историко-физической направленности. К ним можно отнести такие курсы, как «Современная физика и астрофизика», «Нобелевские премии по физи ке», «История радиофизики», «История лазерной физики». Ведущей фор мой их преподавания является мультимедийная лекция, а изложение носит качественный характер.

В основу мультимедийных лекций по истории физики положены следующие принципы.

Приводятся необходимые сведения из современной физики, до статочные для понимания дальнейшего изложения.

Изложение ведется на качественном уровне, количественные за кономерности приводятся только в необходимых случаях. Для этого в со держание учебного материала включены сведения из истории развития со временной физики, сведения, раскрывающие внутрипредметные и меж предметные связи этой науки, сведения о вкладе выдающихся ученых в физику (факты из их жизни, знакомство с их научной деятельностью) и др.

Чтение спецкурсов по истории современной физики ведется с уче том психолого-педагогических особенностей визуального и вербального восприятия учебного материала учащимися.

Мультимедийное изложение рассчитано на активное участие, творческое начало учителя и предполагает глубокое «погружение» учащих ся в изучаемый материал.

Таким образом, инновационные подходы (прежде всего, историко физический и мультимедийный) к преподаванию истории физики состав ляют основу методов ее изучения в педагогическом вузе.

К средствам обучения относятся: учебники (например, уже упоми навшийся курс лекций по истории физики проф. В.А. Ильина [1]), учебные пособия (например, книга «Избранные вопросы истории радиофизики» [3]), хрестоматии, справочники и др. К техническим средствам обучения на заняти ях по истории современной физики относятся: ПК, мультимедийный проектор.

Обсудим теперь формы самостоятельной работы студентов и кон троль знаний при изучении курса «История физики». Для оценки промежу точных достижений учащихся могут быть использованы такие способы, как наблюдение активности на занятиях, анализ выполнения творческих работ, результатов проведения промежуточных тестовых заданий. Для итоговой аттестации учащихся целесообразно использовать зачетную форму кон троля знаний и умений. Применительно к курсу «История физики» зачет можно выставлять, например, по следующим критериям:

выполнение итогового теста;

не менее двух выступлений с докладом или сообщением на семинарах;

одно выступление с компьютерной презентацией на учебной кон ференции.

Представленные критерии оценки работы учащихся не являются обязательными. Преподаватель может устанавливать другие критерии на основе своего опыта и состава группы.

Резюмируя, отметим, что на факультете физики и информационных технологий МПГУ сложилась целостная методическая система изучения курса истории физики и спецкурсов историко-физической направленности.

Она успешно внедрена в систему вузовского физического образования.

Литература Ильин В.А. История физики. М.: Академия, 2003.

1.

2. Ильин В.А., Кудрявцев В.В. История физики в педагогическом вузе: вчера, сегодня, завтра // История науки и техники. 2009. № 3. С. 2–16.

3. Кудрявцев В.В., Ильин В.А. Избранные вопросы истории радиофизики: учеб ное пособие для студентов высших педагогических учебных заведений. М.: ООО Изда тельство «Научтехлитиздат», 2011.

О мониторинге и коррекции педагогической деятельности начинающих учителей физики © Д. А. Исаев Московский педагогический государственный университет (Москва, Россия) dmisay@mail.ru Вопросы, связанные с мониторингом, коррекцией и в конечном счете успешностью карьеры выпускников вуза сегодня занимают важное место в системе высшего образования. Важность этих вопросов не вызывает сомне ний, а в последние годы система работы вуза с выпускниками – один из критериев оценки эффективности вуза, и контролирующие органы стали уделять этим вопросам большое внимание. С учетом вышесказанного можно утверждать, что развитие мониторинга и коррекции работы выпуск ников - вопрос, имеющий принципиальное значение.

На факультете физики и ИТ МПГУ система работы с начинающими учителями физики развивается достаточно давно. Работа эта начинается, собственно, задолго до того, как студент станет выпускником, поскольку на сегодняшний день достаточно велико число студентов, которые совмещают очное обучение с работой в школе. Поскольку курс теории и методики обу чения физике этими студентами еще не освоен, то им оказывается, прежде всего, методическая помощь. Такая работа проводится не только в форме индивидуальных консультаций, но и в рамках студенческого научного об щества, в составе которого много лет работает секция методики физики.

Студенты на заседаниях секции делятся собственным опытом, обсуждают проблемы, возникающие в их практике учителя физики, делятся информа цией об инновациях, о новых технологиях, которую получают из книг и электронных источников, и т. д. Как результат участия в СНО многие сту денты получают не только практическую помощь в их педагогической дея тельности, но и выходят на изучение актуальных методических проблем, что позволяет им выполнять научно-методические работы. В зависимости от степени новизны, это могут быть не только курсовые и дипломные рабо ты, но и статьи в журналах и сборниках, работы, представляемые на раз личные профессиональные конкурсы.

Руководят методической секцией преподаватели кафедры теории и методики обучения физике, поэтому на факультете постоянно есть инфор мация о том, как работают студенты-учителя физики, и есть возможность откорректировать работу, оказав им необходимую помощь. Кроме того, совместно с Управлением по работе со школами студентам-молодым учи телям физики оказывается и организационная поддержка. Например, достаточно большое число успешно работающих в школе студентов, заканчивая обучение, уже имеют квалификационный разряд, оформленный при участии университета.

С теми студентами, которые еще не начали работать в школе в период обучения, однако собираются это сделать по окончании вуза, на факультете также проводится работа. В первую очередь им предлагаются варианты по трудоустройству. При этом с ними обсуждаются параметры предполагаемого будущего места работы. Поскольку на факультете, как правило, всегда есть предложения от работодателей, то у студентов, желающих трудоустроиться, обычно есть определенный выбор. Таким обра зом, факультет заранее получает информацию о будущем месте работы сту дента, что дает возможность отслеживать его профессиональную успешность.

Не оканчивается работа с выпускниками, которые вступили на самостоятельную педагогическую стезю, став дипломированными специалистами. Та сиситема методической помощи, которая действовала для студентов, продолжает действовать и для выпускников. Выпускники достаточно регулярно приезжают на факультет за консультациям, участву ют в мероприятиях, проводимых кафедрой теории и методики обучения физике. Некоторые из них со временем стремятся продолжить образование и поступают в аспирантуру либо прикрепляются для работы над диссертацией в качестве соискателей.

Достаточно разветвленная сеть выпускников факультета позволяет поддерживать на хорошем уровне и обновлять номенклатуру базовых школ, в которых проводится педагогическая практика. Ведь работа студентов на практике в школе, уровень которой соответствует современным требованиям, в том числе способствует профессиональному самоопределению студентов.

Таким образом, система взаимодействия факультета со школами на нашем факультете в значительной мере является подсистемой мониторинга и коррекции педагогической деятельности молодых учителей физики, а та, в свою очередь, – подсистемой полноценой реализации основной образовательной программы.

Проблема диагностики профессиональных компетенций при подготовке бакалавров в области физического образования © Е. А. Кашкарова, Л. А. Ларченкова Российский государственный педагогический университет им. А. И. Герцена (Санкт-Петербург, Россия) kashkarova_ka@mail.ru, larludmila@yandex.ru В рамках нового подхода к высшему образованию, когда его резуль тат начинают определять не через знания, умения и навыки, но через ком петенции и компетентности, приобретаемые студентами в образовательном процессе, очень важной становится проблема обеспечения его качества, решить которую невозможно без диагностических процедур. Диагностика призвана отслеживать это ожидаемые и измеряемые конкретные достиже ния студентов и выпускников, выраженные на языке знаний, умений и навыков, способностей, компетенций, которые в свою очередь описывают, что должен будет в состоянии делать студент/ выпускник по завершению всей части или части образовательной программы.

Цели образования, сформулированные в нормативных документах на языке ключевых компетентностей, носят универсальный характер, но для практического воплощения нуждаются в конкретизации в рамках конкрет ной учебной дисциплины, т. е. должны реализовываться через предметные компетенции. Возникает противоречие между задуманной универсально стью, творческим характером приобретаемых студентами в процессе обуче ния качеств и пропагандируемой практической значимостью, как правило, понимаемой достаточно узко. Возникает опасность возвращения к опреде лению результативности профессионального образования через ЗУНы, в оценивании которых накоплены богатые традиции. С другой стороны име ется опасность утрированного понимания тезиса - «важно не столько иметь знания, сколько уметь эти знания найти», что приводит к вымыванию зна ниевой компоненты из содержания образования и появлению закономерно го вопроса: возможно ли формирование специалиста, адаптированного к быстро меняющимся условиям жизни, без прочных, проверенных временем, фундаментальных знаний?

Кроме того сама диагностика профессиональных компетенций пред ставляет собой серьезную проблему. По мнению Полат Е.С.: «Парадокс компетентности состоит в том, что она обнаруживается лишь за пределами ситуаций, в которых она приобретается учеником и контролируется учите лем. Компетентность отличается от узкопредметного умения тем, что про является при решении задач, новых для ученика, не отрабатывавшихся на уроках» [2]. Очевидно, что эти слова можно отнести и к формированию профессиональных компетенций.

Педагогическая диагностика представляет собой совокупность при емов контроля и оценки, ориентированных на поиск оптимального учебного процесса в целом и совершенствование учебных программ и методик пре подавания в частности. Суть педагогической диагностики заключается в сбо ре информации о субъекте диагностики: в сравнении полученной и предыду щей информации об этом субъекте, или с описанием стандарта этого субъек та;

в анализе с целью определения причин удач или неудач в развитии, обра зовании, формировании личности;

в объяснении изменений, происходящих в субъекте диагностики;

в доведении до сведения обучающихся результатов диагностической деятельности;

в проверке воздействия различных диагно стических методов на субъект-объект диагностики [1].

Педагогическая диагностика в учебном процессе выполняет следу ющие функции:

информационная (сбор сведений о личности, об исходном уровне подготовки);

оценочная (установление уровня образования, уровня развития коллектива, уровня развития отдельного качества личности и др.);

корректирующая (внесения частичных исправлений, поправок в ход педагогического процесса).

В связи с реализуемыми функциями можно выделить виды педаго гической диагностики:

начальная (при постановке конкретных задач, в начале какого-то вида деятельности, в начальной стадии работы с обучающимися):

текущая (отслеживание хода педагогического процесса на разных его этапах);

обобщающая (при подведении итогов какого-то периода обучения, при анализе реализации конкретной педагогической задачи и пр.).

В диагностику вкладывается более широкий и более глубокий смысл, чем в традиционную проверку знаний, умений обучаемых. Проверка лишь констатирует результаты, не объясняя их происхождения. Диагности рование рассматривает результаты в связи с путями и способами их дости жения. Диагностирование включает в себя контроль, проверку, оценивание, накопление статистических данных, их анализ, выявление динамики, тен денций, прогнозирование дальнейшего развития событий. Диагностика от личается и от исследования, т. к. ее основной задачей является не столько получение на основе всестороннего изучения признаков, симптомов педаго гического процесса новых теоретических обобщений, сколько соотнесение наблюдаемого педагогического факта или явления с уже известными педа гогическими законами.

Для качественной диагностики профессиональных компетенций учи теля, в частности учителя физики, необходимо каждую компетенцию струк турировать определенным образом, т. е. разбивать на некоторые подсисте мы, которые состояли бы из совокупности как предметных знаний, умений и навыков, так и умений и навыков универсального характера. Особое вни мание необходимо также обратить на вычленение соответствующих меха низмов диагностики. Диагностическое сопровождение должно состоять из таких методических средств, которые сочетали бы в себе и возможности контроля строго определенных стандартом ЗУНов и интеллектуального и творческого развития обучающихся, и в то же время были бы достаточно просты и экономичны для широкого применения в рамках промежуточного контроля. На данный момент исследований в данном направлении прово дится явно недостаточно.

Поскольку ни одно известное средство проверки не может дать ис черпывающей картины состояния субъектов образовательного процесса, построение системы диагностики профессиональных компетенций, в част ности при подготовке бакалавров в области физического образования, явля ется актуальной педагогической проблемой. По нашему мнению решению этой проблемы будет создание комплекса диагностических мер, состоящего из следующих элементов:

1. Выделение элементов профессиональных компетенций, подлежа щих проверке (знание содержания элементарной физики, являющейся осно вой всех школьных программ по физике;

умение построить объяснение те мы школьного курса разными способами;

понимание различия между из ложением и объяснением материала;

умение оценить правильность объяс нения;

навыки построения системы обучающих вопросов;

решение методи ческих задач и т. д.).

2. Определение и обоснование критериев оценивания каждого выде ленного элемента и построение измерительной шкалы.

3. Обоснование комплексной системы оценивания профессиональ ной компетенции по накопительному принципу.

4. Рекомендации по установлению соответствия между полученными количественными результатами и их интерпретацией с точки зрения компе тентностного подхода.

Литература 1. Педагогическая диагностика/Педагогический словарь [Электронный ресурс].

Режим доступа: http://enc-dic.com/pedagogics/Pedagogicheskaja-Diagnostika-1269.html. Дата обращения: 20.12. 2. Полат Е.С. Современные педагогические и информационные технологии в системе образования: учеб. Пособие для студентов высш. Учеб. Заведений / Е.С.Полат, М.Ю.Бухаркина. – М.: Издательский центр «Академия», 2007. – 368 с.

Математическое моделирование при обучении физике:

междисциплинарные исследования и метапредметные навыки © А. С. Кондратьев, А. В. Ляпцев Российский государственный педагогический университет им. А. И. Герцена (Санкт-Петербург, Россия) mof@herzen.spb.ru Современные тенденции образования заключаются, в частности, в стремлении познакомить обучаемого (школьника, студента) с широким спектром методов, которые позволят в дальнейшем помочь осваивать новые различные области деятельности. Соответственно образовательные стан дарты включают требования к метапредметным результатам освоения обра зовательной программы для среднего образования и требования к приобре тению общекультурных компетенций для высшего профессионального об разования. Так стандарт среднего (полного) общего образования содержит требования к метапредметным результатам освоения программы, «включа ющим освоенные обучающимися межпредметные понятия и универсальные учебные действия (регулятивные, познавательные, коммуникативные)…».

В частности, к таким результатам относят «владение навыками познава тельной, учебно-исследовательской и проектной деятельности, навыками разрешения проблем;

способность и готовность к самостоятельному поиску методов решения практических задач, применению различных методов по знания». Подобный пример из стандарта ФГОС для бакалавриата педагоги ческого образования – одна из общекультурных компетенций: «способность использовать знания о современной естественнонаучной картине мира в образовательной и профессиональной деятельности, применять методы ма тематической обработки информации, теоретического и экспериментально го исследования».

Рассматривая «образование, как учебную модель науки» [1], следует обратиться к соответствующим методам научного познания и методам научного исследования, которые являются достаточно универсальными и используются в различных науках и в междисциплинарных исследованиях.

подобным универсальным методом является метод математического моде лирования. Термин «математическое моделирование» первоначально стал применяться при решении ряда физических проблем, исследовании которых потребовало использования большого объема численные вычислений и ста ло возможным лишь при использовании компьютеров. Развитие численных методов и совершенствование компьютеров привело к тому, что метод ма тематического моделирования стал применяться при исследованиях в смежных с физикой областях (естественные науки), а затем и в гуманитар ных науках. Естественно, что знакомство с методами математического мо делирования целесообразно осуществлять при изучении физики на том, или ином уровне образования.

Математическое моделирование в настоящее время выступает как новый универсальный компонент методологии любой науки, дополняя тра диционные классические методы исследования и позволяя получать надеж ные, хотя и эмпирические знания по исследуемой проблеме. «По современ ным представлениям математическое моделирование – незаменимый ин струмент нового мышления во все усложняющемся мире, своего рода «ин теллектуальное ядро» информационных технологий в условиях лавинооб разного роста получаемой информации, позволяющее оформлять этот поток в стройные научные системы» [2]. Обучение математическому моделирова нию подразумевает не просто усвоение определенных правил и способов действия. Речь идет о развитии своеобразного стиля мышления, отличного от того, который формировался при «классическом» подходе к изучению естественных и гуманитарных наук. Типичные математические модели вы ражают фундаментальные законы природы в конкретных ситуациях. К та ким моделям относятся, в основном, модели физических явлений. Однако часто даже в тех случаях, когда известны «точные» законы, управляющие поведением системы, их непосредственное использование оказывается за труднительным, а иногда и ненужным. В первом случае речь идет о вычис лительных, иногда непреодолимых трудностях, во втором – об «избытке»

информации, содержащейся в точных решениях уравнений.

Говоря об обучении математическому моделированию, часто подра зумевают обучение обучению вычислительным методам, их алгоритмиза ции и реализации на компьютере. Однако одним из основных этапов мате матического моделирования является начальный этап, заключающийся в постановке задачи и построении математической модели явления или про цесса. И именно здесь оказывается полезным опыт, приобретенный физи ками при проведении соответствующих исследований и перенос этого опы та в образовательную область.

1. Роль физики в развитии нового типа мышления учащихся.

Одна из наиболее важных проблем обучения состоит в сопоставле нии знания и понимания. Наиболее распространенная в настоящее время трактовка этой проблемы заключается в том, что знание – это сфера пре имущественно логики и гносеологии, а понимание в большей степени за трагивает эмоциональную сферу [3]. Между тем, анализ основных характе ристик физического мышления указывает на невозможность разделения этих аспектов, что особенно ярко проявляется при анализе физических па радоксов. Проблема выработки физического понимания при анализе пара доксов тесно связана с преодолением формализма в знаниях обучаемых.

Введенное Л. С. Выготским понятие «понятийной пустоты» заключается в том, что зачастую многие учащиеся усваивают слова и целые выражения и, казалось бы, способны вполне осмысленно рассказывать об изученном. За словами, однако, у них нет сложившихся понятий. Они могут лишь повто рять изученное, но не осмысленно его применить [4]. Совершенно очевид но, что подобное положение начисто исключает возможность построения модели изучаемого явления, когда необходимо именно наличие понимания сути явления и роли определяющих его причин. При решении задач, свя занных с математическим моделированием, особенно в условиях неполного знания о законах, управляющих явлением, конкретность истины выступает в наиболее полном, обнаженном виде, не допуская никаких формальных и тем более бессмысленных утверждений. И здесь трудно переоценить роль физики в развитии нужных черт мышления, ибо, как отмечается в [5], физи ка учит нас, какие вопросы можно и следует задавать Природе, если мы желаем получить продуктивные ответы, показывает мощь и значение удач ных предсказаний и удручающие, а порой и трагические последствия не удачных;

учит тому, как нужно подходить к исследованию незнакомой и непонятной ситуации, находить адекватный язык для ее описания и уста навливать соответствующие ей законы. Иными словами, физика учит тому, что многие проблемы могут быть достаточно хорошо сформулированы, так что на них можно найти ответы. Изолирование проблем и возможность предсказаний образуют краеугольный камень всех наук.

2. Вычислительный эксперимент при математическом моделировании.

Вычислительный эксперимент, представляющий собой определен ный этап математического моделирования, в ряде случаев является един ственным средством получения научного знания в связи с принципиальной невозможностью натурного эксперимента, либо из-за масштабов явления, либо из-за невозможности воспроизведения необходимого диапазона его физических характеристик. Такая ситуация имеет место с крупномасштаб ным экологическим экспериментом, глобальными климатическими измене ниями, изучением эволюции Вселенной и в целом ряде других случаев. По дробное обсуждение методики проведения вычислительного эксперимента при математическом моделировании можно найти в [6, 7]. Мы не будем останавливаться на обсуждении вопроса об использовании качественных методов при изучении физики и моделировании реальных процессов, пред ставленном в [5, 8], а рассмотрим подробнее недостаточно изученный во прос о соотношении чисто аналитических и вычислительных методов при математическом моделировании [9, 10, 11, 13]. Следует отметить, что дан ная проблема остается актуальной не только для процесса преподавания физики, математики и информатики, но и для научных исследований на основе математического моделирования [13].

Заметим, что, прежде всего, вычислительный эксперимент позволил продвинуться в область задач, которые принципиально не поддавались ре шению аналитическими методами. Примером являются задачи нелинейной динамики, интерес к которым возрос в связи с использованием компьютера.

Однако при этом роль аналитических методов и навыки владения этими методами не стали менее значимыми, а приобрели несколько другой отте нок. На наш взгляд, значение аналитических методов при проведении вы числительного эксперимента сводится в основном к двум аспектам: рас смотрение частных и предельных случаев при решении той или иной про блемы и анализ качественных особенностей уравнений математической модели и полученных численных решений. Именно анализ частных и пре дельных случаев позволяет судить о корректности полученного численным методом результата, поскольку в любом случае компьютер выдает лишь таблицу чисел или графики зависимостей, и ошибки, как при разработке и использовании численных методов, так и при программировании, практиче ски неизбежны. В то же время, в тех случаях, когда вычислительный экспе римент приводит к появлению новых качественных особенностей, этот факт требует осознания и понимания, для чего, возможно, требуется построение некоторой упрощенной модели или изучение аналогичных задач, в которых проявляются подобные качественные эффекты.

3. Математическое моделирование в других естественных и гумани тарных науках.

Математическое моделирование в других естественных науках – хи мии, биологии, географии и т.д. отличается рядом характерных особенно стей по сравнению с моделированием в физике. Прежде всего, это то обсто ятельство, что чаще всего здесь строятся имитационные модели, поскольку, как правило, не известны фундаментальные законы, определяющие изучае мое явление. В этом случае формулировка основных уравнений модели представляет собой самый важный и ответственный момент математическо го моделирования. Первый и основной вопрос, возникающий при анализе этих моделей, это вопрос об их адекватности изучаемым системам.

В определенном смысле ситуация здесь напоминает ситуацию в фи зике при построении феноменологической теории для достаточно сложных систем, когда динамический подход оказывается невозможным даже при использовании численных методов решения. Построение такой феномено логической теории требует нетрадиционного подхода, основанного на осо знанном отказе от использования наиболее естественных понятий, но тре бующего более высокого уровня используемых математических средств.

При этом истинная роль фундаментальных теорий сводится к объяснению относительно небольшого числа параметров феноменологической теории, в терминах которой проводится описание экспериментальных данных.

Инте ресно отметить, что иногда такая более «простая» феноменологическая тео рия оказывается более общей, чем «объясняющая» ее фундаментальная тео рия [2, 3]. На современном этапе развития науки подобный подход, осно ванный на использовании более общей, фундаментальной теории, в других естественных науках оказывается невозможным, и построение модели про изводится на основе интуитивных представлений, качественных соображе ний, эвристических принципов и т. д. И именно здесь оказывается бесцен ным опыт построения математических моделей в физике, когда вырабаты ваются указанные умения. Особый интерес представляет моделирование сложных систем, исследование которых требует привлечения данных, отно сящихся к различным областям знания, например, моделирование процес сов индуцированного роста тромбов в кровеносных сосудах. При создании моделей таких процессов на равных выступают физические и биологиче ские факторы [2].

В качестве других примеров моделирования процессов в биологии можно привести модели, описывающие процессы самоорганизации, про цессы эволюции живых систем. Математическое моделирование в гумани тарных науках затрагивает как частные проблемы, такие как возникновение циклов в экономике, образование этносов в историческом развитии, эволю цию различных общественных подсистем, так и процессы, относящиеся к глобальным, такие, как рост народонаселения планеты и взаимосвязь эколо гических, социальных и экономических проблем. В качестве примера здесь можно указать на модель Медоуза [14]. Многочисленные примеры подоб ного моделирования можно найти в книгах [2, 15, 16, 17, 7]. Часто подоб ные модели связаны с нелинейными физическими задачами, что позволило физику Г. Хакену проследить подобную аналогию и сформулировать новую область междисциплинарных исследований, описывающую возникновение и распад различных структур в природе и обществе, для которой он ввел термин синергетика [18].

4. Обучение основам математического моделирования.

Выработка научно значимых умений математического моделирова ния представляет сейчас собой одну из основных задач обучения, поскольку такие умения обеспечивают возможность непрерывного образования в лю бой области человеческой деятельности. К настоящему времени уже накоп лен определенный опыт обучения математическому моделированию в про цессе разработки инновационного подхода к изучению различных дисци плин и в первую очередь физики, математики и информатики. Здесь можно указать, в частности, на работу [19], посвященную развитию информацион ной методической системы обучения физике в средней школе, и на работу [20], в которой решение физических задач рассматривается с позиции мате матического моделирования реальных явлений природы.

Можно сформулировать три основные задачи, которые призвана ре шать правильно организованная система обучения математическому моде лированию. Эти задачи сводятся к выработке универсальных умений мате матического моделирования, позволяющих: а) успешно строить математи ческие модели сложных явлений, не относящихся к одной строго опреде ленной области знаний;

б) проводить исследование этих моделей и числен ные расчеты, позволяющие дать исчерпывающее объяснение эксперимен тальных данных;

в) делать теоретические предсказания о характере измене ний процессов и явлений при варьировании определяющих их параметров.

Рассмотрение подобных моделей в рамках факультативных курсов позволяет по-новому сформулировать проблему межпредметных связей, сдвигая ее с уровня взаимных ссылок при рассмотрении явлений в различ ных учебных предметах, на уровень совместного использования данных отдельных наук в общем исследовании.

Литература 1. Самарский А.А. Неизбежность новой методологии. Математика и методологи ческое обоснование науки // Коммунист, 1989, № 1.

2. Бордовский Г.А., Кондратьев А.С., Чоудери А.Д.Р. Физические основы матема тического моделирования. М.: Academia, 2005.

3. Кондратьев А.С., Ситнова Е.В. Парадоксальность физического мышления.

Иваново, ИГУ, 2010.

4. Выготский Л.С. Собрание сочинений. Т.2: мышление и речь. М.: Педагогика, 1982.

5. Kadanoff L.P. Greats // Physics Today, 1994, № 4.

6. Компьютеры, модели, вычислительный эксперимент. Под ред. А.А.Самарского.

М.: Наука, 1988.

7. Самарский А.А., Михайлов А.П. Математическое моделирование. – М.: Физма тлит, 2001.

8. Кондратьев А.С., Ляпцев А.В. Физика. Задачи на компьютере. М.: Физматлит, 2008.

9. Глазков В.В., Кондратьев А.С., Ляпцев А.В. Математическое моделирование при изучении физики // Физическое образование в вузах. Т. 13, № 4, 2007, С. 38–52.

10. Кондратьев А.С., Ляпцев А.В. Вычислительный эксперимент в задачах нели нейной динамики // Компьютерные инструменты в образовании. № 2, 2010, С. 52–63.

11. Кондратьев А.С., Ляпцев А.В. Математическое моделирование: аналитические и вычислительные методы // Компьютерные инструменты в образовании. №5, 2007, С. 20–24.

12. Кондратьев А.С., Ляпцев А.В., Ситнова Е.В. Компьютерное моделирование при изучении физики. Проверка корректности вычислений // Компьютерные инструменты в образовании. № 2, 2006, С. 52–57.

13. Кондратьев А.С., Ляпцев А.В., Скоропад Д.В. Магнитные свойства металлов // Компьютерные инструменты в образовании. №3, 2010, С. 39–44.

14. Медоуз Д.Х., Медоуз Д.Л., Беренс В. Пределы роста. – М.: Изд-во МГУ, 1991.

15. Гритченко В.Т., Маципура В.Т., Снарский А.А.. Введение в нелинейную ди намику: Хаос и фракталы. М.: Изд. ЛКИ, 2007.

16. Капица С.П., Курдюмов С.П., Малинецкий Г.Г. Синергетика и прогнозы бу дущего. – М., 2001.

17. Ляпцев А.В. Методы математического моделирования в гуманитарных науках.

С.Петербург, 2004, 77 с.

18. Хакен Г. Синергетика. – М.: Мир, 1980.

19. Кондратьев А.С., Лаптев В.В., Ходанович А.И. Информационная методиче ская система обучения физике в школе. СПб., РГПУ им. А.И. Герцена, 2003.

20. Кондратьев А.С., Филлиппов М.Э. Физические задачи и моделирование ре альных процессов. СПб.: РГПУ им. А.И. Герцена, 2001.

Новые учащиеся! Новая школа! Новые учителя?!

© О. А. Крысанова Самарский государственный университет (Самара, Россия) koassu@mail.ru В настоящее время мы являемся свидетелями и участниками форми рования нового типа общества, характер и содержание которого обознача ются как «постиндустриальное общество», «информационное общество», «общество знаний». Информация превратилась в самый ценный по содер жанию и массовый по форме товар, потребителем и производителем кото рого является все общество. Формируется информационный образ жизни в информационной среде.

Информационная среда – это мир информации вокруг человека и мир его информационной деятельности. Сегодня основная масса школ обеспечена и техникой, и возможностями коммуникаций, и электронными образовательными ресурсами. С приходом в школу информационно коммуникационных технологий (ИКТ) образовательная среда школы начала меняться. Целью создания информационной образовательной среды (ИОС) школы становится содействие процессам активного сетевого взаимодей ствия между участниками образовательного процесса. В образовательный процесс учебных заведений активно внедряются новые средства, формы и методы обучения, связанные с информационными технологиями. Школы оборудуются компьютерной техникой и периферийными устройствами.

Компьютеры необходимы для воспроизведения обучающих систем, исполь зования учебных видео- и аудиозаписей, электронных учебников и слова рей, для участия в сетевых сообществах по различным темам и направлени ям, для внедрения электронных образовательных ресурсов в учебный про цесс, тестирования и решения прочих образовательных задач. Идет массо вое подключение к Интернету и наполнение фондов библиотек и медиацен тров цифровыми образовательными ресурсами (ЦОР) различных компаний производителей.

В соответствии с технологической модернизацией школ, внедрением стандартов второго поколения появляется новая профессиональная задача учи теля физики – уметь проектировать информационно-коммуникационную пред метную среду при обучении физике. Такую среду можно определить как вза имосвязь условий, способствующих учебному информационному взаимо действию между учениками, учителем и средствами ИКТ, познавательной активности учеников при условии наполнения компонентов среды предмет ным содержанием, обеспечивающих деятельность с информационным ре сурсом некоторой предметной области с помощью интерактивных средств ИКТ. Однако для эффективного проектирования информационно коммуникационной предметной среды учителю необходимо учитывать психологические особенности и возможности школьников воспринимать информацию, содержание информации, которая воздействует на школьни ков. Не случайно различные информационные источники, описывающие современных учащихся и их особенности восприятия информации, изоби луют метафорами – «кнопочные дети», «цифровые дети», «клиповое мыш ление» и др.

Выделим принципиальное различие между восприятием «печатного слова» и информации, которую ученик получает с экрана компьютера: кни га всегда была «собеседником», строилась как диалог читателя и текста, а компьютер, как показывают различные психологические исследования, сводит этот диалог к минимуму. Одновременное использование всех ин формационных каналов – зрительных, слуховых, тактильных, что характер но для современных информационных продуктов и телекоммуникационных технологий, создает переизбыток информации. Это резко сокращает время, необходимое на ее усвоение, тем самым ученик лишается возможности кри тически оценить поступающую информацию. Какое содержание информа ции сегодня окружает современного школьника? Это телевидение и радио, различные печатные издания, компьютерные игры, обучающие программы и сеть Интернет – хранилище информации, снабженное процедурами ввода, поиска, размещения и выдачи информации, что отличает ее от простых скоплений информационных материалов.

Необходимо отметить некоторые тренды в развитии технологий и естественных наук, оказывающие непосредственное влияние на организа цию, проектирование и отбор содержания при обучении физике как школь ников, так и на подготовку будущих учителей физики к профессиональной деятельности в условиях реформирования образования:

- согласно прогнозу компании IBM гигантские массивы научных данных о природе и экологии Земли будут собраны «гражданами-учеными»

(citizen scientists), использующими простейшие датчики, доступные уже сейчас на смартфонах и других мобильных устройствах;

обозначенная тен денция нашла выражение в научном краудсорсинге – использование ресур сов неопределенного количества лиц в определенных научных целях;

в настоящее время проекты научного краудсорсинга для школьников реали зованы в глобальной школьной лаборатории (www.globallab.ru);

- уже сегодня существуют десятки приложений для мобильных устройств, которые используют встроенные сенсоры для измерения пара метров внешней среды – шума, силы ветра, освещенности, ИК-излучения, величины магнитного поля, интенсивности радиации и др.;

все больше сен соров будет встроено в смартфоны, предметы обихода, автомобили и даже одежду, а значит, все больше датчиков будет в распоряжении «ходячих ла бораторий».

Выделенные тренды найдут отражение в появлении нового поколения цифровых учебников на базе мобильных планшетных компьютеров, обеспе чивающих легко обновляемый контент, возможность использования данных с внешних устройств (фото- и видеокамеры, микрофона, цифровых датчиков), возможность коммуникации с другими классами через сеть Интернет.

Тогда новая профессиональная задача учителя физики – уметь про ектировать информационно-коммуникационную предметную среду при обучении физике – может быть структурирована с учетом логики методики обучения предмету:

• осуществлять новое целеполагание, адекватное целям современно го физического образования в соответствии со стандартами второго поко ления (содействие достижению учащимися целостной совокупности пред метных, метапредметных и личностных результатов образования, формиро вание у учащихся инновационной активности);

• проектировать новые учебные материалы по физике и формы их применения в соответствии с современными тенденциями изменения содер жания физического образования и новыми образовательными технологиями;

• использовать образовательные технологии работы с различными физическими текстами (информационными, повествовательными, дискус сионными), новыми экспериментальными установками и разнообразными базами данных;

• осуществлять педагогическое сопровождение деятельности уча щихся при усвоении различных видов физических знаний (информацион ных, процедурных, оценочных, рефлексивных) в предметном, межпредмет ном и метапредметном контекстах;

• проводить диагностику достижения целостной совокупности лич ностных, предметных и метапредметных образовательных результатов при обучении физике на базе специально сконструированных оценочных средств (компетентностно-ориентированных тестов, ситуационных задач, кейсов и т.п.).

Таким образом, в соответствии с выделенными тенденциями и но выми профессиональными задачами учителя физики, являющимися систе мообразующими элементами концепции подготовки будущих учителей физики к методической деятельности в условиях реформирования образо вания, необходимо проектирование модели методической системы такой подготовки на новой методологической основе и последующая ее реализа ция. Иначе учащиеся при обучении в школе будут «попадать» в своего рода ножницы, когда информация, получаемая от учителя-ретранслятора, из учебника, перекрывается потоком хаотичной информации, идущей, прежде всего, от Интернета и СМИ. Причем эта информация, не имеющая струк турно-содержательной логической связи, подаваемая не системно, не про сто не вписывается в рамки стационарного образования, а представляет собой качественно иной тип, где, в частности, принципиально меняется сочетание зрительного и слухового восприятия, нарушается целостность знания, что приводит к проблеме понимания. Данным фактом нельзя прене брегать, так как конечным смыслом образования, инвариантным по отно шению к смене парадигм, образовательных концепций, всегда было не зна ние, а именно понимание.

Учебно-методическое обеспечение спецкурса «История радиофизики»

© В. В. Кудрявцев Московский педагогический государственный университет (Москва, Россия) basilio_84@mail.ru Будучи одним из важнейших направлений современной фундамен тальной науки, радиофизика обладает большинством ее характерных осо бенностей [1]. Она тесно связана с различными областями науки и техники, современными информационными технологиями, производством, здраво охранением, СМИ, военной отраслью и культурой современного цивилизо ванного общества. Проведенный анализ содержания радиофизических ис следований, удостоенных Нобелевских премий по физике, позволил опре делить магистральные направления этой науки. К ним относятся радиотех ника, радиоспектроскопия, информационные технологии и радиоастроно мия [2]. Для каждого из них рассмотрены исторические вехи развития и современный уровень исследований, что позволяет проследить эволюцию основополагающих радиофизических идей. Несомненно, это представляет значительный интерес для профессиональных историков науки. Но, вместе с тем, нам бы хотелось подчеркнуть педагогический потенциал истории радиофизики. Для этого результаты историко-научных изысканий в области истории радиофизики были положены в основу мультимедийного курса «История радиофизики», предназначенного для студентов старших курсов, магистров и аспирантов физических специальностей.

Основная цель курса — формирование у обучаемых представлений об истории развития и современных радиофизических исследованиях, о научном методе познания и современной ФКМ.

Основные задачи курса:

знакомство с научными биографиями творцов радиофизики, экс периментами, оказавшими основополагающее влияние на развитие этой науки, практическими применениями радиофизических знаний;

развитие познавательных интересов, интеллектуальных и творче ских способностей при работе с различными источниками информации в сети Интернет, с учебной, научно-популярной литературой, подготовке сообщений, докладов, рефератов, компьютерных презентаций и выступле ний с ними на семинарах и учебных конференциях;

обеспечение понимания места и роли радиофизики в развитии человеческой цивилизации в XXI в.

В основе спецкурса лежат следующие принципы.

Изложение ведется на качественном уровне, количественные за кономерности приводятся только в необходимых случаях. В содержание учебного материала по радиофизике включены сведения из истории разви тия радиофизики, сведения, раскрывающие внутрипредметные и межпред метные связи этой науки, сведения о вкладе выдающихся ученых в радио физику (факты из их жизни, знакомство с их научной деятельностью) и др.

Мультимедийное изложение рассчитано на активное участие творческого начала учителя и глубокое «погружение» обучаемых в изучае мый материал.

Чтение спецкурса обеспечивается применением ряда методов, часть которых стандартна для любой исторической науки, другая предполагает использование специфических приемов, таких как педагогический экспери мент, создание мультимедийных продуктов, использование сети Интернет и др. На современном этапе развития образования мультимедийные техноло гии предоставляют значительные возможности для реализации творческого потенциала преподавателя и обучаемых. Предлагаемый курс реализуется в виде мультимедийных лекций.

По своей тематике спецкурс охватывает не только указанные четыре магистральных направления радиофизики, но и учитывает междисципли нарные связи радиофизики и других областей знания. Так, в нем рассказы вается о многогранных связях радиофизики и медицины, радиофизики и оборонной промышленности, радиофизики и астрономии. Кроме того, по мимо Нобелевских открытий в области радиофизики обсуждаются исследо вания, не удостоенные этой награды, но имеющие высокое научное значе ние. В частности, представлен достаточно обширный материал, посвящен ный истории развития советской и российской радиотехники и радиофизи ки (в основном, в рамках научных школ).

Ясно, что для полноценного учебно-методического обеспечения кур са истории радиофизики нужны не только лекционные материалы, но и до полнительные (печатные и электронные) источники, предназначенные, как для преподавателей, так и для студентов. Однако большинство публикаций по истории радиофизики посвящено истории развития того или иного направления этой науки или биографическим сведениям об ученых радиофизиках. В силу ограниченности тиражей историко-физической лите ратуры результаты научных исследований лишь в малой степени доходят до широкого читателя. При этом вне круга читателей книг и статей по истории радиофизики оказываются студенты и аспиранты радиотехнических специ альностей вузов, физических факультетов педагогических вузов, молодые специалисты, которым и адресованы указанные издания.

Авторы статьи, понимая ценность и важность этой задачи, постара лись восполнить существующий пробел в историко-научной литературе.

Совсем недавно вышла в свет учебное пособие «Избранные вопросы исто рии радиофизики» [3]. Оно адресовано студентам и аспирантам физических специальностей высших учебных заведений, а также всем интересующимся историей науки. Учебное пособие состоит из двух частей. В первой части «История радиофизики — важная часть истории физики» обсуждаются тео ретические и экспериментальные основания радиофизики, характерные особенности и различные аспекты радиофизики как флагмана современной фундаментальной науки, предмет и методы радиофизики и ее истории.


Здесь также проведен анализ Нобелевских премий в области радиофизики, на основе которого выявлены магистральные направления радиофизических исследований, история развития которых рассматривается во второй части книги «История развития магистральных направлений радиофизических исследований». В конце пособия приведен обширный список литературы, где можно найти интересующую книгу по истории науки и техники, исто рии развития того или иного направления радиофизики, о жизни и научной деятельности выдающихся ученых-радиофизиков.

Резюмируя, отметим, что спецкурс «История радиофизики» имеет мультимедийное обеспечение (систему мультимедийных лекций), разрабо танную методику преподавания и печатную основу (в виде учебного посо бия). В совокупности эти три компонента составляют учебно-методический комплекс изучения курса, который благодаря этому может быть успешно интегрирован в систему вузовского образования.

Литература 1. Кудрявцев В.В., Ильин В.А. Изучение истории радиофизики с точки зрения ис торика науки и преподавателя вуза // История науки и техники. 2012. № 3. С. 2–10.

2. Кудрявцев В.В., Ильин В.А. История радиофизики в контексте Нобелевской премии // История науки и техники. 2009. № 10. С. 8–25.

3. Кудрявцев В.В., Ильин В.А. Избранные вопросы истории радиофизики: учебное пособие для студентов высших педагогических учебных заведений. М.: ООО Издатель ство «Научтехлитиздат», 2011.

Метод размерностей в курсах физики и астрономии © С. И. Мольков Карельская государственная педагогическая академия (Петрозаводск, Россия) molkov@kspu.karelia.ru Метод анализа размерностей позволяет устанавливать связи между физическими величинами, существенными для изучаемого явления на ос нове рассмотрения размерностей этих величин [1]. Метод характерен ис ключительной простотой, позволяя решать фундаментальные физические и астрономические задачи без использования сложного математического ап парата. Особенно эффективно применение метода размерностей в астроно мии [2, 3]. Примером может служить тема «Строение и эволюция звезд».

Из уравнения гидростатического равновесия звезды следует, что давление в центральной части звезды зависит от ее массы M, радиуса R и гравитационной постоянной G : pg M RG, где,, – показатели раз мерностей, значения которых определяются из равенства размерностей ле вой и правой частей уравнения: кг м-1с-2=(кг) (м) (кг-1м3с-2), или 2, 4, 1. Тогда для гравитационного давления получаем:

GM 2 GM pg C ~, (1) R4 R где – средняя плотность;

C – коэффициент, постоянный для гомологич ных звезд. Для однородной звезды С = 3/8 0.119. Если плотность растет к центру, растет и давление.

У звезд главной последовательности гравитационное давление ком пенсируется давлением идеальной плазмы. Для массивных звезд необхо димо учитывать и давление излучения:

p pl RaT aT 4 RaT, (2) где – молярная масса;

Ra – газовая постоянная;

– доля газового давле ния;

a – коэффициент, связанный с постоянной Стефана – Больцмана :

a 4 / c. Из равенства pg = ppl получаем формулу для температуры цен тральных областей звезды:

G M Tc ~, (3) Ra R Оценка для Солнца дает T 14 106 K, тогда для звезд главной по следовательности для температуры и давления в ядре звезды имеем:

Tc 14106 (M/M) (R/R), K, pc 1011 (M/M)2 (R /R)4, атм. (4) Светимость звезд главной последовательности L пропорциональна площади поверхности звезды 4R 2 и должна зависеть от плотности потока мощности из зоны ядра, где происходят термоядерные реакции Tc4, раз меров звезды R, плотности и коэффициента непрозрачности. Из трех величин R, и получаем безразмерную комбинацию R. Тогда:

G 4R M или L L(M/M)3, Tc4 ~ L~ (5) Ra R где светимость Солнца L = 3.9 1026 Вт.

После «выгорания» водорода в центральной области и образования гелиевого ядра звезда сходит с главной последовательности, превращаясь в красный гигант. Дальнейшая эволюция определяется массой ядра. Если она не превышает некоторую предельную, то после рассеяния внешней оболоч ки звезды образуется белый карлик, в котором гравитационное давление компенсируется давлением вырожденного электронного газа. Оно зависит от концентрации электронов ne их массы me и постоянной планка. Из соображений размерностей получаем:

5/ 2 5/ 3 2 pe ~ ne ~. (6) me 2mN me 3 / 5 1.91 (здесь на 2 2/ Точная формула содержит множитель один электрон приходится два нуклона массой mN ). Для ультрарелятивист ского газа электронов, когда их энергия mec 2, давление не зависит от массы электронов, а в формулу для p должна входить скорость света c, или:

4/ ~ c pre ~ c ne 4/. (7) 2m N Для радиусов белых карликов, используя формулы (1,6) из равенства pg pe получаем:

n 2 или R 104 (M/ M)1/3, км.

R~ (8) me mN/ 3 GM 1 / Используя наряду с формулой (1) выражения для ультрарелятивист ского газа электронов (7), получаем предельную массу белых карликов (предел Чандрасекара) в виде:

3/ 1 c или M 1.4M.

M wd ~ (9) mN G Для средней плотности белого карлика имеем: 3M / 4R3 ~ 107–109 кгм-3, что значительно превышает плотность обычного вещества (103–104 кгм-3) и свидетельствует о деформации электронных оболочек атомов и появлении газа свободных электронов.

В случае, когда масса ядра превышает предельную (9), ультрареля тивистский электронный газ не способен препятствовать дальнейшему ка тастрофическому коллапсу, сопровождающемуся взрывом внешней обо лочки звезды (сверхновая). С ростом плотности до значения 10 12–1013 кгм- начинается процесс нейтронизации вещества: p e n e, сопровожда ющийся распадом ядер и образованием вырожденного нейтронного газа с давлением, определяемым выражением:

5/ pN ~. (10) m N mN Тогда для радиуса нейтронных звезд из равенства pg = pN имеем:

2 R 10 (M /M)1/3, км.

или R~ mN GM 1 / 8/ Плотность вещества нейтронных звезд сравнима с ядерной 1017 кг/м3.

Если масса ядра превосходит 2–3 M, то процесс заканчивается образова нием черной дыры. Существование черных дыр, как объектов с нулевой абсолютной температурой, противоречит второму началу термодинамики [4]. Противоречие преодолевается, если черной дыре приписать температу ру Tb h. Эта температура, выраженная в энергетических единицах kTbh, должна зависеть от мировых постоянных c, и гравитационного радиуса черной дыры Rg 2GM / c 2 :

c c kTbh ~ ~.

Rg GM Приведенное выражение с точностью до множителя 1/ 8 совпадает с формулой Хокинга. Излучая, как абсолютно черное тело, черная дыра за конечное время испаряется.

Примечательно, что метод размерностей с минимальным привлече нием положений физики можно использовать и для решения других задач астрофизики, например, для оценки времени жизни звезды на различных этапах звездной эволюции.

Литература Седов Л.И. Методы подобия и размерностей в механике. – М.:Наука, 1981. – 1.

440 с.

Каплан С.А. Физика звезд. М.: Наука, 1977. – 208 с.

2.

Иванов Б.Н. Законы физики. М.: Высшая Школа, 1986. – 335 с.

3.

Bekenstein J. Black-hole thermodynamics // Phys. Today. – 1980. - № 1. – P. 24–31.

4.

Интеграция фундаментальной и теоретической составляющих предметной подготовки педагогических кадров по физике © Ю. С. Остроумова Российский государственный педагогический университет им. А. И. Герцена (Россия, Санкт-Петербург) Одним из наиболее значимых требований к компетентному педагогу была и остается его готовность к динамичному освоению и дидактическому преобразованию современных научных знаний, адаптации к инновациям в социальной и профессиональной сферах. Важнейшими из них в настоящее время является нарастающие изменения в технологической сфере, возрас тание значения современных наукоемких технологий в решении жизненно и профессионально значимых проблем. Анализ состояния дел здесь в суще ствующей системе подготовки педагогических кадров по физике выявляет ряд существенных противоречий, к основным из которых относятся следую щие.

1. Противоречие между необходимостью придания содержанию фи зического образования присущей современной науке ориентации на при менение фундаментальных знаний для решения актуальных для общества и человека проблем и доминирующей в предметной подготовке педагогиче ских кадров по физике академичностью, оторванностью учебного материа ла от значимых запросов практики.

2. Противоречие между необходимостью предметного отражения в системе физического образования научных основ и методов современных технологических инноваций, в том числе, в связи с открывающимися здесь возможностями для получения новых фундаментальных знаний, и неоправ данно сильным отставанием содержания ведущих учебных дисциплин по физике при подготовке педагогических кадров от проблематики современ ных научно-технических достижений.

3. Противоречие между необходимостью следования физического образования современной методологии научных исследований с характер ной для нее тенденцией к стиранию различий между фундаментальным и прикладным типами деятельности в ее содержательном и процессуальном аспектах и сепаратной востребованностью этих типов деятельности в учеб ном процессе.

4. Противоречие между необходимостью обеспечения опережающе го характера подготовки педагогических кадров по физике, их деятельност ной готовности к самостоятельному проблемно-ориентированному освое нию новых научных знаний и отсутствием в существующей системе подго товки должной для приобретения опыта такой деятельности ее востребо ванности 5. Противоречие между необходимостью формирования у будущего учителя готовности к осуществлению собственной педагогической деятель ности по преподаванию физических основ и методов современных науко емких технологий и отсутствием достаточных для этого оснований как в методической подготовке, так и в приобретаемом студентами собственном опыте обучения в вузе.


Обобщая сказанное, можно заключить, что для существующей си стемы подготовки педагогических кадров по физике характерно противоре чие между потребностью общества в учителях физики, способных взять на себя ответственность за подготовку учащихся к жизни и творческой про фессиональной деятельности в высокотехнологичном мире, потребностью самого физического образования в обогащении своего содержания пробле матикой современных научно-технических достижений и отсутствием в существующей системе подготовки педагогических кадров по физике необ ходимых для этого условий.

Для преодоления указанных противоречий необходима интеграция фундаментальной и прикладной составляющих содержания подготовки педагогических кадров, основанная на предметном материале современных научно-технических достижений. Проблема состоит в разработке соответ ствующей концептуально обоснованной стратегии интегрированного в ука занном смысле обучения, конструктивном синтезе знаний и умений, отве чающих фундаментальной и прикладной наукам, а результат ее решения – в формировании у обучающихся опыта системного освоения содержания но вой для них предметной области и системных действий в ней.

Интеграция фундаментальной и прикладной составляющих содержания физического образования выступает в системе обучения в трех качествах:

ключевого концепта построения учебных программ в масштабах основных образовательных программ и программ отдельных учебных дис циплин уровневой подготовки;

процесса установления содержательных и деятельностных связей между фундаментальной и прикладной составляющими предметной подготов ки;

основания для обеспечения необходимых показателей качества и эффективности физического образования.

В первом своем качестве интеграция выступает как средство реали зации в обучении физики ряда ведущих дидактических принципов:

системности – в силу обеспечения взаимосвязи теоретической и прикладной составляющих содержания образования, придающей ему новое качество;

научности – в силу обогащения содержания современным материалом, его проблемного характера, фундаментализации предметной подготовки;

связи теории с практикой – в силу направленности на формирование у обучающихся действенной готовности к применению теоретических знаний;

дифференцированного и индивидуального подходов к обучению – в силу предоставляемых содержанием проблематики современных научно технических достижений возможностей осуществления разноуровневого обучения и разнообразия подходов к освоению предметного материала;

мотивации к обучению – в силу актуализации учебного материала, личностной значимости содержания изучаемой проблематики.

Будучи реализованной во втором своем качестве, интеграция высту пает как средство обеспечения высокого уровня организации и динамично сти умственной деятельности обучающихся, ее сущностного, неформально го характера, освоения опыта решения актуальных проблем, осмысления результативности используемых для него исследовательских методов, це лостности поисково-познавательной деятельности. Особое значение в плане подготовки педагогических кадров здесь играет контекстность решаемых в данном проблемном поле задач и востребованность для их решения непре рывного динамичного освоения и дидактического преобразования новых зна ний, что в конечном счете должно способствовать формированию важнейшей компетентности – компетентности к обновлению своих компетентностей.

Наконец, выступая в качестве основания обеспечения качества обра зования, интеграция способствует повышению всего комплекса его показа телей: качества результатов в части широты опыта деятельности, уровня и прочности ее освоения, осознанности и обобщенности действий, качества содержания в части его полноты, приближения к состоянию современной науки, качества преподавания в части обогащения специальных знаний пе дагога в предметной области, овладения им современным инструментарием познавательной деятельности, выработки адекватного социокультурной ситуации отношения к инновациям, персонализации педагога в профессио нальной деятельности, качества технологии обучения в части нацеленности на результат как системообразующий фактор деятельности, диагностично сти задания целей обучения в плане формирования профессиональных ком петентностей и личностных качеств будущего учителя, широкого использо вания проектно-исследовательских технологий обучения, приближающих его к реальной научно-технической деятельности.

Соответствуя реализации компетентностного и личностного подхо дов в образовании, интеграция фундаментальной и прикладной составляю щих его содержания отвечает и задаче повышения эффективности образо вания в его основных компонентах: обученности, обучаемости и адаптиру емости выпускника вуза. Отметим, что в условиях непрерывного нараста ния требуемой для освоения информации адаптационное поведение педаго га не может противопоставляться его профессиональному развитию, а с необходимостью предполагает последнее. Это дополнительно актуализиру ет интеграцию как средство повышения эффективности физического обра зования.

Образовательные цели обогащения содержания подготовки педагогических кадров проблематикой современных наукоемких технологий © Ю. С. Остроумова Российский государственный педагогический университет им. А. И. Герцена (Россия, Санкт-Петербург) Насыщенность современного мира сложными техническими устрой ствами, высокий удельный вес профессиональной деятельности, направлен ной на совершенствование существующих и создание новых технологий предполагают динамичное освоение человеком современных научно технических достижений. Нельзя не отметить и важную роль для человека современной культуры способностей к аргументированному суждению о последствиях применения научно-технических достижений, соотнесения их с социокультурной необходимостью и общечеловеческими ценностями.

Модернизация экономики, повышение удельного веса в ней высоко технологичной продукции диктует необходимость широкой подготовки специалистов в области современных наукоемких технологий. Так, в 2010– 2015 гг. в сферу нанотехнологий США окажутся вовлеченными 800– тысяч специалистов, Японии – 500–600 тысяч, Европы – 300–400 тысяч, Юго-Восточной Азии – 100–150 тысяч. Потребность в эти годы России в специалистах в области нанотехнологий, по оценке академика Ю.А. Треть якова, составляет не менее 30 тысяч человек.

Психические качества личности, которые делают ее подготовленной к профессиональной работе с научно-техническим знанием, формируются в возрасте 14–20 лет. Таким образом, профессиональная ориентация обучаю щихся, приобщение их к передовым научно-техническим достижениям, отбор наиболее способной молодежи должны осуществляться уже на уровне общего образования. Это требует подготовки педагогических кад ров, способных взять на себя ответственность за решение данной задачи.

Такая подготовка должна иметь в своей основе надежное концептуальное обоснование и, в первую очередь, ясные целевые установки.

Результаты проведенного анализа социокультурной значимости и методического потенциала содержания проблематики современных науко емких технологий в физическом образовании [1–4] позволяют сформулиро вать следующие основные образовательные цели обновления содержания подготовки педагогических кадров проблематикой современных наукоем ких технологий.

1. Социализация развития личности средствами учебных предметов:

контекстуализация содержания обучения, сообразная современной социокультурной ситуации;

создание условий для освоения обучающимися новых, порожден ных современными технологиями, методов и средств поисково познавательной и практической деятельности;

создание условий для социальной адаптации и профессионального развития личности в высокотехнологичном обществе.

2. Придание приобретаемым знаниям базовых для профессиональ ной деятельности учителя свойств:

осознанности, личностной включенности в процесс приобретения новых знаний;

системности, целостности;

методологичности;

полидисциплинарности.

3. Развитие актуальных для профессиональной деятельности ка честв мысли:

целенаправленности;

конструктивности;

продуктивности;

критичности;

динамичности;

открытости новому;

самостоятельности, индивидуальности стиля.

4. Формирование профессионально значимых для учителя лич ностных качеств:

потребности и способности к непрерывному образованию, самооб разованию;

стремления к выявлению и решению проблем, освоению необхо димых для этого методов и средств;

способности к осознанному, адекватному ситуации, построению программы собственных действий и ее реализации;

ответственности за свои решения, гражданственности 5. Формирование действенной готовности к осуществлению про фессионально значимых для педагога видов деятельности:

проблемно-детерминированного сбора и анализа информации, кон струирования на основе ее анализа новых знаний в проблемной среде;

дидактического преобразования содержания современной пробле матики, приведения учебного материала в соответствие с познавательными возможностями обучающихся;

критически-рефлексивного анализа результатов и процесса их по лучения.

В связи с диктуемой спецификой педагогической деятельности необ ходимостью при обучении в вузе не только научить учиться, но и научить учить, остановимся на формировании у будущего учителя готовности к преподаванию физических основ и методов современных наукоемких тех нологий. Основаниями для построения собственной педагогической дея тельности здесь выступают:

собственный, приобретаемый студентами в вузе, опыт освоения проблематики современных научно-технических достижений;

специальная методическая подготовка в рассматриваемом направ лении.

В части последней принципиально важно, чтобы вопросы обеспече ния готовности будущих учителей к преподаванию нового материала отра жались во всех звеньях их методической подготовки:

целеполагания – ориентации на интеграцию фундаментальной и прикладной составляющих содержания образования как средство обучения, развития и воспитания личности;

педагогического проектирования – направленности на решение значимых для физического образования проблем в его мотивационном, со держательном и деятельностном аспектах;

построения и реализации методик и технологий обучения – прида нии ему присущего научно-технической деятельности проектно исследовательского характера;

диагностики учебного процесса – повышении роли практического применения фундаментальных знаний и процесса достижения конструк тивного результата как критериев оценки.

Будучи интегрированными в своих содержательном и деятельност ном аспектах, предметная и методическая подготовка в области современ ных наукоемких технологий должны способствовать формированию про фессиональных компетентностей педагогических кадров по физике, их дей ственной готовности к решению задач педагогической, исследовательской и организационной деятельности.

Литература 1. Остроумова Ю.С., Ханин С.Д. Обновление содержания предметной подготовки педагогических кадров по физике в его прикладном аспекте: проблемы и подходы к ре шению // Физика в системе современного образования (ФССО-11): материалы XI Между нар. конф. Волгоград, 2011. Т. 1. С. 349–352.

2. Остроумова Ю.С., Ханин С.Д. Системный подход к формированию готовности будущих учителей к преподаванию физики и технологии микро- и наноструктур // Физи ка в системе современного образования (ФССО-11): материалы XI Междунар. конф. Вол гоград, 2011. Т. 1. С. 352–355.

3. Остроумова Ю.С. Обновление естественнонаучной подготовки проблематикой современных наукоемких технологий как актуальная задача педагогического образования:

мотивационный аспект // Известия Российского государственного педагогического уни верситета им. А.И. Герцена, 2012, № 148, С. 118–125.

4. Остроумова Ю.С., Соломин В.П., Ханин С.Д. Формирование у будущих учите лей физики готовности к освоению содержания современных наукоемких технологий // Физическое образование в вузах, 2012. Т. 18, № 1. С. 62–73.

Ключевые концепты современных наукоемких технологий в содержании подготовки магистров © Ю. С. Остроумова, С. Д. Ханин Российский государственный педагогический университет им. А. И. Герцена (Россия, Санкт-Петербург) sinklit@mail.ru Цивилизацию XXI века характеризуют как технологически инновационную, а его культуру – как культуру производящих знаний [1].

Это должно найти свое отражение в физическом образовании на всех уров нях и в значительной степени его определять его содержание при подготов ке научных и научно-педагогических кадров в магистратуре. Будучи по своему характеру опережающей, подготовка магистров должна предпола гать освоение ими, в первую очередь, ключевых, в фактологическом и ме тодологическом аспектах, концептов развития современных наукоемких технологий.

В настоящей работе излагаются и обосновываются подходы к реше нию этой задачи, реализуемые авторами на факультете физики РГПУ им.

А.И. Герцена при подготовке магистров по трем основным образователь ным программам: «Физика конденсированного состояния», «Теоретическая физика», «Физико-математическое образование» и анализируются возни кающие при этом проблемы. В качестве предметного материала, на основе которого конкретизируется реализация ключевых концептов, выступают физические основы и методы технологий электроники и оптроники, в первую очередь, нанотехнологий как играющих ведущую роль в создании новой технологической платформы современного общества.

При подготовке магистров наук по направлению «Физика конденси рованного состояния» ведущие идеи развития современных наукоемких технологий выступают в процессе обучения как трансдисциплинарные, пронизывают практически все дисциплины предметной подготовки. По строение учебного материала осуществляется при этом на основе вариатив но-модульного подхода. Основными формами представления нового со держания является дидактические единицы и модули учебных программ общих дисциплин, таких как, например, читаемые авторами «История и методология физики», «Экспериментальные методы в физике», общетеоре тических дисциплин, к которым здесь относятся «Физика конденсированно го состояния», «Физика полупроводников», и модульных единиц – специ альных учебных дисциплин, к числу которых относятся «Физика неупоря доченных и низкоразмерных систем», «Физика современных технических устройств». Аналогом последнего для магистров наук, обучающихся по про грамме «Физико-математическое образование», является дисциплина «Осно вы современных технических устройств в курсе физики средней школы».

В общих дисциплинах предметно раскрываются привнесенные содер жанием и практикой решения современных физико-технических проблем из менения в методологии и стиле научно-технической деятельности, в том числе:

существенное возрастание роли фундаментальных знаний как не обходимой составляющей технологических инноваций, в первую очередь, физических знаний как их ориентировочной основы и движущей силы;

интеграция фундаментального и прикладного типов деятельности в их содержательном и процессуальном аспектах при сохранении ими своих целей и приоритетов, проектно-исследовательский характер, присущий со временному научному поиску;

усиление тенденции к конвергенции содержания естественнонауч ных дисциплин в разрабатываемой проблематике и самих технологий;

динамичность в освоении научно-технических достижений и свя занная с ней востребованность в широких проблемно-ориентированных исследовательских коллективах, часто «виртуальных», осуществляющих свою деятельность с помощью компьютерных средств.

В общетеоретических дисциплинах на первом плане – физические основы перспективных направлений развития современных наукоемких технологий в электронике и оптронике: инженерии электронных спектров полупроводниковых гетероструктур, информация в которых передается электрическим током, фотонике, переносчиком информации в которой яв ляется свет, спинтронике, основанной на переносе спиновой плотности электронного газа в магнитных структурах, молекулярной электронике, в которой для создания технических устройств используются принципы об работки и передачи информации в биомолекулах. Наряду с указанными устоявшимися направлениями научно-технической деятельности отражают ся физические основы зарождающихся направлений, в том числе, возник ших в результате развития физики двумерных кристаллов деформационной инженерии электронной структуры и валлейтроники [3].

Ключевыми в физико-технологическом аспекте здесь выступают но вые принципы формирования функциональных наноматериалов и прибор ных структур с необходимыми свойствами. Сегодня уже нельзя ограничи ваться классификацией нанотехнологий по их направленности – получения продуктов из макрообъектов (технологии «top-down») и из отдельных структурных частиц (технологии «bottom-top»). В содержании обучения необходимо отразить конвергенцию технологий этих типов. Результатом последней является создание гетероструктур, обладающих различными, широко изменяющимися свойствами, из предварительно полученных из объемных образцов двумерных кристаллов, качественно отличающихся от своих трехмерных прекурсоров, и формирующиеся при этом новые прин ципы получения материалов с необходимыми свойствами.

Содержание и реализация таких принципов конкретизируются в спе циальных дисциплинах посредством обучения физике определенных мате риалов (классов материалов) современных нанотехнологий. Так, при изуче нии физики двумерных углеродных материалов следует отметить, что уже двухслойный графен, получаемый из двух слоев графена посредством бер наловской укладки, качественно отличается по электронным свойствам от однослойного. Если последний является бесщелевым полупроводником, то в электронном спектре двухслойного графена при нарушении симметрии между слоями открывается энергетическая щель. Наряду с количеством слоев, определяющим свойством многослойных материалов, получаемых сборкой из двухслойных, выясняются и другие факторы: способ укладки слоев и, в случае создания гетероструктур из различных двумерных кри сталлов, порядок укладки. В отношении последнего отмечается, что вклю чение в набор исходных двумерных кристаллов изолирующих, проводящих, магнитных слоев, позволяет получать материалы, обладающие параметра ми, которые могут изменяться в широчайшем диапазоне, и комплексом ха рактеристик, которые ранее в одном материале были бы несовместимы.

Другим нуждающимся в освоении направлением в изучаемой обла сти является нанодиагностика, осуществляемая с использованием совре менных физических методов. Основы последних раскрываются в общетео ретических дисциплинах, а экспериментальные методики, отвечающие ре шению конкретных задач – в специальных дисциплинах.

Процесс освоения ключевых концептов современных наукоемких технологий высвечивает ряд недостатков в предшествующей магистратуре подготовке обучающихся. Оставляют желать лучшего уровень их методо логической культуры, системность и целостность знаний, способности к освоению тонких физических эффектов, соотнесению имеющихся теорети ческих знаний и известных методов с запросами практики, овладению опы том научно-технической деятельности и участия в ней. Таким образом, с одной стороны, возникает обратная связь, указывающая на необходимость усиления предметной подготовки обучающихся в указанных аспектах на уровне бакалавриата. С другой стороны, осуществляемая подготовка маги стров может рассматриваться как пилотный проект для проектирования и реализации новым магистерских программ обучения в приоритетных направлениях развития науки и техники.



Pages:     | 1 |   ...   | 8 | 9 || 11 | 12 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.