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 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 12 |

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

-- [ Страница 5 ] --

Важной особенностью при оптимизации проведения ФП является эффективное использование функций современных информационных технологий, которые наиболее ярко проявляющиеся при дистанционном обучении. Среди них следует отметить интерактивную обучающую систему видео допусков к лабораторным занятиям, различные компьютерные тренажеры, оптимально сочетающие натурный, виртуальный и вычислительный эксперименты, виртуальные физические практикумы и лабораторные работы с удаленным доступом. В этом случае оптимизированные ФП в цикле естественнонаучных дисциплин выступают как инновационные технологии, преобразующие характер обучения в отношении целевой ориентации, организации активного участия обучаемых в творчестве, новых форм самостоятельной работы, способов взаимодействия преподавателя и студента, возможности дифференциации, индивидуализации.

Результаты педагогического эксперимента, проведенного в ряде ведущих физических университетов, показали, что создана система практических занятий в техническом вузе в цикле естественнонаучных дисциплин, оптимизированная на основе системного подхода, которая формирует у обучаемых исследовательские компетенции и способствует превращению студента в полноправного субъекта образовательной деятельности, активно участвующего в создании эффективной информационно-образовательной среды и осуществляющего диалогическую субъект-субъектную коммуникацию с преподавателем и другими участниками исследовательского мини-коллектива [1].

Один из этапов педагогического эксперимента проводился на базе зала НИРС (научно-исследовательская работа студентов) на кафедре физики (ФН-4) НИУ МГТУ им. Н.Э. Баумана среди студентов 2 курса на третьем и четвертом семестрах [2].

Для получения допуска к выбранной ранее лабораторной работе, студенты зала НИРС должны по разработанным нами компьютерным программам ответить на вопросы, включающие общую теорию и более узкую теорию конкретной лабораторной работы, в частности технику и методику проведения экспериментов, вывод рабочих формул, схемотехническое моделирование, оценить размеры ошибок измерений и обработки экспериментальных данных. При этом ряд тестовых заданий позволяет оценить способность студентов к обобщённым методам экспериментального исследования как будущих инженеров и степень сформированности их исследовательских компетенций.

Созданный интерактивный режим видео допуска позволяет студентам приступать к проведению натурных экспериментов только при правильном ответе на все поставленные вопросы и выполнении тренировочных тестов. Каждый пункт задания сопровождают подробные теоретические объяснения, имеются также гиперссылки на электронные учебники и ресурсы сети Интернет. Дата и время прохождения теста, результаты тестирования и другие параметры выводятся на монитор, заносятся в электронный журнал и могут быть высланы на требуемый электронный адрес в виде базы данных по конкретному студенту или по группе студентов. В ходе проводимого педагогического эксперимента вычислялись и определялись разнообразные статистические показатели:

мода, медиана, средний арифметический балл, корреляция между заданиями теста, дифференцирующая способность заданий, надёжность теста, математическое ожидание, среднеквадратическое отклонение, дисперсия, эксцесс, асимметрия, бисериальный коэффициент и другие.

Анализ результатов за 2009–2012 учебные годы позволил реализовать следующие процедуры:

дифференцировать студентов по степени подготовленности прово дить экспериментальные исследования;

оптимизировать тестовые задания по их качеству (по дифферен цирующей способности и трудности в параллельных вариантах);

оценить степень сформированности исследовательских компетен ций обучаемых;

оценить временные затраты и настойчивость (по числу попыток), т. е. получить индивидуальные личностные характеристики, что необходимо для формирования творческих мини-групп, выполняющих проектно-лабора торные работы по темам рабочей программы, вынесенным на самостоятель ную работу.

На этапах рубежного контроля (9–10 неделя) и во время итогового контроля знаний конце семестра (16–17 неделя), описываемая обучающая видеосистема в режиме контроля остаточных знаний предъявляет обучаемому обобщающие вопросы по каждой из выполненных лабораторных работ и выдает студенту по 2–3 задачи из банка задач, выполняемых ими ранее в форме домашних заданий. При этом в электронном виде в журнале оценивается и фиксируется результаты прохождения тестов, которые можно отослать преподавателю, заведующему кафедрой и в электронный университет для отчетов.

По результатам проведенных педагогических экспериментов можно сделать выводы:

в контрольной группе при выполнении домашних заданий оценки (в среднем) повысились на 0,75 балла;

повысились (в среднем на 0,6 балла) итоговые экзаменационные оценки студентов в контрольной группе;

средний балл за оптимизированный физический практикум с при менением вышеуказанной системы повысился примерно на 1,2 балла и со ставил 4,45 балла;

в результате применения системы видео допусков и проведения ла бораторных работ повысилась заинтересованность студентов к выполнению практических занятий.

Для соответствия уровня подготовки студентов стандартам ФГОС ВПО третьего поколения и требованиям современным педагогики, прежде всего, необходимо включить в цели оптимизированных ФП овладение обучаемыми современными методами проведения физических исследований, ориентированными на получение заданных конечных продуктов экспериментальной деятельности и сделать их предметом усвоения. Для этого необходимо:

а) обучить студентов и внедрить в оптимизированные физические практикумы современные методы получения и обработки экспериментальных данных с использованием ИКТ;

б) повысить самостоятельность студентов в выборе методов и средств проведения виртуальных и натурных экспериментов;

г) разработать принципиально новую структуру практических занятий по естественнонаучным дисциплинам, оптимизированных на основе системного подхода;

в) повысить степень сформированности исследовательских компетенций студентов.

В зале НИРС решается задача превращения учебной экспериментальной работы в модель учебно-научного исследования с присущими ему атрибутами – построением математических и физических моделей рассматриваемых процессов и явлений, исследованием частных и предельных случаев найденных решений, поиском и разбором аналогий с другими задачами и явлениями, а также сравнением методов их анализа.

При использовании информационных компьютерных технологий студент может самостоятельно разрабатывать пути решения задач, проводить эксперименты (дистанционно и виртуально), строить модели физических явлений и процессов, планировать эксперимент, выбирать измерительные средства и методы измерения необходимых физических величин.

Разработанные методы оптимизации методики проведения физических практикумов в вузах позволяют реализовать в учебном процессе дневного и открытого образования в цикле естественнонаучных дисциплин полную систему виртуальных и материальных носителей дидактических средств и принципов в их современной и доступной интерпретации.

Результаты проведенных педагогических экспериментов и научных исследований были внедрены на кафедрах физики различных университетов Москвы и в Институте транспорта и связи (TTI) (Латвия, г. Рига) [3–5].

При этом было показано, что образовательный процесс, основанный на нашем методологическом подходе к оптимизации методики проведения физических практикумов, направлен в первую очередь на обеспечение индивидуальной (в т. ч. автономной) и групповой самостоятельной деятельности учащихся по решению учебных и учебно-исследовательских задач на основе создания адекватного поставленным целям программно методического и лабораторного комплекса. Таким образом, активное использование физических практикумов, оптимизированных на основе системного подхода, в системе высшего профессионального образования открывает дополнительные возможности для всестороннего освоения основ и методов наукоемких технологий, в том числе в условиях открытого образования.

Литература 1. Калачев Н.В. Оптимизация физических практикумов в вузах в цикле естествен нонаучных дисциплин / Н.В. Калачев // Физическое образование в вузах. ИД МФО – 2012.

– Т. 18. – № 4. – С. 43–50.

2. Задорожный Н.А. Специализированному лабораторному практикуму по физике (НИРС) – 20 лет / Н.А. Задорожный, Н.В. Калачев, А.Н. Морозов, С.Л. Тимченко // Физическое образование в вузах. ИД МФО – 2012. – Т. 18. – № 4. – С. 59–67.

3. Калачев Н.В. Применение видео систем для расширения возможностей проведения лабораторных проблемно-ориентированных практикумов [Текст] / Н.В.

Калачев, А.А. Кривченков, Б.Ф. Мишнев, А.А. Муравьев, А.Е. Муравьева // Вестник МГТУ им Н.Э. Баумана, серия «Естественные науки» –2010. – № 1. – С. 110–117.

4. Калачев Н.В. Проблемно-ориентированные физические практикумы в условиях открытого образования в цикле естественнонаучных дисциплин. Теоретические аспекты.

Монография. – М.: Издательский дом МФО. 2011. – 216 с.

5. Калачев Н.В. Проблемно-ориентированные физические практикумы в условиях открытого образования в цикле естественнонаучных дисциплин. Практические аспекты.

Монография. – М.: Издательский дом МФО. 2011. – 228 с.

Проблемное изложение лекционного материала по физике с использованием компьютерных презентаций © Л. С. Коновалец Нижегородский государственный педагогический университет им. Козьмы Минина (Нижний Новгород, Россия) klc28@mail.ru В дидактике выделяют три вида обучения: объяснительно иллюстративное, проблемное и компьютерное. При соединении последних двух открываются новые возможности, связанные с их взаимопроникновением и дополнением друг друга.

Проблемное обучение включает в себя проблемное изложение, частично-поисковый и исследовательский методы.

Современные информационные технологии позволяют использовать компьютер в качестве мультимедийного средства, инструмента вычислений и графической визуализации.

Мы рассмотрим возможности активной формы проведения лекций по физике, а именно, проблемное изложение лекционного материала с использованием компьютерных презентаций.

Проблемное изложение предполагает создание и разрешение проблемной ситуации. Проблемная ситуация – это состояние интеллектуального затруднения, при котором появилась мотивация разрешить проблему, но имеющихся знаний не достаточно, но они могут быть приобретены (генерированы) в течение данного занятия. В основе проблемной ситуации стоит проблемный вопрос, который должен быть посильным для обучаемых, но не слишком легким, так как не вызовет интеллектуального затруднения.

Приведем пример проблемного изложения с использованием компьютерной презентации на лекции по теме «Реальные газы». Перед студентами ставится проблема: описать поведение реальных газов, к которым неприменима модель идеального газа.

Поскольку для разрешения проблемы необходима актуализация знаний, то первые слайды презентации раскрывают признаки идеализации данной модели. При этом также необходимо напомнить о характере сил межмолекулярного взаимодействия, которые необходимо учитывать.

Далее, следуя рассуждениям нидерландского физика Ван-дер Ваальса, студенты приходят к необходимости учета собственного объема молекул и дополнительного давления из-за сил притяжения между ними. В результате получают уравнение состояния реальных газов, представленное на слайде:

Рис. 1. График сил притяжения, отталкивания и результирующая a p 2 V b RT V Для исследования полученного уравнения необходимо построить график изотермы в координата p(v):

RT a p V b V Следующий вопрос, который должны выяснить студенты: правильно ли описывает график поведение газа?

На графике есть участок, на котором с возрастанием объема увеличивается давление, который не может быть реализован на практике.

Также у обучаемых появляется сомнение в реальности участка графика с отрицательным давлением. Еще один проблемный вопрос касается волнообразного характера данной зависимости. Для разрешения последнего вопроса уравнение переписывается в следующем виде:

pV 2 RT pbV 2 aV ab 0.

Рис. 2. График изотермы углекислого газа в EXCEL При этом студенты вспоминают, что уравнение третьей степени относительно V имеет три корня. Если они все действительные, то получается волнообразный участок.

Если один корень действительный, а два – комплексно-сопряженные, то при данном p будет только одно значение объема V, так как физический смысл имеет только действительный объем.

Как же идут изотермы в этом случае?

Начиная с некоторой температуры, своей для каждого газа, которая называется критической Tk, при которой все корни одинаковы, изотермы будут монотонно убывающими. При T Tk волнообразного участка на графике не должно быть.

Также остается вопрос, как реализуется переход между двумя убывающими участками графика. Естественно предположить, что этим ветвям соответствуют два агрегатных состояния вещества: при больших объемах и малых давлениях – газ, при малых объемах и большом давлении – жидкость.

Далее необходимо выяснить, могут ли быть реализованы на практике участки 2–3 и 4–5, лежащие чуть выше и чуть ниже линии, где существуют две фазы вещества.

Рис. 3. График экспериментальных и теоретических изотерм реальных газов На этот вопрос студенты не могут ответить самостоятельно, поэтому преподаватель сообщает о возможности создания неустойчивых состояний:

2–3 – перегретая жидкость (закипит, если попадет пузырек), 4–5 – пересыщенный пар (переходит в насыщенный, если ввести каплю жидкости).

При низких температурах график переходит в область отрицательных давлений. Вещество под отрицательным давлением находится в состоянии растяжения. AB – перегретая жидкость, B3 – растянутая жидкость. Можно получить растянутую ртуть, жидкий гелий, спиртовые растворы, дистиллированную воду при p 0. На практике перегретая жидкость реализуется в мощных тепловых установках, что необходимо учитывать при их эксплуатации для предотвращения взрыва.

Растянутое состояние жидкости реализуется при быстрых гидродинамических процессах, когда в жидкости возникают локальные растяжения.

Формирование компетенций инженера в процессе решения задач по физике © Н. Е. Кургаева, Т. М. Ткачева Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (Москва, Россия) 311945@gmail.com;

tmtkach@rambler.ru Переход на двухуровневую систему обучения – бакалавриат и маги стратура – требует пересмотра существующих подходов к обучению. Ком петенции бакалавра техники и технологии, связанные с изучением физики, как основной фундаментальной дисциплины, взятые из ФГОС ВПО: вы пускник «использует основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применяет методы математического ана лиза и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-10)», «способен участвовать в разработке математических и физиче ских моделей процессов и производственных объектов (ПК-17)» (Направ ление подготовки 190600 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов»).

Самостоятельная работа студента наряду с аудиторными занятиями становится важным элементом подготовки будущего бакалавра (при обуче нии физики – это решение задач). Учащийся, решая задачу, должен опреде лить, какой способ решения избрать в данном случае, какие физические за кономерности следует учитывать, какие алгоритмические приемы удобно применить для установления взаимосвязи между известными и неизвест ными параметрами [1].

В качестве примера рассмотрим вывод закона Ома для цепи пере менного тока с конденсатором с использованием дедуктивного метода (от общего к частному) [2].

Дано: выражения для мгновенного значения напряжения u U m sint, и мгновенного значения силы тока в электрической цепи пе ременного тока с конденсатором i dq dt C du dt, так как dq Cdu.

а) Алгебраический вывод (через символическую запись).

Силу тока запишем с использованием представлений о действующих значениях тока и напряжения в виде J C du dt, где J I m 2, U U m 2. После дифференцирования получаем окончательно J CU.

б) Вывод с помощью операции дифференцирования.

Путем подстановки i C du dt С d dt (U m sint ) и последующего дифференцирования получаем: i CU m cos t I m sin(t 2), где, в соответствии с законом Ома для переменного тока, U m RC I m U mC амплитуда силы тока.

При изучении раздела «переменный ток» учащийся усваивает следую щие положения:

- сила тока изменяется так же, как напряжение, то есть по синусоидальному закону;

- частота тока равна частоте подаваемого на конденсатор переменного напря жения;

- между силой тока и напряжением существует разность фаз: ток опережает напряжение на конденсаторе на 2 ;

- амплитуда силы тока равна I m CU m, или I m U m RC в соответ ствии с законом Ома для переменного тока.

В теории решения физических задач выделяют следующие типы ал горитмических предписаний, различающихся по степени обобщенности [3]:

- общее алгоритмическое предписание для решения любой физиче ской задачи;

- тематические алгоритмические предписания для решения задач из определенного раздела физики;

- алгоритмические предписания при решении задачи с применением того или иного физического закона, использованием того или иного способа решения;

- частные алгоритмические предписания (алгоритмические приемы) для выполнения определенных операций при установлении взаимосвязи между конкретными физическими величинами.

Для решения задач повышенного уровня сложности требуются навыки творческого мышления (общий подход к решению задач) и хорошая память. Для развития этого подхода к решению задач предлагается исполь зовать блок – схему «Общий метод решения задач» [4].

В таблице 1 представлены этапы блок-схемы с одновременным ана лизом развиваемых у студентов качеств и соответствующих компетенций.

Формулировки компетенций взяты из ФГОС ВПО 3-его поколения по направлениям подготовки бакалавров техники и технологии: 190600 Экс плуатация транспортно-технологических машин и комплексов, Наземные транспортно-технологические средства, 190110 Транспортные средства специального назначения, 220700 Автоматизация технологических процессов и производств, 150700 Машиностроение, 230200 Информацион ные системы, 261700 Технология полиграфического и упаковочного произ водства.

Таблица 1. Развитие необходимых практических навыков и логического мышления при использовании алгоритмов решения задач Блок – схема Развиваемые Развиваемые компетенции, «Общий метод качества номер направления подготовки решения задач»

Аналитическое и …владением культурой Этап I.

Построение абстрактное мышления, способностью к модели ситуации мышление обобщению, анализу,…постановке задачи целей и выбору путей их достижения, (ОК-7);

Шаг 1. Выделить Аналитическое …использует основные законы в тексте задачи мышление. естественнонаучных дисциплин в структурные профессиональной деятельности, элементы применяет методы Умение строить физического математического анализа и теоретическую явления моделирования, теоретического и модель экспериментального исследования конкретного (ОК-10);

физического явления Шаг 2. Перевести Знание законов …владеть основами методов их на физический физики. исследования, анализа, язык Абстрактное …физических и химических мышление процессов… (ПК-3);

Умение перевода …владеть навыками использования Шаг 3.

Представить словесного (методов моделирования, оценки модель описания в прогнозирования… (ПК-5);

схематически и символьную записать условие форму задачи Знание законов …выявлять естественнонаучную Этап II.

Составление физики сущность проблем…, привлекать уравнений для их решения …физико математический аппарат (ПК-2) Этап III. Вывод Навыки ….готовность использовать формулы для алгебраических математические методы обработки, нахождения вычислений, анализа и синтеза результатов искомой решения систем профессиональных исследований физической уравнений (ПК-26);

величины Этап IV. Проверка Умение ….владеть навыками сбора полученной анализировать данных, изучения, анализа и формулы полученный обобщения… информации по ответ тематике исследования… (ПК-8);

Вычислительные …целенаправленное применение Этап V.

Вычисление навыки. Умение базовых знаний в области значения искомой оценить и математических, естественных, физической проверить гуманитарных и экономических величины и порядок искомой наук в профессиональной контроль ответа величины деятельности (ОК-9);

Качественное усвоение курса физики способствует развитию мобильности мышления специалистов, умению самостоятельно работать.

Подготовка квалифицированных кадров в любой отрасли техники остается национальной задачей, а ее решение начинается с изучения, в первую очередь, физики.

Литература 1. Ткачева Т.М., Кургаева Н.Е. Физика как основа профессии современного ба калавра. Методические указания для самостоятельной работы студентов технических направлений. М.: Изд-во МГУП, 2012. С. 2. Мелицинек А. Инженерная педагогика. М.: МАДИ (ГТУ), 1998. – 185 с.

3. Красин М.С. Решение сложных и нестандартных задач по физике. Эвристиче ские приемы поиска решений. М.: ИЛЕКСА, 2009. 360 с.

4. Одинцова Н.И., Кургаева Н.Е. Физика. Практический курс подготовки к экза менам, зачетам. – М. ЗАО «РОСМЭН – ПРЕСС», 2006. 288 с.

Квантовая физика как элемент научного мировоззрения инженера © Л. А. Луизова Петрозаводский государственный университет (Петрозаводск, Россия) alim@karelia.ru Кафедра информационно – измерительных систем и физической электроники Петрозаводского Государственного Университета ведет подго товку бакалавров и магистров по направлениям:

- 200100 Приборостроение, - 223200 Техническая физика, - 230400 Информационные системы и технологии, - 230100 Информатика и вычислительная техника, - 210100 Электроника и наноэлектроника.

В приказах министерства образования и науки Российской Федерации, определяющих образовательные стандарты для бакалавров по этим направлениям при перечислении того, что должен знать студент после изучения базовой части математического и естественнонаучного цикла, квантовая физика присутствует только для первых трех перечисленных направлений, для последних двух она даже не упомянута.

Правда, после обучения в магистратуре выпускники последнего направления уже должны знать «тенденции и перспективы развития электроники и наноэлектроники, а также смежных областей науки и техники, передовой отечественный и зарубежный научный опыт в профессиональной сфере». Магистры направления 230100 должны знать, в частности, «методы проектирования аппаратных и программных средств вычислительной техники, методы хранения, обработки, передачи и защиты информации». Но к этим методам и средствам относятся и квантовые компьютеры [1], и оптические логические элементы и память на квантовых точках [2], понять принцип работы которых невозможно без знания квантовой физики. То же справедливо и для всех тенденций и перспектив развития электроники и наноэлектроники. Однако, даже, если специалисту и не придется столкнуться с этими сложными проблемами, квантовая физика необходима для формирования его правильного научного мировоззрения и часто поможет найти простое решение некоторых проблем.

Со школьных лет студент усвоил, что свет обладает своеобразным дуализмом (двойственностью) свойств. При распространении света проявляются его волновые свойства (способность к интерференции и дифракции), а при взаимодействии с веществом (при излучении и поглощении) – корпускулярные. [3]. Но как тогда объяснить продемонстрированное еще в середине прошлого века [4, 5], а сейчас широко применяемое явление интерференции интенсивностей (рис. 1).

Рис. 1. Схема опыта Брауна и Твисса Излучение источника линейчатого спектра И, из которого фильтром Ф выделена узкая линия, делится полупрозрачной пластиной П на две части, каждая из которых регистрируется своим фотоприемником.

Измеряются отдельно средние токи каждого фотоприемника (I1, I2), а также среднее значение произведения «мгновенных» токов Q = J1(t)*J2(t), измеряемое схемой совпадений СС. Сигнал одного из приемников задерживается линией задержки (ЛЗ) на время. В эксперименте было обнаружено, что сигнал схемы совпадений сильно зависит от. Это никак нельзя объяснить, если рассматривать излучение стабильного источника как поток квантов, которые с равной вероятностью направляются полупрозрачной пластиной в один или другой канал.

В этом опыте инерционность фотоприемников была много меньше времени когерентности источника, определяемого шириной линии, выде ленной фильтром, а размеры диафрагм на приемниках меньше размеров об ласти когерентности источника, т. е. при = 0 приемники «ловили» кванты из одного объема когерентности. Отсчет схемы совпадений при = 0 был в 2 раза больше, чем отсчет при, значительно превосходящем время коге рентности источника. Так же исчезает усиление интенсивности при нало жении некогерентных волн, но здесь то волн уже нет, токи создаются элек тронами, которые выбиты квантами из катодов приемников. В книге [5] этот результат объясняется с позиций волновой модели. Излучение рас сматривается как случайный процесс, функция корреляции которого опре деляется временем когерентности. Но все можно объяснить и в модели квантов, приняв во внимание их принципиальную неразличимость. Рас сматривая распределение N неразличимых частиц по m ячейкам (объемам когерентности) и вычисляя вероятность того, что в конкретной ячейке ока залось n частиц [6], можно найти среднее число частиц в ячейке ( Mn = a = N/m) и дисперсию этого числа Dn = a2 + a. Поскольку Dn = Mn2 – (Mn)2, то Mn2 = 2a2 + a. Токи фотоприемников пропорциональны числу попавших на них квантов, поэтому когда регистрируются кванты из одного объема коге рентности отсчет схемы совпадений пропорционален Мn2, когда из разных, то (Mn)2, т. е. более чем в 2 раза меньше.

В то же время, как объяснить хорошо известный опыт по интерфе ренции света, прошедшего через 2 отверстия в экране в модели частиц, если интенсивность источника столь мала, что каждый квант сможет интерфери ровать только сам с собой. Матрица фотоприемников накопит отсчеты, рас пределенные в пространстве так же, как предсказывает волновая модель.

А если отверстия по очереди закрывать, интерференция исчезает. Откуда квант, пролетая через одно отверстие, «знает» открыто ли другое.

Со школьных лет студент также усвоил, что и то, что мы называем частицами (электроны, протоны) также обладают свойствами волн, способны к интерференции и дифракции, что доказано многочисленными экспериментами [7]. Изучение квантовой физики и должно сформировать понятие о том что «частица» и «волна»- это только модели. сводящие явления природы к понятным нам с детства простым понятиям. Реальные явления значительно сложнее, наука описывает их уравнениями, формулами, специально вводимыми понятиями (например, «вероятность», «суперпозиция», «оператор») и пока все эти инструменты позволяют описывать результаты всех известных экспериментов, предсказывать новые, разрабатывать новые полезные приборы и системы, этим инструментом надо владеть и использовать его для решения конкретных задач.

В частности, квантовая физика, описывая состояние объекта (напри мер, фотона или атома) волновой функцией, вводит понятие «суперпози ции»: если никаким способом нельзя определить, находится ли объект в со стоянии 1 или 2, то его волновая функция есть линейная комбинация функ ций состояний 1 (1) и 2 (2), т. е. = С11 + С22, где С1 и С2 комплексные числа, квадрат модуля которых определяет вероятность найти объект при измерениях в соответствующем состоянии. А плотность вероятности коор динаты объекта, находящегося в суперпозиции состояний определяется квадратом модуля суммарной функции, в котором и появляется косинус разности фаз коэффициентов С1 и С2, обеспечивающий интерференцион ный эффект. Этим объясняется и интерференция одиночных квантов в двухщелевом эксперименте (невозможно определить через какое отверстие он прошел), и интерференция интенсивностей (невозможно определить в какой фотоприемник попал определенный квант), и такое интересное явле ние, как «пересечение уровней», еще один частный случай интерференции состояний [8].

Известно, что в магнитном поле энергетические уровни атомов рас щепляются в зависимости от проекций магнитных моментов электронов на направление поля. Характер расщепления зависит от величины индукции поля. При переходя от «слабого» поля (вызываемые им сдвиги энергии ма лы по сравнению с энергией взаимодействия магнитных моментов в элек тронной оболочке атома в отсутствии поля) к «сильному» полю происходит перестройка энергетических уровней (эффект Пашена-Бака [7], рис. 2) и возникает «пересечение» уровней, т. е. уровни, соответствующие различ ным квантовым числам и, следовательно, описываемые различными волно выми функциями, имеют одинаковую энергию, а значит, принципиально неразличимы, и энергетический уровень описывается теперь суперпозицией волновых функций. Так как интенсивность излучения линии пропорцио нальна квадрату модуля матричного элемента дипольного момента перехо да, вычисляемого по волновым функциям верхнего и нижнего уровней, то из-за суперпозиции квадрат модуля увеличивается в 2 раза, что ведет в уве личению интенсивности линии (рис. 3). Эффект используется для измере ния ширины спектральных линий (например, в задачах диагностики плазмы).

Кроме принципа суперпозиции другим важным следствием кванто вой теории, формирующим мировоззрение специалиста и полезным для практических приложений, являются соотношения неопределенностей. И если соотношение энергия-время Et или после сокращения на по стоянную Планка t 1 известно и из математики и широко применя ется в радиотехнике, то соотношение координата-импульс x 2 p 2 / 2 получается в квантовой теории с использованием аппа x рата коммутации операторов [7].

Рис. 2. Схема эффекта Пашена-Бака;

Рис. 3. Зависимость интенсивности линии (I) от индукции поля (В) (Б – магнетон Бора) На практике часто используют приближенные выражения:

или, учитывая, что p k, xk x ~ 1, где Х xp x ~ неопределенность координаты Х положения объекта, kх- характеризует неопределенность направления движения объекта. В частности для света kх проекция волнового вектора на направление, перпендикулярное направле нию распространения света. Если в курсе оптики разрешающая способность прибора ( например, телескопа) оценивается с использованием теории ди фракции, то из соотношения неопределенностей, приняв за Х диаметр зер кала телескопа D, сразу получаем оценку углового разрешения /D, т.к.

. k x 2. Эта же оценка справедлива и для радара и для радиотелескопа и для измерения углового диаметра звезд путем интерференции интен сивностей радиосигналов, принятых обсерваториями, находящимися на расстоянии D [5]. Практически важно, что таким же образом оценивается разрешающая способность голограмм, которые все чаще используются в оптических системах обработки информации, например, при создании оп тических нейросетей. [9]. Предположим, что для реализации связей между слоями нейронов используются голограммы, создающие на входах нейро нов следующего слоя распределение интенсивностей, пропорциональное рассчитанным связям. Чтобы «не перепутать» нейроны угловое разрешение голограммы должно быть не хуже чем X/L, где Х – размер нейрона, L – рассстояние между слоями. Предполагая, что размеры нейронов во всех слоях перцептрона одинаковы и голограммы, как часть нейрона имеют та кой же размер, получим, что они должны иметь размер X L, где – длина волны, на которой работает нейросеть.

Квантовая физика, познакомив обучаемых со строением и свойства ми атомов, молекул, твердых тел (проводников, диэлектриков, полупровод ников), должна главным образом сформировать у будущих инженеров ми ровоззрение, в котором такие важные законы природы как принцип супер позиции и соотношения неопределенностей займут такое же место как, например, закон сохранения энергии.

Часто возникают дискуссии: справедливы эти принципы для всех яв лений и объектов в природе или только для микромира. Конечно, они спра ведливы всегда, просто их применение для макрообъектов, как правило, не имеет практического смысла. Применив соотношение неопределенностей к автомобилю массой в одну тонну, координата которого определена с точно стью до 1 метра, мы получим, что скорость его можно определить с по грешностью не меньшей чем 10-33 км/час. Но кому нужна такая точность?

А если автомобиль может достичь какого-то пункта по любой из двух до рог, то он не станет «интерферировать сам с собой», потому что в пути он взаимодействовал с окружающей средой (например, с дорожным покрыти ем) и всегда можно установить, по какой дороге от проехал.

Однако, современные разработки квантовых компьютеров исполь зуют в качестве кубитов – объектов, составляющих элементную базу кван товых компьютеров, т.к. они могут находиться в суперпозиции состояний, кристаллы алмаза [10] или кольца из ниобия [11]. Правда, размеры этих ку битов не указаны, но, судя по рисункам и описанию работы компьютеров, это отнюдь не объекты микромира.

Литература 1. Валиев К.А. Квантовые компьютеры и квантовые вычисления / Успехи физиче ских наук, Т.175, №1, 2005. С. 3–39.

2. Демиховский В. Я. Квантовые ямы, нити, точки. Что это такое? [Электронный ресурс]. URL: http://nature.web.ru/db/msg.html?mid=1182788&uri=page2.html 3. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Чаругин В.М. Физика. Учебник для общеобразовательных учреждений. Москва,«Просвещение», 2010. 410 с.

4. Hanbury Brown R., Twiss R. Q. A Test of a New Type of Stellar Interferometer on Sirius / Nature. – 1956. – V. 178 (4541). – Р. 1046–1048.

5.Спектроскопия оптического смешения и корреляция фотонов / Под ред.

Г. Камминса и Э. Пайка. – М.: Мир, 1978. 584 с.

6. Гнеденко Б. В. Курс теории вероятностей: учебник. – М.: Едиториал УРСС, 2005. – 448 с.

7. Шпольский Э. В. Атомная физика. Т. 2. Основы квантовой механики и строение электронной оболочки атома. Учебник. СПб. Лань, 2010. 438 с.

8. Александров Е.Б., Хвостенко Г. И., Чайка М. П. Интерференция атомных со стояний. – М.: Наука, 1991. 256 с.

9. Галушкин А.И. Нейрокомпьютеры и их применение. Учебное пособие для вузов – М.: ИПРЖР, 2000. 528 с.

10. Квантовый компьютер стал на две секунды ближе к реальности. [Электронный ресурс]. URL: http://habrahabr.ru/company/runacap/blog/147427/ 11. D-Wave Orion: первый квантовый компьютер [Электронный ресурс]. URL:

http://www.thg.ru/cpu/d-wave_orion/index.html Методы обеспечения качества преподавания физики на заочном отделении © Е. В. Мошкина Петрозаводский государственный университет (Петрозаводск, Россия) emoshkina@yandex.ru Последнее время все больше споров ведется о качестве заочного обучения и вообще об его упразднении. И если многие столичные вузы России прекращают набор на заочное отделение, то в регионах «заочка» по прежнему остается востребованной. По данным Росстата доля студентов заочников в государственных и муниципальных вузах России в 2010– гг. составляла 45%. Заочное образование позволяет на практике реализовать принцип непрерывного образования, одной из главных идей которого является параллельность обучения, т. е. слушатель обучается, соединяя профессиональную деятельность с образовательной. Поэтому задачей вузов является не отмена заочного образования, а его качественное наполнение, внедрение новых форм работы и контроля знаний. Эту задачу во многом позволяет решить переход к интерактивным дистанционным формам обучения и создание сетевых образовательных модулей, максимально эффективно использующих современные телекоммуникационные технологии.

На сегодняшний день в Петрозаводском государственном университете (ПетрГУ) на физико-техническом факультете заочной и заочно-сокращенной формам обучаются 643 человека, что составляет 53% от общего числа студентов. Из них 71% обучаются по направлению «Электроэнергетика и электротехника», 12% – по направлению «Теплоэнергетика и теплотехника» и 17% – по направлению «Информатика и вычислительная техника».

Физика изучается в течение трех семестров и на её изучение отводится 16 зачетных единиц. Весь курс традиционно разделен на три части: 1 семестр – механика и молекулярная физика, 2 семестр – электричество и магнетизм, 3 семестр – оптика, атомная и ядерная физика.

На аудиторные занятия выделяется всего 60 часов: лекции – 18 часов, практические занятия - 24 часа и физический практикум – 18 часов. В конце каждого семестра предполагается выполнение контрольной работы;

итоговый контроль осуществляется в форме экзамена в конце 1-го и 2-го семестров и в форме зачета в конце 3-го семестра. В таких ограниченных условиях ключевым фактором качественного обучения является четкая организация самостоятельной работы студентов и достаточно жесткий контроль за её выполнением со стороны преподавателя.

В ПетрГУ при обучении студентов-заочников применяется технология дистанционного обучения с использованием модульного принципа организации учебного процесса. На базе платформы электронного образования Blackboard Learn создан курс «Физика для студентов заочного отделения» в рамках проекта стратегического развития ПетрГУ на 2012– 2016 годы. Материал курса представлен следующими блоками:

Информационный блок, содержащий сведения о назначении кур са и его авторах;

методические материалы, включающие в себя список ли тературы, вопросы к экзамену/зачету и различные справочные материалы;

расписание аудиторных занятий и объявления.

Блок работы с курсом, который включает в себя содержатель ную часть курса;

материалы для физического практикума;

тесты и кон трольные работы, а также просмотр оценок, полученных при прохождении текущего и рубежного контроля знаний.

Блок коммуникаций, в котором реализована работа форума по обсуждению теоретических вопросов и решения задач;

общение студентов как с преподавателем, так и между собой посредством электронной почты.

Важным моментом является то, что объявления, публикуемые преподавателем, автоматически рассылаются на электронную почту студентов, обеспечивая их своевременное информирование. Средства Blackboard Learn позволяют организовать сеансы совместной работы, т. е.

занятия и обсуждения в режиме реального времени: разговор – это обмен текстовыми сообщениями в интерактивном режиме и виртуальная аудитория – это совместная интерактивная среда, где пользователи могут просматривать ссылки, совместно использовать экран, обмениваться файлами и разговаривать.

Содержательная часть разбита на тематические обучающие модули, представляющие собой в интегрированном виде единый комплекс взаимосвязанных видов и форм учебного процесса, подчиненных изучаемой теме, и определяющих конечные результаты, которые должны быть достигнуты по итогам работы. В общем виде структура каждого обучающего модуля имеет следующие составляющие:

теоретическая часть, которая включает в себя текст лекций, лекционные презентации, видеолекции, компьютерные модели и лекцион ные видеодемонстрации;

практическая часть, состоящая из вопросов для подготовки, ре комендаций по решению задач на данную тему, разобранных примеров ре шения задач и задач для самостоятельного решения с ответами;

текущий контроль, осуществленный в виде теста по изучаемой теме, который генерируется из широкой базы вопросов с выбором варианта ответа.

Контроль за самостоятельной работой студентов ведётся с помощью панели успеваемости, предоставляющей информацию об активности всех студентов (дата последнего посещения курса, просмотр оценок и т.д.).

Имеется возможность просмотра статистического отчета - обзора использования того или иного элемента содержимого курса конкретным пользователем. Эти механизмы позволяют вовремя выявлять студентов, неактивно работающих с курсом и посредством электронной почты уведомлять их о необходимости систематической работы.

Во время аудиторных часов, выделенных на проведение физического практикума, студенты могут выполнить не более шести натурных лабораторных работ. Поэтому основным фактором, обеспечивающим качество приобретаемых навыков и умений, является самостоятельная подготовка, для выполнения которой в электронном курсе имеются все необходимые методические материалы: основы теории измерений и методики расчета погрешностей, примеры оформления отчётов, видеофильмы, демонстрирующие процесс выполнения лабораторных работ с поэтапным расчетом погрешностей, методические указания к конкретным лабораторным работам.

Студентам также предлагается выполнить самостоятельно как минимум три компьютерные лабораторные работы в течение периода обучения с предоставлением отчетов преподавателю посредством электронной почты или в письменном виде на сессии. При выполнении таких работ студенты не только знакомятся с различными методиками физических измерений и компьютерным моделированием физических процессов, но и формируют навыки обработки и интерпретирования экспериментальных данных.

Повысить эффективность самостоятельной работы студентов позволяет также применение балльно-рейтинговой системы оценки знаний.

По итогам самостоятельной работы и работы на сессии определяется интегральная сумма баллов, которая включает в себя баллы, полученные за самостоятельную работу с электронным курсом (максимум – 30 баллов), баллы, полученные по итогам проведения физического практикума (максимум – 20 баллов) и баллы, полученные на экзамене (максимум – баллов). Выставляемая в результате итоговая оценка определяется следующими критериями: менее 50 баллов – неудовлетворительно;

50– баллов – удовлетворительно;

70–84 балла – хорошо;

85–100 – отлично.

Студент информируется об этих правилах на установочной сессии и понимание того, что результат его самостоятельной работы непосредственно влияет на экзаменационную оценку, в большинстве случаев стимулирует эту работу.

Таким образом, разработка электронных курсов с привлечением технологий дистанционного обучения и современных образовательных технологий является тем инструментом, который может придать заочному обучению новые черты и обеспечить результаты, отвечающие требованиям ФГОС. Внедрение таких курсов требует дополнительных трудозатрат преподавателей и, конечно, должно соответственно поощряться руководством вуза. Одновременно с этим, готовность использования подобных технологий является на сегодняшний день частью профессиональной компетентности преподавателя, а также является предпосылкой дальнейшего профессионального совершенствования.

Литература 1. Староверова Н.А. Проблемы заочного обучения в сфере профессионального об разования // Международный научно-исследовательский журнал. – 2012. – № 9.

2. Дружилов С.А. «Пилим сук, на котором сидим…»: Проблемы сегодняшнего за очного и очно-заочного платного высшего профессионального образования // Электрон ный журнал «Психология, социология и педагогика». – 2012. – № 2.

3. Дубовик В.А. Заочное аграрное образование: проблемы и перспективы // Ректор вуза. – 2010. – № 9.

Лабораторная работа «Гармонические колебания»

на базе модуля ЦАП-АЦП ZET-210 «Sigma USB»

© Л. И. Нилова, А. В. Алексеенко Военная академия Министерства обороны, филиал в г. Череповце (Череповец, Россия) sepal69sam@mail.ru За многие годы на кафедре физики филиала ВА МО сложилась усто явшаяся система обучения. Лабораторный практикум – потенциально наиболее значимый и результативный компонент общей профессиональной подготовки специалиста. Традиционный лабораторный практикум по дис циплине «Физика» – это набор готовых, полностью смонтированных лабо раторных рабочих мест, предназначенных для экспериментального изуче ния базовой совокупности объектов дисциплины. Его особенностью являет ся коллективное выполнение лабораторной работы. Эффективность такого метода чрезвычайно низка. В каждом таком коллективе работу выполняет фактически один обучаемый курсант. Остальным курсантам достаются ру тинные, вспомогательные операции, что не способствует приобретению практических навыков работы с реальным оборудованием.

Проведение эксперимента – это только половина дела: полученные экспериментальные данные необходимо грамотно обработать, чтобы уви деть результаты. А результат «прячется» за шумами и помехами, за него можно принять случайную точку выброса.

На кафедре физики филиала ВА МО РФ в связи с этим возникло четкое понимание необходимости внедрения средств автоматизации в ла бораторный практикум (комплекса лабораторного оборудования с приме нением специальных плат), современных математических методов стати стической обработки результатов эксперимента.

Имея автоматизированное рабочее место с набором периферийных устройств и экспериментальную установку, необходимо в первую очередь соединить их между собой, чтобы сигналы с датчиков поступали в компью тер. Но именно здесь и кроется первая трудность: сигналы, поступающие с датчиков, имеют различную физическую природу, а компьютер понимает только язык двоичных кодов, причем переданных ему строго определенным образом. Эта проблема решается путем модернизации лабораторных уста новок с помощью использования серийно выпускаемых блоков «Sigma Zet»

и идущего в комплекте с ними пакета программ «ZetLab Studio» [1].

В пакете ZetLab подбирают набор необходимых инструментов и связывают их в один проект. В основу пакета программ ZetLab заложен принцип одновременной работы многих программ, в его распоряжении имеется свыше различных готовых модулей – виртуальных приборов общего назначения, а также устройство цифрового ввода-вывода.

На кафедре физики для проведения лабораторной работы «Гармонические колебания» создана автоматизированная установка для исследования и изучения свойств гармонических колебаний с частотами до 500 МГц. Установка применяется для сложения различных колебаний;

анализа результата сложения колебаний, подаваемых на ортогональные пластины осциллографа, с возможностью одновременного отображения исходных и результирующих колебаний на многоканальном осциллографе.

Кроме того она позволяет проводить измерения задержек фазы между двумя колебаниями. Лабораторная установка представляет собой автоматизированное рабочее место, содержащее компьютер, устройства сопряжения с объектом: блок ЦАП-АЦП «Sigma Zet»;

программное обеспечение «ZetLab Studio»;

линию задержки, предназначенную для изменения фазы одного из колебаний.

Полученный от модуля «Sigma Zet» цифровой сигнал вводится в управляющий компьютер, обрабатывается, и выводится с использованием портов ввода-вывода. Обратное преобразование цифрового сигнала в аналоговый осуществляется с помощью цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП).

Серийно выпускаемый блок «Sigma Zet» представляет собой двухканальный ЦАП, предназначенный для формирования двух сигналов в независимых каналах и 16-ти канальный модуль АЦП, преобразующий аналоговый сигнал в цифровую последовательность, подаваемую к виртуальной лаборатории анализа и обработки «ZetLab».

Для корректной работы программного обеспечения необходимо использовать компьютер с характеристиками: тактовая частота процессора 1,7 ГГц;

наличие интерфейса USB 2.0;

ОЗУ – 512 Мб. Схема соединения элементов лабораторной установки приведена на рис. 1.

ЛЗ 16 17 18 19 11 12 13 14 1 23 4 5 6 7 8 9 2 4 3 1 6 Входы АЦП Выходы ПК Sigma Zet ЦАП usb usb 9 10 11 12 13 14 15 Рис. 1. Соединения элементов лабораторной установки Линия задержки выполнена из фольгированного гетинакса и включает в себя две группы контактов и общую шину. Контакты 1 и предназначены для подачи ВЧ колебаний с выхода ЦАП на линию задержки, контакты 12–15 и 16–19 соединены коаксиальным кабелем RG- соответственно. Длина кабелей выбирается в зависимости от необходимости достижения нужных фазовых сдвигов. ВЧ колебания с разными фазовыми сдвигами с контактов 25–29 и общей шины подаются на 4–8 входы АЦП монтажным кабелем МКЭШВ для последующего анализа.

Лабораторная установка может работать следующим образом, в частности, для сложения колебаний: при помощи программного обеспечения «ZetLab» генерируются два независимых синфазных сигнала, один из которых через линию задержки, реализованную с помощью коаксиальных фидеров различной длины, поступает на соответствующие входы АЦП, а второй непосредственно на 1-й вход АЦП. Программные средства «ZetLab» позволяют провести основные математические действия с этими сигналами с использованием редактора «Арифмометр». Измерение разности фаз двух сигналов производится с помощью штатного фазометра из вкладки «Измерение». Для ортогонального сложения сигналов используется XYZ осциллограф, на который подаются необходимые сигналы. Для визуализации результатов измерений и сравнительного анализа исходных и полученных данных используется многоканальный осциллограф с количеством одновременно работающих каналов 7.

Питание блока ЦАП-АЦП осуществляется напряжением питания интерфейса USB 2.0 без применения дополнительных источников питания.

Заключение: такой подход позволяет достичь предельной гибкости конфигурирования и управления сложными техническими системами, ставить перед курсантами более сложные индивидуальные задания творческого, поискового характера, что, в конечном итоге, обеспечивает повышение качества образования за счет использования более эффективных методов обучения.


Литература 1. Программное обеспечение ZETLab: руководство пользователя / ЗАО «Электронные технологии и метрологические системы». - М.: ЗАО «ЗЭТ», 2008. - 270 с.

Физическое образование как основа для обучения предпринимательской деятельности С. Песоцкий1, О. В. Григорьева © Ю.

ООО «Русучприбор»1, МГТУ им. Н.Э. Баумана2 (Россия, Москва) office@rusuchpribor.ru, oporakadry@mail.ru Профессиональная подготовка кадров для малого бизнеса выступает в качестве определяющего фактора развития экономики страны.

Работодатели заинтересованы в том, чтобы выпускники вузов и колледжей требовали минимальной адаптации в начале трудовой деятельности, владели современными технологиями, подходами, методами, применяемыми сегодня в промышленности, в бизнес - структурах, а также обладали навыками деловых коммуникаций, работе в команде, гражданской позицией и культурными традициями. Это основной вопрос – вопрос качества профессионального образования.

Повышение качества профессионального образования возможно только при альянсе работодателей и вузов. Он позволяет аккумулировать интеллектуальный потенциал, организационные, ресурсные информационные возможности вуза и бизнес – структур и участвовать в выполнении государственной программы увеличения доли занятых в малом бизнесе. Только совместными усилиями можно решить задачу формирования у студентов не только комплекса знаний по физике, но и умений прогнозировать инновационную деятельность, уметь коммерциализировать бизнес-идеи, организовывать работу по созданию нового продукта, управлять инвестициями. Необходимо учебный процесс сделать максимально приближенным к быстро меняющейся реальности в бизнесе, построить его таким образом, чтобы дать широкий и разносторонний взгляд на профессиональную деятельность, обучить его основам предпринимательства, вдохновить, показать новые, не всегда очевидные, возможности открытия бизнеса в наукоемкой среде. Уже в процессе учебы студенты должны активно включаются в поле продуктивного профессионального общения с представителями бизнеса, как с потенциальными работодателями, так и с возможными партнерами по бизнесу.

Однако, такой подход потребует дополнительного учебного времени, а его, как известно, катастрофически не хватает. Переход от 5-6-летнего образования к 4-летнему даже ведущие университеты не скомпенсировали повышением профессиональной направленности образовательных программ: базовые и обязательные дисциплины остались в бакалаврских программах практически в полном объеме. В России 5 обязательных неприкасаемых дисциплин: история, философия, ОБЖ, физкультура и иностранный язык, ни одной из которых (кроме языка) нет в зарубежных вузах. Прибавим к этому традиционную российскую перегруженность высшей математикой, которая в таком объеме не нужна большинству выпускников бакалавриата. И в итоге мы получаем, что два года из четырёх бакалавры изучают бесполезные для будущей профессии дисциплины.

Можно ли подготовить инженера за 2 года? Скорее всего, нет. Да он, этот выпускник бакалавриата, и не называется инженером, он - бакалавр.

Слово «инженер», несмотря на двухгодичной давности поручение Президента РФ, не возвращено в российский обиход. Решение этой проблемы возможно только переходом на 5-летний бакалавриат, как это сделано в педагогическом образовании.

Изменение статуса выпускников технических специальностей (бакалавр) потребовало от преподавателей физики пересмотра основных концептуальных подходов методического обеспечения учебного процесса, связанного с широким спектром проблем. В обобщённом виде эти проблемы сводятся к следующему. Переход на двухуровневую систему подготовки специалистов технического профиля привёл к резкому (а порой катастрофическому) сокращению числа аудиторных часов, выделяемых на физическое образование, при этом такое сокращение коснулось всех основных компонентов учебного плана. Необходимое общее сокращение учебных часов при переходе на четырёхлетний цикл обучения чаще всего решается за счёт общеобразовательных дисциплин. Логическим следствием такой «оптимизации» учебного процесса является её влияние на качество как промежуточного контроля процесса усвоения материала, так и его завершающего этапа (сокращение числа зачётов и экзаменов), что ослабляет ответственность студентов к учёбе.

Работодатель не готов ко встрече с нынешними выпускниками вузов – бакалаврами. Единая тарифная сетка (ЕТС) не позволяет его идентифицировать и принять на работу, непонятна и его квалификация.

Одним из выходов из создавшегося положения могло бы быть исключение из курса бакалавриата всех непрофильных предметов, так, кстати, как это сделано в Европе. Там нет физкультуры, истории, ОБЖ.

Дело вовсе не в том, что кто-то против здорового образа жизни, против физкультуры. Нужно выбирать – выпускать спортсменов-недоучек или все таки профессионалов. Образование-то у нас профессиональное!

Как это сделать? Обязательные дисциплины оставить, снизив число зачетных единиц до нуля. Это можно прочитать так, что дисциплина изучается самостоятельно, без аудиторных часов. Тем проще это сделать исследовательским и федеральным университетам, которым дано право самим разрабатывать собственные образовательные стандарты, учебные планы и программы. Таким образом, можно достичь благородную цель – сохранить физику в инженерном и естественнонаучном образовании! При этом выпустить современных специалистов, умеющих принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях, имеющих навыки в области управления малым бизнесом, обладающих профессиональными и личностными компетенциями, достаточными для создания и развития компании малого бизнеса.

Проверка базовых знаний студентов по молекулярной физике и термодинамике с помощью теста перед экзаменом © И. Б. Полякова, В. Ю. Иванов Московский Государственный Университет им. М. В. Ломоносова (Москва, Россия) ib.polyakova@physics.msu.ru На наш взгляд весьма актуальной сегодня является проблема объективной оценки знаний студентов во время экзамена. Классический экзамен, на наш взгляд, имеет свои недостатки. Среди проблем, связанных с оценкой знаний студентов на экзамене можно назвать следующие. Во первых, разная степень сложности билетов. Во-вторых, разная степень охвата материала. Есть билеты, касающиеся основополагающих законов изучаемого предмета, а есть такие, в которых отражены чисто технические вопросы, связанные с изучаемым предметом. После ответа на такой билет остаётся неясным, знает ли студент базовые положения курса. В-третьих, роль случая при выборе билета. Теоретически, студент может «вытянуть»

единственный билет, который он выучил, и наоборот, именно тот билет, на который у него не хватило времени, хотя он и выучил все остальные. В четвёртых, проблема списывания. Хотя во время беседы со студентом чаще всего становится ясно, списывал он или нет, тем не менее, это также влияет на объективность оценки знаний последнего. И, наконец, в-пятых, трудности, связанные с выставлением итоговой оценки за экзамен так, чтобы она была по возможности более объективной. Можно также еще упомянуть «проблему» дополнительных вопросов, которые вынужден задавать преподаватель, если он хочет более глубоко проверить знания студента. Решить большинство из перечисленных выше проблем может краткий тест перед экзаменом, который позволяет за короткое время проверить, насколько хорошо студент усвоил базовые формулы и определения изучаемого курса. Беседа со студентом по вопросам теста позволяет получить вполне объективную оценку его базовых знаний.

Именно для повышения качества оценивания базовых знаний студентов на экзаменах по общей физике было предложено использовать тестирование по всему курсу перед началом экзамена.

Методика тестирования состоит в следующем: студент, прежде чем получить билет, должен в течение 15 минут ответить письменно на 10 вопросов теста по материалу сдаваемого курса. После того как преподаватель соберёт листки с ответами, студенты получают билеты, и далее экзамен проходит по традиционной схеме. Во время беседы со студентом преподаватель оценивает правильность ответов на вопросы теста.

Если в некоторых ответах обнаружены ошибки, преподаватель имеет возможность дополнительно побеседовать со студентом по данным темам и выяснить причину неправильного ответа. Если ответ на вопросы билета не удовлетворяет преподавателя, он может учесть при выставлении оценки за экзамен результаты теста. Таким образом, подход к оценке знаний студента становится более гибким и объективным. При этом тест никоим образом не подменяет собой основной экзаменационный билет. Одновременно решается проблема списывания. Если при подготовке ответов на вопросы билета студент имеет широкие возможности для списывания, то списать ответы на вопросы теста перед экзаменом практически невозможно, тем более что эти вопросы студенту заранее неизвестны. Поэтому чаще всего тестовый листок с ответами студента отражает его реальные базовые знания по материалу курса.

Молекулярная физика является вторым разделом курса общей физики, который изучают студенты на физическом факультете МГУ.

Познакомившись в первом семестре с механикой, поняв важность выбора адекватных физических моделей, важность правильных формулировок основных физических законов, начав систематическое изучение алгоритмов решения физических задач, во втором семестре студенты переходят к изучению строения вещества, к анализу статистических законов и к изучению более сложных физических объектов. Знания, полученные ими в разделе «Механика», расширяются и дополняются очень важными для дальнейшего обучения законами материального мира. Поэтому важно, чтобы студенты хорошо усвоили материал курса «Молекулярная физика и термодинамика». Помочь преподавателю в оценке качества усвоения материала призван тест перед экзаменом.

Как уже упоминалось, тест должен по возможности полно охватывать весь изучаемый курс, чтобы результаты проверки базовых знаний студентов с его помощью можно было считать объективными. При составлении теста по молекулярной физике и термодинамике авторы старались придерживаться следующей структуры:


1 вопрос основные понятия статистической физики;

23 вопросы основные виды распределений, их свойства;

4 вопрос явления переноса;

5 вопрос теплоёмкость, первое начало термодинамики;

6 вопрос процессы в идеальном газе;

7 вопрос энтропия, второе начало термодинамики;

8 вопрос циклические процессы;

9 вопрос реальные газы, поверхностное натяжение;

10 вопрос фазовые переходы, твёрдые тела, жидкости.

Таким образом, 10 вопросов теста охватывают почти все разделы курса молекулярной физики и термодинамики. Ниже приводится вариант теста перед экзаменом по курсу «Молекулярная физика и термодинамика».

Тест перед экзаменом по молекулярной физике и термодинамике 1. Выражение для относительного числа частиц газа со скоростями в интервале (v, v + dv), находящегося в состоянии ТД равновесия при температуре T 2. Среднеквадратичная скорость молекул для распределения Максвелла (формула) 3. Изобразить на одном рисунке два распределения Гаусса с нулевым средним значением и дисперсиями 1 4. Выбрать правильный ответ: коэффициент теплопроводности газа зависит от давления p следующим образом: 1) p;

2) 1/p;

3) p1/2;

4) не зависит (нужное подчеркнуть).

5. Связь показателя адиабаты c числом степеней свободы молекулы (формула) 6. Указать на PV-диаграмме область политропических процессов с отрицательной теплоёмкостью 7. Дополнить фразу: в процессах, происходящих в изолированной системе, энтропия.

8. Нарисовать данный цикл в координатах (TS) P T=const Q= 0 V 9. Внутренняя энергия газа Ван-дер Ваальса (формула) 10. Уравнение Клапейрона Клаузиуса В заключение, несколько слов о возможных критериях оценки ответов на вопросы теста. Если студент правильно ответил на вопросов это, на наш взгляд, свидетельствует о том, что он хорошо усвоил базовый материал курса. Если же правильных ответов меньше половины, то знаний студента явно недостаточно для получения положительной оценки на экзамене. Если же в тесте вообще нет правильных ответов, то мы считаем, что такого студента просто не следует допускать к экзамену. Опыт проведения подобных тестов показывает, что результаты теста всегда хорошо согласуются с уровнем ответов на вопросы экзаменационного билета.

Профессиональная направленность обучения физике при подготовке студентов технологического профиля © В. Ю. Проклова Забайкальский государственный университет (Чита, Россия) PVictoria78@mail.ru Работа выполнена в рамках Государственного заказа вузу Минобрнауки РФ № 6.3666. Дисциплина «Физика» входит в базовую часть математического и естественнонаучного цикла в структуре основной образовательной программы по направлению 260800 Технология продукции и организация общественного питания. Целью изучения курса физики является формирование ряда компетентностей, в том числе профессиональной компетентности: использует основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применяет методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования. Умеет использовать нормативные документы в своей деятельности. В рамках указанной компетенции студент должен знать основные физические явления, фундаментальные понятия, законы и теории классической и современной физики, современную научную материально-техническую базу;

уметь решать типовые задачи по основным разделам курса физики, использовать физические законы при анализе и решении проблем профессиональной деятельности;

владеть методами проведения физических измерений, методами оценки погрешностей при проведении эксперимента [1].

Среди принципов обучения, являющихся основополагающими для определения содержания и организации процесса обучения физике в вузе, ведущим принципом обучения выступает принцип фундаментальности образования и его профессиональной направленности (принцип требует верного соотнесения ориентации на широкую эрудицию и узкую специализацию, фундаментальность и технологичность в процессе подготовки и в результатах обучения, успешного общего развития специальных профессиональных способностей личности) [2].

Профессиональная направленность обучения физике, на наш взгляд, реализуется по ряду направлений, в том числе, через содержание учебного физического материала и организацию учебной деятельности студентов.

Рассмотрим указанные направления.

1. Содержание учебного материала.

Необходимо уделять усиленное внимание темам и разделам курса физики, которые имеют практическое применение. Это может быть теоре тический материал по физике межпредметного характера, профессионально ориентированные физические задачи и физический эксперимент. Приведем некоторые примеры профессионально ориентированных вопросов по разде лу «Молекулярная физика и основы термодинамики»: тепловое движение молекул, диффузия (хранение пищевых продуктов, чай, перец, кофе и дру гие приправы, смешение бытового газа с особыми веществами, обладаю щими резким запахом для фиксации утечки и накопления бытового газа в помещениях, правильная продажа кондитерских или бакалейных товаров, использование средств гигиены, например, перчаток, при изготовлении пи щи);

температура, теплопроводность (измерение температуры, адаптация организма человека к различным температурам), свойства твердых тел (кристаллические и аморфные тела на предприятиях пищевой промышлен ности, посуда и мебель из стекла, деформация товаров при неправильной транспортировке и хранении, механическое напряжение, тепловое расши рение тел);

свойства жидкостей (смачивание и капиллярные явления в тех нике, в процессах приготовления пищи, тепловое расширение жидкостей, свойства воды);

агрегатные состояния вещества (плавление и кристаллиза ция пищевых продуктов, температура плавления – важный показатель каче ства товаров, например, жиров, парообразование, конденсация, кипение, свойства паров, относительная влажность воздуха, правильное хранение хле ба, сыров, овощей и фруктов при повышенной или пониженной влажности);

законы термодинамики (принципы действия тепловых двигателей, холодиль ников и кондиционеров);

свойства газов (применение сжатых и разреженных газов в пневматических инструментах, автоматизированных линиях, вакуум ные установки в кондитерской и пищевой промышленности) и др.

Приведем пример профессионально ориентированной физической задачи: «Для некоторых производственных процессов в пищевой промышленности (например, для варки свеклы) требуется температура воды выше 1000С. Каким средством этого можно достичь?».

Профессионально ориентированные экспериментальные задания по физике при обучении студентов технологического профиля могут быть по священы измерению параметров разной бытовой техники и выполнению расчетов на основе их значений;

изучению объектов техники;

осознанию и пониманию физических явлений и законов, которые лежат в основе процес сов и действии технических устройств;

формированию элементов техниче ского мышления при изучении техники и т. п. Приведем пример экспери ментального задания: «В сосуде с водой, покрытой масляной пленкой, кар тофель варится быстрее, чем при отсутствии пленки. Проверьте это на практике и объясните, почему так происходит».

2. Организация учебной деятельности.

Обучение физике студентов технологического профиля целесообразно организовывать с использованием имитационной (моделирующей) технологии обучения, специфика которой состоит в моделировании в учебном процессе различного рода отношений и условий реальной жизни [2]. Приведем в качестве примера занятие «Физика на предприятии пищевой промышленности», проводимое с использованием игровых методов имитационной технологии обучения. За неделю до проведения занятия студенты разбиваются на микрогруппы по 34 человека и осуществляют предварительную подготовку. Каждая группа выполняет роль специалистов: физики-теоретики, физики-экспериментаторы, инженеры по технике безопасности на предприятиях пищевой промышленности, экологи, специалисты по истории физики, сотрудники санитарной инспекции, журналисты. Занятие может проходить в вузе, а может быть организовано непосредственно на предприятии. В ходе занятия поочередно выступают представители всех групп. Все этапы проведения данной организационно-деятельностной игры фиксируются группой журналистов, подготавливающих по результатам занятия отчетную документацию: компьютерную презентацию с фрагментами видеофильма и статью. Занятие с использованием имитационной технологии обучения не только базируется на профессионально-ориентированном материале, но и позволяет смоделировать ситуацию на производстве, в которую будут включены студенты в будущей профессиональной деятельности.

В настоящее время важной составляющей процесса обучения в вузе является самостоятельная работа студентов. При обучении физике самостоятельная проектная и исследовательская деятельность студентов также может организовываться в аспекте профессиональной ориентации.

Возможные темы проектов: «Влажность воздуха и ее влияние на содержание влаги в продуктах и сырье», «Холодильные установки: история и современность», «Физические основы работы бытового термоса» и др.

Таким образом, знания в области физики необходимы технологу для успешной профессиональной деятельности. Организация процесса обучения физике студентов, обучающихся по направлению Технология продукции и организация общественного питания, в контексте профессиональной направленности, положительно сказывается на качестве знаний студентов и уровне их познавательной мотивации к изучению физики;

обеспечивает успешное общее развитие специальных профессиональных способностей личности;

в целом значительно повышает эффективность процесса обучения физике.

Литература 1. Федеральный государственный образовательный стандарт высшего профес сионального образования по направлению подготовки 260800 Технология продукции и организация общественного питания (квалификация (степень) «Бакалавр») [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.osu.ru/docs/bachelor/fgos/260800b/pdf 2. Загвязинский В.И. Теория обучения: Современная интерпретация. – М.: Изд.

центр «Академия», 2007.

Физика в бакалавриате инженерных специальностей, оптимизация самостоятельной работы студентов © О. В. Сергеева Петрозаводский государственный университет (Петрозаводск, Россия) osergeeva@petrsu.ru По требованиям Федерального Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования изменяется подход к оценке качества подготовки выпускника вуза. В стандартах нового поколения основной акцент делается на результат подготовки, в качестве критерия используют полученные общекультурные и профессиональные компетенции. В то же время резко сокращается число часов, отводимых на изучение курса в рамках цикла математических и естественнонаучных дисциплин. Особенно сильно это коснулось студентов инженерных специальностей, обучающихся не на физическом факультете нашего вуза.

Например, специалисты, которые ранее обучались по специальности «Дороги и аэродромы», изучали физику в течение 2 семестров в объеме более 300 часов. Из них лекции и лабораторные занятия составляли соответственно 87 и 70 часов и почти 160 часов самостоятельная работа студентов (СРС). Теперь мы готовим бакалавров по направлению подготовки – 270801.62 Строительство (автомобильные дороги). Физика входит в базовую часть математического, естественнонаучного и общетехнического цикла в структуре ООП и изучается на первом и втором курсах. На 2 семестра общая трудоемкость дисциплины «Физика»

составляет 6 зачетных единиц или 216 часов, из них 102 часа аудиторных занятий, из них лекции составляют 34 часа, лабораторные занятия 68 часов, 114 часов самостоятельная работа студентов. Таким образом, часы теоретической части курса и СРС уменьшились соответственно в 2,5 раза и 1,4 раза. По итогам ЕГЭ в республике Карелия за 2011, 2012 года средние баллы по математике и физике составляют соответственно 42 и 45, и уровень подготовки абитуриентов, поступающих на эту специальность не очень высок.

Целью изучения физики является освоение основных законов физики и возможностей их применения при решении задач, возникающих в последующей профессиональной деятельности студентов. Эта дисциплина предназначена для ознакомления студентов с современной физической картиной мира, приобретения ими навыков экспериментального исследования физических явлений и процессов, изучения теоретических методов анализа физических явлений, обучения грамотному применению положений фундаментальной физики при разработке и эксплуатации современной техники и технологий, выработки у студентов основ естественнонаучного мировоззрения. Бакалавр должен уметь применять полученные знания по физике при изучении других дисциплин, выделять конкретное физическое содержание в прикладных задачах профессиональной деятельности. Возникает проблема организации учебного процесса таким образом, чтобы при минимальном количестве теоретических аудиторных занятий и относительно большом количестве часов, отводимых на самостоятельную работу, дать студентам представление обо всех основных разделах физики, познакомить их с наиболее важными экспериментальными и теоретическими результатами и достижениями современной науки.

Распределение часов по разделам дисциплины представлено в табл. 1.

Для преодоления противоречий между содержанием курса, поставленными целями, небольшим количеством часов, отводимых на лекции, можно по пытаться более эффективно использовать часы СРС. Для этого предлагается активно использовать в курсе следующие элементы:

При формировании программы дисциплины учитывать, что ма тематическая и естественнонаучная подготовка должны составлять единый блок.

Последовательно излагать различные разделы дисциплины, та ким образом, чтобы очередной дидактический модуль опирался на матери ал, представленный в предшествующих модулях.

Многие теоретические вопросы, которые не удается рассмотреть в часы лекций, давать в виде подготовки рефератов с обязательным после дующим выступлением студентов перед своей группой. Например, это та кие темы как: лазеры, ферромагнетики, термоядерные реакции, понятие о голографии, эффект Доплера, реальный газ, фазовые переходы и другие.

При организации физпрактикума взять за основу метод проектов.

Сдачу отчетов можно проводить не по классическим канонам, когда студент общается только с преподавателем, а проводить этот этап как презентацию полученных результатов перед всей группой. Возможно, деятельностный подход, направленный на формирование мыслительных способностей, не обходимых для исследовательской деятельности, будет способствовать ак тивизации работы студентов.

Таблица № Наименование раздела дисциплины Лекц. Лабор. СРС п.п занят.

Физические основы механики 1 8 14 Статистическая физика и термодинамика 2 8 18 Электричество и магнетизм 3 10 18 Волновые процессы. Оптика 4 6 16 Элементы квантовой физики и физики 5 2 2 атомного ядра Проверку знаний для промежуточной аттестации проводить ди станционно по выполнению домашних заданий-тестов. Например, в автома тическом режиме при работе с электронным ресурсом Blackboard оценива ется выполнение 5 домашних заданий по разделам курса.

Для выявления степени овладения курсом использовать систему оценочных показателей. Оценивается успешность выполнения лаборатор ных работ физического практикума, активность студентов на этих занятиях, подготовка реферата и его представление, умение решать задачи и регуляр ность работы в течение семестра.

Итоговую аттестацию в форме зачета, на подготовку к которому отводится 8 часов из СРС, проводить в виде теста-опроса.

Хочется надеяться, что несмотря на сложности, с которыми сталки вается в современных условиях и преподаватель, и студент, знания, полу ченные при изучении курса физики, все-таки создадут базу для изучения общепрофессиональных и специальных дисциплин, а также дадут пред ставление о физических законах окружающего мира в их единстве и взаи мосвязи, обеспечив бакалавров необходимыми знаниями для решения научно-технических задач в теоретическом и прикладном аспектах.

Организация самостоятельной работы студентов © А. Ф. Смык Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (Москва, Россия) afsmyk@mail.ru В современном ФГОС ВПО для различных технических направлений подготовки бакалавров и специалистов важная роль отводится организации и контролю самостоятельной работы студентов. В учебных планах и рабо чих программах по дисциплине «Физика» самостоятельная работа состав ляет половину времени, отводимого на аудиторное изучение, и требует к себе повышенного внимания как со стороны студентов, так и преподавате лей. Самостоятельная работа относится к внеаудиторной работе студентов, которая, на первый взгляд, ведется без присутствия преподавателя. Но пре подаватель, и в целом кафедра физики, должны участвовать в организации этой самостоятельной работы, подготовить для нее методическое обеспече ние, обосновать время, необходимое для ее выполнения, а также прокон тролировать на определенных этапах ее выполнение.

К типичным видам самостоятельной работы при изучении физики относятся: контрольные работы, расчетно-графические работы (РГР), рефе раты, презентации. Кафедры, как правило, разрабатывают банки таких ра бот, содержащие большое количество заданий разной степени сложности, так чтобы они носили индивидуальный характер для каждого студента. На кафедре физики МАДИ индивидуальный характер носит и подготовка сту дента к защите лабораторной работы, для этого разработаны комплекты во просов к каждой лабораторной работе. Эти вопросы требуют и теоретиче ского и практического применения приобретенных в ходе выполнения ра боты знаний. Индивидуальный комплект вопросов студент получает после выполнения лабораторной работы, и получает достаточно времени (до сле дующего аудиторного занятия) для подготовки письменного ответа. В про цессе сдачи лабораторной работы кроме обсуждения хода лабораторной ра боты и результатов, полученных при проведении измерений, проверяется и самостоятельная работа студента над этим комплектом.

Для выполнения самостоятельной работы студент должен иметь до ступ к учебной и учебно-методической литературе, для этого существуют электронные ресурсы библиотек, Интернет, мультимедиа – издания. Совре менный студент привык к работе с компьютером, это необходимый инстру мент для него, порой, более важный, чем ручка. Развитие информационных технологий позволяет сегодня обеспечить широкий спектр возможностей для самостоятельного поиска, анализа и отбора информации. Не любая ин формация, полученная с помощью интернета, может быть достоверной.

Определение достоверности информации представляет собой также необ ходимый элемент самостоятельной работы студента. Кафедра физики мо жет содействовать возможностям самостоятельного поиска информации, если будет принимать участие в создании электронных учебников, элек тронных методических указаний и пособий. Наличие на кафедре таких электронных изданий является отражением самостоятельной работы препо давателей, которая не должна прекращаться ни на один день. Самостоя тельная работа студентов будет успешной, если преподаватель постоянно работает сам над ее содержанием. Для эффективной самостоятельной рабо ты не достаточно только распределения в начале семестра номеров РГР, ва риантов контрольных работ и т. д., необходима еще и связь со студентом, как правило, оперативная и дистанционная. Технических возможностей для этого много, но не всегда преподаватели и студенты могут ими воспользо ваться из-за таких банальных причин, как отсутствие ПК, подключенных к Интернету, или навыков дистанционной работы у преподавателей.



Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 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.