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 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 12 |

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

-- [ Страница 6 ] --

Итогом самостоятельной работы является приобретение студентом соответствующих компетенций, которые заложены при разработке рабочей программы дисциплины. Компетентностный подход в обучении, который лежит в основе ФГОС ВПО, нацеливает на подготовку востребованных на рынке труда выпускников, обладающих профессиональными и творческими способностями. Независимым и объективным индикатором компетенций студента, приобретенных при изучении физики, является, например, компьютерное тестирование. Тестирование может быть организовано в аудитории, а может проводиться и без присутствия преподавателя, дистанционно. В начале изучения курса физики можно провести тестирование в виде входного контроля, позволяющего определить начальный уровень подготовки студента. А на заключительном этапе контрольное тестирование покажет эффективность обучения каждого конкретного студента. Важным элементом подготовки к контрольному тестированию является тестирование в режиме самообучения и самоконтроля. Тестирование в современных условиях обучения стало такой частью образовательного процесса как лекция, семинарское занятие или лабораторное занятие. У студента для этого должен быть доступ к тестированию в различных формах (самообучение, самоконтроль, итоговое) через Интернет на сайте кафедры физики, а у преподавателя - информация о результативности тестирования, которое отражает приобретенные навыки и компетенции у студента. Такая работа требует определенных организационных и материальных затрат со стороны ВУЗа, кафедра в этом процессе отвечает за достаточное количество тестов, их структурированию по дидактическим единицам, и качество предлагаемых заданий.

Преподаватель должен быть заинтересован в этой работе, у него должно быть достаточно времени и сил, чтобы сосредоточиться над содержанием предлагаемых для самостоятельного освоения студентом учебных и учебно методических пособий, тестовых и других заданий, а также анализом полученных результатов. Нагрузка преподавателя должна складываться как из аудиторных часов, так и запланированных часов на организацию самостоятельной работы студентов. Такова идеальная модель организации самостоятельной работы студентов, и для того, чтобы она стала реальностью, требуется много усилий со стороны каждого отдельного преподавателя, кафедры и, в целом, ВУЗа, который ведет научно образовательную деятельность.

Лабораторный физический практикум для магистров © Т. Р. Степанова, Е. Н. Вяххи Санкт-Петербургский государственный политехнический университет (Санкт-Петербург, Россия) vyakhkhi@gmail.

com На сегодняшний день (по госстандартам) содержание дисциплины физика для большинства не только чисто технических специальностей, но и специальностей физико-технического профиля ограничено минимальным уровнем: это – 9–11 зачетных единиц (~ 300 часов) [1]. Такой объем дисциплины предполагает способность воспроизводить типовые ситуации, использовать их в решении простейших задач. На этом уровне рассматриваются только модельные представления, описывающие достаточно ограниченный круг экспериментальных ситуаций. Понятно, что для магистров такой уровень недостаточен. Конечно, например, для специальности техническая физика, в рамках профессионального цикла, предусмотрено изучение некоторых разделов теоретической физики. Но это не может заменить базовый уровень, который предполагает способность решения сложных задач, требующих знания всей дисциплины. Но для этого уровня необходим объем 14–15 зачетных единиц (~ 450 часов). Кроме того, в ФГОС для таких направлений как техническая физика, нанотехнологии и микросистемная техника, инноватика и другие, есть такие базовые дисциплины профессионального цикла как теоретическая и математическая физика. Эти дисциплины вообще не имеют лабораторного практикума. А, следовательно, развитие навыков и умений обработки и интерпретирования результатов эксперимента;

использование методов адекватного физического и математического моделирования, будет затруднено, что скажется на профессиональной подготовке магистров. Мы предлагаем дополнить недостающий объем (~ 150 часов) введением дисциплины «Лабораторный физический практикум для магистров» в математический и естественнонаучный цикл программ.

Лабораторные работы позволяют студентам делать эксперименты, включающие в себя: выбор теоретической модели, выбор схемы эксперимента, проведение измерений, обработка результатов измерений, сравнение экспериментальных и теоретических данных, анализ методики эксперимента и теоретической модели.

Например, рассмотрим лабораторную работу «Характеристическое излучение меди рентгеновского диапазона. (Спектр атомов меди)». В этой работе студенты в эксперименте наблюдают и корпускулярные, и волновые свойства электромагнитного излучения. Спектр атомов в рентгеновском диапазоне электромагнитного излучения и состоит из тормозного (непрерывного) и характеристического (дискретного) излучения.

Характеристики этого комбинированного спектра объясняются корпускулярными свойствами электромагнитного излучения. Спектр тормозного излучения меняется постепенно с изменением длины волны, без скачков, однако, со стороны коротких длин волн спектр резко обрывается, причем длина волны, соответствующая этой нижней границе, обратно пропорциональна напряжению, приложенному к трубке. Квантовая теория следующим образом объясняет образование нижней границы. Электрон, обладающий энергией Екин = еUа, при столкновении с веществом анода (торможении) излучает фотон, энергия которого, самое большее, равна энергии электрона: eUa = hfmax = hc/min, где е – заряд электрона,Ua – положительное анодное напряжение, fmax – максимальная частота излучаемого фотона, h – постоянная Планка. Происходит превращение кинетической энергии электрона в энергию фотона. Характеристический спектр атомов меди состоит из отдельных линий, каждой из которых соответствует определенная длина волны, не зависящая от условий работы трубки, но определяющаяся только веществом анода. Это – характеристические линии атомов, составляющих материал анода.

Характеристические линии образуются в результате столкновений электронов катодного пучка с анодом. Образование дискретного спектра излучения анода объясняется тем, что в результате столкновений электронов катодного пучка с анодом часть атомов анода ионизируется. Затем в процессе рекомбинации происходит испускание фотонов, энергия которых зависит от материала анода. Если Еi и Еf – начальная и конечная энергии перескочившего электрона, то испускаемый квант будет обладать энергией hv = Ei – Ef. Таким образом, характеристическое излучение отражает строение электронных оболочек атомов.

Для измерения спектра необходимо использовать анализатор, чтобы пучок фотонов разделить по энергиям (частотам) в пространстве. И здесь фотоны или гамма-кванты мы рассматриваем в рамках волновой модели как электромагнитные волны. Разложить в спектр электромагнитное излучение можно при помощи дифракционной решетки. В качестве дифракционной решетки (анализатора) берут кристаллическую пластину. То есть, наблюдают дифракцию на кристаллической решетке. Для расчетов дифракции электромагнитного излучения на кристаллической решетке нужно иметь представление о строении кристаллов и параметре решетки. А также уметь рассчитать в каком порядке дифракции будут разрешены линии переходов L К и М К. Модель дифракции рентгеновского излучения на кристаллах Брэгга, позволяет использовать формулу 2dsinnгде d – постоянная решётки, – угол дифракции, n – порядок дифракции, – длина волны рентгеновского излучения.

В ходе написания отчета студентам предлагается ответить, в том числе, на вопросы: какие источники рентгеновского излучения (гамма квантов) лучше использовать рентгеновские трубки или изотопы, в каких случаях? Какие являются более безопасными с экологической точки зрения?

Чтобы решить задачу подготовки специалиста, способного выбрать оптимальный метод, разработать программы научных исследований, прове сти их с использованием существующих и новых технических средств, гра мотно провести обработку и анализ полученных результатов, надо познако мить студентов с многообразием физических экспериментов в органической связи всех разделов физики.

Таким образом, лабораторный физический практикум дает возмож ность проделать многозадачные, требующие комплексного подхода экспе рименты, результаты которых являются значимыми для современных пред ставлений об окружающем мире. Это позволит студентам сформировать цельное представление об исследуемых явлениях и будет хорошей подго товкой к самостоятельной научно-исследовательской работе.

Литература.

1. Бюллетень Научно-методического совета по физике. № 4 сост. Н.М. Кожевни ков. – СПб.: Изд-во Политехнического ун-та, 2012. 84 с.

Оценка сформированности компетенций у студентов технического вуза: опыт МАДИ © Г. Ю. Тимофеева, Т. М. Ткачева Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (Москва, Россия) galina.omega@gmail.com;

tmtkach@rambler.ru Центральной проблемой модернизации профессионального образования является повышение его качества. В настоящей статье рассматриваются возможности контроля сформированности компетенций у студентов. Пример приведен в таблице 1.

Таблица 1. Пример определения сформированности компетенции Расшифровка действий Конкретные действия учащегося при аттестации Компетенции учащегося, лежащие в приобретенной основе компетенций компетенции Формирует понятийный аппарат, необходимый для Правильно употребляет ответа Работа с и проводит профессионально- Показывает правильное понятийный и ориентированной понимание логический анализ информацией профессиональной лексики содержания Владеет системой профессиональных понятий Понимает связь теории с практикой Видит проблему в системе Работа с Выявляет причинно других наук и других профессионально- следственные связи, проблем ориентированной внутрипредметные и межпредметные связи Определяет круг научных информацией знаний (дисциплин), необходимых для решения профессиональных проблем Структурирует профессиональную Анализирует и информацию Работа с представляет профессионально- Умеет провести профессионально ориентированной ретроспективный анализ ориентированную информацией проблемы информацию Четко и логично излагает научную теорию Владеет навыками профессионального общения Строит свою речь в Актуализирует и защищает соответствии с свои взгляды языковыми и этическими нормами Вступает в диалог, применяя профессиональную Организация терминологию профессиональных Управляет своим коммуникаций Использует приемы психологическим состоянием саморегуляции Точно и выразительно поведения в процессе произносит монолог межличностного Правильно выбирает общения стратегию взаимодействия в общении Главными требованиями к средству оценки являются валидность, точность и надежность. Все формы контроля требуют составления заданий.

Методологическим ключом к построению банка заданий является связь между компетенциями и успешным решением задач профессиональной деятельности, социальным участием и личным ростом. Тестовые задания разного типа и разной сложности используются на кафедре физики МАДИ для контроля качества усвоения физики студентами, как в процессе обучения, так и в виде контроля остаточных знаний после завершения учебной программы. Примеры заданий:

Задания на общий объем полученных знаний, память и их последующее использование Знание фактов Назвать авторов законов идеальных газов: изотермического, изобарного, изохорного. Рассказать суть законов.

Знание связей Назвать и объяснить связь законов сохранения в механике и симметрии пространства и времени.

Прагматическое использование (в профессиональной деятельности) Диоды и гетеропереходы в полупроводниковых структурах и их применение в автомобиле.

Владение методами исследований в конкретной области Знание теории погрешностей, умение определить необходимые погрешности на практике.

Творческий уровень (самостоятельное получение нового знания, новых связей) Студенческая инженерная группа МАДИ и ее участие в международном проекте «Формула Студент».

Задания профессионального характера Интенсивность или завершенность действия (полностью или частично решена поставленная задача). Определение коэффициента жесткости для конкретного вида и марки легкового автомобиля.

Масштабность воздействия (количество объектов, на которые оказывается воздействие при решении профессиональной задачи, задействованные ресурсы, масштабы проблемы и последствия принятого решения) Определение звукового давления, ударной волны, стоячей звуковой волны на выходе глушителя в системе отвода выхлопных газов.

Количество времени, затраченного на решение задачи Задача: Расчет перемещения центра масс в груженом грузовике при торможении от скорости 100 км/час. Время: от 0 до. Решается по выбору студента на повышение оценки.

Уникальность принятого решения или действия (насколько оно было творческим или стандартным, типичным) Найти работу при адиабатическом расширении – два решения через интеграл по определению работы идеального газа, второе, исходя из первого начала термодинамики: Q = 0, A12 = -U12.

Задания в условиях неопределенности (компетентностно-ориентированные) Задания с лишними данными (данных больше, чем необходимо для решения) Груз массой m на длинной нити длинной l совершает свободные гармонические колебания. После увеличения длины нити частота колебаний… --- не изменится - 1;

уменьшится - 2;

увеличится - 3.

Задания с противоречивыми данными К чему приводят электромагнитная теория света и теорема классической физики о равнораспределении энергии системы по степеням свободы, будучи применены к тепловому равновесному излучению? Варианты ответов:

1)формуле Планка;

2) гипотезе квантов;

3) тепловой смерти Вселенной;

4) ультрафиолетовой катастрофе.

Задания, в которых данных недостаточно для решения Определить напряженность шара заряженного равномерно с объемной плотностью заряда на расстоянии от центра шара: а) r = R/2, б) r=2R, в) разность потенциалов между центром и поверхностью шара (не дан радиус шара, задача решается только в общем виде).

Многовариантные задания (имеют несколько вариантов решения) Дана схема энергетических уровней атома водорода с численным указанием величины энергии на каждом из рассмотренных уровней. Чему равно отношение минимальной частоты серии Лаймана к максимальной частоте линии в серии Бальмера?

Комплексные задания (состоят из нескольких частей различной сложности) При выстреле орудия снаряд вылетел из ствола с угловой скоростью = 200 с-1 под углом = 600 к горизонту. Момент инерции снаряда относительно его продольной оси J = 15 кгм2, расстояние между колесами орудия l = 1,5м, время движения снаряда в стволе t = 210-2с. Чему равны силы давления земли, действующие на колеса во время выстрела?

Проведение контроля знаний с использованием вышеприведенных заданий позволяет преподавателю выявить мотивированных и равнодушных студентов, позволяет разбудить в любознательных студентах желание узнать больше, желание быстрее начать делать что-то в профессии своими руками.

О предстоящем переопределении килограмма и моля © Г. М. Трунов Пермский национальный исследовательский политехнический университет (Пермь, Россия) plazma@perm.ru Единица массы в Международной системе единиц (СИ) определяет ся следующим образом: «килограмм – масса, равная массе международного прототипа килограмма (решение I Генеральной конференции по мерам и весам в 1889 г.).

Но, как материальный артефакт, эталон килограмма не принадлежит к инварианту природы и поэтому может быть поврежден;

кроме того, имеется предположение, что его масса изменяться со временем, возможно на 50 мг в столетие.

Международный Комитет по Мерам и Весам (МКМВ) на своей 94-ой Конференции в октябре 2005 принял Рекомендацию С1 – «Подготовительные шаги к новым определениям килограмма, ампера, кельвина и моля через фундаментальные константы» В соответствии с этой Рекомендацией в журнале «Metrologia» [1] были предложены к обсуждению следующие переопределения килограмма с использованием фиксированного значения постоянной Планка h:

(кг-1а) Килограмм есть масса тела, эквивалентная энергия которого равна энергии такого числа фотонов, сумма частот которых равна точно [(299 792 458)2/662 606 93]1041 Герц.

(кг-1b) Килограмм есть масса тела, для которого частота де Бройль Комптона точно равна [299 792 458/(6,626 069310–34] Герц.

На наш взгляд, новые определения килограмма очень сложны для восприятия, что создает дополнительные проблемы при преподавании физики и поэтому уже по этой причине будет отрицательно воспринято преподавателями и большинством физиков и метрологов. Но не это обстоятельство является главным аргументом против таких переопределений килограмма.

На первое место выходит искусственность и некорректность с физической точки зрения предложенных определений (кг-1а) и (кг-1b).

В частности, сами авторы [1] в комментарии к определению (кг-1b), использующее частоту де Бройля-Комптона для тела массой m (Ком = с/Ком = (mc2) / h), отметили, что частота де Бройля-Комптона для тела массы 1 кг является «скорее нефизическим свойством» и является «нереально большой частотой ( Ком,1кг 1,361050 Гц). Этой частоте соответствует длина волны:

Ком,1кг = h/(1 кг)c 2,210–42 м, которая на много порядков меньше планковской единицы длины lP 1,610–35 м».

Искусственность определения (кг-1а) проявляется в следующем.

В соответствии с уравнением Е = mс2 определение (кг-1а) можно было бы записать следующим образом:

«Килограмм есть масса тела, эквивалентная энергия которого равна (299 792 458)2 Джоулей».

(Заметим в скобках, что значение эквивалентной энергии в таком определении килограмма равно 91016 Дж, что соответствует энергии очага землетрясения с магнитудой 8 баллов по шкале Рихтера, или тротиловый эквивалент: одна гигатонна! [2]).

Но такое определение было бы некорректно с формальной точки зрения, т.к. в этом случае основная единица «килограмм» определялась бы через производную единицу – единицу энергии «джоуль», что противоречит одному из основных правил построения систем единиц [3, 4]:

«Не допускается формулировка определения основных величин через производные величины».

Поэтому авторам [1] пришлось дополнительно использовать еще и уравнение Е = h. Поэтому в определении (кг-1а) появилась фраза:

«…эквивалентная энергия которого равна энергии такого числа фотонов, сумма частот которых равна точно [(299 792 458)2/662 606 93] Герц».

Эта фраза некорректна (если не сказать больше) с физической точки зрения. Действительно, разве можно складывать частоты фотонов? Частота фотона есть его индивидуальная интенсивная характеристика (т.е. не подчиняющаяся закону аддитивности), и нет смысла складывать характеристику одного фотона с характеристикой другого фотона! Можно сложить амплитуды двух колебания с разными частотами, но нет никакого смысла складывать частоты этих колебаний!

Некорректность таких действий можно подчеркнуть следующим примером. Имеется два стакана с водой разной температуры: 20 оС и 40 оС. Мы можем определить массу или объем воды, имеющейся в обоих стаканах (так как масса и объем – экстенсивные характеристики, подчиняющиеся закону аддитивности), но нет никакого физического смысла складывать значения температуры воды в разных стаканах (температура – интенсивная характеристика, не подчиняющаяся закону аддитивности)!

Почему же на рассмотрение научной общественности авторы [1] представили сложные для восприятия и некорректные с физической точки зрения переопределения килограмма с использованием постоянной Планка, а не декларированное этими же авторами в своей предыдущей работе [5] переопределение килограмма с использованием фиксированного значения постоянной Авогадро NA : «килограмм – масса точно (6,022 141 5271023) / 0,012 свободных атомов углерода-12 в покое и в основном состоянии».

По мнению авторов [1], «постоянная Планка h является основной константой квантовой механики, точно так же как скорость света в вакууме с является основной константой теории относительности, и поэтому желательно определить единицы таким образом, чтобы обе эти константы имели точно фиксированные значения» [1, с. 229].

Но эта причина является чисто субъективной, т.к. решение авторов [1] при переопределении килограмма использовать постоянную Планка с фиксированным числовым значением не является жесткой необходимостью.

Поэтому вопрос: «Почему изделие из сплава платины и иридия, изготовленное в XIX веке и находящегося в хранилище Севра, должно ограничивать в XXI веке наши знания значений h и me?» [1, с. 230], является не только риторическим, но и некорректным. Поскольку именно фиксация значения постоянной Планка и есть настоящее ограничение этой величины в полном смысле этого слова! А роль в физике постоянной Планка никоим образом не уменьшится, если единица массы в СИ будет переопределена без ее упоминания!

Особо отметим, что возможно переопределение моля на основе фиксированного значения постоянной Авогадро: «моль – количество вещества системы, содержащей точно 6,02214151023 структурных элементарных объектов, которые могут быть атомами, молекулами, ионами, электронами, другими частицами или определенными группами таких частиц» [1], возможно и без фиксации значения постоянной Планка.

Кроме того, определение единицы массы через инвариант природы – массу точно заданного числа атомов углерода-12 – будет соответствовать в полной мере высказыванию Максвелла: «Если мы хотим получить эталоны длины времени и массы, которые будут абсолютно неизменными, мы должны искать их не в размерах, или движении, или массе нашей планеты, но в длине волны, периоде колебаний, абсолютной массе устойчивых, неизменных и совершенно одинаковых молекул» [6].

Высказыванию, с которым согласны все: и метрологи, и преподаватели физики, и ученые-практики.

Литература 1. Mills I.M., Mohr P.J., Quinn T.J., Taylor N.,Williams E.R. Redefinition of the kilogram, ampere, kelvin and mole: a proposed approach to implementing CIPM recommendation 1 (CI-2005) // Metrologia. – 2006. – V. 43. – P. 227–246. Имеется перевод в журнале «Метрология»/ – 2007/ – № 2. – C. 5–57.

2. Брянский Л.Н. Метрология и стихия. // Законодательная и прикладная мет рология. 2008. – № 5. – С. 65–67.

3. Хантли Г. Анализ размерностей. – М.: Мир, 1970 – 174 с.

4. Бриджмен П. Анализ размерностей. – Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотиче ская динамика», 2001. – 148 с.

5. Mills I.M., Mohr P. J.,Quinn T.J., Taylor N.,Williams E.R. Redefinition of the kilo gram: a decision whose time has come // Metrologia. – 2005. – V. 42. – Р. 71–80.

6. Максвелл Д.К. Молекула. В сб. Статьи и речи. – М.: Наука, 1967. – 422 с.

Формирование у студентов побудительного мотива к изучению курса общей физики © Г. М. Трунов Пермский национальный исследовательский политехнический университет (Пермь, Россия) plazma@perm.ru В последние несколько лет преподавателям ВУЗов приходится сталкиваться с тем обстоятельством, что многие студенты, поступившие на гуманитарные факультеты (специальности «Маркетинг», «Государственное и муниципальное управление», и др.), не подготовлены к изучению основной составляющей дисциплины «Концепции современного естествознания» – курса общей физики. Готовясь к изучению гуманитарных специальностей, они уже в школе не уделяли должного внимания физике и не сдавали ЕГЭ по этой дисциплине.

Поступив в ВУЗ, таким студентам приходится заново усваивать главные законы и определения физики – основы естествознания.

Для формирования побудительного мотива к более глубокому и самостоятельному изучению физики, можно воспользоваться приемом, который применил Р. Фейнман при изложении темы «Движение». Он сначала приводит анекдот [1]: «Полицейский останавливает машину и говорит женщине, сидящей за рулем: «Мадам, Вы нарушили правила уличного движения. Вы ехали со скоростью 90 километров в час». Женщина отвечает: «Простите, это невозможно! Как я могла делать 90 километров в час, если еду всего лишь 7 минут!» и затем рассматривает все трудности, с которыми приходиться сталкиваться при определении скорости. (Отметим в скобках, что в физике рассматриваются две векторные величины: средняя и мгновенная скорости, и две скалярные величины: средняя путевая и мгновенная путевая скорости. При этом модуль вектора мгновенной скорости равен значению мгновенной путевой скорости).

Такой прием – использование анекдота или описания случившейся с известными физиками реальной истории в юмористическом ключе при изложении какого-либо раздела физики – позволяет сформировать побудительный мотив у студентов, как для восприятия излагаемого преподавателем нового материала, так и для дальнейшей самостоятельной работы по заданной теме. В частности, после разбора ситуации, изложенной в анекдоте, преподаватель будет уверен, что студент способен различать все виды скоростей и при решении задачи:

«Первую половину пути машина двигалась со скоростью v1 = 40 км/час, а вторую половину пути – со скоростью v2 = 60 км/ час.

Какова средняя скорость автомобиля на всем пути?» получит правильный ответ: v = 2v1v2 / (v1+v2) = 48 км/час, а не 50 км/час!

В Пермском национальном исследовательском политехническом университете издано учебное пособие [2], в оглавлении которого указаны все разделы традиционного курса физики. При этом каждый раздел включает в себя связанные с темой раздела забавные истории, которые случились с известными физиками, шутки или анекдоты на физическую тему, или просто «нетрадиционные» ответы нерадивых студентов (например, в советское время на вопрос: «Что такое броуновское движение?» студент-заочник дал такой ответ: «Это движение английских рабочих за мир!»).

Такие «истории, связанные с физикой», являются своеобразной увертюрой для успешного самостоятельного изучения физики в объеме дисциплины «Концепции современного естествознания».

Практика применения учебного пособия [2] показала, что эффективной для самостоятельной работы студентов оказалась такая формой задания. Каждому студенту выдается листок с несколькими историями или анекдотами, относящимися к различным разделам физики.

Студент, прочитав такие истории, должен самостоятельно изучить разделы физики, к которым относятся эти истории, придумать задачи и записать их решения. В частности, студент, прочитав историю:

«Как-то Рентген получил курьезное письмо: незнакомый просил его прислать несколько рентгеновских лучей, объяснив как ими пользоваться.

Оказалось, что у него в грудной клетке застряла пуля, но приехать к Рентгену он не может из-за нехватки времени. Рентген был человек с юмором и ответил на письмо так: «К сожалению, икс-лучей у меня сейчас нет. К тому же пересылать их – дело весьма сложное. Сделаем так:

пришлите мне вашу грудную клетку», должен самостоятельно проработать и законспектировать раздел «Рентгеновское излучение и его спектры».

Отметим, что некоторые истории, которые напрямую не связанны с тем или иным разделом физики, тем не менее, также могут оказать положительное воздействие на формирование у студента интереса к физике.

Например, прочитав следующую историю:

«Жозеф Луи Гей-Люссак (1778–1850) – крупнейший французский химик и физик – во время одного из своих химических опытов лишился глаза. Как-то раз его встретил епископ Сиезский – самонадеянный богослов, попавший в число «бессмертных» Французской академии по протекции.

– Не понимаю, как можно быть ученым, имея всего один глаз! Что можно увидеть одним глазом?

– Да побольше вашего, – не растерялся Гей-Люссак. – Вот, например, я вижу у вас два глаза, а вы у меня только один!»

студент должен написать реферат о жизни и деятельности Гей Люссака. Для этого ему потребуется самостоятельно изучить те открытия, которые сделал этот ученый.

Все комментарии к историям или шуткам студенты должны записать в отдельную тетрадь без использования компьютерных технологий. При этом степень аккуратности записи тоже принимается во внимание при оценке ответа студента.

В заключении отметим, что в качестве занятных историй, связанных с физикой, рекомендуется использовать также материалы, размещенные в книге [3] или в Интернете, например, в замечательной и остроумной работе [4].

Литература 1. Фейнман Р. и др. Фейнмановские лекции по физике. Вып. 1. М. : Изд. «МИР», 1965. – 268 с.

2. Трунов Г.М. Дополнительные задания по курсу общей физики : учебное посо бие. – 2-е изд., испр. и дол. – Пермь : Изд. Перм. нац. исслед. политех. ун-та, 2012. – 67 с.

3. Физики шутят: версия 4.0. Сборник околонаучных шуток, анекдотов и реаль ных поучительных историй / сост. Г.М. Трунов – Пермь : Изд-во Перм. гос. техн. ун-та. – 2011. – 86 с.

4. Деревенский О.Х. История физики, рассказанная курам на смех [Электронный ресурс]. – URL: http//newfiz.narod.ru.

Введение основных понятий в волновую оптику © В. А. Трухачева, В. И. Бородин Петрозаводский государственный университет (Петрозаводск, Россия) borvi@karelia.ru Многолетний опыт работы по курсу «Общая физика» показал:

наибольшие затруднения студенты испытывают в освоении фундаменталь ных понятий волновой оптики. Общий подход к решению задач по оптике известен. Он основан на знании основных моделей, основных понятий, и умении отразить рассматриваемую ситуацию на рисунках. Например, в те ме «Интерференция» центральными понятиями являются когерентные лу чи, оптическая длина пути и разность хода. Решение практически любой за дачи по данной теме сводится к следующим ступенькам: сделать рисунок, построить на рисунке ход когерентных лучей, найти оптическую длину лу чей и их разность хода, а дальше остается простая математика. И именно первые три ступеньки вызывают у студентов значительные затруднения. В домашних заданиях студенты реализуют последнюю ступеньку: простую математику, списанную с интернета. Но воспроизвести первые три первых ступеньки не могут. Анализ вопросов, задаваемых студентами разных вузов по данной теме на форумах, показал, что эта ситуация стандартная. Приме нение формул без использования графического представления информации, приводит к тому, что ключевые понятия лишаются внутреннего содержа ния.

Методических пособий по любому разделу физики в интернете много. Нет проблем и с учебниками. Чего же не хватает студенту для успешного усвоения учебного материала? Материалы лекций, слайдовые демонстрации волновых явлений, и визуальные наблюдения в процессе выполнения физического практикума, как ни странно, не облегчают ситуацию. Совокупность этих традиционных средств обучения позволяют студентам понять суть явлений: интерференции, дифракции, поляризации.

Но «кухня» процессов взаимодействия множества лучей от глаз скрыта. И здесь мы имеем ситуацию, в корне отличающуюся от ситуации, допустим, в механике. В механике алгоритм построения рисунков усвоен наилучшим образом. Но в механике рисунки опираются на макромир, доступный нам в ощущениях. А при решении задач по волновой оптике требуется мысленно реконструировать процесс взаимодействия отдельных характерных лучей.

Однако в реальной жизни мы отдельные лучи не видим. Поэтому нарисовать рисунок можно лишь в том случае, если есть представления о тонкостях волновых процессов. Фактически приходится решать задачу задом наперед: сначала появляется ответ, а потом мы разбираемся с ходом событий.

Просмотр иллюстраций по волновой оптике в классических учебниках для высших учебных заведений и в материалах, выставленных в интернете, показал следующее. Заметна существенная трансформация со временем в культуре представления информации на рисунках. В «старых» и во всех переводных изданиях обязательно присутствуют исчерпывающие подрисуночные подписи. Например, они есть в учебниках [1–4]. Но в учебниках [5–10] подписи, к сожалению, отсутствуют. А это все учебники, наиболее востребованные студентами не физиками.

Приведем пример рисунков по теме «однослойное просветление оп тики». На рис. 1а образ происходящего явления отражен достаточно по дробно: показаны две когерентные волны в отраженном свете;

видна раз ность хода, равная половине длины волны, определяющая просветление оп тики [2]. На рис. 1б представление волны исчезает, исходный луч Е не пада ет на поверхность и не связан с лучами Е2/ и Е1/, в тексте разъяснений нет.

Но именно этот вариант растиражирован в методических материалах, вы ставленных в интернете [5]. В варианте 1в часть луча отделилась от «роди тельского» прямо в воздухе, не дойдя до пластинки [11]. Есть и последний вариант, когда рисунка нет вообще [10].

В условиях тотального сокращения часов на изучение физики небрежное отношение к иллюстрациям серьезно усложняет а б в Рис. 1. Примеры рисунков по теме «Однослойное просветление оптики» из разных источников: а. рис. 5.12 [2];

б. рис. 4.21 [5];

в. рис. 4.22 [11] самостоятельную работу студента. Подпись к рисунку привлекает внимание, конкретизирует его содержание, помогает комфортно с ним работать, облегчает правильное понимание основных терминов. Она организовывает автора и воспитывает уважение к читателю. Идеальный вариант оформления рисунков на наш взгляд в учебниках А. Н. Матвеева: есть подробная подпись к рисункам, ключевые вопросы по представленной информации и описание ситуации в тексте учебника. К сожалению, уровень сложности учебников этого автора для современных технических специальностей не доступен.

Литература 1. Ландсберг Г. С. Оптика. – М. : Физматлит, 2003. – 848 с.

2. Дитчберн Р. Физическая оптика. – Наука, 1965. – 637 с.

3. Борн М, Вольф Э. Основы оптики. – Изд. : Наука, 1973 – 720 с.

4. Матвеев А. Н. Оптика. – М. : Высшая школа, 1985. –351 с.

5. Иродов И. Е. Волновые процессы. Основные законы. – М. : Лаборатория ба зовых знаний, 1999. – 256 с.

6. Савельев И. В. Курс общей физики. Т. 2. Электричество и магнетизм. Волны.

Оптика. – М. : Наука, 1978. – 478 с.

7. Сивухин Д. В. Общий курс физики. Оптика. Т. 4. – М. : Наука, 1980. – 752 с.

8. Трофимова Т. И. Курс физики: Учебное пособие для вузов. – М. : Высшая школа, 1990. – 487 с.

9. Детлаф А. А., Яворский Б. М. Курс физики. Учебное пособие для вузов. – М.:

Высшая школа, 2002. – 718 с.

10. Грабовский Р. И. Курс физики. – М. : Высшая школа, 1974. – 552 с.

11. Литвинов О.С., Павлов К.Б., Горелик В.С. Электромагнитные волны и оптика.

[Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://fn.bmstu.ru/phys/bib/physbook/tom4/ Волны в ансамбле маятников © О. В. Усманов, М. И. Шевчук, Н. М. Кожевников Санкт-Петербургский государственный политехнический университет (Санкт-Петербург, Россия) nkozhevn@mail.ru В последнее время в Интернете широко обсуждаются демонстрационные эксперименты с так называемым ансамблем маятников Чеботаева [1]. При объяснении возникающих в такой системе эффектов можно встретить самые невероятные рассуждения, опирающиеся на нелинейное взаимодействие осцилляторов, интерференцию волн и т. п. На самом деле в эксперименте используется одномерная система несвязанных между собой маятников (рис. 1), частоты колебаний которых подобраны таким образом, что распределение фаз колебаний этих маятников воспринимается как волна с длиной, зависящей от времени.

Действительно, в рассматриваемой системе из N = 13 маятников частоты колебаний расположены эквидистантно с интервалом = 0,021 Гц с точностью ~10-3 Гц. Так, частота n-го маятника выражается как n = 0 + (n – 1), где 0 = 0,7 Гц – частота колебаний маятника с наибольшей длиной подвеса (n = 1). В то же время частоты зависят от длины Ln по известной формуле, где g – ускорение свободного падения. Отсюда получаем. Перейдем от номера маятника к его «координате» x, и в первом приближении будем считать.

Колебание маятника с длиной L(x) описывается формулой, где, а волновой вектор [2].

Мы видим, что распределение мгновенных значений смещения маятников из положения равновесия описывается уравнением волны с длиной, которая в начальный момент времени равна бесконечности, а затем постепенно уменьшается. Можно показать, что уменьшение происходит до половины расстояния между маятниками, когда соседние маятники раскачиваются в противофазе. После этого длина волны начинает увеличиваться до первоначального (бесконечного) значения.

Рис. 1. Ансамбль маятников Чеботаева Установка, приведенная на рис. 1, требует очень тщательной настройки длин маятников, так как на самом деле указанное выше приближение является слишком грубым, а также возможно влияние угла отклонения от равновесного положения, который не является малым. После того, как установка настроена, маятники отклоняются вместе на один и тот же угол и отпускаются. Их совместное качание производит эффект перехода от упорядоченного до совершенно хаотического состояния и обратно, что может служить примером самоорганизации в сложных системах [3]. Хотя подчеркнем еще раз, что в данном случае речь не идет о связанных осцилляторах, а возникающие эффекты следует рассматривать как имитацию волн.

Рис. 2. Система маятников с магнитной связью Другая демонстрационная установка показывает, как возникает волновое движение в системе связанных маятников. Как известно, если имеется два одинаковых связанных осциллятора, то возбуждение одного из них приведет к периодическому обмену энергией между этими осцилляторами (биения). В системе нескольких одинаковых связанных маятников возбуждение первого маятника передается далее по цепочке, пока не дойдет до последнего, после чего волна возбуждения пойдет в обратную сторону. Фактически имеет место отражение волны от последнего маятника. В общем курсе физики подробно такая система маятников обычно теоретически не изучается, поэтому полезно показать демонстрационную модель такого процесса (рис. 2). Установка включает в себя шесть одинаковых маятников, связь между которыми осуществляется с помощью магнитного взаимодействия. Устройство подвесов маятников позволяет менять расстояния между ними, что в свою очередь изменяет интенсивность взаимодействия. При изготовлении установки основную трудность составлял поиск достаточно сильных и в то же время удобных в креплении магнитов.

Рис. 3. Магнитный маятник Цилиндрические и сферические магниты, подвешенные на нитях, переворачивались противоположными полюсами друг к другу, что приводило к быстрому затуханию волнового процесса. В результате, остановились на магнитных стержнях из швейцарского магнитного конструктора «Geomag».

Стержни повернуты одинаковыми полюсами к никелированному стальному шарику (рис. 3), создавая эффект «однополюсного магнита» (если брать в рассмотрение только шарик, а не всю систему со стержнями). За счет отталкивания однополюсных шариков передается взаимодействие, образуя волну в системе связанных осцилляторов.

Литература 1. Дубецкий Б.Я., Чеботае в В.П. Эхо в классическом и квантовом ансамблях с детерминированными частотами. – Письма в ЖЭТФ, 1985, т. 41, вып. 6, С. 267–269.

2. URL: http://hippomath.blogspot.com/2011/06/pendulum-waves-mathematical-descrip tion.html 3. V.P. Chebotayev, B.Ya. Dubetsky. Appl. Phys., 1983, B31, 45.

Биографический справочник по истории отечественной радиофизики © М. А. Холзенева, В. А. Ильин, Е. Ю. Бахтина Московский педагогический государственный университет (Москва, Россия) elbakh@gmail.com В 30-40-е годы XX века все большую роль стали играть исследования в области радиофизики, достижения, которых сегодня широко используются не только в науке и технике, но и в быту. Самые яркие достижения прошедшего столетия были связаны именно с этим направлением развития науки и техники. Радиофизика является одним из бурно развивающихся направлений в физической науке.

Изучение истории радиофизики дает возможность предсказать новые направления дальнейших исследований, определить их научную и прикладную ценность, предполагает исследование научных достижений творцов радиофизики. Особенно важно то, что радиофизика всегда была приоритетным направлением в отечественной науке. Хорошо известно, что знание истории физики является неотъемлемой частью физического образования. Это, естественно, относится к радиофизике, и в частности, к отечественной.

При изучении радиофизики и ее истории школьники и студенты лишь в небольшом объеме получают сведения о творчестве ученых радиофизиков в силу того, что необходимая информация о них содержится, как правило, только в специальной научной литературе. Многообразие необходимых данных усложняет составление учебников, методических пособий, справочников. Возникла необходимость систематизировать накопленный материал по истории развития радиофизики. Для этого необходимо определить основные достижения радиофизики, рассказать о весомом вкладе российских ученых в развитие этого направления физики, рассмотреть подробно историю радиофизических открытий, сделанных отечественными учеными, представить биографии ученых, внесших основополагающий вклад в становление российской радиофизики. Все это приводит к необходимости создания инновационного биографического справочника по радиофизике с обязательным привлечением компьютерных технологий к его составлению.

Созданный нами компьютерный справочник по отечественной радиофизике обеспечивает структурирование научной информации на разных уровнях, систематизацию процесса предъявления информации, специальной организации интерактивного общения. Компьютерная визуализация информации – наглядное представление, в результате которого появляется возможность определить основные направления научных исследований в области радиофизики. С помощью справочника можно приоткрыть дверь в «лабораторию гения», проанализировав пути, которые прошла их творческая мысль, прежде чем родилось открытие.

Справочник поможет выделить перспективные направления проведения исследований в области радиофизики и даст возможность использования полученных материалов в обучении студентов и школьников для формирования у них естественнонаучной картины мира.

В биографический справочник входят исторические данные более чем о 40 известных отечественных радиофизиках, которые внесли весомый вклад в развитие современной радиофизики. В первую очередь это члены отечественных научных школ (школы Л.И. Мандельштама и Н.Д. Папалекси, радиолокационной школы Ю.Б. Кобзарева и др.).

Включены также научные биографии выдающихся ученых-радиофизиков – академиков А.И. Берга, Н.Д. Девяткова, М.А. Леонтовича, В.В. Мигулина, В.А. Котельникова и др. Особое место занимает исследование истории развития отечественной радиолокации, зарождение и развитие методов радиоспектроскопии (Е.К. Завойский).

В биографический справочник включены сообщения об открытиях и изобретениях, авторами которых являются отечественные ученые. Каждое из них сопровождается исторической справкой о том, как были открыты те или иные радиофизические явления, а также биографией ученых первооткрывателей этих эффектов. Наряду с этим представлен интересный иллюстративный материал: иллюстрации опытов, видеоматериалы, которые позволяют проникнуть в историю открытия.

Основная техническая задача при создании компьютерного справочника состоит в выборе программного продукта, отвечающего следующим требованиям: возможности размещения значительного количества информации, в том числе многочисленных иллюстраций, возможность представлять информацию в хронологическом порядке и группировать ее по разным признакам.

Мы выбрали программу «ОС3 Хронолайнер 1.5», с помощью которой можно выполнять следующие действия: создавать линии времени и анализировать их, добавлять в справочник и редактировать новые события, иллюстрации, изучать хронологические последовательности, используя различные формы представления информации, включать в линии времени различные медийные файлы.

Применение такого справочника весьма актуально и необходимо как в школе, так и в ВУЗе. Наряду с обычным применением справочник может использоваться при выполнении учащимися самостоятельной работы по заранее подготовленным шаблонам, в проектной деятельности, на факультативных занятиях, и при чтении элективных курсов. Пользование справочником не требует специальных компьютерных знаний.

Учебно-практическое пособие для организации самостоятельной работы студентов-бакалавров строительного направления по физике © Н. Е.Чеботарёва, В. А. Федорихин, А. И.Бурханов Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет (Волгоград, Россия) burkhanov@inbox.ru В 1 авторы описали изменения в структуре курса, произошедшие в связи с требованиями Государственных образовательных стандартов третьего поколения, определяющих содержание примерных программ дисциплины «Физика» федерального компонента цикла общих математических и естественнонаучных дисциплин и соответствующих рабочих программ подготовки бакалавров строительного направления, утверждённых методическими Советами ВолгГАСУ.

С целью практической реализации этих изменений и в связи с отсутствием необходимой для этого учебной литературы, авторы разработали учебно – практическое пособие, являющееся электронным изданием комбинированного распространения и состоящее из двух частей:

первой – «Основы механики, молекулярной физики, термодинамики и электромагнетизма» и второй – «Колебания и волны. Волновые и квантовые свойства света. Строение атома и атомного ядра. Элементы квантовой теории твёрдого тела». Пособие включает материалы для проведения в каждой части курса 7 лекций, 11 практических (семинарских) и 8 занятий лабораторного (натурного или виртуального) практикума 2. После каждой лекции перечисляются вопросы для самостоятельного рассмотрения студентов, все практические занятия предваряются перечнем соответствующих основных законов и формул с указанием названий физических символов, и подробным разбором 3–4 типовых задач.

Конкретизированы форма проведения и содержание каждого практического и лабораторного занятий. Приведены календарные планы проведения всех видов учебных занятий с указанием точек текущего и итогового контроля, варианты тестовых заданий трёх уровней сложности для проведения текущего и итогового контроля 3.

Перечень лекционной тематики (для первой части курса):

кинематика поступательного и вращательного движений;

законы сохранения в механике;

основы молекулярной физики;

основы термодинамики;

электростатическое поле в вакууме и веществе;

постоянный электрический ток;

магнитное поле в вакууме и веществе.

Явление электромагнитной индукции.

Перечень практических (семинарских) занятий (для первой части курса): кинематика и динамика поступательного движения;

кинематика и динамика вращательного движения;

законы сохранения в механике;

основы молекулярной физики;

основы термодинамики;

электростатическое поле в вакууме и веществе;

законы постоянного электрического тока;

магнитное поле. Электромагнитная индукция;

коллоквиум: «Механика. Молекулярная физика и термодинамика. Электродинамика».

В связи с чрезмерной перегруженностью вопросов, выносимых на лекцию, авторы старались использовать часто встречающиеся в учебных пособиях обобщающие таблицы 4.

Одним из важных составляющих организации самостоятельной работы студентов является детально проработанный календарный план проведения учебных занятий, пример которого приводится ниже.

Календарный план проведения всех видов учебных занятий с указанием то чек текущего и итогового контроля по первой части курса «Физика»

1 учебная неделя. Лекция № 1. Кинематика и динамика поступательного и вращательного движений.

1 занятие натурного лабораторного практикума в лаборатории «МЕХАНИКА. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА».

ГРАФИК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМА В ЛАБОРАТОРИИ «МЕХАНИКА. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА» 2 10 5 8 12 11 6 9 4.

2 учебная неделя. 1 занятие виртуального лабораторного практикума в дисплейном классе «STRATUM – 2000». Л. Р. «Введение в лабораторный практикум».

3 учебная неделя. Лекция № 2. Законы сохранения в механике.

Практическое занятие № 1. Кинематика и динамика поступательного движения.

4 учебная неделя. Практическое занятие № 2. Кинематика и динамика вращательного движения.

5 учебная неделя. Лекция № 3. Основы молекулярной физики.

2 занятие натурного лабораторного практикума в лаборатории «МЕХАНИКА. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА».

6 учебная неделя. Практическое занятие № 3. Законы сохранения в механике.

7 учебная неделя. Лекция № 4. Основы термодинамики.

2 занятие виртуального лабораторного практикума в дисплейном классе «ОТКРЫТАЯ ФИЗИКА 1.1». Л. Р. № 1. 6: «Законы сохранения в механике».

8 учебная неделя. Практическое занятие № 4. Основы молекулярной физики.

9 учебная неделя. Лекция № 5. Электростатическое поле в вакууме и веществе.

Практическое занятие № 5. Основы термодинамики.

10 учебная неделя. Практическое занятие № 6. Электростатика.

11 учебная неделя. Лекция № 6. Законы постоянного тока.

3 занятие натурного лабораторного практикума в лаборатории «МЕХАНИКА. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА» – отчётное, 1 точка текущего контроля.

12 учебная неделя. Практическое занятие № 7. Законы постоянного электрического тока.


13 учебная неделя. Лекция № 7. Магнитное поле в вакууме и веществе.

Явление электромагнитной индукции.

Практическое занятие № 8. Магнитное поле.

14 учебная неделя. 3 занятие виртуального лабораторного практикума в дисплейном классе «ОТКРЫТАЯ ФИЗИКА 1.1». Л. Р. № 4. 5. Цикл Карно.

15 учебная неделя. 4 занятие натурного лабораторного практикума в лаборатории «ЭЛЕКТРОДИНАМИКА».

Учебно – практическое пособие размещено на официальном сайте ВолгГАСУ, режим доступа: http://www:vgasu/ru/publishing/on-line/ – Загл. с титул. экрана.

Апробация учебно – практического пособия в течение первого прошедшего учебного года показала его актуальность в вопросах оптимальной организации самостоятельной работы студентов – бакалавров строительного направления по физике.

Литература 1. Чеботарёва Н.Е., Федорихин В.А., Жога Л.В. Мониторинг учебных достиже ний бакалавров -строителей по физике. Тезисы докладов XI Международной конферен ции: " Физика в системе современного образования (ФССО – 11), 19 – 23 сентября 2011г., Волгоград, С. 187-188.

2. Федорихин В.А., Жога Л.В., Бурханов А.И. Роль физического практикума в подготовке бакалавров строительного направления. Тезисы докладов XI Международной конференции: " Физика в системе современного образования (ФССО – 11), 19 – 23 сентяб ря 2011г., Волгоград, С. 183-185.

3. Чеботарёва Н.Е., Федорихин В.А., Жога Л.В., Симонов В.М. Компьютерный вариант промежуточного и итогового тестирований по физике студентов технического ВУ За. Тезисы докладов XI Международной конференции: " Физика в системе современного образования (ФССО – 11), 19 – 23 сентября 2011г., Волгоград, С. 189-190.

4. Т.И. Трофимова. Физика: учебник для образовательных учреждений высшего профессионального образования — М.: Академия, 2012, 320 с.

Выработка навыков определения физического смысла величин © Н. Е.Чеботарёва, В. А. Федорихин, Л. В. Жога Волгоградский государственный архитектурно – строительный университет (Волгоград, Россия) levjog@mail.ru Государственные образовательные стандарты третьего поколения, определяющие содержание примерных программ дисциплины "Физика" федерального компонента цикла общих математических и естественнонаучных дисциплин 1 и соответствующие методические рекомендации подготовки бакалавров строительного направления регламентируют, в частности, формирование следующих социально – личностных и общекультурных компетенций.

1. Обладание математической и естественнонаучной культурой, в том числе в области физики, как части профессиональной и общечеловеческой культуры.

2. Обладание способностью проводить доказательства утверждений как составляющей когнитивной и коммуникативной функции.

Формирование приведённых компетенций, на наш взгляд, вряд ли возможно без правильного и, по возможности, лаконичного ответа студента на поставленный вопрос. Однако же, при проведении учебного процесса со студентами по курсу физики, особенно на отчётных занятиях по работам лабораторного практикума, отчётливо отмечается беспомощность (даже средних по уровню) обучаемых дать адекватное определение коэффициента (или константы), входящих в формулу записи закона рассматриваемого явления (или эффекта).

Объективной причиной подобного неумения, по – видимому, является всеобщая «тестоизация» системы физического образования от школы к ВУЗу, которая и не требует какого – либо озвучивания более или менее лаконичных определений физических величин.

Для исправления вышеописанной ситуации авторы перманентно используют, в общем – то, известный подход.

Для определения физического смысла коэффициента (или константы) необходимо выполнить следующие действия.

1. Записать формулу закона, которой подчиняется рассматриваемое явление.

2. Если определяемая величина является коэффициентом пропор циональности (смотри первый пример), достаточно положить все символы, стоящие в правой части формулы, равными единице.

3. Построив, по возможности, наиболее простое (но полное) пред ложение, дать определение коэффициента (или константы).

4. Если определяемая величина не является коэффициентом про порциональности в явном виде (смотри второй пример), необходимо выра зить этот коэффициент и далее повторить пункты 2 и 3.

Приведём следующие простые, но показательные примеры.

Первый пример.

Допустим, что при рассмотрении в рамках темы: «Явления переноса»

явление диффузии, необходимо определить физический смысл коэффициента диффузии. Запишем уравнение А. Фика для одномерной диффузии d dm D dSdt.

dx d 1 кг м- 4 ;

Положив градиент плотности площадь dx поперечного сечения dS = 1 м и время переноса dt = 1 с, получим D = dm.

После этого даём следующее определение: «Коэффициент диффузии численно равен массе вещества, переносимой в единицу времени через единичное поперечное сечение, при градиенте плотности, равном единице».

Для определения размерности коэффициента диффузии, необходимо выразить его из уравнения А. Фика M L 2.

dm, тогда D D M L 2 T T d dS dt dx L Второй пример.

При рассмотрении темы: «Тепловое расширение твёрдых тел»

необходимо определить физический смысл коэффициента линейного теплового расширения. Запишем эмпирическую формулу зависимости длины твёрдого тела от его температуры lt = l0( 1 + t ).

l t l 0 или l, где Выразим искомый коэффициент, l 0 t t о l 0 и l t – длина тела при t = 0 C и произвольной t соответственно;

l – относительное изменение длины тела при изменении его температуры на t.

Затем, полагая t= 1 К, получим l.

После этого формулируем следующее определение: «Коэффициент линейного теплового расширения численно равен относительному изменению длины тела, обусловленному изменением его температуры на один градус».

Педантичное использование вышеописанного приёма позволяет решить по крайней мере две важные задачи.

1. Приучает студентов глубже понимать математическую запись физических законов.

2. Вырабатывает навыки оптимального озвучивания ответов на по ставленные преподавателем вопросы.

Литература 1. Примерные программы дисциплины «Физика» федерального компонента цикла общих математических и естественнонаучных дисциплин для ГОС 3–го поколения// Минобрнаука РФ, НМС по физике, Исх. № НМС–09/6 от 08.04.2009 г.

2. Азарова Р.Н., Золотарёва Н.М. Разработка паспорта компетенции: Методиче ские рекомендации для организаторов проектных работ и профессорско преподавательских коллективов вузов. Первая редакция. – М.: Исследовательский центр проблем качества подготовки специалистов, Координационный совет учебно методических объединений и научно-методических советов высшей школы, 2010.

Критическое мышление – профессионально значимое качество будущего инженера © А. В. Черных Московский педагогический государственный университет (Москва, Россия) fu3rh@mail.ru Тематика данной статьи относится к приоритетному направлению развития педагогической науки «Фундаментальная подготовка студентов – будущих инженеров».

В сфере обучения давно назрела необходимость ключевых перемен, связанных с коренной перестройкой всей системы образования с целью повышения ее качества и эффективности. Пересмотр ориентиров образования в последнее время привел к формированию новой образовательной парадигмы, в рамках которой не только в России в связи с новыми экономическими условиями, но и во всем мире происходят инновационные процессы, идет поиск новых систем образования, более демократичных, диверсифицированных (разнообразных) и результативных с позиций интересов общества в целом и отдельной личности.

Перед высшей школой стоит задача научить мыслить, причем разви вать не только конвергентное мышление, которое характеризуется воспро изведением уже заученного, и применением старых решений к новым ситу ациям, но самое главное, развивать дивергентное мышление, которое требу ет гибкости, быстроты, и оригинальности.

В процессе профессионального обучения будущих инженеров необходимо формировать определенный стиль мышления, направленный на получение нового знания на основе известных сведений, причем как в физике, так и других областях науки, обладающих ярко выраженным инновационным потенциалом. Выпускник вуза с квалификацией бакалавр должен самостоятельно, быстро и экономно находить и использовать новые научные данные, организовывать новые исследования, пользоваться всеми современными источниками информации, а также видеть, понимать, теоретически обосновывать и практически решать профессиональные задачи.

Чтобы хорошо управляться с информацией, надо владеть практическими мыслительными навыками, формирование которых может происходить в специальной технологии обучения через базовую модель учебного занятия, специфические методические приёмы, т.е. необходимо формировать у студентов критическое мышление.

Критическое мышление – это использование когнитивных техник или стратегий, которые увеличивают вероятность получения желаемого конечного результата. Это определение характеризует мышление как нечто отличающееся контролируемостью, обоснованностью и целенаправленностью, – такой тип мышления, к которому прибегают при решении задач, формулировании выводов, вероятностной оценке и принятии решений. При этом думающий человек использует навыки, которые обоснованы и эффективны для конкретной ситуации и типа решаемой задачи» [Халперн Д. Психология критического мышления, 2000].

Таким образом, критическое мышление – это способность ставить новые вопросы и анализировать информацию с тем, чтобы применить полученные результаты, как к стандартным, так и нестандартным ситуациям. Для людей, мыслящих критически, понимание информации является отправной точкой, а не завершающим этапом обучения.

Основной целью развития критического мышления студентов является расширение мыслительных компетенций для эффективного решения социальных, научных и практических задач.


Критическое мышление является профессионально-значимым каче ством инженера.

Целевая ориентация вузовского образования на подготовку конкурентоспособных специалистов требует определить систему формирования критического мышления будущих инженеров в процессе изучения учебных дисциплин Федерального государственного образовательного стандарта, в том числе и курса физики.

Одной из особенностей формирования критического мышления, яв ляется изменение функций подготовки по физике, которая утрачивает свою традиционную самодостаточность и становится элементом, который инте грируется с целостной психолого-педагогической готовностью.

Несмотря на многоаспектный подход к развитию мышления, про блема развития критического мышления в процессе преподавания курса общей физики в техническом вузе всё ещё слабо разработана. В частности, не разработана сама методика системного формирования данного вида мышления, поэтому практика не может продемонстрировать достаточно эффективных приемов и способов развития критического мышления.

Соответственно, возникает вопрос, каким должно быть содержание курса общей физики и какой должна быть технология обучения, чтобы ее применение было направлено на системное формирование у студентов критического мышления как уровня его готовности к будущей трудовой деятельности в качестве инженера, отвечающего современным требованиям. Для развития критического мышления будущих инженеров, можно использовать элементы различных педагогических технологий.

Одним из вариантов решения данных проблем является внедрение модульной технологии обучения. Использование модульной технологии в преподавании курса физики, приводит к формированию критического мышления, так как учебный процесс в этом случае строится на научно обоснованных закономерностях взаимодействия личности и информации.

Именно в модульной технологии можно наиболее полно использовать все основные фазы критического мышления (вызов, осмысление, рефлексия) так как преподаватель может быть максимально гибким каждой учебной ситуации в любой момент времени.

В процессе обучения студентов по модульной технологии, реализуется главный принцип, являющийся залогом их успешного обучения – коммуникативно-деятельностный принцип обучения, предусматривающий диалоговый, интерактивный режим занятий, совместный поиск решения проблем, а также «партнёрские» отношения между педагогом и обучаемым.

Кроме того, в ходе учебной деятельности моделируется и анализируется процесс познания на всех его этапах. Это позволяет использовать данную технологию как средство и инструмент саморазвития и самообразования не только студента, но и самого преподавателя.

Как показали результаты проведённого нами педагогического эксперимента, использование данной системы обучения в процессе преподавания физики, способствует развитию у студентов экспериментальной группы навыков критического мышления и формированию основных теоретических понятий, практических умений и навыков на более высоком уровне, чем у студентов контрольной группы.

В ходе эксперимента, было выявлено, что студенты экспериментальной группы значительно улучшили отношение к изучаемому предмету. У них существенно повысилась работоспособность, как на аудиторных занятиях, так и при подготовке дома.

Кроме того, было выявлено:

умение работать с увеличивающимся и постоянно обновляющим ся информационным потоком в разных областях знаний;

пользоваться различными способами интегрирования информа ции;

задавать вопросы и самостоятельно формулировать гипотезу;

решать различного рода проблемы, возникающие в процессе обу чения;

выражать свои мысли (устно и письменно) ясно, уверенно и кор ректно по отношению к окружающим;

аргументировать свою точку зрения и учитывать точки зрения других;

способность самостоятельно применять методы и средства по знания, обучения и самоконтроля (академическая мобильность);

умение приобретать с большой степенью самостоятельности но вые знания с использованием современных образовательных и информаци онных технологий;

способность к целенаправленному применению базовых знаний в области физики в своей профессиональной деятельности;

выстраивать конструктивные взаимоотношения с другими людьми;

умение сотрудничать и работать в группе и др.;

способность брать на себя ответственность;

появилась уверенность в собственных силах, как во взаимоотно шениях с преподавателями, так и со своими сокурсниками.

Т. е. как мы видим, прослеживается весь механизм формирования критического мышления.

Итак, на основе выше изложенного можно сделать вывод о том, что использование модульной технологии в преподавании курса общей физики позволяет успешно сформировать навыки критического мышления у сту дентов технических вузов. Воспитывает их как развитую личность, готовую к получению, способную к творческому осмыслению, освоению и примене нию полученных знаний в своей будущей профессиональной деятельности, личность способную прогнозировать последствия своей деятельности и критически ее оценивать.

Особенности проведения физического практикума по оптике по направлению бакалавриата «строительство»

на кафедре физики ИрГТУ © Т. И. Шишелова, Н. П. Коновалов Национальный Исследовательский Иркутский государственный университет (Иркутск, Россия) i03@istu.edu Переход высшей школы на новую многоуровневую структуру образования создал множество проблем, в том числе и проблему формирования практикумов.

При переходе к подготовке бакалавров число часов, отводимых на изучение общей физики, значительно сокращено. Уменьшается и доля аудиторных занятий, большая часть материала переносится на самостоятельное изучение. В связи с этим, становится очень сложно преподать весь материал, предусмотренный ФГОС-3, а лабораторный практикум требует существенной корректировки.

Одной из основных целей НИУ является подготовка высококвалифицированных профессиональных кадров для инновационного развития отраслей промышленности России. Целесообразно эту задачу решать с первого курса обучения, вовлекая студентов в научно исследовательскую работу.

Общеобразовательные дисциплины должны иметь профес сиональную направленность, это, конечно, касается и лабораторного практикума. К примеру, часть специальностей бакалавриата Института архитектуры и строительства ИрГТУ непосредственно связаны с водой:

водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов (05.23.04). Поэтому часть работ общего физического практикума можно дополнить работами, связанными с физическими методами исследованиями воды.

Один из физических методов изучения воды – это метод спектроскопии, в частности, молекулярной спектроскопии. Нами разработаны и поставлены лабораторные работы по физическим методам исследования с использованием метода ИК-спектроскопии.

При выполнении этих работ в основу задачи становится не проверка общеизвестных закономерностей, а освоение методики измерений и анализ полученных результатов.

Поставленные работы позволяют ознакомиться с:

современными приборами;

оптическими методами исследования вещества;

водой в строительных материалах;

методами качественного и количественного анализа воды.

Представленные работы имеют профессиональную направленность, они вызывают интерес у студентов. Полученный результат анализируется, а в тестовом контроле ставится задача, как может быть использован этот метод в будущей специальности.

Представленные работы позволяют глубже освоить теоретический материал по разделам:

взаимодействия электромагнитного излучения с веществом;

атомная физика и квантовая механика (излучение и спектры, хими ческие связи и строение молекул).

Данные работы позволяют интенсифицировать образовательный процесс за счет современных методов исследования.

Организация самостоятельной работы бакалавров направления «Строительство» на кафедре физики НИ ИрГТУ © Т. И. Шишелова, Л. В. Чиликанова Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет (Иркутск, Россия) i03@mail.ru Основная задача профессионального образования заключается в формировании творческой личности специалиста, способного к саморазвитию, самообразованию и индивидуальной деятельности. В этом плане самостоятельная работа студента (СРС) является основой образовательного процесса.

Самостоятельная работа (СР) – это способ целенаправленного приобретения студентом новых знаний и умений без непосредственного участия в этом процессе преподавателя.

Любой вид занятий, создающих условия для познавательной активности, непосредственно связан с самостоятельной работой. Одним из факторов активизации самостоятельной работы является фактор подготовки эффективной профессиональной деятельности.

При изучении каждой дисциплины организация самостоятельной работы может быть представлена в трех взаимосвязанных формах:

- аудиторная - внеаудиторная - научно-исследовательская, творческая работа Виды внеаудиторных СРС разнообразны.

При освоении курса физики в НИ ИрГТУ реализованы все три формы самостоятельных работ студентов. Аудиторная СРС осуществляется при проведении лабораторного практикума и лекций. Во время лекции контролируется усвоение читаемого материала тестовым контролем и проведением пятиминутных контрольных работ по текущему материалу.

Большое внимание при чтении лекции уделяется роли физики в профессиональной деятельности. На лабораторных работах создаются условия для их самостоятельного выполнения. Особенно важен контроль самостоятельной работы, для этого проводится экспресс-опрос по теоретическому материалу лабораторной работы с оценкой, проверяются планы выполнения работы, оценивается сам факт выполнения и принимается отчет. По разделам дисциплины проводятся зачетные занятия, обычно 3-4 в семестр, также с результативной (рейтинговой) оценкой, которые суммируются в конце семестра. Контроль и методическое обеспечение – очень важные условия эффективной работы СРС. Особенно эффективен тестовый контроль.

Творческой, научно-исследовательской работе, как одной из форм СР, на нашей кафедре уделяется особое внимание. Нашему университету присвоена категория Национальный исследовательский университет (НИУ).

Важнейшим отличительным признаком НИУ является возможность вести широкий спектр фундаментальных и прикладных исследований и реализовать высокоэффективную систему подготовки отечественных высококвалифицированных профессиональных кадров для инновационного развития техники и технологий высокой ответственности. Основным методом реализации этой задачи является научно-исследовательская работа студентов (НИРС). Начинать эту работу необходимо с младших курсов. В этом плане наша кафедра проводит соответствующую работу.

Часть профилей бакалавриата Института архитектуры и строительства непосредственно связаны с водой: водоснабжение и водоотведение, теплоснабжение, водоочистка и водопотребление. Поэтому целесообразно теме «Вода» уделять больше времени.

При НИ ИрГТУ организован и работает технопарк, который включает 32 малых предприятия и бизнес-инкубатор, задачей которого является проведение исследований и внедрение инновационных разработок.

В технопарке функционирует лаборатория качества воды, созданная с целью осуществления независимого, точного и объективного мониторинга, а также разового определения качества питьевых, природных и сточных вод города Иркутска, Иркутской области, Сибирского региона и ближнего зарубежья. В технопарке студенты младших курсов знакомятся с работой на самом современном оборудовании, физическими методами исследования воды.

Этой теме кафедра физики уделяет много внимания. В общем практикуме поставлено несколько лабораторных работ, касающихся этой темы.

Ежегодно на кафедре с участием студентов проводится научные конференции, где рассматриваются самые проблемные темы воды Иркутского региона, современные технологии экономики, хранения и очистки воды и ее структуры. Студенты постоянно участвуют в смотрах конкурсах научно-исследовательских работ. Лучшие работы публикуются.

Подобные мероприятия позволяют студентов первых курсов привлекать к научно-исследовательской работе, выбрать интересное направление в их специализации и тем самым активизировать самостоятельную работу. Форма СР носит целенаправленный характер, помогает решить задачу подготовки высококвалифицированных профессиональных кадров.

Проблемы преподавания курса общей физики в условиях ограниченного количества часов © Д. С. Яковлева Петрозаводский государственный университет (Петрозаводск, Россия) darinaj@mail.ru Курс физики является обязательной составляющей ООП высшего образования на естественнонаучных факультетах. На агротехническом фа культете ПетрГУ данный курс преподается для студентов всех направлений подготовки, однако количество часов, отведенных на усвоение физики, су щественно различается (таблица 1).

В этой связи для большинства направлений подготовки возникает проблема целостного изложения материала рабочей программы по физике при минимуме аудиторных занятий. С другой стороны, слабый уровень подготовки студентов не позволяет им быстро адаптироваться к образова тельному процессу и усвоить учебный материал в сжатые сроки (часто за один семестр). Разрешить эти проблемы, по нашему мнению, позволяет разработка компактной версии учебной дисциплины, которая вместе с тем отвечала бы требованиям федеральных государственных образовательных стандартов для бакалавриата. Представляется, что в этих условиях харак терными чертами дисциплины, позволяющими освоить учебный материал, будут являться: сжатость, наглядность, четкость и лаконичность фор мулировок, динамичность изложения, упор на практическую сторону, хо рошо продуманная структура лекций.

При составлении рабочей программы (учебно-методического ком плекса) по физике требуется осуществить выбор тем из всего объема учеб ного материала, имеющих важное значение не только непосредственно для освоения дисциплины «Физика», но и значимых для овладения материалом смежных учебных дисциплин, а также обратить внимание на прикладные аспекты, актуальные для будущей профессиональной деятельности.

Рассмотрим реализацию такого подхода на примере специальности «Зоотехния», где на дисциплину «Физика» отведено наименьшее количе ство часов: 16 на лекционный курс и 20 на лабораторный практикум. В ходе трудовой деятельности зоотехник, как руководитель производства, сталки вается с широким кругом вопросов в области сельского хозяйства. В про цессе выполнения своих обязанностей зоотехнику требуется решить мно жество производственных задач, которые можно разделить на управленче ские, специализированные и технические. Рассмотрим техническую группу задач:

- внедрение на ферме инновационных разработок;

- обеспечение наилучших условий содержания животных;

- контроль за хранением кормов;

- физико-химический анализ кормов в агротехнической лаборатории;

- контроль за составом крови у животных для правильной коррек тировки рациона;

- контроль за состоянием машинного оборудования, работа с ин женерным персоналом.

Таблица 1. Количество часов, отведенных на освоение дисциплины «Физика»

Направление Лекции Практические Лаб. работы Итого подготовки занятия (часы на под группу) Агроинженерия 98 40 60 Землеустройство и 50 - 50 кадастры Агрономия 32 14 56 Водные биоресурсы 32 14 28 и аквакультура Товароведение 28 - 42 Зоотехния 16 - 20 Данная группа задач позволяет задать мотивацию к обучению путем установления и выявления устойчивых связей изучаемых явлений и их практических применений в будущей профессиональной деятельности, а также обеспечить формирование профессиональных и общекультурных компетенций студентов. В результате изучения учебного материала студент должен понимать суть физических явлений и законов, лежащих в основе то го или иного явления, уметь самостоятельно разобраться в аналогичных процессах, используя приобретенные знания. С этой целью в рабочей про грамме, рассчитанной на малое количество часов, фундаментальные основы должны сочетаться с их практическим применением [1].

Рассмотрим содержательную часть рабочей программы по физике для направления подготовки «зоотехния». Лекционный материал носит обзорный характер, в рамках которого излагаются фундаментальные основы физики (законы сохранения энергии и импульса, основы МКТ, первый закон термодинамики, теория электропроводности, оптические явления и т. д.), остальной материал выносится на самостоятельное изучение. Лекционный материал сопровождается примерами решения специализированных задач Ц 4-70, предназначенный для воздухообмена в (Вентилятор животноводческих помещениях, достигает рабочей частоты вращения через 4 мин. после включения. Какое число оборотов сделает до этого рабочее колесо вентилятора, если считать его вращение равноускоренным с угловым ускорением 1,25 рад/c2? Какова будет рабочая частота вращения?).

Лабораторный практикум позволяет уделить внимание прикладному аспекту изучаемых физических явлений («Определение коэффициента вязкости жидкости», «Определение термического коэффициента газа», «Изучение цепей постоянного тока»), освоить работу измерительных приборов (барометры, манометры, термометры), познакомиться с основами обработки данных графическим и статистическим методом.

Кроме того, в рамках лабораторного практикума проводятся семинары с профессионально ориентированными вопросами (упругие свойства тканей живых организмов, колебательные движения в природе и в биологических объектах, значение влажности в практике животноводства и ветеринарии, живой организм как открытая термодинамическая система, электронагревательные устройства в промышленном животноводстве и птицеводстве, действие постоянного тока на организм животных, ультрафиолетовое и инфракрасное излучение, их свойства, биологическое воздействие и применение в с/х производстве и т. д.) [2], что позволяет студенту более глубоко проработать материал по теме той или иной работы и изложить его в виде устного доклада. Это также способствует формированию основных общекультурных (способность к анализу своих возможностей, готовность приобретать новые знания;

использовать компьютер как средство работы с информацией;

способность к обобщению, постановке цели и выбору путей ее достижения;

готовность к самостоятельной, индивидуальной работе и групповой работе) и профессиональных (способность демонстрировать базовые знания в области естественнонаучных дисциплин и готовностью использовать основные законы в профессиональной деятельности;

готовность выявить естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, и способностью привлечь для их решения соответствующий физико-математический аппарат;

способность выполнять экспериментальные исследования по заданной методике, обрабатывать результаты экспериментов) компетенций.

При таком подходе к преподаванию дисциплины и заинтересованно сти студентов к ее освоению создаются условия для формирования обще культурных и профессиональных компетенций будущего выпускника.

Литература 1. Ершова Н.Ю., Назаров А.И. Принципы формирования образовательной среды сетевого обучения. – Петрозаводск, 2012. – 84 с.

2. Лыкова Л.В., Рогачевский А.А., Кондаков В.И. Основы физики и биофизики.

Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников зооинженерного факультета. – Гродно, 2004. – 32 с.

СЕКЦИЯ 3. «ФИЗИКА В СИСТЕМЕ ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНОГО ОБРАЗОВАНИЯ»



Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 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.