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 |   ...   | 7 | 8 || 10 | 11 |   ...   | 12 |

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

-- [ Страница 9 ] --

Основы формирования ключевых компетентностей по физике у бакалавров и магистров педагогического образования в России и Украине © П. С. Атаманчук, К. Г. Никифоров, А. А. Губанова, Н. Л. Мыслинская Каменец-Подольский национальный университет им. И. Огиенко (Каменец-Подольский, Украина) Калужский государственный университет им. К.Э.Циолковского (Калуга, Россия) kgn@kspu.kaluga.ru Коренные изменения социально-экономической жизни на постсовет ском пространстве, наряду с общемировыми проблемами перехода к ново му информационному миру, привели к глобальным изменениям в нацио нальных системах образования – смене образовательной парадигмы.

Кардинальная модернизация образовательной модели, предпринимае мая в России и Украине в рамках развития Болонского процесса (прежде все го переход к уровневой системе подготовки «бакалавриат – магистратура») предполагает формирование гибкой системы подготовки, отвечающей инте ресам как отдельной личности, так и общества в целом [1-4].

Ключевой фигурой реформируемой образовательной системы высту пает педагог как творец педагогического процесса, как носитель и субъект общей и профессиональной культуры. Так возникает проблема обновления педагогического образования – его идеологии, содержания, технологии.

Принципиальное отличие педагогического образования от классиче ского состоит в том, что оно готовит обучающегося не к поиску новых знаний (чисто научной деятельности), а к трансляции этих знаний ученикам (студен там). В отличие от любого другого специалиста, педагог – дуальный специа лист: он должен не только знать свой предмет, но и научить ему ученика.

Педагогическое образование решает уникальную задачу органиче ского единства прикладных, фундаментальных и методологических знаний, составляющих основу профессионализма, и общей культуры. Необходимо, кроме того, обеспечить и принципиально новый подход к образовательным проблемам, базирующийся на широком использовании компьютерного мо делирования, обучения и информационного обеспечения.

Особенно высоки требования, предъявляемые обществом к подго товке педагога-физика. Физика является теоретико-методологическим фун даментом в познании Физического мира, и поэтому школьный учитель фи зики, а тем более преподаватель инновационного образовательного учре ждения (колледжа, лицея или гимназии), должен обладать естественнона учными знаниями на уровне последних достижений современной науки.

Возникает проблема модернизации физического образования для соответ ствия его уровню современной физики и её прикладных применений.

С другой стороны, в наше время бурно меняющихся целей и прин ципов важно не растерять уникальные традиции физического образования.

Выработанные во второй половине ХХ века принципы привлечения студен тов к научным исследованиям в период их обучения, соединения науки и практики в процессе обучения, воспитания специалистов, рассматриваю щих технические задачи как научные, не устарели и сегодня, и являются главным догматом физического образования.

В рамках сотрудничества в области дидактики физики российских и украинских учёных-педагогов в Каменец-Подольском национальном уни верситете имени И. Огиенко и Калужском государственном университете имени К.Э. Циолковского проводится исследование теоретических и мето дологических основ формирования ключевых компетенций по физике в рамках уровневого педагогического образования.

Проведён детальный анализ проблем и перспектив развития уровне вого физического образования в России и Украине. Исследованы особенно сти введения уровневого профессионального образования в России и Укра ине в 1990-е гг. и опыт многоуровневой подготовки учителя физики на примере Калужского пединститута им. К.Э. Циолковского;

проанализиро вана нормативно-законодательная основа современной уровневой подго товки педагогов-физиков в России и Украине.

Исследовано компетентностно-мировоззренческое становление бу дущих специалистов как феномен контроля и управления в обучении. Рас смотрены: образовательные доктрина и среда как важнейшие ориентиры действенного обучения;

прогноз в обучении как сущностная основа ме неджмента качества его результатов;

идеализированные и реальные схемы учебного процесса;

общая схема и методика управления обучением физике при осуществлении различных видов контроля;

формирование компетент ностно-мировоззренческих качеств педагога-физика.

Изучены пути реализации компетентностного подхода в обучении физике. Проанализированы современные подходы к применению информа ционных и коммуникационных технологий в обучении физике, реализации межпредметных связей в курсе физики (разработка и решение физических задач экологической направленности, организация самостоятельной работы студентов в виде наблюдений природных явлений и домашних опытов).

Проведён анализ научного и гуманитарного потенциала обучения и воспитания в предметной области «физика» на различных уровнях общего и профессионального образования. Особое внимание уделено формированию вариативной части основной образовательной программы подготовки бака лавра–магистра педагогического образования по профилю «физика (физи ческое образование)», гуманитарной составляющей обучения физике, мето дологии реализации регионального компонента физического образования.

Рассмотрены проблемы и задачи исследовательского обучения физике в бакалавриате–магистратуре педагогического образования. Изучены вопро сы единства природы и интеграции наук, особенности их отражения в со временном образовании.

Литература 1. Ларионова М.В., Шадриков В.Д., Железов Б.В., Горбунова Е.М. Формирование общеевропейского пространства высшего образования: Задачи для российской высшей школы. – М.: ВШЭ, 2004. – 524 с.

2. Козырев В.А., Шубина Н.Л. Высшее образование России в зеркале Болонского процесса. – СПб.: РГПУ им. А.И. Герцена, 2005. – 429 с.

3. Журавський В.С., Згуровський М.З. Болонський процес: голо-вні принципи входження в європейський простір вищої освіти. – Київ: Політехніка, 2003. – 200 с.

4. Болонський процес: перспективи і розвиток у контексті інтегра-ції України в європейський простір вищої освіти / За ред. В.М. Бебика. – Київ: МАУП, 2006. – 200 с.

Изучение вопросов, связанных с размерными эффектами в курсе физики педвузов © С. В. Барышников Благовещенский государственный педагогический университет (Благовещенск, Россия) svbar2003@list.ru В настоящее время наноструктурированные материалы являются объектом растущего интереса для фундаментальной и прикладной науки, поскольку с уменьшением характерных размеров их структурных единиц до наноуровня они приобретают новые свойства, обусловленные возрастаю щей ролью поверхностных атомов и квантово-размерными эффектами.

Современный интерес к этой наиболее динамично развивающейся области физики связан как с принципиально новыми фундаментальными научными проблемами и физическими явлениями, так и с перспективами создания на основе уже открытых явлений совершенно новых устройств и систем с широкими функциональными возможностями для опто- и нано электроники, измерительной техники, информационных технологий нового поколения.

Развитие отрасли нанотехнологий невозможно без широкой подго товки специалистов в данной области. Целью данного доклада является предложить пути формирования у студентов направления подготовки 050100.62 – педагогическое образование (профиль: физика) общих пред ставлений о различных аспектах физики наноструктур, включая причины возникновения размерных эффектов.

Под размерными эффектами в физике понимают изменения свойств вещества при ограничении его размеров в одном, двух или трех измерениях.

Изменение свойств материалов, прежде всего, связано с возрастанием вкла да поверхностных эффектов. Кроме этого зависимость свойств материалов от размера частиц обусловлена соизмеримостью геометрических размеров с характерным размером одного из физических параметров, например дли ной акустической волны, длиной электромагнитной волны, толщиной скин слоя, длиной свободного пробега электрона, длиной волны де Бройля и т.д.

При этом размерные эффекты могут наблюдаться как в макрофизике, так и на микро- и наноуровне, могут иметь как классическую так и квантовую природу.

Примером классического размерного эффекта могут служить осцил ляции электропроводности во внешнем магнитном поле в том случае, когда размеры образца сравнимы с диаметрами орбит электронов проводимости.

В этом случае наблюдается осцилляция электропроводности при изменении величины магнитного поля.

Возникновение квантовых размерных эффектов наблюдается, когда геометрические размеры частиц становятся сравнимы с длиной волны де Бройля электронов: = h/mv, где h – постоянная Планка, m – масса элек трона, v – скорость электрона.

В настоящее время накоплен значительный теоретический и экспе риментальный материал по физике малых частиц и наноструктур, которому посвящено большое количество монографий, обзоров и учебников, однако в связи с ограничением времени для изучения данного материала возникают трудности отбора и изложения данного материала.

Существующие учебные программы педвузов, основанные на дей ствующих государственных стандартах, ориентированы на изучение свойств вещества в макроскопическом состоянии. Изучение свойств тел, размеры которых имеют порядок ~ 10103 (плёнок, нитей и малых ча стиц), программами не предусмотрено. Реальные возможности для этого имеются при обсуждении границ применимости физических законов. Од ним из таких условий является размер частиц, а его уменьшение влечёт за собой изменение практически всех физических свойств частиц. Анализ со держания ныне действующего госстандарта по физике приводит к выводу о том, что условия для включения сведений о размерных эффектах в контекст лекций и практических занятий возможны практически при изложении всех разделов физики: электродинамики, оптики, квантовой физики, физики твёрдого тела, статистической физики и термодинамики.

В электродинамике и оптике можно рассмотреть макроскопические размерные эффекты, которые появляются, когда поперечное сечение про водника соизмеримо с толщиной скин-слоя или длиной свободного пробега электрона. В оптике это эффекты, связанные с просветлением, когда тол щина пленки соизмерима с длиной электромагнитной волны.

В статистической физике и термодинамике следует рассмотреть вли яние поверхности. При уменьшении размеров частиц происходит рост доли поверхностных атомов и соответственно вклада поверхности в его свойства.

Уменьшение размера приводит к тому, что для частицы размером порядка нанометров, количество поверхностных атомов может быть сравнимо с ко личеством атомов в объеме. Таким образом, в отличие от макроскопических тел, в которых, как правило, пренебрегается влияние поверхности, свойства наносистем будет определять совокупность объемных и поверхностных атомов. В этой связи все термодинамические потенциалы должны содер жать члены, отвечающие объемному и поверхностному вкладу, что приво дит к изменению основных свойств наночастиц.

В физике твердого тела и в квантовой физике размерные эффекты можно продемонстрировать на примере колебаний кристаллической решет ки. При сокращении размеров кристалла в одном, двух или трех измерениях (пленка, нить, сфера) из-за отсутствия трансляционной симметрии уже нельзя использовать циклические условия Борна-Кармана. Последние должны быть заменены граничными условиями на поверхности. В резуль тате, прежде всего не реализуются длинные волны с /2 d (q/d), где d – меньший размер, а q = 2/ – волновой вектор. Изменение фононного спек тра приведет к изменению теплоемкости твердых тел и всех свойств, опре деляемых колебательным спектром кристаллической решетки.

Различие физических условий для атомов, находящихся в объеме и на поверхности, приводит и к различию энергетических спектров электро нов, находящихся на поверхности и в объёме кристалла. В трёхмерном слу чае каждому атому поверхности должно соответствовать одно состояние.

Таким образом, концентрация таммовских поверхностных состояний на идеальной поверхности должна быть равна поверхностной концентрации атомов в кристалле, то есть по величине порядка 10 см-2.

Интересным объектом в физике наночастиц являются квантовые точки. В качестве примера квантовой точки может служить наночастица металла или полупроводника с электронами проводимости. Электроны в квантовой точке ведут себя как в трехмерной потенциальной яме, в которой имеется множество стационарных уровней с расстоянием 2md, где 2 d – размер квантовой точки. Переход с одного уровня на другой может со провождаться поглощением или испусканием фотона, что приводит к лю минесценции. Варьируя размеры квантовой точки, можно менять частоту излучения. Это направление рассматривается как перспективное для созда ния перестраиваемых источников света.

Отличие энергетического спектра нанообъектов от объемных мате риалов приводит и к изменению величины электронной теплоемкости. Как известно, для металла и полупроводника теплоёмкость складывается из теплоёмкостей кристаллической решётки и электронов проводимости.

Электронный вклад, определяемый соотношением Ce = eT, где e – коэффи циент электронной теплоемкости, для массивных веществ является весьма существенным. Оценка электронного вклада в теплоемкость наночастиц весьма затрудняется дискретностью энергетических уровней электронов.

Подобная дискретность обусловлена ограниченностью числа атомов в ча стице. Среднее расстояние между энергетическими уровнями по порядку величины равно EF /N, где EF – энергия Ферми, а N – число электронов про водимости. Если kT (очень малые частицы, низкие температуры), элек тронная теплоёмкость может сильно отличаться от значений для массивных тел. Стоит отметить, что по этой же причине изменятся все физические свойства, которые определяются плотностью состояний.

Данные идеи призваны, на наш взгляд, внести определенный вклад в подготовку будущих педагогов-физиков в свете современных представле ний размерных эффектов и нанотехнологий.

Уровни предметной исследовательской компетенции будущего учителя физики © В. А. Белянин Марийский государственный университет (Йошкар-Ола, Россия) skva12@mail.ru Предметная компетенция на сегодняшний день не имеет общеприня того определения. А.В. Хуторской включает понятие предметной компе тенции в трехуровневую иерархию образовательных компетенций, разделяя их на: 1) ключевые компетенции, 2) общепредметные компетенции, 3) предметные компетенции и связывает такое их деление с разделением со держания образования на метапредметное (для всех предметов), межпред метное (для цикла предметов) и предметное (для каждого учебного предме та) [1].

В профессиональном педагогическом образовании предметные ком петенции аналогично подразделяются на три группы (три вида):

специальные (предметные), определяющие владение собственно профессиональной деятельностью;

общепрофессиональные (общепредметные), связанные с несколь кими предметными областями или видами профессиональной деятельности;

ключевые (базовые, универсальные), для решения задач из многих областей и выполнения социально-профессиональных ролей и функций на основе обобщенных знаний и умений, универсальных способностей [2].

Исследовательскую компетенцию будущего специалиста в ее расши ренном толковании относят к универсальной, ключевой компетенции [3].

Составляющими универсальной компетенции как системного образования по классификации И.А. Зимней являются следующие структурные компо ненты:

а) готовность к проявлению компетентности (мотивационный аспект), б) владение знанием содержания компетентности (когнитивный аспект), в) опыт проявления компетентности в разнообразных стандартных и нестандартных ситуациях (т.е. поведенческий аспект), г) отношение к содержанию компетентности и объекту её приложе ния (ценностно-смысловой аспект), д) эмоционально-волевая регуляция процесса и результата проявле ния компетентности [4].

Предполагается, что студент, обладающий ключевой исследователь ской компетенцией будет иметь способность, готовность и возможность выполнять исследования проблем в самых разных областях как естествен ных, так и гуманитарных наук. Подготовка такого универсального исследо вателя является, на наш взгляд, «сверхзадачей», а положительный результат ее решения трудно предсказуем.

Считать исследовательскую компетенцию профессиональной, в об щем случае, так же не представляется возможным. Даже для ученого – спе циалиста в области какой-либо конкретной научной области, понятие про фессиональной компетенции будет более широким, чем предметной иссле довательской компетенция. Этот вывод можно сделать из определения про фессиональных компетенций [5, с. 106].

Заключаем, что исследовательскую компетенцию будущего учителя, формируемую при изучении физики в вузе, нельзя считать ни универсаль ной, ни профессиональной компетенцией. Она специализирована для физи ческих научных или учебных исследований, поэтому ее можно считать предметной (предметная область физика) исследовательской компетенцией, т.е. компетенцией, отнесенной к физике. Ясно, что она будет содержать от дельные элементы ключевой исследовательской компетенции, равно как и профессиональной компетенции педагога – учителя физики, но будет ограни чена по сравнению с ними своим содержанием: готовностью и способностью студента выполнять научные и учебные исследования по физике [3].

Отличать предметную исследовательскую компетенцию будущего учителя физики от ключевой исследовательской компетенции можно по структурным компонентам компетенции в классификации И. А. Зимней:

для ключевой компетенции структурными компонентами являются мотивационный, когнитивный, поведенческий, ценностно-смысловой и эмоционально-волевой аспекты [4];

для предметной компетенции в качестве основных структурных компонентов можно оставить, в первую очередь, когнитивный и поведенче ский аспекты.

Следовательно, важными в структуре предметной исследовательской компетенции будущего учителя будут: 1) владение знанием содержания компетентности (когнитивный аспект);

2) опыт проявления компетентно сти в разнообразных стандартных и нестандартных ситуациях (т.е. поведен ческий аспект). Именно эти структурные компоненты исследовательской компетенции можно формировать и диагностировать у будущего учителя физики. Из двух компонентов наиболее значимым будет выступать знание вый аспект – знать и уметь руководствоваться при решении проблем мето дологией научного исследования. При этом можно предположить, что остальные структурные компоненты данной компетенции будут формиро ваться как результат систематического выполнения студентами учебных исследований по физике.

Методология научного исследования будет определять последова тельность выполнения научного исследования, т.е. временные и логические рамки его реализации как научного проекта, разбиваемые в трактовке и прочтении А. М. Новикова на фазу проектирования, технологическую и рефлексивную фазы [6].

Из учения А. М. Новикова следует, что выделение теоретического и эмпирического уровней научного исследования (рис. 1) происходит на ста дии проведения исследования. Все остальные фазы, стадии и этапы для двух уровней исследования совпадают, т. е. выполнение научных исследо ваний теоретического и эмпирического уровней осуществляется в логике одних и тех же фаз, стадий и этапов.

Научное исследование Теоретического уровня Эмпирического уровня Рис. 1. Теоретический и эмпирический уровни научного исследования При изучении курса физики в вузе студенты выполняют учебные ис следования [3]. Следовательно, уровни научного исследования, по принци пу аналогии, можно перенести на уровни учебного исследования. Отметим, что учебное исследование по физике теоретического уровня организуется на лекционных и практических занятиях, а эмпирического уровня – на заня тиях лабораторного практикума. Естественно, что то и другое учебное ис следование должно сопровождаться активной самостоятельной работой студентов по предмету (рис. 2).

Учебное исследование по физике Теоретического уровня Эмпирического уровня Лекции и практические заня Лабораторный практикум тия Рис. 2. Теоретический и эмпирический уровни учебного исследования по физике Аналогия не может служить доказательством, но физиками роль ме тода аналогии в науке не отрицается[7, с. 112;

8, с. 6].

Переход от деятельности по выполнению учебного исследования к исследовательской компетенции показан на рисунке 3. Формирование ис следовательской компетенции можно осуществлять с помощью учебного исследования теоретического уровня при использовании: 1) математическо го (аналитического) моделирования, компьютерного моделирования (вир туальный эксперимент) и 2) составления специальных систем задач.

Формирование исследовательской компетенции можно осуществить и с помощью проектируемого и выполняемого студентом учебного иссле дования эмпирического уровня, основанного на физическом эксперименте.

Учебное исследование Эмпирического Теоретического уровня уровня (лаборатор (лекции и практические занятия) ный практикум) Математическое моделирование. Составление Натурный Компьютерный виртуальный и решение эксперимент эксперимент систем задач Предметная исследовательская компетенция Рис. 3. Схема путей формирование предметной исследовательской компетенции Проведенные рассуждения позволяют выделить в предметной исследо вательской компетенции два уровня: эмпирический и теоретический (рис. 4).

Предметная исследовательская компетенция Теоретического уровня Эмпирического уровня Рис. 4. Теоретический и эмпирический уровни исследовательской компетенции Деятельность студента, выполняющего учебное исследование эмпи рического уровня, по содержанию и результату будет иметь определенные отличия от деятельности по выполнению учебного исследования теоретиче ского уровня. В итоге учебные исследования разного уровня будут форми ровать отличающиеся друг от друга компоненты исследовательской компе тенции. Это позволяет говорить о необходимости комплексного и совокуп ного формирования предметной исследовательской компетенции будущего учителя с помощью разнообразных учебных исследований по физике теоре тического и эмпирического уровней.

Литература 1. Хуторской А.В. Ключевые компетенции. Технология конструирования // Народное образование. 2003. № 5. С. 55–61.

2. Жук О.Л. Педагогическая подготовка студентов: компетентностный подход.

Минск: РИВШ, 2009. 336 с.

3. Белянин В.А. Методическая система формирования исследовательской ком петенции будущего учителя при изучении физики: теоретический аспект: монография. М.:

МПГУ, 2011. 224 с.

4. Зимняя И.А. Ключевые компетентности как результативно-целевая основа компетентностного подхода в образовании. Авторская версия. М.: Исслед. центр проблем качества подготовки специалистов, 2004. 40 с.

5. Голуб Г.Б., Фишман И.С., Фишман Л.И. Стандарты третьего поколения: чему учить и что проверять на выходе // Вопросы образования. 2010. № 3. С. 102–114.

Новиков А.М., Новиков Д.А. Методология. М.: ИНЕРГ, 2007. 668 с.

6.

Дюгем П. Физическая теория. Цель и строение. М.: КомКнига, 2007. 328 с.

7.

Френкель Я.И. Волновая механика. Л.-М.: ГТТИ, 1933. Т. 1. 386 с.

8.

«Радиационная безопасность»: дидактическая периферия или незадействованный ресурс?

© С. Р. Богданов, И. Р. Тевель Карельская государственная педагогическая академия (Петрозаводск, Россия) tevel@sampo.ru © О. А. Попов Университет г. Умео (Умео, Швеция) Известна брешь между содержанием физики как учебного предмета и огромным потоком новых открытий и социально значимых событий, имеющих физический контекст. В настоящее время эта брешь оборачивает ся диссонансом, когда события, привлекательные для молодежи хотя бы своей актуальностью, редко включаются в учебную орбиту. Однако именно этот диссонанс может стать мощным дидактическим ресурсом, имеющим высокий мотивационный потенциал. Реализовать его сможет только учи тель, умеющий оперативно увязывать мир школьной физики и события ре альной жизни. Формирование таких умений требует существенного изме нения акцентов в профессиональной подготовке будущего учителя. В част ности, большое значение приобретает отбор и включение в процесс обучения «нерафинированного» учебного материала: открытого, не всегда вполне определенного в самой постановке и неоднозначного в возможных решениях.

Источником такого материала может послужить, например, пробле ма радиационной безопасности. Эта тема содержит целый комплекс поня тий, закономерностей, идей, не имеющих однозначной трактовки в науке или в общественном сознании (последнее весьма важно в образовательном контексте).

Анализ предметного материала показывает, что нормы радиацион ной безопасности лежат в довольно широком диапазоне значений и варьи руются в зависимости от профессиональной принадлежности и места про живания человека, от свойств радионуклидов. Кроме того, среди специали стов существуют значительные разногласия по вопросам влияния ионизи рующих излучений на состояние окружающей среды, на жизнь и здоровье людей. Имеются также значительные различия в официальных оценках раз ными странами уровня радиационной опасности. Наконец, обыденные представления об источниках и свойствах различных ионизирующих излу чений могут быть весьма расплывчаты, индивидуально окрашены и варьи роваться в зависимости от региона и страны.

Отмеченные особенности выбранной темы предполагают специаль ную дидактическую обработку предметного материала. Поискам направлений такой обработки предшествовало исследование представлений студентов будущих учителей физики Петрозаводска, Благовещенска и Умео (Швеция) о содержании этой темы и методике работы над ней со школьниками.

Данные для исследования были получены методом тестирования, проведенного в вузах трех указанных городов в 2011–2012 гг. В целом те стированием было охвачено более 70 студентов четвертых-пятых курсов.

Особую актуальность исследованию придали известные трагические собы тия на АЭС Фукусимы.

Выводы, полученные при анализе результатов, можно кратко сфор мулировать следующим образом:

Факторами личностной значимости для студентов выступают бли зость места проживания человека к источнику реально существующей или потенциальной радиационной опасности, уровень доверия к власти и офи циальной информации о радиационных рисках.

Конкретные предметные знания студентов оказались скромными по глубине и объему и фрагментарными по структуре, а их способность адекватно трактовать и оценивать материал - ограниченной.

Студенты не видели открытости темы, ее неоднозначностей, неопре деленностей и возможностей их учета и использования в процессе обучения.

В целом, с учетом результатов исследования, можно отметить неко торые потенциальные дидактические возможности темы и сформулировать рекомендации, отражающие ее специфику при работе с будущими учителя ми физики:

Не следует игнорировать различие между бытовым пониманием и научным содержанием базовых понятий темы. Более того, целесообразно показать, как изменение содержания понятия влияет на направление ин формационного поиска и представления о радиационной опасности.

Тема в некотором отношении – образчик интеграции естественно научных знаний. Она позволяет наглядно продемонстрировать процесс по строения адекватных выводов на основе учета не отдельных факторов (фи зических, технических, технологических, медико-биологических, экологи ческих), а всего их комплекса.

Материал темы позволяет проиллюстрировать, как методология исследования влияет на его результат. В качестве примера можно рекомен довать сравнительный анализ результатов измерения уровня радиации по дифференциальной (характерной для России), и интегральной (западные страны, в частности – Швеция) схемам.

Тема дает возможность продемонстрировать роль социально психологических факторов в оценке человеком уровня опасности и проек тировании собственного поведения.

При изучении темы неизбежно будут затронуты вопросы выработ ки сбалансированных решений проблем в условиях неполноты информации или сомнений в ее достоверности (Post-normal science).

В процессе изучения темы появляется возможность организовать практико-ориентированную деятельность студентов в форме индивидуаль ных или групповых проектов, например: измерение естественного радиаци онного фона;

уровня радиации в помещениях (мониторинг);

изучение дан ных собственных флюорографических исследований;

изучение материалов СМИ, анализ и сравнение данных, полученных из различных источников.

Как видно из приведенного анализа, тема имеет потенциальные воз можности органически вписаться в общую систему обучения. Однако их реа лизация сопряжена с некоторыми препятствиями и рисками. В частности:

- предлагаемое «кластерное» оперирование темой содержит риск фрагментарности и «клиповости»;

- внедрение упомянутых ресурсов требует более глубокого согласо вания курсов (в первую очередь – предметных и методических дисциплин), во всяком случае – на уровне педагогических технологий.

В заключение отметим, что изучение темы в рассмотренном аспекте может потребовать дополнительного времени, но это оправдано ее потен циальными возможностями для достижения глобальных целей профессио нального педагогического образования.

Роль наукоемких технологий в подготовке учителя физики © А. Н. Броздниченко, Д. М. Долгинцев Российский государственный педагогический университет им. А. И. Герцена (Санкт-Петербург, Россия) dem.87@mail.ru В решении задач экономического и социального развития страны большая роль принадлежит выпускникам высшей школы. Именно в сфере их деятельности зарождаются научные, инженерные и организационные идеи, обеспечивающие рост производительности труда. В подготовке спе циалистов, уровень образования которых отвечал бы требованиям научно технического, социального и культурного прогресса, состоит сегодня глав ная задача высшей школы. Необходимо переломить ситуацию, когда вы пускники школ стремятся в торгово-экономические и социальные вузы и не желают связывать свою судьбу со сферой материального производства. В школе на острие этого процесса стоят учителя естественных наук и в част ности учитель физики, обладающий знаниями о микро- и макромире. Его необходимо вооружить знаниями микро- и нанотехнологий современного наукоемкого производства, для проведения профориентационной работы.

В современной науке сформировалась новая область – нанотехноло гия, представляющая собой междисциплинарное направление, простираю щееся от молекулярной биологии и генной инженерии до физики поверхно сти твердого тела, электрохимии и микроэлектроники. Прогресс в развитии нанотехнологий требует усовершенствования существующих методов из мерения характеристик материалов и диагностики процессов в низкораз мерных системах. В этой связи представляется крайне важным получение информации о нанорельефе и локальных физико-химических свойствах нанообъектов. Одними из наиболее современных методов, позволяющим производить подобные измерения, являются электронная растровая микро скопия и сканирующая зондовая микроскопия (СЗМ), включающая в себя, в частности, атомно-силовую микроскопию (АСМ). Существует возможность не только исследовать поверхность, но и производить прецизионное воз действие: перемещать слабосвязанные с поверхностью наноструктуры, про изводить нанолитографию, кроме того, возможно и физическое воздействие на поверхность.

Особый интерес, как практического, так и фундаментального харак тера, представляют исследования в области физики поверхностей и тонко пленочных технологий, где физические свойства объектов рассматриваются в рамках нанометровых масштабов. Именно соизмеримость геометрических размеров с различными параметрами, определяющими те или иные физиче ские явления, обуславливает уникальность свойств тонких пленок и их ши рокое практическое применение в различных областях.

На завершающих этапах подготовки учителя физики в рамках курса «Современные наукоемкие технологии» предлагается вести научно исследовательскую и учебную работу на комплексе оборудования, состоя щем из установки ионно-плазменного напыления, позволяющей наносить покрытия на различные подложки импульсным ионно-плазменным мето дом;

растровом электронном микроскопе с датчиком для рентгеновского микроанализа, который позволяет определить не только состав, но и тол щину пленки [1];

атомно-силового микроскопа, который позволяет опреде лить морфологию поверхности образца. Такой комплекс установок позво ляет получать разнообразные покрытия, исследовать морфологию и состав, а при наличии рентгеновской установки – и структуру покрытия [2].

Ионно-плазменный метод широко используется для нанесения упрочняющих покрытий режущего инструмента, работающего на высоких скоростях без принудительного охлаждения [3]. Однако, один из видов та ких покрытий – алмазоподобные пленки – обладают большим спектром применения и представляют значительный интерес не только практический, но и научный.

Роль углерода велика не только в живой, но и в неживой природе.

Лишь в твердом состоянии он существует в нескольких структурных моди фикациях, которые значительно отличаются по физико-химическим свой ствам. Алмаз и графит – традиционный пример двух кристаллических мо дификаций, который приводят всякий раз, когда подчеркивают единство и многообразие форм существования кристаллического.

Уникальные физико-химические свойства материалов на основе уг лерода способствуют широкому применению их в промышленности. Тра диционные области использования углерода – металлургическая и химиче ская промышленность, машиностроение и электротехническое производ ство, атомная энергетика, ракетная техника, электронная и радиотехниче ская отрасли.

Техническое использование монокристаллов и пленок в различных областях техники, от машиностроения до твердотельной электроники, обу словлено набором уникальных свойств алмаза: высокая твердость и тепло проводность (превышающая теплопроводность меди в несколько раз), низ кая электропроводность, оптическая прозрачность, радиационная и терми ческая стойкость. Перечисленные свойства монокристаллов и пленок могут варьироваться в широком диапазоне в зависимости от процентного состава и природы примесей.

Кроме перечисленных свойств интерес представляют структурные характеристики, а также морфология поверхности алмазоподобных пленок, выращенных на различных подложках. Эта информация позволяет интегри ровать знания по различным разделам курса физики, при выполнении соот ветствующих исследований, естественно, что на таком комплексе оборудо вания выполняются аспирантские и магистерские диссертации, дипломные работы студентов.

Литература 1. Броздниченко А.Н., Долгинцев Д.М., Сенкевич С.В. О возможности определе ния толщин исследуемых пленок по рентгеновскому микроанализу на растровом элек тронном микроскопе // XVI российский симпозиум по растровой электронной микроско пии и аналитическим методам исследования твердых тел. Материалы конференции. Чер ноголовка. 2009. С. 64–65.

2. Броздниченко А.Н., Долгинцев Д.М., Стожаров В.М. Алмазоподобные пленки, выращенные ионно-плазменным методом: структура, свойства. // Известия РГПУ им. А.И.

Герцена. 2012. №147. Физика. С. 81–86.

3. Броздниченко А.Н., Горчаков С.А., Рязанцев С.С., Сенкевич С.В., Тильте К.Л., Хинич И.И. Влияние структуры напыляемых слоев TiN и AlN на свойства нанокомпозит ных NiAlN покрытий // Известия РГПУ им. А.И. Герцена. 2006. №6 (15). Физика. С. 64–68.

Лабораторный практикум по физике жидких кристаллов © Н. И. Гриценко, О. Н. Пустовый Черниговский национальный педагогический университет им. Т. Г. Шевченко (Чернигов, Украина) olegpustov@mail.ru Одним из путей дальнейшего совершенствования профессионально го физического образования является повышение эффективности препода вания в ВУЗе общей физики через углубление связей образования с наукой.

Педагогические ВУЗы должны дать будущим учителям современные зна ния и хорошую практическую подготовку. На сегодняшний день некоторые достижения науки и техники прошлых лет оказались технически и мораль но устаревшими. Такой, например, является электронно-лучевая трубка – в прошлом базовый элемент для создания телевизоров, осциллографов, дис плеев и др. Это связано с бурным развитием новейших дисплейных техно логий, что происходит в последние десятилетия. На смену трубке пришли другие типы дисплеев, в том числе жидкокристаллические, которые имеют большие перспективы на ближайшее будущее. Жидкокристаллические дис плеи, которые базируются на достижениях физики жидких кристаллов, стремительно вошли в нашу жизнь и стали нормой (плоские телевизионные экраны, дисплеи персональных компьютеров и ноутбуков, компактных мо бильных телефонов, фото и видеокамер и другие средства отображения информации).

В настоящее время физика жидких кристаллов выделилась в само стоятельный и законченный раздел современной физики, а жидкокристал лические вещества стали одними из наиболее востребованных функцио нальных материалов для многих практических применений. Накоплен зна чительный теоретический и экспериментальный материал в этой области, исследованы и объяснены специфические свойства жидкокристаллического состояния (мезофазы), а физические эффекты положены в основу много численных практических приложений. Уникальные свойства жидких кри сталлов (спонтанная ориентационная упорядоченность, специфические упругость и вязкость, сочетание текучести и анизотропии физических свойств, высокая чувствительность к внешним воздействиям, холестериче ская спираль и др.) объясняются с привлечением новой «жидкокристалли ческой» терминологии: директор, параметр ориентационного порядка, кон станты упругости Франка, шаг холестерической спирали и другие. Изуче ние этих свойств, а также многочисленных эффектов в жидких кристаллах расширяет содержание многих физических понятий, которые традиционно изучаются при системном преподавании общей физики и позволяют объяс нить физические механизмы, на которых базируется техническое примене ние жидких кристаллов. Однако, вследствие интенсивного развития жидко кристаллической науки и естественной инертности образовательной систе мы, возник значительный разрыв между масштабами достижений в этой отрасли и уровнем знаний среди массового читателя. Появилась потреб ность в изучении физики жидких кристаллов в современной общеобразова тельной и высшей школах. Важнейшей составляющей этого учебного пред мета, наряду с лекционным курсом, является лабораторный практикум по физике жидких кристаллов, который предлагают авторы.

В предлагаемом лабораторном практикуме представлено одинна дцать лабораторных работ, которые охватывают наиболее характерные фи зические свойства термотропных жидких кристаллов, основные физические эффекты у них, а также описывают методики определения основных физи ческих параметров жидких кристаллов. Описана методика работы с поляри зационным микроскопом с нагревательным столиком и возможностью кон тролировать температуру, позволяющая проводить поляризационно микроскопический анализ – один из наиболее информативных методов идентификации типа мезофаз, изучения полиморфизма, наблюдения фазо вых превращений и определения температур фазовых переходов. При ис следовании жидких кристаллов этим методом образцы представляют собой тонкую пленку мезогена, заключенную между предметным и покровным стеклами, которую наблюдают в естественном или поляризованном свете.

При этом в микроскоп наблюдают картину, которая называется текстурой.

В лабораторной работе студенты наблюдают на одном образце текстуры разных типов мезофаз, проводят их идентификацию и сравнивают результа ты наблюдений с литературными данными. Наблюдают фазовые превраще ния, определяют температуры фазовых переходов и строят фазовую диа грамму. В скрещенных поляризаторах студенты наблюдают и отмечают признаки гомеотропной и планарной текстур нематических жидких кри сталлов.

В другой лабораторной работе исследуются три вида текстур холе стерических жидких кристаллов, позволяющих определять шаг холестери ческой спирали. Наблюдая плоскую текстуру Кано-Гранжана в клинообраз ной ячейке, а также текстуру «отпечатков пальцев», определяется шаг холе стерической спирали. Этот важный параметр холестерика предлагается также определять по длине волны селективно отраженного света от планар ной текстуры холестерика.

В двух лабораторных работах исследуются основные полевые (ори ентационные) электрооптические эффекты в нематиках с 0 и (S-эффект и В-эффект соответственно). Эксперименты проводятся в усло виях отсутствия электрического тока и объемных зарядов, что обеспечива ется приложением к образцу переменного электрического поля частотой свыше 1000 Гц. При выполнении этих работ студенты знакомятся с законо мерностями протекания S- и В-эффектов по наблюдению двойного луче преломления. Исследуя S-эффект, определяется модуль упругости КІІ для поперечного изгиба и электрическая когерентная длина. В экспериментах по исследованию В-эффекта определяют пороговое напряжение эффекта, которое сравнивается с теоретически рассчитанным значением.

В лабораторной работе по исследованию электрогидродинамических эффектов используется нематик 0 и 0. Студенты определяют кри тическую частоту, отделяющую аномальную ориентацию директора от нормальной в переменном электрическом поле, наблюдают процесс форми рования доменов Капустина-Вильямса и изменение режима неустойчиво сти, определяют пороговое напряжение появления динамического рассея ния света (ДРС). Отдельная работа посвящена исследованию эффекта ДРС в нематиках. Изменением напряжения на электрооптической ячейке изменя ют размеры рассеивающих центров и, следовательно, интенсивность рассе янного света. Наблюдают процесс дробления доменов Капустина-Вильямса и с помощью микроскопа оценивают размеры неоднородностей. За резуль татами эксперимента строятся индикатрисы рассеяния света при разных напряжениях. Эффект ДРС очень удобен для исследования явления класси ческого рассеяние света и демонстрации эффекта Ми. Этот эффект позволя ет на одном образце наблюдать домены Капустина-Вильямса и плавный переход от дифракции когерентного излучения к классическому рассеянию, а также наблюдать почти все закономерности рассеяния света. Эффект ДРС является очень удобным для демонстрации рассеяния света при изучении этого явления.

Нематические жидкие кристаллы являются удобными объектами для детального исследования интерференции поляризованных лучей в управля емых электрическим полем ячейках. В лабораторной работе студенты наблюдают цветную интерференционную картину, полученную от наложе ния обыкновенного и необыкновенного лучей, изучают зависимость интен сивности света, прошедшего через электрооптическую ячейку, расположен ную между поляризатором и анализатором, от длины волны и от угла пово рота анализатора или ячейки.

Уникальные оптические свойства холестерических жидких кристал лов исследуются в двух лабораторных работах. Изучаются селективное от ражение света плоской текстурой холестерика и особенности прохождения света через холестерик. Определяется длина волны селективно отраженного света и по ней определяется шаг холестерической спирали. Электрооптиче ское поведение холестерика исследуется при раскрутке холестерической спирали переменным электрическим полем. При исходной плоской тексту ре холестерика в ячейке типа сендвич в электрическом поле происходят текстурные превращения, которые сопровождаются образованием двумер ной пространственно-периодической структуры, которая переходит в тек стуру «отпечатков пальцев». При некотором пороговом напряжении наблю дается холестерико-нематический переход. Из результатов экспериментов определяется шаг холестерической спирали.

В вискозиметрии нематиков апробирован и может использоваться метод падающего шарика. В лабораторной работе авторы предлагают опре делять коэффициенты Миесовича методом Стокса, обеспечив четкую фик сацию условий эксперимента внешним магнитным полем. Измеренные этим методом значения коэффициентов вязкости близки к значениям коэф фициентов Миесовича, взятых из литературы, что указывает на ньютонов ский характер течения нематиков.

В отдельной работе изучаются процессы переноса носителей зарядов в жидких кристаллах. Методом электропроводности определяют темпера турный интервал существования мезофазы и энергию активации электро проводности мезофазы.

Все лабораторные работы отличаются простотой исполнения и не требуют сложного оборудования. Они позволяют студентам не только по нять специфические для физики жидких кристаллов понятия, такие как ори ентационный порядок, директор, нематик, смектик, холестерик, термотроп ные и лиотропные жидкие кристаллы, планарная и гомеотропная ориента ция, мезофаза, переходы Фредерикса, домены Капустина-Вильямса, линии Кано-Гранжана, коэффициенты Миесовича и другие, но и более глубоко постичь такие общефизические понятия, как вязкость, закон Ньютона для вязкости, закон Стокса, двойное лучепреломление, оптическая анизотропия, длина оптической когерентности, поляризация света, интерференция поля ризованных лучей, фазовые переходы I и II рода, рассеяние света, дифрак ция Вульфа-Брэгга, электропроводность, энергия активации и другие.

Все лабораторные работы помогают студентам приобрести элемен тарные навыки проведения экспериментов с жидкими кристаллами. Они могут успешно использоваться в специальном практикуме «Физика жидких кристаллов» на старших курсах университетов. Отдельные работы могут быть использованы в курсе общей физики высшей школы. По мнению авто ров наиболее удачными для этого являются разделы «Термодинамика и молекулярная физика» и «Оптика».

Представленный лабораторный практикум «Физика жидких кри сталлов» прошел апробацию в Черниговском национальном педагогическом университете им. Т. Г. Шевченка.

Литература 1. Блинов Л.М. Электро- и магнитооптика жидких кристаллов / Л.М. Блинов. – М.:Наука, 1978. -384 с.

2. Гриценко М.І. Фізика рідких кристалів / М.І. Гриценко. – К.: Академія, 2012.

– 272 с.

3. Сонин А.С. Введение в физику жидких кристаллов / А.С. Сонин. – М.:Наука, 1983. – 320 с.

Исследование диэлектрических свойств кристаллов прустита в рамках курса физического практикума в педагогических университетах © Н. Ю. Гуния, Р. А. Кастро Российский государственный педагогический университет им. А. И. Герцена (Санкт-Петербург, Россия) recastro@mail.ru Исследование электрофизических свойств материалов необходимо для ознакомления будущих педагогов со спектром современных методов изучения особенностей структуры и закономерностей протекающих в них процессов.

За последние десятилетия кристаллы Ag3AsS3 привлекают внимание исследователей из-за особенностей их физических свойств и возможностей их практического применения. Данная кристаллическая система характери зуется высокими значениями диэлектрической проницаемости при высоких частотах, что делает ее перспективной для использования в устройствах нелинейной оптики, электронно-акустических системах [1-3].

Исследование образцов кристаллов Ag3AsS3 проводилось методом диэлектрической спектроскопии. Измерения диэлектрических параметров проводились в диапазоне частот от 102 Гц до 106 Гц на спектрометре «Con cept 41» (Novocontrol Technologies GmbH) в температурном диапазоне от 0.0 0С до 100.0 оС. Образцы имели форму диска толщиной 3.1 см и диамет ром 10.0 мм. При измерениях температура стабилизировалась с точностью порядка 0.5 0С и изменялась с шагом 10 0С. На исследуемые образцы пода валось переменное напряжение 1.0 В.

Действительная часть комплексной диэлектрической проницаемости ’ характеризуется высокими значениями в области низких частот вплоть до ’ = 1000 при комнатной температуре (рис. 1). С увеличением частоты ’ резко уменьшается, т.е. наблюдается аномальная низкочастотная дисперсия (ALFD). До достижения равновесного значения при высоких частотах ’ меняется примерно на три порядка, что является характерным для многих релаксационных процессов [1]. Релаксационная частота, при которой наблю дается изменение характера дисперсии (при = 1 и ’ = (’s + ’)/2) увеличива ется с ростом температуры, что означает уменьшение времени релаксации.

Дисперсия мнимой части диэлектрической проницаемости ’’ при разных температурах представлена на рис. 2. Отсутствие максимума на кривых указывает на существование недебаевского механизма релаксации.

Для фактора потерь также наблюдается резкое уменьшение с ростом часто ты до определенного значения, частота изменения характера дисперсии для всех температур оказывается больше, чем соответствующая частота для ’.

Во многих случаях этот факт также говорить об отклонении от классического дебаевского механизма для случая отсутствия распределения релаксаторов.

0C 20 C 40 C 60 C 10 80 C 100 C ' 2 3 4 5 10 10 10 10 f, Гц Рис. 1. Дисперсия действительной части комплексной диэлектрической проводимости ’ при разных температурах 0C 4 20 C 10 40 C 600C 80 C 100 C '' 2 3 4 5 10 10 10 10 f, Гц Рис. 2. Дисперсия мнимой части комплексной диэлектрической проводимости ’’ при разных температурах Литература 1. Yang S.R., Taylor K.N.R., Zhang F.Y., Phys. J.: Condens. Matter 1 (1989) 7669-7679.

Гололобов Ю.П. ФТТ 1(1999) 702-704.

2.

Рудь В.Ю., Рудь Ю.В., Теруков Е.И. ФТП 8 (2010) 1059-1063.

3.

Методическая подготовка учителя физики в аспекте ситуационно-контекстного подхода © С. И. Десненко Забайкальский государственный университет (Чита, Россия) desnenkochita@rambler.ru В настоящее время в образовательный процесс педагогических вузов введены ФГОС ВПО, основанные на компетентностном подходе. В соот ветствии со стандартом к образованию будущего специалиста, в том числе будущего учителя физики, предъявляются новые требования. Выпускник вуза должен обладать компетенциями, позволяющими ему решать профессио нальные проблемы в будущей профессиональной педагогической деятельности.


Целенаправленное формирование компетенций у будущего учителя физики возможно при соответствующей организации системы учебных за нятий с использованием в учебном процессе активных и интерактивных форм проведения занятий;

посредством методической подготовки будущего учителя физики, основанной на ситуационно-контекстном подходе. Вслед за М. Д. Ильязовой под ситуационно-контекстным подходом будем пони мать подход к формированию профессиональной компетентности, обуслов ливающий проектирование и реализацию системы учебных профессиональ но ориентированных ситуаций, отражающих сущность, содержание, эле менты и компоненты профессиональной деятельности специалиста [1]. Си туационно-контекстный подход подразумевает наличие субъект субъектных отношений между студентами и преподавателем. Применение данного подхода обеспечивает формирование у студентов знаний и умений при анализе конкретной ситуации. Рассмотрение проблемы в рамках пред лагаемой ситуации способствует активизации мыслительного процесса сту дентов, формированию у будущих специалистов умения решать проблемы, в том числе проблемы профессионально ориентированного характера. При реализации в образовательном процессе ситуационно-контекстного подхода могут применяться ситуационные упражнения, ситуационные задачи, кон кретные ситуации (метод кейс-стади), при этом студенты должны предла гать одно или несколько решений предъявленной ситуации.

Анализ литературы [2–4] по проблеме применения метода кейс стади в обучении показал следующее.

Данный метод можно рассматривать по-разному: метод активного проблемно-ситуационного анализа;

специфический практический метод организации учебного процесса;

метод дискуссий с точки зрения стимулирования и мотивации обучаемых в учебном процессе;

исследова тельский проект;

разновидность аналитической технологии;

образ мышления обучаемого, его особая парадигма, позволяющая по-иному думать и действовать, развивать творческий потенциал.

При работе с кейсом у обучающихся формируются компоненты компетенций: умение решать проблемы с учетом конкретных условий и при наличии фактической информации, способность к проведению анализа и диагностики проблем, умение четко формулировать и высказывать свою позицию, умение общаться, дискутировать, воспринимать и оценивать ин формацию, которая поступает в вербальной и невербальной форме.

При использовании метода кейс-стади у студентов развиваются ка чества: самостоятельность, ответственность за принятие решений;

познава тельная, творческая, коммуникативная, личностная активность.

Одной из основных особенностей применения метода кейс-стади в образовательном процессе вуза является то, что он представляет собой спе цифическую коммуникативную систему, в которой выделяется преподава тель – коммуникатор и обучающийся.

По отношению к другим технологиям кейс-метод можно предста вить как сложную систему, в которую интегрированы другие, менее слож ные методы. В него входят такие методы, как: моделирование, системный анализ, проблемный метод, мысленный эксперимент, методы описания, классификации, дискуссии, игровые методы и др.

Раскроем особенности реализации методической подготовки буду щего учителя физики на основе ситуационно-контекстного подхода при использовании метода кейс-стади в рамках нормативного курса «Методика обучения и воспитания (по профилю подготовки, физика)».

Как показал анализ результатов проводимого нами исследования, предъявленная будущему учителю физики ситуация осмысливается каждым студентом по-своему, в зависимости от жизненного опыта и мировоззрения, поэтому решений данной проблемной ситуации может быть несколько.

Вследствие этого необходимо использовать при реализации методической подготовки будущего учителя физики личностно ориентированные техно логии, когда каждый студент решает предъявленную проблемную ситуа цию, исходя из собственных способностей, потребностей, взглядов. Реали зовать ситуационно-контекстный подход в методической подготовке буду щих учителей физики можно, применяя ситуационные задачи практико ориентированного характера.

В процессе решения ситуационной задачи студенты осваивают сле дующие мыслительные операции: ознакомление – понимание – применение – анализ – синтез – оценка, что позволяет приблизить будущего учителя физики к реальной жизненной ситуации в отличие от решения типовой за дачи. По мнению О. А. Крысановой, ситуационные задачи можно использо вать как средство формирования и диагностики уровня сформированности компетенций, что является особо значимым в контексте нашего исследова ния [2]. При конструировании ситуационной задачи необходимо сформули ровать личностно значимый вопрос, который поможет обучаемому убе диться в необходимости данного знания;

подобрать материал, содержащий явную и неявную информацию по теме задачи;

сформулировать проблем ные вопросы и задания к тексту задачи.

Основой метода кейс-стади является кейс как некоторый объективи рованный интеллектуальный продукт с высокой концентрацией учебной информации, заключающий в себе проблему, которую следует всесторонне изучить, проанализировать и предложить определенное решение, обосно ванное рядом условий и критериев [3]. Различают пять типов кейса в зави симости от функции, которую он выполняет: тренировочный, обучающий, систематизирующий, аналитический, исследовательский [4]. Чаще всего при обучении используются кейсы двух основных типов, каждый из кото рых служит для оценки определенных качеств. Первый – это строгий или структурированный кейс. Обычно это короткое и точное изложение ситуа ции. Он предназначен для оценки стиля и скорости мышления, формирова ния умения отделить главное от второстепенного и навыков работы в опре деленной области. Второй тип кейса – неструктурированный кейс. Он пред ставляет собой материал с большим количеством информации (объемом до 50 страниц) и предназначен для оценки умения использовать знания и ме тодику в определенной области.

Реализация ситуационно-контекстного подхода, основу которого со ставляют специально разработанные ситуационные задачи практико ориентированного характера, способствует формированию у будущих учи телей физики умений решать профессиональные задачи, развитию способ ности ориентироваться в ситуациях, возникающих в профессиональной деятельности учителя физики.

Литература 1. Ильязова М. Д. Формирование инвариантов профессиональной компетентности студента: ситуационно-контекстный подход: автореф. дис.... д-ра пед. наук: 13.00.08. М., 2010.

40 с.

2. Крысанова О. А. Инновационные аспекты научно-методической деятельности учителя физики: монография. Самара: Изд-во «Самарский университет», 2010. 172 с.

3. Проектирование в образовательном процессе вуза: гуманитарные технологии / Под. ред. Н.Ф. Радионовой. СПб.: Изд-во: ООО «Книжный дом», 2008. С. 150-186.

4. Ситуационный анализ, или Анатомия Кейс-метода / Под. ред. Ю.П. Сурмина.

Киев: Центр инновации и развития, 2002. 286 с.

Работа выполнена в рамках Государственного задания вузу Минобрнауки РФ, №6.3666. Элементы нанофизики в предметной подготовке педагогических кадров © В. А. Доронин, Ю. С. Остроумова, С. Д. Ханин Российский государственный педагогический университет им. А. И. Герцена (Россия, Санкт-Петербург) sinklit@mail.ru Интенсивное развитие и непрерывно нарастающее использование современных наукоемких технологий требуют отражения их физических основ и методов в содержании обучения будущих учителей, призванных к подготовке учащихся к жизни, продолжению образования и продуктивной профессиональной деятельности в магистральных направлениях развития науки и техники. Ключевую, системообразующую роль здесь в настоящее время играют нанотехнологии, что делает необходимым включение в со держание предметной подготовки педагогических кадров элементов нано физики как движущей силы и ориентировочной основы технологических инноваций.

Важно отметить, что освоение основ нанофизики отвечает не только требованиям современной социокультурной ситуации, но и решению про блем развития самого физического образования в их основных аспектах:

мотивационном – в силу предоставляемых достижениями нанотехнологий возможностей актуализации учебного материала, придания ему личностно смыслового значения, содержательном – в силу обновления учебного мате риала проблематикой современных научно-технических достижений, обо гащения его новыми фундаментальными открытиями, обязанными своим происхождением технологическим инновациям, деятельностном – в силу востребованности динамичного освоения новых знаний, методов и стиля деятельности, применения теоретических знаний для решения значимых проблем, критически-рефлексивного анализа достигнутых результатов и процесса их достижения, придания познавательной деятельности присущей решению физико-технических проблем проектно-исследовательской направленности.

В настоящей работе авторы излагают некоторые видимые и реализу емые ими подходы к обновлению содержания предметной подготовки педа гогических кадров основами нанофизики.

В части теоретической подготовки – это, в первую очередь, обновле ние ее содержания размерными эффектами, включая квантово-размерные эффекты в системах пониженной размерности. Принципиально важными здесь представляются два момента. Во-первых, раскрытие на основе тради ционно изучаемого материала возможностей достижения качественно но вых, по отношению к объемным материалам того же состава, свойств нано размерных структур. Выразительным примером тому могут служить опти ческие свойства нанокремния – его прозрачность для видимого света, эф фективная люминесценция, что открывает возможности создания посред ством планарных технологий новых оптических датчиков и светоизлучаю щих полупроводниковых приборов [1]. В основе здесь – расширение диапа зона изменения энергии и квазиимпульса электронов при ограничении раз мера области их пространственной локализации, что может быть непосред ственно обосновано, исходя из соотношения неопределенностей Гейзенбер га.


Во-вторых, изучение новых, имеющих общефизическое значение фундаментальных эффектов, наблюдаемых в наноструктурах и могущих найти серьезные практические применения. До общего курса физики долж ны дойти эффекты резонансного туннелирования, баллистического транс порта, квантовые эффекты Холла. Важно отметить открывающиеся в связи с изучением физики графена возможности изучения квантовых релятивист ских явлений в твердофазных структурах, часть из которых, например па радокс Клейна, нереализуемы даже в физике высоких энергий, а также зна чимые для метрологии возможности наблюдения квантового эффекта Холла при комнатной температуре. Подобие носителей заряда в графене безмассо вым фермионам, описываемым не уравнением Шредингера, а уравнением Дирака, определяет уникальные свойства этого материала и его перспек тивность для применения в электронике и оптронике, что актуализирует изучение релятивистской физики конденсированного состояния.

Проектируя содержание физических дисциплин предметной подго товки, целесообразно включать в него поверхностные эффекты в нано структурах, обладающих высокой удельной поверхностью. Это обусловле но двумя обстоятельствами. Первое – проявление поверхностных эффектов в тех же свойствах наноструктур, что и размерные эффекты и взаимосвязь между ними в формировании функциональных свойств наноматериалов.

Возвращаясь к проблематике оптики нанокремния, отметим, что увеличе ние ширины запрещенной зоны при переходе к наноразмерным объектам приводит к очувствлению экситонов, захваченных на поверхностные состо яния, что в свою очередь вызывает существенные изменения спектра люми несценции. Не менее выразительным подтверждением сказанному является и проявление частицами нанокремния размером менее двух нанометров свойств квазиаморфного полупроводника.

Второе – высокое качество структуры двумерных кристаллов типа графена с незащищенной поверхностью, что расширяет представления фи зики поверхности в части условий получения ее объектов. Другой важный здесь момент – управляемость структурой и свойств двумерных кристаллов посредством присоединения атомов различных элементов, примером чему является получение графана и фторграфена при присоединении к атомам углерода атомов водорода и фтора соответственно – материалов с широкой запрещенной зоной, что качественно отличает их от самого графена [2].

Элементы нанофизики должны органично войти и в содержание фи зического практикума, продолжая и расширяя его традиционную тематику в части изучения физических основ и методов электроники и оптроники. При построении практикума из циклов учебно-исследовательских заданий, направленных на изучение определенной физико-технической проблемы и отражающих различные варианты ее решения, его выполнение приобретает проектно-исследовательский характер. Целевая установка таких циклов может состоять в выборе и обосновании, как теоретическом, так и экспери ментальном, материалов и приборных структур для создания определенных технических устройств. Так, в круг объектов изучения в цикле заданий, по священном изучению проблемы создания полупроводниковых фотоприем ников ультрафиолетового излучения, наряду с объемными прямозонными полупроводниками с соответствующей шириной запрещенной зоны и структурами металл-полупроводник с барьером Шотки, могут быть вклю чены наноструктурированные пленки, обладающие высокой фоточувстви тельностью, в том числе, пленки аморфного гидрогенизированного кремния с нанокристаллическими включениями.

Другой целевой установкой, объединяющей задания в цикл, может выступать диагностика наноструктур с использованием обоснованных при менительно к изучаемой проблеме физических методов (классов методов).

Наряду с современными методами структурных исследований, требующими дорогостоящего аппаратурного обеспечения, несомненный интерес здесь представляют более доступные для широкого применения в практике обу чения электрофизические и оптические методы нанодиагностики. Суще ственно отметить востребованность здесь численного моделирования ин формативных характеристик на основе решения уравнений классической и квантовой физики. Так, для определения параметров квантоворазмерных гетероструктур посредством емкостной спектроскопии необходимо моде лирование вольтфарадных характеристик, осуществляемое посредством самосогласованного решения уравнений Пуассона и Шредингера [3].

Наконец, проблематика нанофизики должна стать предметом це лостной проектно-исследовательской деятельности обучающихся по реше нию физико-технических проблем, осуществляемой на базе ведущих лабо раторий вуза и сотрудничающих с ним научных учреждений.

Литература 1. Ищенко А.А., Фетисов Г.В., Асланов Л.А. Нанокремний: свойства, получение, применение, методы исследования и контроля. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2011. – 648 с.

2. Новоселов К.С. Графен: материалы Флатландии: Нобелевские лекции по физи ке-2010 // Успехи физических наук, 2011. Т. 181, № 12. С. 1299–1311.

3. Нанотехнология: физика, процессы, диагностика, приборы / Под ред. В.В. Лу чинина, Ю.М. Таирова. – М: ФИЗМАТЛИТ, 2006. – 552 с.

Знакомство учащихся школ с экспериментальными методами нанофизики в рамках научно-образовательного проекта © В. А. Доронин, В. П. Пронин, И. И. Хинич Российский государственный педагогический университет им. А. И. Герцена (Россия, Санкт-Петербург) Совершенствование системы среднего образования, переход на про фильное обучение требуют изменения организационных форм образова тельного процесса, внедрения новых образовательных технологий, подхо дов и методов, создающих реальные возможности для личностно ориентированного учебного процесса, при котором появляется перспектива выстраивания учеником индивидуальной образовательной траектории. Эф фективным путем развития способностей к самостоятельному познанию является учебно-исследовательская деятельность школьников как необхо димая составляющая учебного процесса в современной школе. В результате такой деятельности у учащихся развивается исследовательский тип мышле ния, они овладевают умениями определять цели и задачи исследования, формулировать гипотезы, планировать и осуществлять необходимые экспе рименты, обрабатывать и анализировать полученные результаты. При этом необязательно, чтобы в ходе исследования было получено принципиально новое знание, достаточно, чтобы это было «маленькое» открытие для само го ученика. Действенной формой организации учебно-исследовательской деятельности школьников является взаимодействие с вузами, которое поз воляет осуществить исследовательскую деятельность на базе современного высокотехнологичного наукоемкого оборудования.

Положительным опытом такого взаимодействия является реализация факультетом физики РГПУ им. А. И. Герцена инновационного научно образовательного проекта «Современные достижения науки и техники» [1], апробация которого продолжается уже второй учебный год. Основная идея проекта – создание условий для совместного научно- и учебно исследовательского творчества учащихся, учителей физики образователь ных учреждений Санкт-Петербурга и Ленинградской области и преподава телей факультета и на этой основе популяризация современных научно технических достижений среди школьников, привлечение учащихся к изу чению естественнонаучных дисциплин, в частности физики, а также под держка педагогов, внедряющих инновационные и творческие разработки в сфере образования.

Проект рассчитан на один учебный год, в течение которого преду сматривается достаточно большое число мероприятий и видов деятельно сти. Привлечение учащихся школ к научно-исследовательской деятельно сти в рамках проекта начинается с экскурсий школьников в научные и учебные лаборатории факультета и заканчивается их выступлениями на конкурсе научно-исследовательских работ учащихся. На прошедшем кон курсе примерно половина учащихся выступали с реферативными исследо вательскими работами, которые они готовили вместе с учителями своих школ. К подготовке почти всех экспериментальных исследовательских ра бот были привлечены сотрудники факультета физики.

В данной работе анализируется опыт такого сотрудничества. Тема тика экспериментальных работ учащихся в рамках обсуждаемого проекта ориентирована в первую очередь на область нанотехнологий, что определя ется оборудованием, имеющимся на факультете и задействованным в ходе экскурсий и занятий для школьников. Факультет располагает учебным ком плексом нанотехнологий, стержень которого – учебно-исследовательская лаборатория нанотехнологий, оснащенная сканирующими зондовыми мик роскопами NanoEducator. Наряду с учебными микроскопами в этот ком плекс входит и факультетское оборудование исследовательского класса – сканирующие атомно-силовые микроскопы, растровый электронный мик роскоп, диэлектрический спектрометр, установка для рентгеновского флуо ресцентного анализа.

Сотрудничество учащихся школ с преподавателями университета начинается уже во время экскурсий школьников на факультет, когда уча щиеся интересуются возможностями аппаратуры, с которой они знакомят ся, и записываются на посещение циклов соответствующих занятий. Сред няя продолжительность такого цикла – 16 часов, то есть 8 занятий по 2 часа, соотношение теоретических и практических занятий: 1/3 – теоретических и 2/3 – практических. Практические занятия можно разделить на 2 этапа: пер вый этап – самостоятельная работа школьников в учебно исследовательской лаборатории нанотехнологий, второй этап – знакомство с аппаратурой исследовательского класса.

Во время практических занятий школьники и выполняют свои ис следования, о которых докладывают впоследствии на конференции. Оста новимся на нескольких примерах работ учащихся. В одной из них расска зывается о свойствах минерала шунгит. Здесь экспериментальное исследо вание состояло из двух частей: в первой школьники описывают собствен ные эксперименты по изучению свойств шунгита, в которых они с его по мощью обесцвечивали на ткани чернильные пятна и наблюдали повышение всхожести семян в шунгитовой воде, а во второй на оборудовании факуль тета изучили элементный состав разных образцов. Другая эксперименталь ная работа посвящена сравнительному исследованию различных пломбиро вочных материалов стоматологии. Исследование, выполненное с помощью растрового электронного микроскопа, показало преимущества реставраци онного нанокомпозитного материала. В третьей работе учащиеся исследо вали влияние окраски человеческих волос на их структуру. Исследования с помощью растрового электронного микроскопа продемонстрировали изме нения, происходящие в структуре волос при воздействии окислителей, яв ляющихся обязательными компонентами красок.

Ориентация экспериментальных исследований учащихся именно на область нанотехнологий представляется целесообразной и по необходимо сти отражения в содержании обучения достижений науки и техники в од ном из наиболее приоритетных направлений, и вследствие естественного интереса школьников к знакомству и освоению этой области знаний. При реализации обсуждаемого научно-образовательного проекта интерес уча щихся стимулируется и самой атмосферой проекта: формами проведения соответствующих занятий, подготовкой к докладам, профессиональной ор ганизацией конференции. В конце конференции все ее участники получают грамоты, а подготовившие их учителя – соответствующие сертификаты.

После подведения итогов конкурса его победители дополнительно получа ют дипломы, учителя – свидетельства об успехе своих учеников, а также публикуется сборник работ учащихся, содержащий тезисы их докладов [2].

Для подавляющего большинства школьников этот сборник начинает отсчет их печатных работ.

Литература 1. Анисимова Н.И., Попова И.О., Хинич И.И. Научно-образовательный проект «Современные достижения науки и техники» для учащихся и учителей школ // Сборник трудов XII международной учебно-методической конференции «Специальный физиче ский практикум» (М., 25-27 сентября 2012 г.). – М.: Издательский дом МФО, 2012. С. 186.

2. Научно-образовательный проект для учащихся и учителей Санкт-Петербурга и Ленинградской области «Современные достижения науки и техники»: тезисы докладов.

– Выпуск 1. – СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2012. – 90 с.

Структура, формирование и оценивание компетенций © В. М. Зеличенко Томский государственный педагогичесий университет (Томск, Россия) zelvm@rambler.ru;

physics@tspu.edu.ru В связи с присоединением России в 2003 году к Болонскому «Со глашению относительно совместных целей по созданию единого согласо ванного Европейского образовательного пространства к 2010 году», назы ваемому часто Болонским процессом, в российском образовании начался процесс формирования новой парадигмы. Центральное место в этой пара дигме занимает компетентностный подход. Согласно «Копенгагенской де кларация по усилению европейской кооперации в профессиональном обра зовании», подписанной министрами образования 31 страны (2002 г.), ос новными критериями качества образования являются востребованность и конкурентноспособность выпускников. Предполагается, что эти качества могут быть измерены в компетенциях.

В отличие от западных стран, в которых компетентностные модели формируются университетами (например, Оксфордско-Кембриджская мо дель ключевых компетенций), в российском образовании в рамках Болон ского процесса для регламентирования достаточного качества используются Федеральные Государственные образовательные стандарты (ФГОС).

Государственные стандарты высшего профессионального образова ния, являясь официальными документами, обязательны для исполнения всеми высшими учебными заведениями. Они задают направления подго товки и структуру образовательных программ, регламентируют трудозатра ты по блокам дисциплин, и определяют набор компетенций, которые долж ны приобрести обучаемые в ходе реализации той или иной образовательной программы. Следует отметить, что стандарты составлены в одной логике для различных направлений и уровней подготовки (бакалавр, магистр), так что проблемы, связанные с реализацией компетентностного подхода, явля ются в большой степени универсальными.

Одной из таких проблем является проблема формирования и оцени вания компетенций. По поводу формирования компетенций в стандарте ничего не говорится (это задача образовательной программы), а по поводу оценивания в стандарте даются указания: «…для аттестации обучающихся на соответствие их персональных достижений поэтапным требованиям со ответствующей образовательной программы создаются фонды оценочных средств, включающие типовые задания, контрольные работы, тесты и мето ды контроля, позволяющие оценить знания, умения и уровень приобретен ных компетенций. Фонды оценочных средств разрабатываются и утвер ждаются вузом».

Образовательные программы, в соответствии со стандартом, разбиты на блоки, каждый из которых содержит набор обязательных и вариативных дисциплин. В качестве примера рассмотрим образовательную программу на основе образовательного стандарта по направлению 050100 – «Педагогиче ское образование» (профиль физика, математика, пятилетний бакалавр.

Этот стандарт предусматривает формирование 34 компетенций – общекультурных компетенций (ОК, 16), профессиональных компетенций (ПК, 13), общепрофессиональных компетенций (ОПК, 5). Как указывалось, эти компетенции должны формироваться дисциплинами, составляющими содержание учебного плана. Дисциплин в учебном плане бакалавра доста точно много. Согласно стандарту, вклад в формирование компетенций дают вклад не только различные дисциплины одного блока, но и дисциплины разных блоков. В таблице 1 показано, в качестве примера распределение вкладов дисциплин различных блоков в профессиональные компетенции согласно рассматриваемому образовательному стандарту.

Таблица 1.

Вклад дисциплин различных блоков стандарта 050100 – «Педагогическое образование» в профессиональные компетенции Блоки Профессиональные компетенции (ПК-1 – ПК-16) стандарта Б.1 9 10 Б.2 9 10 Б.3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Б.4 Б.5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Заметим, что компетенции ПК-1 –ПК-8 и ПК-12, ПК-13 формируют ся только двумя блоками, Б.3 – «Профессиональный цикл», и Б.5 – Учебная и производственная практики, в то время как в формирование компетенций ПК-9 – ПК-11 должны давать вклад еще и дисциплины блоков Б.1-Б2 (Гу манитарный, социальный и экономический цикл и Математический и есте ственнонаучный цикл соответственно), а в компетенцию ПК-8 – блока Б. (Физическая культура). Только в профессиональном цикле согласно учеб ному плану более 40 дисциплин. Эти дисциплины изучаются в течение практически всех лет обучения, и каждая из дисциплин дает вклад в форми рование различных компетенций (это определяется программами дисци плин). Поэтому возникает вопрос: как оценить вклад конкретной дисципли ны в ту или иную компетенцию, и как проверить сформированность компе тенции?

Методы проверки знаний, умений, навыков, умений, владений по каждой конкретной дисциплине известны. Однако проверка сформирован ности компетенции в целом остается пока проблемой.

Мы предлагаем для этой цели следующий алгоритм.

1. Компетенция должна быть детально описана. В этом описании должен прослеживаться вклад от различных дисциплин и специфика обра зовательной конкретной образовательной программы. В настоящее время ограничиваются формулировками, данными в стандарте.

2. Компетенция должна быть структурирована. В компетенции мож но выделить компоненту знаний, компоненту умений, компоненту владений и навыков (готовностей). Таким образом, получаем:

компонента знаний (перечисляются все вопросы различных дисци плин (с учетом профиля), имеющих отношение к формированию данной компетенции;

компонента умений (перечисляются умения, соответствую щие данной компетенции;

компонента владений (перечисляются все необ ходимые владения и навыки). В результате, содержание каждой компонен ты представляет собой сумму вкладов отдельных дисциплин 3. Для каждой компоненты компетенции разрабатывается свой ин струментарий контрольно-измерительных материалов. При этом оценка знаний, умений, владений по предмету должны затем войти в общий пока затель сформированности компетенции, формирование которого представ ляет самостоятельную процедуру. Отметим, что оценивание по дисциплине всегда проводится во время сразу после изучения дисциплины. Оценивание компетенции может быть растянуто во времени согласно учебному плану изучения дисциплин, дающих вклад в данную компетенцию с учетом еще и учебной и производственных практик.

Предлагаемый подход предполагает большой объем работы (что можно рассматривать как недостаток) по формированию образовательных программ на всех уровнях, начиная с формирования программы и учебного плана, согласования дисциплин по формируемым компетенциям, содержа тельного описания компетенций и разработки КИМ для проверки их сфор мированности. Однако данный подход можно в значительной степени авто матизировать. В настоящее время этот метод находится в стадии математи ческой разработки.

Литература 1. Федеральный государственный образовательный стандарт высшего профессио нального образования по направлению подготовки 050100 Педагогическое образование (квалификация (степень) «бакалавр»). Утвержден приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от « 17 » января 2011 г. № 46.



Pages:     | 1 |   ...   | 7 | 8 || 10 | 11 |   ...   | 12 |
 





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

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