Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Физика в системе современного образования (ФССО-2013): материалы XII Международной научной конференции

Голосов: 0

Международная конференция "Физика в системе современного образования" проводится на регулярной основе при сотрудничестве Российской Академии наук, российских и зарубежных вузов, других научных и образовательных учреждений. Цель конференции - обсуждение современных достижений физики и поиск путей их использования, интеграция академической и вузовской науки. На конференции рассматривались следующие вопросы: интеграция физической науки и образования, новые перспективные материалы и структуры, физика наноструктур, приборы и устройства с повышенным сроком службы и низкой материалоёмкостью, теория и методика преподавания физики в вузах и школах в современных условиях. Первый том содержит пленарные доклады и доклады секций: 1. Профессиональное физическое образование; 2. Физика в системе инженерного образования; 3. Физика в системе естественнонаучного образования; 4. Подготовка педагогических кадров по физике. Второй том - доклады секций: 5. Физика в системе общего среднего образования; 6. Информационно-коммуникационные технологии в преподавании физики; 7. Физика в современной естественнонаучной картине мира; 8. Математическая подготовка физиков.

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
    не доказательство». При рассуждении по аналогии активизируется ряд мыс-
лительных процессов (припоминание, воображение), а знания, полученные
при рассмотрении одного объекта или процесса, переносятся на другой, ме-
нее изученный. Так, от наблюдений за детским волчком изобретатель
Э. Сперри пришел к созданию гироскопических приборов для автоматиче-
ского управления самолетом. Дж. К. Максвелл сопоставил созданную им
теорию электромагнитного поля с гидродинамикой несжимаемой жидкости
и подчеркивал важность поиска аналогий. Они оказались важны в формиро-
вании языка науки: ток течет, информационный вирус и т.п. Обычно первые
аналогии бывают поверхностными, но рождая образ и пробуждая мышле-
ние, они сыграли свою положительную роль, постепенно заменяясь более
широкими и глубокими. Так, на пороге генерации одномодовый лазер ис-
пытывает переход, который обладает чертами фазового перехода второго
рода. Поиск аналогий – полезный и интересный прием мышления для ин-
терактивного обучения студентов. Он позволяет, с одной стороны, визуали-
зировать какие-то сложные явления, а с другой, перенести существующие
знания из одной области в другую.
       Метод аналогий, используемый в разработке ряда методов нелиней-
ной спектроскопии, может быть применен в учебных дисциплинах подго-
товки студентов по направлениям «Фотоника и оптоинформатика», «Инно-
ватика», «Оптотехника» и др. Легкость освоения сложного материала обес-
печивается работой ассоциативного восприятия. Так, в методе насыщенного
поглощения обычно используют либо встречные, либо однонаправленные
лазерные волны [1–2]. Но перестройку частоты слабой волны можно заме-
нить более простым в реализации сканированием других параметров - про-
странственной частоты [3] или использованием модуляции волны [5, 6].
Пространственно-частотные резонансы в нелинейно-поглощающих средах
могут служить основой для создания управляемых динамических простран-
ственно-временных фильтров в системах оптической обработки информа-
ции, а нелинейно-поглощающая ячейка становится фильтром простран-
ственных частот. Согласно работе [3], упрощается обработка полученного
на выходе схемы сигнала, поскольку для этого можно использовать разра-
ботанные методы фурье-оптики. Иначе говоря, сильная световая волна, ин-
дуцирующая ряд нелинейных эффектов в газовой среде, навела в ней дина-
мическую голограмму, которую можно «прочитать» с помощью слабой
волны. Использование языка, сложившегося в смежных областях знания,
существенно поднимает уровень образованности студентов, развивает ин-
туицию, побуждает к творчеству.
       Использование аналогий привело к рождению новых методов и поз-
волило придти к новым научным результатам. Так, с использованием ам-
плитудно-модулированного излучения были выяснены механизмы колеба-
тельно-вращательной релаксации в газе при различных давлениях и мень-
                                  231


ших требованиях к стабильности лазера [6]. Та же цель может быть достиг-
нута при соответствующем выборе индекса частотной модуляции, либо
многомодового излучения [7], позволят повысить отношение сигнал/шум.
       Применительно к рассматриваемым здесь учебным дисциплинам
аналогия между явлением оптического эха и теневым эффектом основана на
механизме формирования скачка дипольного момента. Несколько различ-
ных методов спектроскопии насыщенного поглощения - когерентное излу-
чение в методе разнесенных полей, в атомной интерферометрии и явлениях
оптического эха - имеют общие закономерности, связанные с механизмом
указанного скачка дипольного момента [8]. Выделение аналогий позволяет
найти несколько новых приложений. Обычно считается, что модели, ис-
пользуемые в науке, представляют из себя упрощенные реальные объекты.
Но та роль, которую они играют в науке и обучении, настолько активна, что
их, скорее можно уподобить фонарю, освещающему путь познания в тем-
ных просторах незнания.

                                    Литература
        1. Попова Т.Я., Попов А.К., Раутиан С.Г., Соколовский Р.И. Нелинейные интер-
ференционные эффекты в спектрах испускания, поглощения и генерации //ЖЭТФ, 1969, Т.
57, вып. 3, С. 850–863.
        2. Летохов В.С., Чеботаев В.П. Нелинейная лазерная спектроскопия сверхвысоко-
го разрешения. – М.: Наука, 1990. – 512 с.
        3. Дубнищев Ю.Н., Попова Т.Я. Пространственно-частотные резонансы в не-
линейно поглощающей ячейке // Письма в ЖТФ, 1978, т. 4, № 9, С. 526–529.
        4. Курбатов А.А., Попова Т.Я. Особые точки на контуре линии нелинейного по-
глощения газа // Оптика и спектроскопия, 1980, Т. 49, С. 402–404.
        5. Попова Т.Я. Использование модулированного оптического излучения для по-
лучения узких нелинейных резонансов в спектроскопии газов // Журнал прикладной спек-
троскопии, 1977, т. 26, вып. 5, С. 844-849.
        6. Василенко Л.С., Попова Т.Я., Рубцова Н.Н., Скворцов М.Н. Изучение молеку-
лярной релаксации в SF 6 методом амплитудно-модулированной волны // Квантовая элек-
троника, 1978, т. 5, № 1, С. 56 -62.
        7. Бакланов Е.В., Курбатов А.А. Увеличение отношения сигнал/шум в прецизион-
ной лазерной спектроскопии // Вестник НГУ, сер. Физика, 2012, т. 7, вып. 4, С.19-24.
        8. Дубнищева Т.Я. Теневое оптическое эхо // Голография: теоретические и при-
кладные вопросы (сборник научных трудов). – Под ред. Г.В. Скроцкого и др. – Ленинград:
ФТИ, 1988.




                                         232


                    Новые технологии обучения
           © Е.   В. Ефремов, Е. Ю. Бахтина, И. Г. Иванова
                  Московская государственная академия
         коммунального хозяйства и строительства (Москва, Россия)
                 physics-kaf@mail.ru; ingaivanov@mail.ru

       Для подготовки бакалавров с 2010 года введены новые федеральные
государственные образовательные стандарты (ФГОС). На их основе разра-
ботаны новые учебные программы, в том числе и для подготовки специали-
стов по вечерней форме обучения. Однако при реализации этих программ
по физике на вечернем факультете возникли трудности, с которыми столк-
нулись как преподаватели, так и студенты. Отметим из них главные:
       а) проблемы, возникшие у преподавателей:
       - низкий стартовый уровень подготовки студентов: изучение физики
приходится начинать практически с нуля;
       - сокращение числа учебных часов, в связи с чем учебный материал
необходимо сильно уплотнять, а лекционные демонстрации просто исклю-
чить.
        б) проблемы студентов:
       - усталость после основной работы;
       -отсутствие возможностей регулярного посещения занятий плюс не-
достаток времени для учебной работы в домашних условиях;
       - тенденция к снижению мотивации к учебе, элементарное нежела-
ние учиться, снижение престижа знаний (самое главное).
       Коллектив вечернего факультета уже несколько лет работает над ре-
шением этих проблем и добился некоторых положительных результатов.
       Так было установлено, что для повышения уровня подготовки спе-
циалистов в учебном процессе по физике должны использоваться информа-
ционно-коммуникационные технологии с применением активных форм
обучения, таких, как исследование, дискуссия, которые позволяют быстрее
усваивать учебную информацию и увеличивать количество учебного мате-
риала, выдаваемого на лекции.
       Проведенные исследования показали необходимость модернизации
самой важной части учебного процесса - лекции. Лекция должна сочетать
традиционную лекцию и мультимедийную презентацию, что делает её мак-
симально наглядной и легко воспринимаемой.
       В ходе проведения такой лекции преподаватель остается главным
действующим лицом и у него появляется возможность в полной мере насы-
тить лекцию информационным материалом.
       Известно, что при проведении любой лекции необходимо переходить
от простой передачи знаний от преподавателя к студенту к проблемно-
исследовательскому подходу.
                                   233


      При мультимедийном чтении лекции этот процесс решается эффек-
тивнее. Студенты более активно втягиваются в процесс познания и активнее
принимают участие в обсуждении и исследовании лекционного материала.
В мультимедийной лекции весьма целесообразно представить учебный ма-
териал в виде блоков (модулей) – логически законченных, связанных пор-
ций учебного материала. Такой блок очень удобен для одномоментного
восприятия материала.
      При разработке мультимедийной лекции также должны быть сфор-
мулированы требования к комплекту презентационных материалов, как это
сделано на примере преподавания физики. Главное – это тщательный отбор
учебного материала, основанный на следующих положениях:
      а) давать только физическую суть изучаемых явлений, без подроб-
ных математических выкладок и доказательств;
      б) приводить практическое применение законов в производственной
практике);
      в) учебный материал должен быть хорошо структурирован;
      г) особое внимание надо уделять визуализации знаний;
      д) из-за недостатка времени и оборудования почти недоступной ста-
ла лекционная демонстрация, поэтому мультимедийные лекции должны
включать видеозапись натурных экспериментов, компьютерные модели де-
монстраций.
      Методика изложения мультимедийных лекций основана на ряде тех-
нологических новаций, которые следует соблюдать:
      - оптимальный выбор последовательности демонстрации слайдов;
      - определение продолжительности экспозиции каждой порции учеб-
ного материала и др.
      С учетом вышеназванных требований, для студентов вечернего фа-
культета был разработан комплект презентационных материалов для прове-
дения мультимедийных лекций по курсу общей физики в техническом вузе.
Для этой разработки были использованы программы Power Point и пакет
Microsoft Office. Выбранные программы позволяют легко редактировать со-
зданные материалы и добавлять готовые слайды.
      Лекционные занятия с разработанным комплектом презентационных
материалов проводятся на вечернем факультете со студентами разных спе-
циальностей уже в течение двух учебных лет. К настоящему времени созда-
но более 700 слайдов.
      Накопленный опыт чтения таких лекций позволяет сделать следую-
щие выводы:
      1. Использование большого количества иллюстрационных материа-
лов положительно влияет на усвоение курса физики.


                                  234


       2. Наглядность, лаконичность и эстетичность предъявляемого мате-
риала сокращает время на оформление записей на доске и высвобождает
время на обсуждение изучаемых вопросов.
       3. Распечатанные слайды являются опорными конспектами. Они об-
легчают работу студентов по дальнейшему изучению материала и подго-
товку к зачету (экзамену).
       4. На основе разработанного комплекса можно в дальнейшем разра-
ботать комплект интерактивных материалов для индивидуальной работы
студентов: тестовые вопросы, проверяемые автоматически и интерактивные
задания исследовательского характера.
       Выявлена также необходимость в доработке комплекта материалов
       Выводы:
       1. Эффективность предлагаемой методики, в частности, количество
материала, изучаемого за время, отведенное на одну лекцию, может быть
увеличено на 15–20% по сравнению с лекцией, прочитанной обычным ме-
тодом.
       2. Проведение мультимедийных лекций не требует специальной под-
готовки преподавателей: методику их проведения освоить достаточно легко.
       3. Чтение мультимедийных лекций на современном уровне несо-
мненно повышает авторитет преподавателя, что очень важно для полноцен-
ного взаимодействия преподавателя и студента.
       Более детальную информацию о проведенных исследованиях по по-
вышению качества обучения можно получить, ознакомившись с учебно-
методическим пособием «Дидактические аспекты подготовки бакалавров-
строителей», авторов: Е.В. Ефремов, Е.Ю. Бахтина, И.Г. Иванова, П.И.
Жидкин, изданным МГАКХиС, 2012 г.

                                   Литература
1. Усток Х.З., Жачкин В.А., Жидкин П.И., Жуков И.А., Иванова И.Г. Некоторые методи-
ческие аспекты совершенствования физического практикума в техническом вузе. // Мате-
риалы XI Международной учебно-методической конференции «Современный физический
практикум СФП-2010», Минск, 12–14 октября 2010 г. С. 85–86.
2. Ефремов Е.В., Иванова И.Г., Бахтина Е.Ю., Жидкин П.И. и др. «Исследование дидакти-
ческих и воспитательных функций математических и естественнонаучных дисциплин при
подготовке инженеров-строителей по вечерней форме обучения», – М. МГАКХиС, 2011 –
86 с.




                                        235


  Магистерская программа «Современное естествознание»:
 структура и организация научно-исследовательской работы
                        студентов
  © Л.   Н. Заварыкина, М. Ю. Королев, Л. В. Королева, Е. Б. Петрова
 Московский педагогический государственный университет (Москва, Россия)
                    lor30@mail.ru, koroleva_lv@list.ru

       Подготовка магистров по направлению 050100.68 «Педагогическое
образование» (магистерская программа «Современное естествознание») не-
возможна без организации в процессе обучения научно-исследовательской
работы (НИР) студентов. «Научно-исследовательская работа в семестре»
включена в учебный план данной магистерской программы как отдельная
учебная дисциплина, имеющая общую трудоемкость 27 зачетных единиц
(972 часа). Структура и организация научно-исследовательской работы ма-
гистров вытекает из ее целей и задач, а также определяется количеством ча-
сов, выделенных на ее проведение.
       Концепция НИР базируется на понимании того, что научно-
исследовательская работа магистров должна быть подчинена следующим
целям:
        формированию специальных профессиональных компетенций;
        формированию практических навыков, направленных на самостоя-
тельный поиск, анализ и синтез теоретических знаний;
        использованию полученных знаний и навыков для решения акту-
альных проблем, сформулированных в магистерской диссертации и при
проведении научно-педагогической практики.
       Для успешной работы в этом направлении необходимо решить сле-
дующие задачи:
       1) сформировать у магистрантов навыки планирования, проведения
и анализа научных достижений при подготовке диссертации;
       2) выявить и обсудить актуальные научные проблемы по тематике
магистерских диссертаций, а также обосновать теоретическую и практиче-
скую значимость избранной темы научного исследования;
       3) сформировать умения представлять результаты своих исследова-
ний в виде рефератов, презентаций, статей или докладов на научной конфе-
ренции.
       С учетом поставленных целей разработаны структура и содержание
НИР подготовки магистров по программе «Современное естествознание».
Научно-исследовательская работа включает два взаимодополняющих ком-
понента:
        научный семинар;
        подготовка магистерской диссертации.
                                   236


       Рассмотрим подробнее содержание и особенности организации
научно-исследовательской работы студентов в рамках обучения по маги-
стерской программе «Современное естествознание».
       Содержание занятий научного семинара определяется особенностя-
ми развития естествознания на современном этапе (под естествознанием
нами понимается научная область, включающая естественные науки).
Наиболее актуальными проблемами этой области научного знания, на наш
взгляд, являются математические аспекты каждой из наук (изучение и по-
строение математических моделей различных процессов и явлений), а также
теоретические и экспериментальные методы исследования, используемые в
естествознании.
       Важной составляющей содержания научных семинаров является рас-
смотрение учебной дисциплины «Естествознание»: ее места, содержания и
методов, как в высшей, так и в средней школе. На этих семинарах рассмат-
риваются метапредметные проблемы естествознания, такие как вклад нано-
технологий в современную науку, значение информационной составляющей
в каждой из наук и многие другие.
       Для облегчения освоения магистрантами новых для них форм работы
нами предлагается использовать модульную структуру. Так как формирова-
ние естественнонаучных знаний неразрывно связано с процессами интегра-
ции естественных наук на современном этапе, то логично включать в план
проведения научных семинаров не только обсуждение результатов текущей
исследовательской работы магистрантов, но и знакомство с новейшими до-
стижениями современного естествознания. Поэтому проводятся междисци-
плинарные научно-образовательные семинары по современным проблемам
естествознания под общим названием: «Мир глазами науки». Для обсужде-
ния предлагаются четыре модуля:
       4) физико-математические и технические науки;
       5) химия, биология, экология;
       6) мир нанотехнологий;
       7) науки о Земле.
       Каждому из студентов предлагается написать небольшой реферат по
теме, выбранной из примерного перечня и соответствующей этим модулям.
       Вторая содержательная компонента научно-исследовательской рабо-
ты – это подготовка магистерской диссертации. Вначале проводятся заня-
тия, имеющие ориентационную функцию, посвященные ознакомлению с
тематикой исследовательских работ и актуальными проблемами в образова-
тельной области «Естествознание» в системе профильного обучения. Затем
рассматриваются проблемы, характерные для любой научной работы, свя-
занные с выбором и формулировкой темы, формулировкой актуальности
работы, ее целей и задач; оформление работы в целом и некоторых специ-
альных разделов, таких как, например, обзор литературы или библиография.
                                  237


       Обучение студентов в магистратуре мы рассматриваем как средство
дальнейшего усиления их фундаментальной и профессиональной подготов-
ки. Магистерская диссертация представляет собой завершенное исследова-
ние по актуальным вопросам естественнонаучного образования. Ее меж-
предметный характер (область «Естествознание») отражает творческий по-
тенциал автора, раскрывает его умение анализировать проблемы и концеп-
ции современных естественнонаучных теорий и междисциплинарные связи.
Это позволяет на более высоком научно-методическом уровне применять
полученные знания в педагогической деятельности.
       В связи с внедрением в процесс обучения широкой дифференциации
и интеграции знаний в профильной школе все большее значение приобре-
тают элективные курсы межпредметного характера. Поэтому многие маги-
стерские диссертации посвящены разработке таких элективных курсов.
Предлагаемые магистрантами элективные курсы сконструированы таким
образом, что в них включены вопросы истории математики и физики, аст-
рономии и других естественных наук, модельные задачи, сведения о жизни
и творчестве выдающихся ученых прошлого, исторические задачи и про-
блемы, решение которых внесло вклад в развитие естествознания и т.д.
       Работа над магистерской диссертацией  выбор и обоснование акту-
альности темы, моделирование структуры диссертации, подбор и решение
модельных задач, использование компьютерных моделей и др.  способ-
ствует формированию профессиональных компетенций на исследователь-
ском (творческом) уровне. Разработка методики преподавания включает
формы и методы обучения, содержание материала и т.д.
       Подготовка магистерской диссертации позволяет, с одной стороны,
студентам показать уровень полученных ими знаний, сформированных
профессиональных компетенций. С другой стороны, преподаватели могут
оценить результаты и эффективность разработанных методик обучения сту-
дентов и их готовность к профессиональной деятельности. Таким образом,
магистерские диссертации не только углубляют фундаментальную подго-
товку, но и являются важным этапом в профессионально ориентированной
подготовке студентов.
       Важным моментом научно-исследовательской работы студентов яв-
ляется ее организация, так как опыт преподавания свидетельствует, за ред-
ким исключением, о несамостоятельности современных студентов. Органи-
зация самостоятельной работы студентов – это важный этап на пути дости-
жения поставленных целей и решения задач. Основные направления само-
стоятельной работы магистров выделены для каждого компонента научно-
исследовательской работы:
        работа с литературой (конспектирование, анализ, обобщение);
        работа с информационными ресурсами (поиск, отбор систематиза-
ция информации по изучаемой теме);
                                   238


        подготовка презентаций и написание кратких рефератов по вы-
бранным темам;
        подготовка к тестированию, промежуточной и итоговой аттеста-
ции;
        работа с контрольными материалами (контрольные вопросы по те-
ме, вопросы к экзамену и др.).
       Нами были выделены основные виды самостоятельной работы сту-
дентов в рамках каждого из компонентов НИР. В рамках научного семинара
это работа с информационными ресурсами: поиск, отбор систематизация
информации по теме исследования; работа с учебной литературой: конспек-
тирование, анализ, обобщение; изучение и обобщение опыта учителей в об-
ласти, связанной с темой исследования; работа с информационными ресур-
сами при подготовке презентаций; разработка и апробация семинара-
презентации.
       При подготовке магистерской диссертации – это работа с информа-
ционными ресурсами: ознакомление с тематикой исследовательских работ и
актуальными проблемами в области «Естествознание» в системе профиль-
ного обучения; выполнение теоретического исследования по теме и написа-
ние теоретической главы диссертации; разработка поурочного планирова-
ния и методических рекомендаций к урокам в рамках педагогического экс-
перимента; составление библиографии и краткой аннотации учебной отече-
ственной и зарубежной литературы по теме исследования; составление ин-
дивидуального плана-графика в каждом семестре и отчета по нему.
       Организация НИР магистров предусматривает промежуточный и те-
кущий контроль своевременного выполнения каждого этапа работы. С этой
целью каждый магистрант должен вести учет выполненной работы и отра-
жать основные этапы этой работы в индивидуальном плане-графике. Теку-
щий контроль – это защита каждого промежуточного этапа индивидуально-
го план-графика. Итоговый контроль – зачет в конце семестра по всем вы-
полненным пунктам индивидуального плана-графика.
       На наш взгляд, предложенная структура и организация научно-
исследовательской работы студентов, обучающихся по направлению подго-
товки 050100.68 «Педагогическое образование» соответствует концепции и
логике освоения магистерской программы «Современное естествознание» и
способствует развитию профессионально-личностных качеств и исследова-
тельской компетенции магистрантов.




                                  239


  Формирование профессиональных компетенций в рамках
  магистерской программы «Современное естествознание»
  © Л.   Н. Заварыкина, М. Ю. Королев, Л. В. Королева, Е. Б. Петрова
 Московский педагогический государственный университет (Москва, Россия)
                   maxkor67@mail.ru, 1960_15@list.ru

       В процессе подготовки магистров по направлению 050100.68 «Педа-
гогическое образование» (магистерская программа «Современное естество-
знание», открытая в МПГУ при кафедре физики для естественных факуль-
тетов) предполагается развитие профессионально-личностных качеств и
формирование специальных профессиональных компетенций. Данная зада-
ча решается, в частности, в рамках научно-исследовательской практики
(НИП), включенной в учебный план магистратуры и имеющей общую тру-
доемкость 12 зачетных единиц (432 часа). Научно-исследовательская прак-
тика содержит два взаимодополняющих компонента: естественнонаучный
проект и лабораторный практикум по естествознанию.
       Под естественнонаучным проектом мы понимаем исследование ка-
кого-либо объекта, процесса или явления природы, проводимое с учетом
всех этапов выполнения проектной деятельности. Целями естественнонауч-
ного проекта являются:
        усиление фундаментальной и профессиональной подготовки в об-
ласти «Естествознание»;
        интеграция естественнонаучных знаний;
        всестороннее и последовательное овладение магистрантами основ-
ными видами научно-исследовательской деятельности в области естествен-
нонаучного образования.
       Задачи естественнонаучного проекта заключаются в:
        приобретении студентами научно-исследовательской и проектной
компетенций, компетенций в области анализа, систематизации и обобщения
естественнонаучных знаний;
        овладении основными методами проведения научного исследова-
ния;
        овладении методом моделирования на исследовательском уровне;
        расширении знаний о модельных представлениях в естествознании;
        углублении и закреплении теоретических знаний и умений маги-
странтов по дисциплинам предметной подготовки;
        разработке теоретической базы магистерской диссертации и созда-
нии условий для получения экспериментальных результатов по теме маги-
стерской диссертации.


                                   240



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика