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.
    cm, and blood flows through it at a speed of about 5 × 10–4 m/s. Estimate how
many capillaries there are in the body.
         4. Assume that the average sound level in a certain room due to one per-
son speaking is 40 dB. What will be the sound level when 20 people are speak-
ing? Although it is not correct to do so, assume each of the 20 people speaks at
the same level as did the single person.
         5. A nearsighted person has a far point of one meter. Objects beyond one
meter are not sharply focused. What lens should be used to obtain clear vision for
objects at infinity? Express your answer in diopters. Assume that the eyeglasses
are 2.0 cm in front of the eye.
        С учетом существующей рейтинговой системы оценки знаний сту-
дентов в ВолгГМУ подобное тестирование позволяет дифференцированно
точно подводить итог обучения студентов. Оценка, полученная студентом
за итоговое тестирование, выставляется по 100-бальной шкале и оказывает
существенное влияние на итоговый балл по дисциплине. Тестирование по
физике на языке-посреднике, которое мы предлагаем, подразумевает, что
правильное выполнение заданий из первой части теста соответствует 100-
бальной системе в пределах диапазона «удовлетворительно», первой и вто-
рой части - «хорошо», и только выполнение заданий всех трех частей теста
дает возможность студенту продемонстрировать знания на отметку «отлич-
но». Кроме этого, количество заданий в каждой части теста и баллы, вы-
ставляемые за каждое правильно выполненное задание, тоже могут отли-
чаться. Практика применения такой формы тестирования по физике на язы-
ке-посреднике в условиях дидактической среды медвуза показала ее высо-
кую эффективность, и, как нам видится, может послужить основой для со-
здания подобных тестов по смежным дисциплинам.

                Концепция магистерской программы
                  «Современное естествознание»
             © М.   Ю. Королев, Л. В. Королева, Е. Б. Петрова
 Московский педагогический государственный университет (Москва, Россия)
                           maxkor67@mail.ru

       Модернизация системы образования в целом и переход на уровневую
систему высшего профессионального образования привели к необходимо-
сти пересмотра содержания магистерских программ. Основными направле-
ниями их развития становятся ориентация на фундаментализацию и инте-
грацию содержания дисциплин, а также усиление профессиональной
направленности подготовки и актуализации деятельностного компонента
при обучении магистров. Необходимые изменения в содержании, на наш
взгляд, могут быть достигнуты в результате внедрения в учебный процесс

                                       251


интегративных курсов, в которых будут отражены как основные концепции
естествознания, так и показано их взаимодействие и взаимовлияние. В рам-
ках интегративного подхода выстраивается единая линия корректировки
содержания программ подготовки педагогических кадров для образователь-
ной области «Естествознание».
       При кафедре физики для естественных факультетов МПГУ в 2011
году в процессе перехода на ФГОС ВПО в рамках направления «Педагоги-
ческое образование» была разработана и открыта магистерская программа
«Современное естествознание». Основная цель программы – это подготовка
магистров, способных осуществлять исследовательскую, научно-
методическую и педагогическую деятельность, работать в профильной
школе, разрабатывать и реализовывать образовательные программы, отве-
чающие современному уровню развития естественных наук. Предлагаемая
программа магистерской подготовки в области естествознания направлена
на реализацию концепции метапредметности естествознания, предполага-
ющей интеграцию физических, химических, биологических, геолого-
географических и экологических знаний об окружающей среде, раскрытие
методологических и теоретических основ формирования естественнонауч-
ной картины мира.
       Под интеграцией содержания образования следует понимать процесс
и результат взаимосвязи, взаимопроникновения, взаимодействия и синтеза
знаний, способов и видов деятельности с созданием их целостной системы.
Идея интеграции естественнонаучного образования родилась в ходе поиска
путей отражения целостности природы в содержании образования, форми-
рования единых представлений об окружающем нас материальном мире.
Целостная естественнонаучная картина мира является особой формой инте-
грации знания и может быть сформирована в ходе реализации педагогиче-
ского процесса. Чтобы воплотить эти идеи необходимо обеспечить:
        опору при изучении и закреплении материала на знания по дру-
гим дисциплинам,
        преемственность в содержании отдельных дисциплин,
        сближение родственных дисциплин,
        развитие общих для разных дисциплин идей, методов исследования,
        формирование обобщенных познавательных умений.
       Реализация интеграции в естественнонаучных дисциплинах устраня-
ет противоречия между возрастающим объемом знаний, накапливаемых
науками, и существующими сроками обучения.
       Под фундаментализацией высшего профессионального образования
будем понимать системное и всеохватывающее обогащение учебного про-
цесса фундаментальными знаниями и методами исследования, выработан-
ными естественными науками или на их основе другими науками. Фунда-

                                  252


ментализация обучения студентов в рамках данной концепции рассматрива-
ется как дидактический принцип.
       В     результате  подготовки     по    программе   «Современное
естествознание» магистр должен
      иметь
        целостное представление о процессах и явлениях, происходящих
           в живой и неживой природе;
        представление о современном уровне развития естественных наук
           и возможностях современных научных методов познания приро-
           ды;
        фундаментальную подготовку по различным разделам естествен-
           нонаучных знаний;
      владеть методами научного познания;
      быть подготовлен к выполнению научно-исследовательской, научно-
       методической и педагогической деятельности.
       Разработанный кафедрой физики для естественных факультетов
МПГУ учебный план магистерской программы «Современное
естествознание» по направлению «Педагогическое образование» не только
отражает требования ФГОС, но и дополняет их некоторыми
специфическими элементами, на наш взгляд, необходимыми для подготовки
современных педагогических кадров, работающих в образовательной
области «Естествознание».
       Учебный      план   магистерской    программы    содержит    ряд
интегративных дисциплин, которые отвечают за общенаучную и
специальную естественнонаучную подготовку студентов. Содержание
данных дисциплин соответствует приоритетным направлениям развития
естественных наук и образования. Кроме того, учебный план включает цикл
«Научно-исследовательская работа и практики», содержащий научно-
исследовательскую работу в семестре, научно-исследовательскую и научно-
педагогическую практики. Научно-исследовательская практика содержит
два взаимодополняющих компонента: «Естественнонаучный проект» и
«Лабораторный практикум «Естествознание»; научно-исследовательская
работа – научный семинар и подготовку магистерской диссертации.
       Структура и содержание магистерской программы направлены на
формирование у студентов специфичных для области «Естествознание»
специальных профессиональных компетенций:
        способность формировать целостное представление о процессах и
явлениях, происходящих в живой и неживой природе;
        готовность изучать различные формы и методы научного позна-
ния в их эволюции;


                                  253


        способность различать, строить и исследовать модели объектов,
явлений и процессов;
        способность применять в профессиональной деятельности метод
моделирования природных явлений и процессов и математические методы;
        способность приобретать новые математические и естественно-
научные знания, используя современные образовательные и информацион-
ные технологии;
        готовность использовать в профессиональной деятельности ос-
новные законы естественнонаучных дисциплин.
       Для реализации деятельностного подхода, который заявлен как
приоритетный во ФГОС ВПО, необходимо использование широкого
спектра инновационных технологий. В рамках представляемой
магистерской программы в учебный процесс активно внедряются
модульная технология и технология проектной деятельности, которые
выступают в двух качествах. С одной стороны, они являются средством
обучения студентов в магистратуре. С другой стороны, они используются в
качестве объекта изучения и исследования с целью их дальнейшего
использования в профессиональной деятельности.
       Модульная технология отражена в рабочих программах многих
дисциплин учебного плана. Она позволяет выбрать индивидуальную
образовательную траекторию студентам магистратуры с учетом их
различной базовой подготовки по естественнонаучным профилям (физика,
химия, биология и др.). В тоже время знакомство в процессе собственного
обучения с модульной структурой дисциплин поможет им в дальнейшем
осознанному конструированию курсов естественнонаучной направленности
и согласованию их с профилем преподавания.
       Технология проектной деятельности также многогранна. За время
обучения магистранты выполняют естественнонаучный проект в рамках
научно-исследовательской практики (один из циклов учебного плана), но в
тоже время они осуществляют руководство ученическими проектами во
время научно-педагогической практики. Результаты этой деятельности
составляют основу магистерской диссертации, которая является выпускной
квалификационной работой.
       Особенностью отбора содержания дисциплин данной магистерской
программы является их интегративный характер с опорой на метод модели-
рования. Во всех разработанных дисциплинах особое внимание уделено ме-
тоду моделирования, раскрывается применение в естественных науках раз-
личных типов моделей и видов моделирования. Метод моделирования поз-
воляет сформировать единый взгляд на познание окружающего мира и спо-
собствует развитию теоретического мышления.
       Сильной стороной организационных форм преподавания является их
деятельностная составляющая: активные и интерактивные формы работы,
                                  254


акцент на самостоятельную работу студентов, широкое использование
мультимедийных средств обучения и средств для проведения эксперимен-
тальных исследований.
       Вариативность образовательного процесса обеспечивается включением
дисциплин по выбору, доля которых в учебном плане существенно увеличена.
Модуль «Дисциплины по выбору» в программе «Современное естествознание»
реализован в виде дополнительных дисциплин для обеспечения
       расширения содержания дисциплин базовых и вариативных ча-
стей общенаучного и профессионального циклов,
       интеграции знаний по дисциплинам базовых и вариативных ча-
стей общенаучного и профессионального циклов,
       индивидуальных потребностей студента,
       развития научного направления кафедры.
       Базовые дидактические единицы программ дисциплин по выбору
разрабатываются преподавателями кафедры.
       Разработанная магистерская программа «Современное естествозна-
ние» позволяет подготовить специалистов более широкого профиля, ориен-
тирующихся не только в своем основном профиле (математика, химия, био-
логия и др.), но и способных преподавать любые интегративные курсы об-
разовательной области «Естествознание», обеспечить вариативность обра-
зовательного процесса и использование инновационных педагогических
технологий.
       Происходящее сегодня реформирование высшей школы, разработка
магистерских программ естественнонаучного направления позволяет повы-
сить эффективность и качество естественнонаучного образования и подго-
товить магистров, соответствующих требованиям современного общества,
способных осуществлять научно-методическую, исследовательскую дея-
тельность и реализовывать образовательные программы по современным
проблемам естествознания.

 Развитие творческих навыков студентов агроинженерного
  факультета Воронежского государственного аграрного
         университета при изучении курса физики
  © А.   Н. Ларионов, В. С. Воищев, О. В. Воищева, Н. Н. Ларионова
            Воронежский государственный аграрный университет
     им. императора Петра I, Воронежский государственный университет
                             (Воронеж, Россия)
                             v.voischev@mail.ru

      Подготовка бакалавров, в соответствии с Федеральным государ-
ственным образовательным стандартом высшего профессионального обра-
                                   255


зования по направлению подготовки 110800 Агроинженерия степень «ба-
калавр», требует инновационных подходов, активизирующих познаватель-
ную деятельность студентов. Однако, целесообразность применения того
или другого метода в учебном процессе определяется уровнем подготов-
ленности студенческой аудитории, уровнем активности студентов, бюдже-
том времени.
       Результатом реформирования образования является факт, что вы-
пускники школ почти не имеют навыков самостоятельной работы, как с
учебниками, так и с лабораторным оборудованием, имеют чрезвычайно
низкий уровень остаточных знаний. Они не готовы использовать учебные
умения и навыки, полученные в средней школе для решения теоретических и
практических задач. Действительно, проведённое нами тестирование студен-
тов первого курса агроинженерного факультета показало, что большая часть
студентов не имеют достаточного уровня остаточных знаний по физике, необ-
ходимого для восприятия вузовского материала.
       На диаграмме представлены результаты внутреннего тестирования 169
студентов первого курса агроинженерного факультета АИФ-1 в сентябре 2012
года, то есть срезу же после их зачисления в Воронежский государственный
аграрный университет ВГАУ, а также для сравнения результаты баллов ЕГЭ
по физике.
       Из диаграммы, показанной на рис.1 и таблицы видно, что подавляющее
число студентов (86,8 %) имеют баллы внутреннего тестирования, лежащие в
пределах 36÷55, что соответствует оценке 3 (удовлетворительно); только
13,2 % студентов набрали баллы, соответствующие оценке 4 (хорошо).
       Совместный анализ баллов ЕГЭ и тестирования показывает, что их ха-
рактеры, в значительной мере, совпадают. Так, количество баллов ЕГЭ, соот-
ветствующее оценке 3 имеют 78 % студентов, и лишь 22 % студентов имеют
баллы ЕГЭ соответствующие оценке 4. При этом, тестируемых студентов
можно разделить как минимум на две подгруппы: в одной подгруппе 42 %
студентов имеют баллы, лежащие в пределах 36 ÷ 45, а в другой подгруппе 36
% имею баллы, лежащие в интервале 46÷55.
       Имеющийся контингент студентов требует особого к себе отноше-
ния, чтобы вывести их на уровень достаточный для дальнейшего освоения
инженерных и специальных дисциплин. Несомненно, хорошие результаты
можно получить, сочетая традиционные методики обучения с эвристиче-
скими беседами, мозговым штурмом с тренингом, «кейс - стади». Методи-
ка «кейс - стади» позволяет проводить обучение физике на конкретных си-
туациях, используя деловые игры, дискуссии, диспуты. При этом мы учи-
тываем, что, чем сильнее тенденция к представлению реальных физических
предметов их свойств и различных явлений, тем понятнее для студентов
изучаемый материал.

                                   256


      Кол-во студентов, %

                35


                30


                25


                20
                                                                             Ряд1

                15                                                           Ряд2



                10


                 5


                 0
                     36-40   41-45   46-50   51-55   56-60   61-65   66-70



                              Интервал баллов
Ряд 1 - результаты внутреннего тестирования студентов АИФ-1 ВГАУ в
сентябре 2012 г.
Ряд 2 - результаты ЕГЭ по физике студентов АИФ-1 ВГАУ в 2012 г.

       Основой в традиционном подходе к процессу обучения физике в
высшей школе являются лекции, практические и лабораторные занятия.
Лабораторные занятия по физике занимают до 30% аудиторного учебного
времени. Однако проведение их по традиционным физпрактикумам и ме-
тодикам в настоящее время не достаточно для подготовки высококвалифи-
цированных бакалавров, развитию у них необходимых компетенций.
       Поскольку основным методом физики является эксперимент, то
студенту необходимо прививать навыки проведения физического экспери-
мента. Наиболее наглядной и доступной моделью формирования у студен-
тов необходимых компетенций является правильно организованная схема
выполнения лабораторных работ по физике. Применение метода кейс-
стади предполагает объединение студентов в подгруппы с близким уров-
нем знаний. Согласно методу кейс-стади при защите лабораторных работ в
ответе на вопрос, поставленный одному из студентов, может принять уча-
стие и его напарник. И это приветствуется. Таким образом, защита перехо-
дит в собеседование, дискуссию. При этом студент, который проявляет ме-
нее высокий уровень знаний (но в таких подгруппах это различие незначи-
тельно), к защите одной из следующих работ обязательно подготовится
лучше, причём значительно лучше, чем его напарник. Применение данного

                                              257


метода приводит к появлению своего рода конкуренции (конкуренции ам-
биций). Главное в том, что применение метода кейс-стади приводит к за-
метному повышению уровню знаний. Причём, это происходит в подгруппах
с различным уровнем знаний.
       Одним из отличий инновационного подхода при обучении физике
от традиционного на агроинженерном факультете состоит в использова-
нии компьютерных технологий, аудиовизуальных средств, что позволяет
усилить индивидуализацию образовательного процесса.
       Наряду с использованием интерактивного виртуального практикума
по физике «Открытая Физика 1.1» и «Открытая Физика 2.6», преподавате-
ли кафедры физики используют в режиме online, имеющиеся в интернете
демонстрации различных физических явлений как на лекциях (используя
интерактивную доску), так и во время проведения семинарских занятий,
проводимых в физической лаборатории (используя современный ПК, с по-
вышенным размером экрана монитора).
       Использование преподавателями кафедры физики метода «кейс -
стади» активизирует желание у студентов рассуждать, самостоятельно
подходить к выводам и обобщениям при решении конкретных задач, что
способствует более глубокому усвоению изучаемого материала и приобре-
тению необходимых компетенций.

       Об особенностях преподавания физики студентам
                 естественных факультетов
    © Б.   М. Махмудов, Т. А. Алимов, У. Зохидов, З. Д. Миртошев,
                    Р. К. Турниязов, А. А. Юсупов
     Самаркандский государственный университет имени Алишера Навои
                         (Самарканд, Узбекистан)
                           z-mirtoshev@samdu.uz

       Предмет, который изучают биологи – живой организм – сложен и
многообразен, и точно описать все его характеристики и закономерности до
сих пор не представляется возможным. Поскольку биология на протяжении
многих веков была лишь описательной наукой и не могла объяснить причи-
ны большинства явлений, происходящих в живом организме, то сейчас про-
изошли качественные изменения в этой науке.
       Использование современных достижений физики и химии сделало
возможным исследование основ жизни на молекулярном уровне. В резуль-
тате взаимопроникновения химии и биологии, физики и биологии, возникли
биохимия, биофизика, радиобиология, биомеханика, бионика и др.
       Преподаватели нашей кафедры в течении многих лет ведут занятия
по курсу общей физики на естественных факультетах Университета (меха-
нико-математическом, биологическом, географическом, химическом, ар-
                                  258


хеологии и факультета прикладной математики). В данной работе мы реши-
ли поделиться опытом ведения занятий по курсу общей физики. Учитывая
профиль каждого факультета, мы стараемся вначале дать общий обзор и
привести такие примеры, чтобы им было понятно и соответствовало вы-
бранной студентами специальности. Исходя из этого, мы решили такую ра-
боту провести на биологическом факультете.
       Известно, что биология за последнее время достигла больших успехов
и в этом есть определенное место физики, поскольку многие биологические
процессы могут быть объяснены на основе физических законов и с примене-
нием физических методов исследования. Это дало возможность возникнове-
нию, как известно, новых направлений в биологии – биомеханики, биофизи-
ки, бионики, биохимии, радиобиологии, молекулярной биологии.
       Теперь остановимся на некоторых особенностях преподавания физи-
ки на биологическом факультете.
       Так биомеханика изучает движение живых организмов. Если в каче-
стве примера взять человека, то кости приводятся в движении скелетными
мышцами, каждая из которых прикрепляется к двум различным костям. При
возбуждении мышцы её длина уменьшается, и угол между соответствую-
щими костями скелета изменяется. Особую роль, конечно, играет и понятие
прочности, что требует знания студентами-биологами деформацию твердых
тел и причин высокой прочности костного материала. Ведь кость – это ком-
позионный материал и состоит из двух компонентов – коллагена и мине-
рального вещества.
       При изложении темы «Работа и мощность» необходимо уделить
внимание, на наш взгляд, вопросу о производимой живыми существами, ра-
боту – человека, насекомых, морских животных и др. В этом плане необхо-
димо уделить внимание сравнительным характеристикам мощности различ-
ных биологических систем. Хорошо было бы ознакомить студентов с при-
бором – эргометром, позволяющим определить величину работы.
       При изложении темы «Колебания и волны» необходимо уделить
внимание работе сердца, как колебательной системы – частоте биения, пе-
риоду. И конечно же, пульсовой волне – распространяющейся вдоль арте-
рии: волна деформирует её стенки. Должное внимание при изложении этой
темы должно быть уделено и вопросам акустики, ведь активная жизнедея-
тельность многих живых организмов связана с приемом и генерацией зву-
ковых волн и скоростью их распространение в различных средах. Поэтому
необходимо сосредоточить внимание студентов – биологов механизмам
восприятия звуковых волн ухом, генерации звуковых волн и др. Определен-
ного внимания заслуживают вопросы ультразвуковой акустики и их приме-
нение в медицинской практике. В разделе «Движение жидкостей и газов»
необходимо уделить внимание использованию уравнения Д. Бернулли для
изучения крови в кровеносных сосудах – в аорте, венах и капиллярах. Необ-
                                   259


ходимо при этом уделить внимание движению и вязкой жидкости. При этом
необходимо указать на законы Пуазейля и Стокса и наличие соответствую-
щих приборов, измеряющих эту вязкость – вискозиметрах и их разновидно-
стей.
       На наш взгляд при изложении тем, связанных с электричеством –
электрические полем, постоянным и переменным токами, необходимо уде-
лить внимание студентов на то, что протекание многих процессов в живом
организме сопровождается изменениями электрического поля, тем более,
что живые организмы очень чувствительны к такому полю.
       Не менее важным является и действия магнитного поля на живые ор-
ганизмы, в том числе конечно и на человека, о чем должны знать студенты
– биологи. Будучи особой формой материи, магнитное поле, в отличие от
электрического имеет особый характер воздействия, о чем свидетельствуют
различные методы лечения магнитным полем. В последнее время это при-
вело к появлению нового метода диагностики – томографии. И ещё бы хо-
телось отметить, что влияние магнитных бурь на биосистемы и выявление
механизма их воздействия на живые организмы стимулирует развитие био-
логической науки в целом. При изложении этой темы необходимо обратить
внимание на явлении электромагнитной индукции, явления резонанса и об-
разование свободных радикалов. При изложении темы «Постоянный ток и
его законы» студенты – биологи должны знать, что возникновение биотоков
и токов вообще и их действия на живые организмы определяет состояние
этих систем. Это связано с тем, что электрические свойства живых организ-
мов очень сильно отличаются от свойств не живых веществ, поскольку жи-
вые организмы представляют собой скопление ионов, а концентрация неко-
торых ионов внутри и вне клетки могут различаться в десятки, а иногда в
тысячи раз. Это различие приводит к появлению разности потенциалов. При
этом потенциал покоя клетки равен
                                    RT  K i 
                               E     ln  
                                    eA  K o 
                                                       
       где R – газовая постоянная, Т – температура, K i и K o  - концен-
трация ионов калия внутри и вне клетки соответственно.
       В целом при изучении электрических характеристик живых организ-
мов необходимо обратить внимание студентов на сопротивление, удельное
сопротивление, проводимость отдельно взятых органов.
       При этом следует обратить внимание на особый характер действия
постоянного и переменного токов на организм: их позитивные и негативные
стороны их воздействия.
       В разделе «Оптика» следует студентам биологам указать на роль
света в жизнедеятельности организма, на физические и функциональные
особенности глаза как оптической системы, на спектральную чувствитель-
                                     260



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика