Педагогические науки/5.Современные методы преподавания.

К.т.н. Бахрачева Ю.С.

Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ) Волгоградский филиал

применение Информационных технологий

в современном физическом практикуме

Физика, в своей основе, наука экспериментальная, поэтому прохождение студентами лабораторного физического практикума является обязательной частью учебного процесса в системе инженерно-технического образования.

Наиболее эффективный путь изучения курса физики в современном техническом вузе – обеспечение его фундаментального характера с использованием реальных примеров из области инженерной деятельности при проведении лекций, практических занятий и лабораторных работ.

Новые технические и программные средства обучения дают возможность наглядно, в динамике, учитывая новейшие достижения наук, с высокой эффективностью вести преподавание физики, совмещая теоретическое изложение с демонстрацией процессов, явлений, с созданием проблемных ситуаций, заставляющих студентов думать.

Например, на лекции после вывода формулы закона и демонстрации интерактивных моделей физических явлений или лекционного опыта не надо спешить с объяснением наблюдаемого эффекта, а дать студентам задание самим кратко описать, что они увидели и пояснить свой ответ формулами рассмотренных в ходе лекции законов. Анализ ответов студентов показал, что, не имея навыков, выполнить такое задание трудно. Но по мере повторения подобных заданий число правильных ответов растет, а потраченные, казалось бы, напрасно 5-7 минут от лекции окупаются возрастающим интересом, вниманием к физике и желанием ее понять.

В начале лекции можно привести пример удачного решения сложной технической проблемы, найденного с применением физического эффекта, и рассказать об экономической выгоде, полученной от его внедрения. Затем поставить студентам задачу определить и указать в конце лекции, какой из рассмотренных на ней физических законов (или эффектов) позволил найти верное техническое решение в приведенном примере. Правильные рассуждения или верный ответ оценивается высоко, если указан не только физический эффект, но еще и предложен свой способ его применения. Решая такие «обратные» технические задачи студенты лучше понимают пользу от изучения и применения физических законов [1].

Успех лабораторного практикума зависит от того, насколько полно студенты смогут проанализировать, понять и осмыслить полученные экспериментально результаты работ. Достижение данной цели возможно при условии, что отчетные занятия по лабораторным работам являются активным и творческим элементом в процессе обучения физике. Для этого на отчетных занятиях, кроме вопросов по методике и теоретическим основам работ, студентам предлагается выполнять следующие задания [2]:

1. Провести анализ соответствия экспериментально полученных величин с их табличными значениями и пояснить возможные причины расхождения.

2. Оценить точность полученных результатов и степень их соответствия физическим законам и здравому смыслу.

3. Решить ряд задач по теме лабораторной работы, с начальными условиями, выбранными из экспериментально полученных данных и результатов вычислений.

4. Привести примеры применения изучаемых законов физики в технических устройствах, в лабораторных установках или проявления их в окружающем мире.

Как показал опыт организации отчетных занятий по предлагаемой схеме к каждой лабораторной работе физического практикума можно составить от 6 до 12 физических задач, в решениях которых студенты могут использовать собственные результаты и данные проведенных измерений. Такие задачи вызывают у студентов интерес и желание их решить, поскольку условия задач наглядны и понятны, а полученный результат решения можно проверить экспериментально на лабораторной установке. Повышается отдача от лабораторного практикума, лучше усваиваются изучаемые законы физики, растет понимание необходимости физических знаний в инженерном деле.

Включение в физический практикум в технических вузах наряду с классическими лабораторными работами компьютерных «виртуальных» работ существенно расширяет круг явлений и разделов физики, изучаемых студентами в рамках практикума. Особенно по разделам, для которых поставить реальные работы в условиях вуза весьма проблематично, например, по квантовой механике, атомной физике, физике ядра, СТО (специальной теории относительности). Без глубокого понимания основных закономерностей из этих разделов трудно представить себе естественнонаучную картину мира, разобраться в физических основах работы многих современных технических устройств. Мультимедийные возможности компьютерных технологий повышают наглядность представления физических явлений из различных разделов физики. Использование в качестве лекционного эксперимента интерактивных физических моделей повышает уровень восприятия рассматриваемого материала.

В Волгоградском филиале Московского государственного технического университета путей сообщения применяется виртуальный практикум по физике «Открытая физика» с наглядным представлением численных экспериментов. Виртуальные практикумы по физике позволяют проводить лабораторные работы фронтально по теме каждой прочитанной лекции, что существенно повышает степень усвоения изложенного материала.

Эффективность выполнения виртуальных работ зависит от организации учебных занятий. Усилия студентов должны в большей степени направляться на выполнение самих работ, на анализ и осмысление результатов, а не на оформление протоколов измерений и переписывание теории. На отчетных занятиях студенты также решают задачи по теме работы, сопровождая свое решение компьютерным моделированием, интерактивным экспериментом и теоретическим обоснованием наблюдаемых процессов. Внедрение в производство новых технологий предъявляет к специалистам инженерного профиля высокие требования не только к качеству знаниям в области фундаментальных наук, профессионально-технической подготовки, но и к навыкам и знаниям в сфере информационно-коммуникационных технологий.

Системный подход к организации учебного процесса в преподавании в техническом вузе естественнонаучных, инженерно-технических дисциплин и информатики помогает студентам быстро и качественно получать и обрабатывать учебную информацию. При выполнении лабораторных работ физического практикума студентам предлагается выполнять математическую обработку экспериментальных данных и построение графиков с использованием изучаемых в курсе информатики расчетных и графических программ: MathCad, MathLab, ELCut, AutoCad, ArchiCad и им подобных.

Широкое использование компьютерных технологий в курсе физики существенно обогащает учебный процесс, делая его более понятным, наглядным и доступным для восприятия студентами.

Литература

1. Надолинская. Е.Г. «Обратные» технические задачи в курсе физики // Физическое образование в вузах. Т. 9, № 4. 2003. – С. 69-72.

2. Беспальцева И.И., Надолинская Е.Г., Жданова Н.Н. Системный подход к изучению физики и смежных дисциплин в инженерном образовании // Тезисы докладов научно методической школы-семинара по проблеме «Физика в системе инженерного образования стран Евр.АзЭС» 25-27 июня 2007, г. Москва.