Особенности изучения курса физики студентами-стоматологами медицинского вуза

1. Учебные задачи предполагающие закрепление теоретических основ науки - это задачи раздела «Теоретическая механика», которые закладывают теоретические основы знаний о механике материальной точки и абсолютно твердого тела.

2. Учебные задачи прикладного характера, это задачи разделов «Сопротивление материалов», «Теория механизмов и машин», «Гидравлика», предполагающие теоретический анализ реальных ситуаций (расчеты на прочность, жесткость и устойчивость элементов конструкций, с рекомендациями по экономическому использованию материалов, структурный, кинематический и кинетостатиче-ский анализ механизмов).

3. Экспериментально-практические задачи, предполагающие экспериментальные исследования образцов (определение деформаций и напряжений при растяжении, сжатии, сдвиге, кручении, изгибе; определение физических величин; структурный, кинематический и динамический анализ и синтез механизмов; определение режимов жидкости).

Экспериментально-практические задачи студенты могут решать, если они освоили деятельность по решению задач первой и второй группы. При осуществлении такой деятельности необходимо уметь решать задачи, требующие применения как теоретических знаний, так и умения сводить разнообразные условия теоретической задачи к реальной ситуации и наоборот.

Из вышеизложенного следует, что курс «Прикладная механика» пронизывает все дисциплины цикла общепредметной подготовки и на его основе изучаются все остальные дисциплины цикла профильной подготовки. Обучение будущего бакалавра «Технологического образования» должно базироваться на взаимосвязи науки и практики, научной основой которых являются теоретические основы прикладной механики.

Список литературы

1. Калашникова Л. Я. Курс «Прикладная механика» в системе профессиональной подготовке учителя технологии и предпринимательства. / / Молодая наука Забайкалья. Чита, 2006. Ч. 2. С. 3-8.

2. Талызина Н. Ф., Печенюк Н. Ф., Хихловский Л. Б. Пути разработки профиля специалиста. Саратов: Изд-во Саратовского университета, 1987. 174 с.

3. Усова А. В. Психолого-дидактические основы формирования физических понятий. Челябинск: Изд-во ЧГПИ, 1988. 89 с.

УДК 378.14:53 ББК Ч 486.51

С. А. Калашникова

Особенности изучения курса физики студентами-стоматологами медицинского вуза

В статье рассматриваются вопросы изучения физики студентами-стоматологами, в частности описывается возможность изучения физики студентами-стоматологами при помощи проблемно ориентированного обучения, которое способствует формированию познавательного интереса у студентов, а так же повышению качества усвоения студентами знаний курса физики.

Ключевые слова: студенты-стоматологи, проблемно ориентированное обучение.

S. A. Kalashnikova

The peculiarities of physics learning by dentists-students of medical university

The issue which is researched in this article is the problems of physics learning by dentists-students. In particular, the opportunity of physics learning by dentists-students by means of problem-oriented training which contributes to shaping of cognitive interest and improving of mastering of physics knowledge is described.

Key words: dentists-students, problem-oriented training.

Курс физики в медицинском вузе изучается на всех факультетах: лечебном, педиатрическом и стоматологическом. Ознакомление студентов с физикой на стоматологическом факультете особенно важно, так как создание стоматологических конструкций (коронок, мостов, других протезов), выбор пломбировочного материала и способа лечения предполагает: 1) оценку врачом стоматологической ситуации с точки зрения действующих на зубы сил (направление, величина); 2) выбор пломбировочного и ортопедического материала с учетом их механических свойств; 3) оценку условий прочности в конкретной стоматологической ситуации. Кроме того, в стоматологии применяются такие физиче-48

ские факторы, как ультразвук, лазерное излучение, токи и поля высокой и низкой частоты, постоянный ток, рентгеновское излучение. Изучение этих вопросов на стоматологическом факультете в курсе физики требует особого рассмотрения.

Сравним возможности преподавания курса физики на стоматологическом факультете медицинского вуза с обучением физике на лечебном и педиатрическом факультетах. В табл. 1 приводится количество часов, отведенных на обучение физике в медицинском вузе.

Таблица 1

Распределение количества учебных часов на стоматологическом, лечебном, педиатрическом факультетах

ГРС ВПЩ, количество часов [1, 2,3] Образовательная программа, общее количество часов [5, 6] Учебный план

Общее количество аудированных часов [7, 8,9] Количество часов, отведенных на самостоятельную работу

Стоматологичексий факультет 147 147 100 50

Лечебный и педиатрический факультеты 86 130 130 65

Из таблицы можно сделать вывод, что на изучение курса физики студентами-стоматологами отводится меньшее количество часов, чем на педиатрическом и лечебном факультетах, что, с нашей точки зрения, является нецелесообразным.

Анализ ГОС ВПО [1, 2, 3], программ по медицинской и биологической физике для студентов лечебного, педиатрического и стоматологического факультетов [5, 6] показал, что курс «Медицинская и биологическая физика», изучаемый студентами-стоматологами, имеет ряд отличий.

Во-первых, программа содержит раздел «Механические свойства твердых тел». Данный раздел не изучают студенты лечебного и педиатрического факультета медицинского вуза. Здесь рассматриваются вопросы стоматологического профиля. Это необходимо по ряду причин: для оказания качественной стоматологической помощи врач-стоматолог должен учитывать направление сил, которые возникают в полости рта при пережевывании пищи и действуют на зубы; учитывать механические свойства применяемых стоматологических материалов, механические свойства зубов; оценивать прочность конструкции в зависимости от нагрузки.

Во-вторых, программой предусмотрено рассмотрение некоторых физических факторов в аспекте применения в стоматологии. Например, применение ультразвука, использование в стоматологии лазерного излучения, особенности использования постоянного, низкочастототного, импульсного, высокочастотного тока и полей.

Проведем анализ некоторых учебников медицинской и биологической физики, предложенных в качестве пособия для студентов медицинских специальностей высших учебных заведений с точки зрения содержащихся в них вопросов стоматологического характера (табл. 2).

Таблица 2

Содержание вопросов стоматологического характера в учебниках медицинской и биологической физики

Автор, название учебника Название главы Название параграфа Вопросы стоматологического характера

Ремизов А Н. «Медицинский и биологический факультет» [10] Некоторые вопросы биомеханики Сочленения и рычаги в опроно-двигательном аппарате человека Понятие степеней свободы, рычаг силы, рычаг скорости, краткое описание нижней челюсти как рычага

Механические свойства трвердых тел и биологических тканей Кристалические и аморфные тела. Полимеры Механические свойства материалов, полимеров

Механические свойства твердых тел Понятие деформации ее виды, характеристики, механическое напряжение, предел прочности, предел текучести, ползучести, вязкоупругие материалы

Механические свойства биологичексих тканей Механические свойства тканей организма

Лазеры. Радиоспектроскопия Лазеры (ОКГ) и их применение в медицине Некоторые возможности применения лазеров в стоматологиии

Ливенцев Н. М. [4] Элементы механиуки твердого тела Опорно-двмигательный аппарата чедовека. Эргометрия Виды рычагов, понятие степеней свободы, правило рычага

Механические свойства тканей организма Краткое описание механических свойсв тканей организма

Ремизов А. Н., Максина А. Г., Потапенко А. Я. «Медицинская и биологи-чексая физика» [11] Механичексие свойства твердых тел и биологических тканей Кристалические и аморфные тела. Полимеры и биополимеры Анизатропия кристаллов, виды кристаличе-ских решеток, аморфные тела, изотропия, полимеры, биополимеры

Механические свойства твердых тел

Механические свойства биологичексих тканей

Отметим вопросы курса физики программы для студентов-стоматологов [5], которые не содержатся в программе курса физики других специальностей [6]. Так, основная образовательная программа врача-стоматолога содержит раздел «Механические свойства твердых тел», который отсутствует в программе изучения физики других специальностей. Данный раздел включает следующие вопросы: основные виды деформаций твердых тел; законы упругих деформаций; упругие характеристики материалов, эпюры сил, напряжений и изгибающих моментов на примере стоматологических конструкций; методы определения физико-механических свойств стоматологических материалов (прочность, твердость, истираемость и т. д.). На других факультетах медицинского вуза изучаются только механические свойства костей и кровеносных сосудов. На изучение раздела «Механические свойства твердых тел» студентами стоматологического факультета Читинской государственной медицинской академии (ЧГМА) отведено дополнительное время. Общее время - 25 ч. (лекции и практические занятия).

Нами проводилось анкетирование студентов первого курса стоматологического факультета ЧГМА с целью обнаружения остаточных знаний школьного курса физики, необходимых для успешного изучения раздела «Механические свойства твердых тел», и выявления отношения студентов к физике. Анкета содержала две группы вопросов (14 вопросов).

Первая группа (9 вопросов) касалась определения остаточных знаний студентов в области физики и позволяла скорректировать преподавателю учебный процесс в соответствии с полученными результатами. Проверялись следующие знания: сила как физическая величина, примеры сил; рычаг как механизм, правило рычага, примеры рычагов; деформация как физическое явление, виды деформации, абсолютное удлинение, механическое напряжение; закон Гука.

Вторая группа (5 вопросов) позволяла выявить отношение студентов к физике и определить наиболее перспективные и интересные при изучении физики, по мнению студентов, виды занятий, формы и методы работы. Это давало возможность применить полученные сведения в дальнейшей работе преподавателя и содействовать формированию мотивации и интереса студентов к медицинской и биологической физике. В анкетировании приняло участие 37 студентов-стоматологов первого курса ЧГМА.

Рассмотрим результаты анкетирования по первому блоку вопросов. При ответе на вопросы анкеты точного определения силы не смог дать ни один студент. Пятнадцать человек (40,5 %) дали неточное определение силы, определив ее как «направленное действие или воздействие», 5 человек (13,5 % из числа опрошенных) смогли дать определение силы как «произведение ускорения на массу» или в виде формулы F=mа. Примеры сил смогли привести 15 студентов (40,5 %) (сила тяжести, сила притяжения, архимедова сила, сила трения). Таким образом, студенты первого курса медицинского вуза плохо владеют понятием «сила» как физическая величина, более половины не могут привести примеры сил.

Большая часть респондентов не имеет представления о таком понятии, как рычаг. Семнадцать человек (46%) не дали формулировки данного понятия. Примеры рычагов, применяемых в быту, смогли привести правильно менее половины опрошенных. Результаты анкетирования показаны ниже на диаграмме 1.

60%

50%

40%

30%

20%

10%

0%

правильный ответ частично неправильный нет ответа на

правильный ответ ответ вопрос

51,40%

10,80%

37,80%

0%

Диаграмма 1. Результаты ответа на вопрос «Что такое рычаг?»

правильный ответ частично неправильный нет ответа на

правильный ответ ответ вопрос

Диаграмма 2. Результаты ответа на вопрос «Деформацией тела называется...»

В одном из вопросов от студентов требовалось из перечня предлагаемых форм записи законов выбрать закон Гука. Большинство студентов (30 человек - 81,1 %) ответило на вопрос верно.

Студентам было предложено выбрать вариант продолжения фразы «Деформацией растяжения называется...» Правильно смогли продолжить фразу 28 студентов (75,7 %).

Анализ анкетирования по первому блоку вопросов позволяет сделать вывод о том, что студенты первого курса стоматологического факультета медицинского вуза ЧГМА обладают недостаточными знаниями в области физики.

Второй блок вопросов касался выявления отношения студентов к учебному предмету «физика». На вопрос анкеты «Считаете ли Вы необходимым изучение физики в медицинском вузе? Ответ обоснуйте.» положительно ответили 64,9 % опрошенных. Студенты обосновали свой ответ следующим образом: в медицине используется различная аппаратура (11 человек - 29,7 %); процессы в организме подчиняются физическим законам (2 человека - 5,4 %); все взаимосвязано (1 человек - 2,7 %); физика связана с будущей профессией (2 человека - 5,4 %); физика объясняет жизненные явления (1 человек - 2,7 %). Отрицательно ответили на вопрос 18,9 % респондентов (диаграмма 3).

Диаграмма 3. Результаты ответа на вопрос «Считаете ли Вы необходимым изучение физики в медицинском вузе? Ответ обоснуйте.»

Один из вопросов анкеты имел следующую формулировку: «При изучении курса физики в вузе Вам нравятся..». Далее студентам необходимо было выбрать из предложенного перечня наиболее предпочитаемые виды деятельности на занятиях. Вопрос подразумевал несколько вариантов ответа. Максимальное количество выбранных ответов относится к выполнениям лабораторных работ (25), выступление с докладом по конкретной проблеме (10), решение физических задач (8), выполнение заданий, предлагаемых преподавателем в ходе самостоятельной работы (2), выполнение контрольных работ (1).

Следующий вопрос анкеты был направлен на выявление наиболее интересных, по мнению студентов, форм и методов работы при изучении физики. Ответ на вопрос подразумевал несколько вариантов ответа. Максимальное количество выбранных вариантов ответа относится к такой форме проведения занятия, как групповая работа (21), деловая игра (10), занятие в традиционной форме (9), «круглый стол» (7), лекция в традиционной форме (6), лекция проблемного характера (7), семинар в традиционной форме (4), проблемный семинар (5), зачет (1), контрольная работа (1).

Один из вопросов позволял определить отношение студентов к изучению физики в школе. Часть опрошенных (10,8 %) отметила, что нравилось изучать физику в школе; 18,9 % респондентов ответили, что им не нравилось изучать физику в школе; не всегда нравилось изучать физику 59,5 % респондентам; 5,4 % не смогли определить своего отношения к школьному курсу физики. Два человека (5,4 %) высказали свое собственное мнение: «Больше нравилось, чем нет», «Вообще не нравилось». Результаты ответа на данный вопрос представлены ниже на диаграмме 4.

нравилось не нравилось не знаю не всегда

нравилось

Диаграмма 4. Отношение студентов к предмету «физика»

Анализ результатов анкетирования по второму блоку вопросов позволяет сделать следующий вывод: большинство студентов первого курса стоматологического факультета ЧГМА понимает необходимость изучения физики в медицинском вузе. В то же время физика не является любимым учебным предметом для большинства студентов. Поэтому преподавателю необходимо применять формы и методы работы, в частности, проблемно ориентированного характера, позволяющие повысить интерес студентов к медицинской и биологической физике.

Приведем содержание семинарско-практического занятия проблемно ориентированного характера по теме «Основные понятия механики. Напряжения и деформации». Целью данного занятия является формирование у студентов основных понятий механики, формирование понятий напряжения и деформации.

На этапе актуализации знаний преподаватель обращает внимание студентов на следующие моменты: 1) стоматологические конструкции в процессе их применения оказываются нагруженными различными силами; 2) биосопромат изучает вопрос пригодности и надежности ортопедических конструкций в живых системах в зависимости от характеристик конструкции и приложенных сил; 3) расчет конструкций является важной задачей биосопромата; 4) в процессе пережевывания пищи в полости рта возникают различные виды деформаций. В ходе обсуждения перед студентами ставится проблема: с одной стороны, любая стоматологическая конструкция оказывается нагруженной различными силами и в ходе нагружения деформируется, что может привести к ее разрушению; с другой стороны, необходимо создать такую конструкцию, которая бы могла эксплуатироваться длительное время и при этом не вызывать разрушений в полости рта пациента. Необходимо выяснить: какие виды деформаций могут возникать в полости рта и какие виды сил приложены к стоматологическим конструкциям и зубам в полости рта?

На втором этапе преподаватель в ходе беседы со студентами выясняет значение биосопромата в стоматологии, определяет задачи и методы биомеханики. Далее беседа направлена на решение поставленной ранее проблемы. Обсуждаемые вопросы могут быть следующие: 1. Что такое биомеханика? Какие задачи она решает? 2. Какую науку называют сопроматом? Какие задачи она решает? Какие методы использует эта наука? 3. Что называют силой? 4. Какие виды сил вам известны? 5. Какие виды сил могут возникать в полости рта? 6. Назовите составляющие внутренних сил. 7. Что такое деформация? Как она возникает? 8. Назовите известные вам виды деформаций в зависимости от направления прикладываемых усилий. 9. Что такое пластическая деформация? 10. Какую деформацию называют упругой? 11. Как вы думаете, какие виды деформаций могут возникать в полости рта? 12. Что называют механическим напряжением? Что такое нормальное напряжение? Что называют касательным напряжением? 13. Что такое абсолютное и относительное удлинение?

На третьем этапе преподаватель вместе со студентами составляет классификацию сил, которая может способствовать более глубокому усвоению знаний темы «Основные понятия механики. Напряжения и деформации» (схема 1).

Силы

Внешние Объёмные

.оверхностные

Распределённые \

Сосредоточенные

Силы реакции опор и связей

^Внутренние

Притяжения

Отталкивания Составляющие сид^^

Нормальная Касательная

Схема 1. Классификация сил

Далее студентам предлагается физический диктант, который позволяет проконтролировать усвоение студентами основных понятий и законов темы «Основные понятия механики. Напряжения и деформации». Студенты отвечают на следующие вопросы: 1. Что такое сила? 2. Какая сила называется объемной? 3. Что такое распределенная сила? 4. Запишите формулу для расчета механического напряжения. 5. Что называется абсолютным удлинением? 6. Как можно рассчитать относительное удлинение? 7. Что такое нагрузка? 8. Что называют касательным напряжением?

Далее студентам предлагается самостоятельно заполнить таблицу «Характеристики деформации» (табл. 3). Заполнение таблицы предполагает не только текущий контроль знаний студентов, но и закрепление и систематизацию понятий и формул, используемых в теме «Основные понятия механики. Напряжения и деформации».

Таблица 3

Характеристики деформации

Механическое напряжение Абсолютное удлинение Относительное удлинение

Расчетная формула ° = 1 А1 = 1 — ¿о А1 1 — ¿о £ = 1 = 1 о о

Единица измерения Н м2 м

На следующем этапе занятия используется групповая форма работы. Студентам предлагается заполнить таблицы «Виды деформаций» (табл. 4), «Виды внешних сил» (табл. 5).

Таблица 4

Виды деформации

Вид деформации Характер действия внешней силы Действующий внутренний фактор Примеры

Растяжение вдоль основной оси бруса Г Г — нормальная внутренняя сила тросы подъемных кранов, канатных дорог

Сжатие вдоль основной оси бруса Г Г _Ч |_ N2 — нормальная внутренняя сила стены, фундаменты зданий, ортопедические конструкции при жевании

Изгиб силы и моме перпендикул бруса, сводя деформации растяжения частях тела Г за а к н ы зн ти к ы ис ы я о ил х и си л Мх, Му — изгибающие моменты различные конструкции, оболочки, ортопедические конструкции

' ( Г ?

Сдвиг вызван касат напряжение л ь н ы м Qx, Qy - поперечные силы сопутствует растяжению и сжатию

'-М- /

Кручение пара сил, плоскость действия которых перпендикулярна его продольной оси '0" Мг — Крутящийся момент канаты, тросы

Таблица 5

Виды внешних сил

Виды внешних сил Объект днйствия силы и условия возникновения Примеры

Объемные Дейс твуют на каждый бесконечно малый элемент объема, каждую частицу Сила тяжести, сила инерции, магнитные силы

Поверхностные Взаимодействие тел при непосредственном контакте поверхностей Удар, давление ветра, воды на стену

Распределенные Поверхностные, рапределенные по некоторой площади или объему Пережевывание

Соснедоточенные Поверхностная сила, которая передается на детель по площадке, размеры которой пренебрежимо малы в сравнении с размерами самого элемента конструкции Откусывание, действие камня на зубы

Силы реакции опор и связей Действуеть на тело со стороны опоры Сила со стороны челюсти, десен на зубы

Следующий этап - решение задач. Студентам предлагается решить задачи следующего содержания.

Задача № 1. Какая сила необходима для разрушения при сжатии бедренной кости диаметром 30 мм и толщиной стенок 3 мм, если предел прочности кости 1,4 * 108 Па?

Задача № 2. Определить толщину стенки большой берцовой кости диаметром 28 мм, если ее разрыв произошел при нагрузке 23,1 * 103 Н. Предел прочности кости принять равным 9,8 * 107 Па.

В конце занятия преподаватель подводит итоги и объясняет студентам домашнее задание. Анализ результатов выполнения студентами-стоматологами заданий, предлагаемых на занятии по теме «Основные понятия механики. Напряжения и деформации», показывает, что организация занятий проблемно ориентированного характера способствует формированию познавательного интереса у студентов, повышению качества усвоения студентами знаний раздела «Механические свойства твердых тел».

Список литературы

1. Государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования. Специальность 040100 Лечебное дело. Квалификация врач. М., 2000.

2. Государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования. Специальность 040200 Педиатрия. Квалификация врач. М., 2000.

3. Государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования. Специальность 040400 Стоматология. Квалификация Врач-стоматолог. М., 2003.

4. Ливенцев Н.М. Курс физики: учеб. для вузов. М: Высшая школа, 1978. 336с.

5. Основная образовательная программа подготовки врача-стоматолога. Ч. 2. М. 2003

6. Программа по медицинской и биологической физике для студентов медицинских вузов (специальности 040100, 040200, 040300). М., 2000.

7. Примерный учебный план. Специальность 040100 Лечебное дело. Квалификация врач. М., 2000.

8. Примерный учебный план. Специальность 040200 Педиатрия. Квалификация врач. М., 2000.

9. Примерный учебный план. Специальность 040400 Стоматология. Квалификация Врач-стоматолог. М.,

2000.

10. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика: учеб. для мед. спец. вузов. М: Высшая школа, 1999. 616 с.

11. Ремизов А.Н., Максина А.Я. Медицинская и биологическая физика: учеб. для вузов. М Дрофа, 2003. 560 с.

УДК 517.9 ББК В 161.6

А. М. Калугина

Индекс Хеде-Баккера в терминах производящей функции

В статье рассмотрен индекс Хеде-Баккера и обобщенный индекс Хеде-Баккера. Впервые представлен в явном виде оператор перехода от векторов предпочтения к векторам решения. Рассматривается метод представления этих индексов в терминах производящей функции для частного случая.

Ключевые слова: индекс Хеде-Баккера, производящая функция.

A. M. Kalugina

Hoede-Bakker index in the terms of generating function

In the paper we conceder the Hoede-Bakker index and generalized Hoede-Bakker index. For the first time is submitted in an obvious kind the operator of transition from vectors of inclination to vectors of the decision. We consider the method of representation of these indexes in the terms of generating function for a special case.

Key words: Hoede-Bakker index, generating function.

Понятие «индекс Хеде-Баккера» было введено в 1982 г. Хеде и Баккером (Hoede C., Bakker R., 1982, c. 309-322). Некоторые свойства индекса Хеде-Баккера были исследованы А. Русиновской и Де Свар-том (De Swart), ими было предложено несколько модификаций этого индекса (Rusinowska A., De Swart, 2006, c. 60-88), (Rusinowska A., De Swart, 2006, forthcoming).

Хеде и Баккером были введены и другие понятия. Рассмотрим ситуацию, в которой п > 1 игроков должны одобрить (принять) или отклонить (не принять) то или иное решение. Пусть N = {1,..., п} набор всех игроков. Предположим, что каждый игрок имеет предпочтение проголосовать «за» (обозначим 1) или проголосовать «против» (обозначим 0). Пусть i - вектор предпочтения, он состоит из n компонент, 1 и 0, и указывает предпочтения игроков, и пусть I - набор всех векторов предпочтений. |/| = 2п. Первоначальное решение игрока - это его предпочтение. Предположим, что в процессе игры

одни игроки могут влиять на других, поэтому окончательное решение некоторых игроков может отличаться от их первоначального решения.