Совершенствование процесса обучения физике

Иванов А.Ф., Бабарико А.А. Совершенствование процесса обучения физике // Электронный научно-методический журнал Омского ГАУ. - 2016. -№1(4) январь-март. - URL http://e-journaLomgau.ru/index.php/2016-god/4/25-statya-2016-1/249-00076. - ISSN 2413-4066

УДК 378.016 : 378.146

Иванов Анатолий Федорович

Кандидат сельскохозяйственных наук, доцент ФГБОУВО Омский ГАУ, г. Омск anfeiv_777@mail.ru

Бабарико Анна Александровна

Старший преподаватель ФГБОУ ВО Омский ГАУ, г. Омск anna_babariko@mail. ru

Совершенствование процесса обучения физике

Аннотация: В статье рассматривается использование инновационных технологий в преподавании физики с целью совершенствования образовательного процесса.

Ключевые слова: образование, инновации, блочно-модульное обучение, рейтинговая оценка знаний.

Современные тенденции модернизации образования, заключающиеся в увеличении роли учебной и производственной практик и уменьшении аудиторных занятий по базовым учебным дисциплинам (к которым относится физика), стимулируют преподавателя искать новые способы и методы систематизации и структурирования изучаемого материала. При этом надо учитывать и тот факт, что только примерно 40 % от всех отводимых часов на изучение дисциплины приходится на аудиторные занятия, а остальная часть это самостоятельная работа студента. Поэтому сегодня большое внимание уделяется внедрению новых педагогических технологий, таких как блочно-модульное обучение, дистанционное обучение и др., которые позволяют сделать процесс обучения дифференцированным, гибким, проблемно-ориентированным, активным и творческим.

Одной из технологий, которая позволяет хорошо структурировать и систематизировать изучаемый материал, является технология блочно-модульного обучения. Важным преимуществом этой технологии является многоуровневый дифференцированный подход к обучению.

Модульная технология предполагает деление учебного материала дисциплины на небольшие порции - дидактические единицы (модули). Цели и задачи каждого модуля четко определены, теоретический и практический материал структурирован, формы контроля заданы.

В соответствии с данной технологией все разделы программы курса физики делятся на отдельные блоки (семестры). Блоки делятся на модули - дидактические единицы (ДЕ), таким образом, семестровая программа по дисциплине разбита на три-четыре модуля (таблица 1). Каждый модуль имеет учебные элементы (компоненты). Модуль предусматривает интенсивную самостоятельную работу студентов, т. е. максимальную индивидуализацию продвижения студентов в учебе (в пределах модуля) [3].

Таблица 1

Модульное планирование учебного материала

№ ДЕ Наименование дидактической единицы № компонента Тема

1 Механика 1 Кинематика поступательного и вращательного движения точки.

2 Динамика поступательного движения.

3 Динамика вращательного движения.

4 Работа и энергия.

5 Законы сохранения в механике.

6 Элементы специальной теории относительности.

2 Молекулярная (статистическая) физика и термодинамика 7 Распределения Максвелла и Больцмана.

8 Средняя энергия молекул.

9 Второе начало термодинамики. Энтропия. Циклы.

10 1 начало термодинамики. Работа при изопроцессах.

3 Электричество и магнетизм 11 Электростатическое поле в вакууме.

12 Законы постоянного тока.

13 Магнитостатика.

14 Явление электромагнитной индукции.

15 Электрические и магнитные свойства вещества.

16 Уравнения Максвелла.

4 Механические и электромагнитные колебания и волны 17 Свободные и вынужденные колебания.

18 Сложение гармонических колебаний.

19 Волны. Уравнение волны.

20 Энергия волны. Перенос энергии волной.

5 Волновая и квантовая оптика 21 Интерференция и дифракция света.

22 Поляризация и дисперсия света.

23 Тепловое излучение. Фотоэффект.

24 Эффект Комптона. Световое давление.

25 Спектр атома водорода. Правило отбора.

6 Квантовая физика, физика атома 26 Дуализм свойств микрочастиц. Соотношение неопределенностей Гейзенберга.

27 Уравнения Шредингера (общие свойства).

28 Уравнение Шредингера (конкретные ситуации).

Структурная схема каждого модуля представлена схемой [1]:

Для примера рассмотрим один модуль - «Механика».

Изучение данного модуля начинается с лекций (всего 3). Каждая лекция снабжена четким, максимально подробным планом, в котором указываются вопросы не только изучаемые на лекции, но и вопросы, вынесенные на самостоятельное изучение. При проведении лекционных занятий наряду с традиционной технологией подачи материала применяются информационные технологии. Для всех лекций разработаны мультимедийные презентации, в которых представлены формулировки основных законов, явлений, процессов, краткие биографические сведения об ученых, внесших вклад в изучение рассматриваемого вопроса, видеофильмы, анимации и модели.

Каждый модуль содержит лабораторно-практические занятия (для модуля «Механика» предусмотрено 6 часов таких занятий). Преподавателями кафедры разработаны методические рекомендации и рабочие тетради к лабораторным работам, а также сборники задач. Как методические рекомендации, так и рабочие тетради имеются в двух вариантах: печатном и электронном, что облегчает подготовку к занятиям обучающегося, так как имеется возможность непосредственного отправления необходимой информации по электронной почте.

Структурно рабочая тетрадь состоит из двух частей: теоретической и экспериментальной. Теоретическая часть служит для проверки знаний студентов по теме лабораторной работы. В экспериментальной части содержатся необходимые для заполнения и расчетов таблицы, место для вычислений, прописано, какие графики необходимо построить (сами графики строятся на миллиметровой бумаге и прикладываются к рабочей тетради), место для вывода и подписи преподавателя. Преподаватель, согласно рейтинговой

системе, проверяет рабочую тетрадь, и выставляет заработанные учащимся баллы, либо отдает ее на доработку. Образец рабочей тетради представлен ниже.

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ СОХРАНЕНИЯ ИМПУЛЬСА И ЭНЕРГИИ ПРИ УПРУГОМ

УДАРЕ

Приборы и принадлежности: измерительная установка, набор шаров.

Теоретическая часть

1. Чем отличается абсолютно упругий удар от абсолютно неупругого?

2. Запишите закон сохранения импульса для упругого и неупругого удара.

3. Запишите закон сохранения энергии для упругого и неупругого удара.

4. Запишите формулы для расчета скоростей тел при упругом центральном ударе.

5. Что называется коэффициентом восстановления энергии, скорости?

6. Каким должен быть коэффициент восстановления энергии в случае упругого удара? Запишите формулу для расчета среднего коэффициента восстановления энергии.

Экспериментальная часть

1. Ознакомьтесь с лабораторной установкой для определения коэффициента восстановления энергии при упругом ударе.

2. Выполните эксперимент. Результаты измерения занесите в таблицу.

3. Дайте расчет скоростей тел 3], <и]> и <и2>.

Таблица

Коэффициенты восстановления энергии при упругом ударе

т № п/п авр, ° ОС], 0 а2, о <а>, ° <а,2>, ° 3], м/с <и]>, м/с <и2>, м/с <кэ>

1.

2.

т1=т2 3.

4.

5.

1.

2.

т]<т2 3.

4.

5.

4. Дайте расчет среднего коэффициента восстановления энергии <Кэ>, если т 1« т2 (результат занесите в таблицу).

5. Дайте расчет среднего коэффициента восстановления энергии <Кэ>, если т1 < т. (результат занесите в таблицу).

6. Дайте расчет скоростей и и и2 по формулам, полученным из закона сохранения импульса и закона сохранения энергии, учитывая, что второй шар до удара покоился.

7. Сопоставьте значения скоростей и1 и и2 с экспериментальными значениями <и1> и <Н2>.

8. Вывод.

Дата_Работу принял_

Рабочая тетрадь должна быть у каждого студента, даже если лабораторная работа выполняется в паре или группе. Если, согласно рабочей тетради и методически указаниям, выполнен эксперимент, проведены расчеты, построены графики (если нужно), даны ответы на вопросы теоретической части, написан вывод, то рабочую тетрадь сдают на проверку преподавателю. Преподаватель, согласно балльно-рейтинговой системе, проверяет рабочую тетрадь и выставляет определенное количество баллов.

Максимальный балл, который ставится за лабораторное занятие, равен 4. Промежуточные баллы за лабораторное занятие выставляются следующим образом: 1 балл ставится за лабораторную работу, если она выполнена и рассчитан конечный результат; 2 балла ставится при оценке теоретической подготовки (оцениваются теоретические аспекты соответствующего раздела физики); 4 балла ставится за лабораторную работу, когда сданы теория, эксперимент и сделан вывод по работе.

Практические занятия посвящены решению задач. Для каждой темы подобран список задач для аудиторного и самостоятельного решения. На первом занятии мы подробно объясняем, как решать задачи по физике и как их оформлять. Решение задач предполагает использование знаний не только из областей физики, но и математики, и представляет собой активный познавательный процесс. Наибольшую трудность учащиеся испытывают сразу после прочтения задачи, так как перед ними встает вопрос «с чего начать?», т. е. какие физические законы и формулы применять. Поэтому научить студентов грамотно подходить к решению и снять страх перед самой задачей, как «нечто» сложным и непонятным, является главной нашей целью.

Согласно [2] в процессе решения задачи можно выделить три этапа: физический, математический и анализ решения. Первый этап предполагает выбор той или иной физической модели рассматриваемого явления, обоснование этого выбора, и уже на основе этих доказательств выбор законов, которым удовлетворяет данная модель. Математический этап предусматривает решение данной задачи (на основе физической модели составление системы уравнений, решение ее, действия с векторами и др.) и получение конкретного числового значения или решения в общем виде. На этапе анализа решения проверяется реальность полученного результата, размерность величины, проводятся аналогии с подобными задачами.

Пример оформления задачи приведен ниже. Условие задачи. Камень падает с высоты h = 1200м . Какой путь £ пройдет камень за последнюю секунду своего падения? [6]

£ - ? Решение:

h = 1200м

t = 1с

/ \

ьд

2 <

зл

^ = h - к

h = V12 -

2

Так как У0 = 0, то к = ——. Отсюда найдем время: t2 =

2

кг =

2

2к

g

г

^ 2 - t)

2 2 = к —

V

^ = к -2

Подставим числовые данные: Г

2 • 1200 - 9.81 •

2к ^ --t

2

Г

2к - 2

2к ^ --1

2

S

К

2•1200

9.81

2

1

J

2

148,54м

2

Ответ: S = 148,54м .

Особое место в каждом модуле занимает самостоятельная работа [4]. На самостоятельную работу в каждом модуле отводится примерно 11 часов. Самостоятельная работа предполагает выполнение целого ряда задач. Казаков В. А. эти задачи разделяет на две группы [5]:

задача-действие, в которых предмет действия предлагает преподаватель: упражнения, вопросы, задачи;

задачи-продукты, где предмет действия студента подается через продукт его

деятельности: язык (устный ответ), текст (письменный ответ), реферат, доклад, отчет

и т. д.

Запланированная в каждом модуле самостоятельная работа бывает следующих видов.

1. Изучение теоретических вопросов лекции, вынесенных на самостоятельное изучение. Результатом такой работы может быть устный ответ на лабораторно-практических занятиях, доклад или реферат. Требования к докладу и реферату разработаны и выдаются обучающимся в начале семестра, также как и критерии оценивания данных видов работ.

2. Подготовка к лабораторным работам. Во-первых, нужно, изучив материал по теме лабораторной работы, ответить на вопросы теоретической части рабочей тетради. Во-вторых, в методических указаниях к лабораторной работе приводятся контрольные вопросы, которые являются «пробным камнем» готовности учащегося к занятию. Ответ на контрольные вопросы может быть либо устным (на минисеминаре перед выполнением лабораторной работы), либо в виде конспекта. Пример контрольных вопросов к одной из лабораторных работ приведен ниже.

Контрольные вопросы к лабораторной работе «Изучение законов сохранения импульса и энергии при упругом ударе»:

2

2

2

2

а) Какой удар называется упругим?

б) Сформулируйте закон сохранения импульса для упругого удара, закон сохранения энергии для упругого удара.

в) Что называется коэффициентом восстановления энергии?

г) Каким должен быть коэффициент восстановления энергии в случае упругого удара?

д) Запишите формулы для расчета скоростей тел при упругом центральном ударе, дайте их анализ для случаев: 1) У2 = 0, т1 « т2; 2) У2 = 0 ; т1 >> т2.

3. Подготовка к практическим занятиям. Цель данной самостоятельной работы -структурирование и систематизация знаний по теме. Результатом в этом случае является составление разного рода схем и таблиц, облегчающих в дальнейшем актуализацию знаний при решении задач. Пример вопросов к практическому занятию по механике приведен ниже.

Вопросы для самоконтроля при подготовке к практическому занятию по теме «Кинематика поступательного и вращательного движения»:

а) Способы описание движений материальной точки.

б) Основные кинематические характеристики движения точки: перемещение, путь, скорость, ускорение.

в) Тангенциальная и нормальная составляющие ускорения.

г) Закон движения. Как по закону движения определить скорость, ускорение, путь? Прямая и обратная задачи кинематики.

д) Принцип независимости движения. Простейшие виды движения материальной точки: прямолинейное равномерное и равнопеременное. Законы пути и скорости, графическое представление У{() и для данных видов движения.

е) Кинематические характеристики вращательного движения твердого тела, угловой путь, скорость, ускорение.

ж) Связь между векторами линейных и угловых скоростей и ускорений.

4. Подготовка к контрольно-проверочному заданию (коллоквиум). Проверка знаний в конце модуля осуществляется посредством тестирования. В начале модуля студентам выдаются вопросы к коллоквиуму. Подготовка обучающегося к коллоквиуму может быть разной: либо просто чтение книг, либо дополнительное (к лекциям) конспектирование материала. Приятным бонусом для тех, кто тщательно готовится к коллоквиуму, является возможность воспользоваться своими записями во время проведения контроля знаний. Пример вопросов к коллоквиуму по механике приведен ниже.

Вопросы к коллоквиуму по теме «Механика»

1. Основные понятия кинематики: материальная точка, система отсчета, траектория, механическое движение. Классификация механического движения.

2. Количественные характеристики механического движения: путь, перемещение, скорость, ускорение. Графическое представление поступательного движения (графический смысл кинематических величин).

3. Равномерное прямолинейное движение, его характеристики. Равнопеременное прямолинейное движение, его характеристики.

4. Количественные характеристики движения материальной точки по окружности: угловой путь, угловая скорость, угловое ускорение, период, частота. Графическое представление движения по окружности. Связь между линейными и угловыми кинематическими величинами.

5. Равномерное движение материальной точки по окружности, его характеристики. Равнопеременное движение материальной точки по окружности, его характеристики. Тангенциальное и нормальное ускорение.

6. Абсолютно твердое тело. Понятие о центре масс тела.

7. Взаимодействие и его количественные характеристики: сила, импульс силы, момент силы. Классификация взаимодействий. Виды сил в механике.

8. Инертность и ее количественные характеристики: масса, момент инерции (материальной точки, тел правильной и неправильной геометрической формы, теорема Штейнера).

9. Инерция и ее количественные характеристики: импульс, момент импульса.

10. Законы динамики поступательного движения: I, II, III законы Ньютона, закон изменения импульса.

11. Законы динамики вращательного движения: основной закон динамики вращательного движения, закон изменения момента импульса.

12. Понятия работы и энергии. Механическая работа, механическая энергия (виды механической энергии). Количественные характеристики работы и энергии.

13. Механическая работа, механическая энергия при вращательном движении. Механическая работа и механическая энергия при плоском движении.

14. Понятие замкнутой системы. Законы сохранения импульса, момента импульса и энергии. Примеры их применения.

Таким образом, блочно-модульная система организации учебного процесса обеспечивает деятельностный, многоуровневый дифференцированный подход к обучению, а также систематизацию и структурирование изучаемого материала. В сочетании с разными видами учебной деятельности модульная технология развивает и совершенствует умения и навыки профессионального самообразования.

Ссылки на источники:

1. Бабарико, А. А. Модульная технология как основа формирования профессиональной компетентности магистров профиля «Физическое образование» // Фундаментальные науки и образование: материалы всероссийской научно-практической конференции (Бийск, 31 января - 3 февраля 2010 г.) / отв. ред. И. В. Старовикова; ред. Ф. А. Попов [и др.], 2010. - С. 305.

2. Бубликов С. В., Кондратьев А. С. Методика обучения решению олимпиадных физических задач: Пособие для учителей. - СПб: Издательство Санкт-Петербургского дворца творчества юных, 2001. - 115 с.

3. Иванов А. Ф. Применение элементов технологии блочно-модульного обучения в преподавании физики / А. Ф. Иванов // Материалы международной учебно-методической конференции по актуальным проблемам процесса обучения и модернизации аграрного образования. - Саратов, 2007. Ч. 1. - С. 123 - 126.

4. Иванов А. Ф. Самостоятельная работа по физике как один из этапов формирования навыков профессионального самообразования студента / Иванов А. Ф., Бабарико // Актуальные проблемы современной педагогики и психологии в России и за рубежом: Сборник научных трудов по итогам международной научно-практической конференции. № 3. - Новосибирск: ООО «Ареал», 2016. - С. 147 - 150.

5. Казаков В. А. Самостоятельная работа студентов и ее информационно-методическое обеспечение / В. А. Казаков. - Киев: Выща шк., 1990.

6. Чертов А. Г., Воробьев А. А. Задачник по физике: Учеб. пособие для студентов втузов. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1988. - 527 с.

Anatolii Ivanov

Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor FSBEI HO Omsk SA U, Omsk

Anna Babariko

Senior Instructor

FSBEI HO Omsk SA U, Omsk

Improvement Of Physics Studying Process

Abstract. Usage of innovative technologies in teaching physics with the aim of improvement of studying process is described.

Keywords: education, innovation, module studying, credit system.