Опыт использования междисциплинарной интеграции для повышения мотивации к изучению физики

Е.А. Вощукова, канд. физ.-мат. наук, доцент, Брянский государственный инженерно-технологический университет,

г. Брянск, Россия, elena-voshhukova@yandex.ru

ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕЖДИСЦИПЛИНАРНОЙ ИНТЕГРАЦИИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ МОТИВАЦИИ К ИЗУЧЕНИЮ ФИЗИКИ

Статья посвящена проблеме повышения мотивации студентов технических вузов к изучению курса физики. Недостаточная мотивация в значительной степени обусловлена отсутствием у студентов четкого понимания целей освоения естественнонаучных дисциплин. Студенты-первокурсники, приступая к изучению физики, плохо представляют возможности практического применения полученных знаний в будущей профессиональной деятельности. Одним из способов решения данной проблемы является усиление профессиональной направленности преподавания дисциплин физико-математического цикла. Междисциплинарная интеграция, реализованная в разработанной автором статьи дисциплине «Физические основы строительной акустики», помогает студентам осознать необходимость изучения физики для формирования общепрофессиональных компетенций. Содержание дисциплины демонстрирует, как физика волновых процессов используется для решения прикладных задач архитектурно-строительной акустики. В статье представлен опыт преподавания курса «Физические основы строительной акустики» студентам направления подготовки бакалавров «Строительство» Брянского государственного инженерно-технологического университета. Показано, как используются в учебном процессе активные и интерактивные методы обучения, в том числе информационные технологии. Отмечается, что результатом изучения курса является не только освоение раздела «Волновые процессы» курса физики и основ архитектурно-строительной акустики, но и повышение мотивации студентов к изучению естественнонаучных дисциплин. Ключевые слова: физика, образование, повышение мотивации, междисциплинарная интеграция, физические основы строительной акустики.

В последнее время в публикациях и докладах, посвященных проблемам современной высшей школы, все чаще говорится о кризисе физического образования в технических вузах1. В качестве основных причин указываются снижение уровня физико-математической подготовки абитуриентов, поступающих в технические вузы; резкое уменьшение количества часов, выделяемых на изучение курса физики учебными планами подготовки бакалавров; неумение студентов младших курсов эффективно использо-

вать время, отведенное на самостоятельную работу.

Еще одним аспектом проблемы является низкая мотивация студентов к изучению физики. Традиционно изучение дисциплин физико-математического цикла начинается на первом курсе. Это, несомненно, логично, так как именно на их основе формируется общенаучная база для освоения общетехнических и специальных дисциплин. Однако не следует забывать о том, что первокурсники еще не имеют четкого представления

о своей будущей профессии, о том, как связаны различные производственные процессы, технологии, ситуации с физическими явлениями, как используются законы физики для решения профессио- =

нальных задач. Поэтому многим студентам кажется бессмысленным тратить время на запоминание определений, формул, единиц измерения физических величин, алгоритмов решения типовых задач, тем более что даже такие простые действия требуют от большинства выпускников средней школы значительных усилий. Гораздо проще ввести нужный термин или условие задачи в поисковую систему Интернета и получить желаемый результат в виде положительной оценки за домашнее задание или защиту лабораторной работы. К сожалению, в большинстве технических вузов очень немногие студенты при изучении курса физики стремятся понять суть физических явлений, разобраться в причинно-следственных связях, научиться использовать физико-математический аппарат для решения нестандартных задач.

Одним из возможных путей повышения мотивации студентов к изучению физики является включение в программу подготовки бакалавров курсов, в которых реализуется междисциплинарная интеграция содержания курса физики и дисциплин профессионального цикла.

В конце 90-х годов прошлого века в системе высшего технического образования наметилась тенденция усиления профессиональной направленности преподавания общенаучных и общетехнических дисциплин. В каждом вузе были разработаны программы непрерывного физико-математического образования будущих инженеров, которыми предусматривались обязательное согласование рабочих программ по физике с выпускающими кафедрами, включение в общий курс физики профессионально ориентированных задач и лабораторных работ, участие преподавателей физики

Многим студентам кажется бессмысленным тратить время на запоминание определений, формул, единиц измерения физических величин, алгоритмов решения типовых задач, тем более что даже такие простые действия требуют от большинства выпускников средней школы значительных усилий.

в работе комиссий по защите дипломных работ.

Одним из способов реализации программ непрерывного физико-математического образования в нашем вузе (тогда еще Брянской государственной инженерно-технологической академии) стало включение в учебные планы (в качестве дисциплин по выбору) курсов, связывающих отдельные разделы физики с профессиональными задачами, которые придется в будущем решать выпускникам вуза. Преподавателями кафедры физики были разработаны и в течение нескольких лет преподавались такие дисциплины, как «Физические основы современных технологий в строительной индустрии», «Избранные главы физики для инженеров-механиков», «Физические основы современных методов контроля материалов и изделий».

К сожалению, существующая не только в нашем вузе «борьба за часы» между выпускающими и общеобразовательными кафедрами довольно быстро свела на нет это полезное начинание. Однако дисциплина «Физические основы строительной акустики», разработанная автором настоящей статьи, сохранила свое место в образовательной программе и с 2003 года стала обязательной для изучения студентами строительного факультета. При переходе к двухуровневой системе высшего образования она была включена в вариативную часть учебного плана подготовки бакалавров по направлению «Строительство».

Покажем на примере данной дисциплины, каким образом междисциплинарная интеграция позволяет повысить мотивацию студентов к изучению физики.

При разработке концепции курса «Физические основы строительной акустики» очень важно было избежать дублирования содержания классической дисциплины «Архитектурно-строительная акустика»2, которая с давних пор являлась неотъемлемой частью программ подготовки инженеров-

ДИСКУССИЯ 4

журнал научных публикаций Щ

строителей и специалистов в области архитектуры.

Целью курса является изучение основ физической акустики: характеристик звуковых волн, процессов их распространения в открытом пространстве и в ограниченном объеме; явлений, связанных с отражением и поглощением звука на границе двух сред; особенностей слухового восприятия, механизмов излучения звука. Понимание физической сущности этих явлений и процессов, освоение физических методов расчета звукового поля в открытом пространстве и в помещении должно стать научной основой для решения прикладных задач акустики в области строительства и архитектуры. В курсе показано, как, используя основные законы и методы физической акустики, можно оценить качество восприятия речи и музыки в различных помещениях; как влияют на акустику залов, студий, аудиторий их форма, размеры и используемые при отделке материалы; как рассчитать уровень шума в помещении и вне его, какие физические явления используются для защиты от шума.

Структура дисциплины выглядит следующим образом:

1. Физические основы акустики (звуковые волны и их основные характеристики, энергия и спектр звуковых сигналов, вос-

приятие звука человеком, источники и приемники звука, отражение и поглощение звуковых волн).

2. Элементы акустики помещений (основные физические методы расчета звукового поля в помещении, определение резонансных частот, оценка времени реверберации).

3. Проблемы борьбы с шумом (классификация шумов, источники шума, влияние шума на организм человека, принципы нормирования шумового воздействия, методы и средства защиты от шума).

Уже в первые годы преподавания дисциплины можно было отметить интерес студентов к рассматриваемым вопросам, стремление понять физический смысл хорошо знакомых им явлений, связанных с восприятием звуковых сигналов, активную работу на практических занятиях, желание участвовать в научно-исследовательской работе по данному направлению. Многие студенты, изучавшие дисциплину на первом или втором курсе, обращались к преподавателю за консультацией по вопросам строительной акустики уже на этапе выполнения дипломных проектов.

По мере накопления опыта преподавания, изменения учебных планов, требований, предъявляемых к подготовке инженеров-строителей, содержание дисциплины

X 7 А ? j

. £

э Т

0>4 О Ii I

- ч acW * УГ Л

f I

\ У L

kilA

V Ü "

IV * эч, ( --

Г !

менялось, перерабатывалась рабочая про- дов шума. Практические занятия посвящены

грамма, вносились изменения в курс лек- решению задач расчетно-графической рабо-

ций и задачи, предлагаемые для решения ты, каждая из которых фактически представ-

на практических занятиях, совершенствова- ляет собой кейс-задание. лось соответствующее методическое обеспече-

В большинстве технических вузов очень немногие студенты при изучении курса физики стремятся понять суть физических явлений, разобраться в причинно-следственных связях, научиться использовать физико-математический аппарат для решения нестандартных задач.

ние. В 2011 году было издано учебное пособие по дисциплине3.

Сокращение количества учебных часов при переходе от пятилетнего срока обучения к четырехлетнему коснулось и дисциплины «Физические основы строительной акустики». В настоящее время ее общая трудоемкость составляет всего 2 зачетные единицы (18 часов лекций, 18 часов практических занятий, 36 часов самостоятельной работы). Поэтому большое внимание уделяется методическим аспектам преподавания дисциплины. В процессе обучения широко используются активные и интерактивные формы проведения занятий, информационные технологии.

Разработано мультимедийное сопровождение лекционного курса, которое представляет собой комплект презентаций, реализованных в инструментальной среде М8Рс№егРот1 В презентациях кроме текстового материала, таблиц и обычных иллюстраций используется большое количество тщательно отобранных анимаций, звуковых файлов и видеофрагментов. Анимированные иллюстрации позволяют продемонстрировать динамику протекания различных процессов, связанных с распространением и излучением звуковых волн в открытом пространстве и в помещении, принцип действия источников и приемников звука. Звуковые файлы используются ния мотивации студентов к изучению физи-для демонстрации характеристик звуковых ки за счет реализации междисциплинарной сигналов, работы источников звука, акусти- интеграции в рамках подобных, пусть даже ческих свойств помещений, различных ви- небольших по трудоемкости, но хорошо про-

Хорошая мотивация, в свою очередь, способствует формированию таких общепрофессиональных компетенций, как «использование основных законов естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности» и «способность выявить естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности».

Особое внимание уделяется системе контроля качества результатов обучения. Небольшое количество часов практических занятий делает проблематичным использование традиционных форм контроля, таких как фронтальный письменный опрос, контрольная работа и кол -локвиум. Поэтому сразу после организации на кафедре физики компьютерного класса мы перешли к использованию электронных тестов. При разработке тестовых заданий был использован метод педагогических измерений4, который позволяет объективно и адекватно оценить знания студентов по каждому из разделов курса.

В 2015 году была спроектирована база педагогических измерительных материалов (ПИМ) для проведения зачета по дисциплине в рамках Федерального интернет-экзамена в сфере профессионального образования (ФЭПО)5. Разработанная база ПИМ размещена на портале ФЭПО и начиная с 2015/2016 учебного года используется для контрольного тестирования, а также в режиме самообучения и самоконтроля, что позволило в значительной мере активизировать самостоятельную работу студентов и повысить качество оценивания результатов обучения.

Многолетний опыт преподавания курса «Физические основы строительной акустики» позволяет сделать вывод о возможности повыше-

думанных и обеспеченных качественным методическим сопровождением дисциплин. А хорошая мотивация, в свою очередь, способствует формированию таких общепрофессиональных компетенций, как «использование основных законов естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности» и «способность выявить естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлечь для их решения соответствующий физико-математический аппа-рат»6, в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования.

Литература

1. Кожевников Н.М. Кризисные явления в преподавании физики // Физика в системе современного образования (ФССО-15): материалы XIII Между -нар. конф. СПб., 2015. С. 14-16.

2. Ковригин С.Д., Крышов С.И. Архитектурно-строительная акустика: учеб. пособие для вузов. М.: Высшая школа, 1986. 256 с.

3. Вощукова Е.А. Физические основы строительной акустики: учебное пособие для студентов очного и заочного обучения (направление подготовки бакалавров «Строительство»). Брянск: Изд-во БГИТА, 2011. 96 с.

4. Бояшова С.А. Теоретические основы, методы и средства педагогических измерений в автоматизированных тестовых системах контроля качества подготовки специалистов: моногр. СПб.: Изд-во СПбГУ ИТМО, 2007. 199 с.

5. Вощукова Е.А. Разработка педагогических измерительных материалов по дисциплине «Физические основы строительной акустики» для тестирования студентов в рамках ФЭПО // Современные проблемы высшего профессионального образования: материалы на-уч.-метод. конф. Брянск: Изд-во БГИТУ, 2016. С. 95-99.

6. Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования по направлению подготовки 08.03.01 Строительство (уровень бакалавриата): утвержден приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 12 марта 2015 г. № 201.

EXPERIENCE IN THE USE OF INTERDISCIPLINARY INTEGRATION TO IMPROVE MOTIVATION TO LEARN PHYSICS

E.A. Voshchukova, Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Docent, Bryansk State University of Engineering and Technology, Bryansk, Russia, elena-voshhukova@yandex.ru

The article is devoted to a problem of increase in motivation of technical university students to study physics. Low motivation is largely due to the lack of students a clear understanding of the goals of mastering natural sciences. Freshmen, when they begin to study physics, do not well enough imagine the possibilities of applying their knowledge in future professional activities. One of possible ways to solve this problem is a strengthening of the professional orientation of teaching disciplines of a physical and mathematical cycle. The interdisciplinary integration realized for the discipline «Physical Basics of Building Acoustics» helps students to realize necessity of studying of physics for future formation of professional competences. Content of the discipline shows students how the wave physics is used for the solution of applied problems of architectural and building acoustics. A teaching experience of the course «Physical Bases of Building Acoustics» to students with the training program of bachelors «Construction» of the Bryansk State University of Engineering and Technology is presented. It is shown how active and interactive methods of training, including information technologies, are used in educational process. It is noted that not only development of the part «Wave Processes» of a course of physics and bases of architectural and construction acoustics, but also increase in motivation of students to study natural-science disciplines is a result of studying of a course.

Key words: physics, education, increase in motivation, interdisciplinary integration, physical bases of building acoustics

References

1. Kozhevnikov N.M. Krizisnye yavleniya v prepo-davanii fiziki [The crisis in physics teaching] // Fizika v sisteme sovremennogo obrazovaniya (FSSO-15): materialy XIII Mezhdunar. konf. SPb., 2015. S. 14-16.

2. Kovrigin S.D., Kryshov S.I. Arhitekturno-stroitel'naya akustika: ucheb. posobie dlya vuzov [Architectural acoustics: proc. the manual for high schools]. M.: Vysshaya shkola, 1986. 256 s.

3. Voshchukova E.A. Fizicheskie osnovy stroitel'noj akustiki: uchebnoe posobie dlya studentov ochnogo i zaochnogo obucheniya (napravlenie podgotovki bakalavrov «Stroitel'stvo») [Physical basis of structural acoustics: a textbook for students of resident and correspondence course (direction of preparation of bachelors «Construction»)]. Bryansk: Izd-vo BGI-TA, 2011. 96 s.

4. Boyashova S.A. Teoreticheskie osnovy, metody i sredstva pedagogicheskih izmerenij v avtoma-tizirovannyh testovyh sistemah kontrolya kachestva podgotovki specialistov: monogr [Theoretical foundations, methods and tools of educational measurement in automated test systems quality control

of training of specialists: monograph.]. SPb.: Izd-vo SPbGU ITMO, 2007. 199 s.

5. Voshchukova E.A. Razrabotka pedagogicheskih izmeritel'nyh materialov po discipline «Fizicheskie osnovy stroitel'noj akustiki» dlya testirovaniya studentov v ramkah FEHPO [The development of pedagogical measuring materials on discipline «Physical fundamentals of building acoustics» to test students within the FEPO] // Sovremennye problemy vy-sshego professional'nogo obrazovaniya: materialy nauch.-metod. konf. Bryansk: Izd-vo BGITU, 2016.

5. 95-99.

6. Federal'nyj gosudarstvennyj obrazovatel'nyj standart vysshego obrazovaniya po napravleniyu podgotovki 08.03.01 Stroitel'stvo (uroven' bakala-vriata): utverzhden prikazom Ministerstva obrazovaniya i nauki Rossijskoj Federacii ot 12 marta 2015 g. № 201 [Federal state educational standard of higher education in the direction of training 08.03.01 Construction (undergraduate level): approved by the Ministry of education and science of the Russian Federation from March 12, 2015 No. 201].