Решение задач по курсу общей физики как средство развития профессиональных компетенций студентов

УДК 378:53 © А.Б. Дамбуева

Решение задач по курсу общей физики как средство развития профессиональных компетенций студентов

В статье рассматриваются особенности формирования профессиональных компетенций на занятиях по решению задач по физике. Выделены этапы решения задачи, реализация которых предполагает формирование определенных профессиональных компетенций.

Ключевые слова: профессиональные компетенции, обучение физике.

A.B. Dambueva

Solving problems in general physics as a means of students' professional competencies development

The article discusses the features of professional competence formation in the process of solution problems in physics. Stages of solving the problem have been identified, their implementation involves formation of specific professional competences.

Keywords: professional competence, teaching physics.

В современных условиях процесс обучения физике в вузе представляет собой сложную задачу, так как многие абитуриенты не подготовлены к усвоению новой информации. Они не умеют отвечать на вопросы, объяснять наблюдаемые явления, работать с приборами, не знают фундаментальных физических законов и т.д. В связи с этим возрастает роль преподавателя, который должен создать условия для развития творчества, познавательных интересов, интеллектуальных способностей студентов, опираясь на гуманизацию, дифференциацию и индивидуализацию обучения.

Для подготовки компетентного специалиста, конкурентоспособного, мобильного, умеющего принимать ответственные решения, необходимо обеспечить высокий уровень фундаментальной подготовки как основы профессиональных и общекультурных компетенций.

Физика создает универсальную базу для изучения общепрофессиональных и специальных дисциплин; даёт цельное представление о физических законах окружающего мира в их единстве и взаимосвязи, вооружает необходимыми знаниями для решения научно-технических задач в теоретических и прикладных аспектах [1].

В связи с сокращением часов, выделенных на изучение физики, важно рационально и эффективно использовать отведенное на изучение курса в учебное время.

В курсе общей физики описываются важнейшие эксперименты, способствовавшие открытию физических законов, и теоретические положения, сформулированные в виде формул. Курс сопровождается лабораторными работами и практическими занятиями по решению задач.

Важное место в учебном процессе занимает решение физических задач, т.к. это является одной из самых эффективных форм углубленного изучения, закрепления теоретического материала и развития мышления студентов. Но за несколько занятий в семестре невозможно сформировать необходимые умения и навыки, поэтому необходимо изменить статус знаний при обучении физике. Знание должно стать для студентов не просто средством для получения оценки на экзамене, а самостоятельной ценностью, необходимой для познания окружающего мира [2]. Для этого преподавателю нужно быть готовым к поиску новых подходов в образовании.

В научно-исследовательской деятельности бакалавр физики должен быть готов к решению таких задач, как освоение методов научных исследований, моделей, теорий; участие в проведении физических исследований; участие в обработке полученных результатов научных исследований на современном уровне [3]. В связи с этим основу и профессиональных, и общекультурных компетенций составляют умения, связанные с использованием различных методик физических измерений, методов физического и математического моделирования, а также с успешностью решения задач.

Умение решать задачи предполагает анализ их условий. Однако анкетирование среди студентов показало, что у большинства студентов не сформированы знания о задаче. Студентам было предложено ответить на следующие вопросы:

1. Что такое задача?

2. Что такое физическая задача?

3. Какие задачи вы знаете?

4. Какие элементы задачи вы можете назвать?

Большинство студентов определяет задачу как задание, множество заданий, а также пользуется такими определениями, как уравнение, система уравнений, вопрос, цель, неизвестное. При ответе на второй вопрос основная часть студентов определяет физическую задачу как задачу, в которую входят физические величины. При ответе на третий вопрос студенты прежде всего выделяют задачи по содержанию (физические, математические, химические, экономические, биологические), по степени сложности (простые, повышенной сложности, нестандартные) и по способу решения. Понимание задачи определяется не только ее содержанием, но и ее структурой. В задачах студенты выделяют следующие структурные элементы: условие, вопрос, решение задачи [4].

Таким образом, знания студентов недостаточны, и преподавателю в первую очередь необходимо ознакомить студентов с понятием «задача», ее структурой, смыслом и назначением отдельных ее частей.

Любая физическая задача представляет собой описание системы объектов и словесную модель физического явления, лежащего в основе принципа действия объекта, или в котором участвует объект с некоторы-

ми неизвестными и известными величинами, характеризующими и объект, и явление [5].

Процесс решения задачи представляет собой моделирование конкретных явлений, описанных в условии с целью восстановления неизвестных связей, физических величин путем составления алгоритма по применению физических законов, выводов, следствий теорий, формул.

С психологической точки зрения, в процессе решения задач выделяют следующие этапы: ориентировочный, исполнительный, контрольно-корректировочный [6]. Реализация каждого из этапов предполагает формирование определенных компетенций.

Ориентировочный этап решения задачи связан с формированием таких профессиональных компетенций, как умение критически анализировать физические проблемы повышенной сложности; способность к абстракции; способность выдвигать гипотезы, составлять теоретические модели.

Исполнительный этап предполагает формирование таких профессиональных компетенций, как умение представлять доказательства, проблемы, результаты исследований; знание физических законов, составляющих фундамент современной техники; способность применять знания о природных объектах и явлениях на практике, в том числе способность выдвигать гипотезы, составлять теоретические модели, проводить анализ границ их применимости; готовность применять аналитические и численные методы анализа физических задач с использованием языков и систем программирования, инструментальных средств компьютерного моделирования.

На контрольно-корректировочном этапе студенты должны понимать различия в методах исследования физических процессов и явлений на эмпирическом и теоретическом уровнях, необходимость верификации теоретических выводов, анализа их области применения; уметь критически анализировать проблемы. В процессе совместной деятельности преподавателя и студентов проводится анализ полученного ответа, оценивается его достоверность, осуществляется поиск альтернативных методов решения.

Эффективность формирования профессиональных компетенций на практических занятиях зависит, на наш взгляд, от правильного подбора задач по их сложности. Цель практикума достигается, если в задачах рассмотрена количественная характеристика большинства явлений, изучаемых по программе. Известно, что решением только типовых задач сложно удержать интерес к физике. Поэтому преподавателю на практических занятиях особое внимание следует уделять подбору различных заданий.

Обзор методической литературы показывает, что можно выделить информационные, типовые, эвристические, межпредметные и интегратив-ные задачи. В таблице 1 приведена классификация из сборника В.С. Волькенштейн [7].

Таблица 1

Классификация задач по молекулярной физике и основам термодинамики

Информационные Типовые Эвристические Межпредметные Интегра-тивные

В.С. Воль- кенштейн

Одной из типовых является задача № 5.94. При решении задачи на количественный расчет средней квадратичной скорости молекул газа при заданных условиях студенты повторяют формулу для подсчета средней квадратичной скорости молекул, вспоминают значение фундаментальных постоянных, убеждаются, что скорости молекул очень высоки. Это, безусловно, полезно при изучении молекулярной физики, но недостаточно.

Информационные задачи могут иллюстрировать развитие отечественной науки и техники, раскрывать перспективы решения задач сельского хозяйства, промышленности. Примером могут служить задачи 5.106, 5.48, т.к., например, в содержании задачи 5.106 заложена информация о работе высотной космической станции. Поэтому информационные задачи имеют также и познавательное значение.

На наш взгляд, задача № 5.157 может быть отнесена к интегративным, т.к. ее решение дает полную картину количественных соотношений между физическими величинами. Условие задачи: какое количество тепла теряется ежечасно через окно за счет теплопроводности воздуха, заключенного между рамами? Площадь каждой рамы 4 м2, расстояние между рамами 30 см. Температура помещения 180С, температура наружного пространства -200С. Диаметр молекул воздуха принять равным 3*10-8 см, температуру воздуха между рамами считать равной среднему арифметическому температур помещения и наружного пространства. Давление равно 760 мм рт.ст.

Мы считаем, что для закрепления основных соотношений молекулярной физики и их количественной иллюстрации необходимо последовательно вычислить все неизвестные величины, а не использовать решение в общем виде. Это связано еще и с тем, что при решении задачи в общем виде теряется представление о порядке величин в формулах, представленных ниже. Решение можно считать целесообразным, если оно не только приводит к конкретному числу, но и комментируется преподавателем, сравнивается со значением величины в других условиях. Рассмотрим решение задачи:

А Т

Количество теплоты определяем по формуле Фурье: () = —А-АЛА/ .

Ах

Коэффициент теплопроводности газа вычисляется по формуле

Я = 1 ¡-V -Су • р. Плотность воздуха определяется из формулы Менделеева-Клапейрона р = ^ ^ и равна 1,3 кг/м3. Сравнивая его с табличным И  Т

значением, необходимо указать на их соответствие. Удельную теплоем-

1 Я

кость вычислим через число степеней свободы су —--, считая, что воз-

2 ¡л

дух содержит газы, состоящие из двухатомных молекул и обладающие

пятью степенями свободы. Она равна 716 Дж . Указываем на то, что

кг-К

полученное значение также хорошо согласуется с экспериментально найденным значением 718 Дж . Средняя скорость движения молекул воз-

кг-К

духа вычисляется по формуле V = ^ ^ ^ и получаем 446 м/с. Концентрация молекул определяется из уравнения молекулярно-кинетической

теории: п = ^ . Она равна 2,68* 1025 1/м3. Преподаватель подчеркивает

к-Т

громадность полученного числа. Для подтверждения можно провести аналогию: в одном кубическом миллиметре содержится одна миллиардная часть молекул, но и это число в 107 раз больше числа людей на всей Земле. Средняя длина свободного пробега молекул вычисляется по фор-

1 _8

муле / = —1=--— . Она равна 9,38-10 м . Это значит, что на пути в

л/2 -ж-с1 •п

1мм молекула в среднем испытывает столкновение 104 раз. Средняя длина свободного пробега в 300 раз больше диаметра молекул, что удовлетворительно согласуется с моделью идеального газа.

Подставляя данные из условия задачи, находим искомый результат <2 = 2Ъ,1цЦж.

Таким образом, при решении интегративной задачи студенты получают количественную картину теплового движения, а преподаватель получает возможность исключить необходимость решения серии других задач. Далее студентам можно предложить рассчитать мощность обогревателя для компенсации тепловых потерь, а также рассмотреть вопрос об изменении теплопередачи при уменьшении или увеличении расстояния между окнами.

В процессе анализа и решения задач студенты расширяют и углубляют знания, полученные на лекциях и из учебной литературы, учатся понимать и объяснять физические законы, явления и формулы, учатся применять знания в новой ситуации. Формируя эти навыки, преподаватель развивает у студентов мыслительные операции анализа и синтеза, дает им

новые знания о физической картине мира, что имеет не только познавательное, но и мировоззренческое значение.

Возросшие требования к современному обучению физике вызывают необходимость совершенствовать методику и разрабатывать разнообразные эффективные формы проведения занятий. При анализе результатов экзаменов оказалось, что студенты основным препятствием для изучения физики считают отсутствие умения решать задачи.

В ходе проведенного анкетирования среди 53 студентов физико-технического факультета БГУ установлено, что работа на занятиях по решению задач является слишком сложной и напряженной, поскольку требует высокой концентрации внимания. Так считают 56% опрошенных студентов.

Также студенты отмечают однообразие форм занятий и указывают групповую работу как наиболее предпочтительную.

Для решения указанных проблем мы считаем, что на занятиях необходимо предусмотреть смену видов деятельности, в частности использовать исторические задачи, софизмы, парадоксы; индивидуализировать задания по уровню сложности.

Заслуживает особого внимания самостоятельная работа студентов, требующая новых методических приемов при решении задач.

Вместо обычных домашних контрольных целесообразно использовать работу по составлению задач. Можно предложить такие формулировки заданий для студентов:

- составить задачу по образцу;

- конкретизировать задачу (предлагается задача с пропущенными данными);

- составить задачу по краткой записи;

- дополнить или усложнить предложенную задачу;

- составить задачу по рисунку, схеме, таблице, графику, фотографии;

- составить задачу после выполнения лабораторной работы.

В заключение отметим, что решение физических задач является одним из средств развития профессиональных компетенций студентов. Следовательно, в дальнейшем необходимо совершенствовать методику, в частности использовать экспериментальные, качественные задачи, разрабатывать дифференцированные задания, внедрять активные технологии на занятиях.

Литература

1. Примерные программы дисциплины «Физика» для ГОС 3-го поколения. URL: uvanov@tuexph.stu.neva.ru

2. Бордовский В.А., Ланина И.Я., Леонова Н.В. Инновационные технологии при обучении физике студентов педвузов. - СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2003. - 264 с.

3. Федеральный государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования по направлению подготовки 011200 Физика (квалификация «бакалавр»). URL: http://www.bsu.ru/content/pages2/602

4. Усова А.В., Тулькибаева Н.Н. Практикум по решению физических задач. -М.: Просвещение, 1992.

5. Беликов Б.С. Решение задач по физике. Общие методы: учеб. пособие для студентов вузов. - М.: ВШ, 1986. - 256 с.

6. Берденникова М.Г. Об аспектах компетентностного подхода при преподавании физики в технических вузах: сб. тр. конф. «Школа и вуз: достижения и проблемы непрерывного физического образования». - Екатеринбург, 2008. -С. 19-22.

7. Волькенштейн В.С. Сборник задач по общему курсу физики. - М., 1969. -464 с.

Дамбуева Альбина Борисовна, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры общей физики Бурятского государственного университета, г. Улан-Удэ, e-mail: abain76@list.ru.

Dambueva Albina Borisovna, candidate of physical and mathematical sciences, associate professor, department of general physics, Buryat State University, Ulan-Ude, email: abain76@list.ru.

УДК 378:796 © Л.Г. Доржиева

Компетентностный подход при формировании нового взгляда на здоровье студентов в системе физического воспитания

В статье рассматриваются вопросы формирования нового взгляда на здоровье, что является ключом к решению актуальной педагогической проблемы.

Ключевые слова: валеологическая компетентность, интеллектуальный компонент, перцептивный компонент, генетическая трансмиссия.

L.G. Dorzhieva

The competence-based approach to the formation of a new perspective on the students' health in the system of physical education

The article considers the problems of formation of a new outlook on health, which is a key to solution the topical pedagogical issue.

Keywords: valeological competence, intellectual component, perceptive component, genetic transmission.

В настоящее время проблемы здоровья рассматриваются в контексте культуры. Во взглядах на здоровье акцент делается на поддержание и профилактику. В 1978 г. была принята Алма-Атинская декларация «Здоровье для всех к 2000 году», в которой здоровье определенно как «состояние полного физического, ментального и социального благополучия, а не только отсутствие болезней и немощи». В 1998 г. ВОЗ приняла От-тавскую хартию по поддержанию здоровья.

Здоровье человека - это в конечном счёте результат культуры поведения, образа жизни. Смысл физической культуры состоит в признании и

89