Познавательная и инновационная подготовка студентов при обучении физике в техническом университете

УДК 53:372.8

В. В. Ларионов, А. М. Вернигора, М. А. Черкасова

ПОЗНАВАТЕЛЬНАЯ И ИННОВАЦИОННАЯ ПОДГОТОВКА СТУДЕНТОВ ПРИ ОБУЧЕНИИ ФИЗИКЕ В ТЕХНИЧЕСКОМ УНИВЕРСИТЕТЕ

Рассмотрена модель и методика формирования у студента технического вуза методологически мотивированного и ориентированного интереса к обучению физике. На основе конкретных примеров по решению задач по электромагнетизму и применению основных его законов проведен анализ возможности развития инновационного мышления как средство выполнения целевых видов учебной внедренческой инженерной деятельности студентов.

Приведена схема униполярного двигателя, разработанного студентами, даны его различные схемы и обсуждены проблемные вопросы его создания.

Ключевые слова: обучение физике, инновационное мышление, схема опроса учащихся, задачи по электромагнетизму.

Введение

Формирование у студента технического вуза устойчивого методологически мотивированного и ориентированного интереса к обучению физике, умения востребовать и использовать ее научное содержание в качестве методологического, экспериментального и технологического средства обоснования и выполнения целевых видов познавательной и инженерной внедренческой деятельности является актуальной задачей.

Одним из вариантов ее решения может быть проблемно ориентированное обучение физике, которое предполагает [1, 2] овладение методами поиска и решения проблем, их внедрения в жизнь и в целом как конкретная реализация инновационного мышления [3]. Поэтому возникает необходимость создания модели, методики реализации проблемно ориентированной системы обучения физике студентов в техническом университете. В частности, модель содержит экспериментальное сопровождение [3, 4] практических занятий.

Сочетание познавательной и инновационной подготовки студентов при обучении физике предполагает развитие способности к самостоятельной диагностике проблем, умение проектировать при решении задач варианты решений, проектировать физическое обеспечение условий, рассматриваемых в задачах, а также осуществлять выбор и прогнозировать результаты своего воздействия на физическую систему, устраняя возможные риски от неадекватного применения существующих методик. Соответствующим образом подобранные задачи экспериментального типа интегрируют имеющиеся знания из различных разделов и тем физики, требуют умения самостоятельно приобретать информацию, отбирать, обрабатывать и анализировать ее [5]. От преподавателя требуется иметь некоторый параметр сравнительного оценивания результатов студентов с помощью научно обоснованных рейтинговых коэффициентов. Научно обосно-

ванные рейтинговые коэффициенты по физике учитывают проектную деятельность учащихся и студентов, которая становится средством для освоения действий профессиональной деятельности в любой области на основе физики. Соответствующим образом организованное занятие с экспериментальной поддержкой фактически создает диагностические средства выявления индивидуальнопсихологических характеристик студентов с целью определения их готовности к будущей профессии инженера на основе физики.

Методика организации занятий

Рассмотрим методику организации занятий по разделу «Электромагнетизм». Предварительный этап включает рассмотрение стандартных задач [6].

Цель цикла занятий:

1. Изучить основные законы электродинамики и разработать экспериментальную модель униполярного (монополярного) двигателя.

2. Исследовать влияние формы электрического контура двигателя, его сопротивления, силы тока, протекающего по контуру, и другие параметры.

3. Определить вращающий момент рамки двигателя.

4. Создать примерную теоретическую модель двигателя, изобразить схему сил, создающих вращательный момент.

5. Рассчитать на основе закона сохранения энергии, кинетической энергии вращательного движения, закона Ома КПД двигателя.

6. Сформулировать проблемные вопросы.

Предложенная тема предполагает проведение

трех-четырех занятий, которые охватывают большой раздел электромагнетизма, практически все его основные законы. При этом были использованы два варианта методики. В первом с предъявлением готовой экспериментальной модели (рис. 1, 2) для последующего анализа принципа действия и возможных вариантов модернизации модели, усовершен-

ствования привода, методов учета тепловой энергии, выделяющейся при пропускании тока и т. д.

Рис. 1. Каркасы монополярного двигателя

Рис. 2. Схема сил, создающих вращательный момент

После предъявления модели студентам предлагались небольшие тестовые задания, например по предсказанию направления вращения каркаса, его нагрева и т. д. После детального анализа с рассмотрением схемы действия сил (рис. 2) вновь предлагались подобные же тесты, немного измененные по смыслу. Различие в правильности ответов до-

стигало 20 % и более. При этом варьировался промежуток времени по предъявлению тестов.

Во втором случае на основе теоретического материала и предъявления рис. 2 предлагалось создать магнитное поле в различных вариантах для реализации работы двигателя, осуществить различные схемы питания двигателя. Как и в первом случае использовали тесты, которые предлагали как до анализа и просмотра схемы, так и после предъявления модели.

Экспериментальные исследования

Использовали медную проволоку с площадью поперечного сечения = 0,785 мкм2 с удельным сопротивлением рМ = 0,0175 мкОм • м, алюминиевую проволоку с удельным сопротивлением рА = 0,027 мкОм • м и площадью поперечного сечения SA = 1, 766 мкм2. Магнитное поле создано постоянным магнитом в виде диска диаметром 25 мм и высотой 10 мм. Вес магнита 11 г, покрытие М-Си-М, направление намагниченности - аксиальный магнит, магнитная индукция материала В = 1,2 Тл, электропроводен. Электрические измерения проводили мультиметром М890С+.

Перечень проблемных вопросов, предложенных студентами:

1. Каким образом учесть сопротивления на кон -тактах батарея - каркас?

2. Методы определения трения в верхней и нижней части рамки.

3. Как рассчитать «страгивающий, запускающий» момент рамки?

4. Каким образом передать крутящий момент на внешние установки?

5. Где конкретно можно применить разработанное устройство?

6. Как влияет неоднородность магнитного поля на КПД двигателя?

7. Каким образом учесть сопротивление воздуха, изменить момент инерции каркаса-рамки с током?

8. Каковы потери энергии на разогрев батареи?

9. Как повысить КПД двигателя?

Все предложения, включая проблемные, высказанные студентами в ходе практических занятий, распространялись по электронной почте учащимся других групп. Обобщенная презентация докладывалась на поточной лекции на конференц-неделе, которая организуется в Физико-техническом институте ТПУ в середине и конце семестра. Предполагается, что рассмотренная модель частично позволяет реализовать цели, поставленные в данной работе, помогает осуществить предпринимательские навыки [7].

Выводы

Обучение физике студентов технического университета в XXI в. делает целесообразным и возможным создание комплексной экспериментальной

поддержки семинарских занятии, сочетающих по- и задачам, сущностному видению явления, но и

знавательную и инновационную деятельность. формулированию физических идей на уровне про-

Предложенная модель и конкретная схема устрой- екта, что усиливает мотивацию к изучению буду-

ства легко визуализируется и может быть примене- щих профессиональных дисциплин. на для дистантного обучения, а также служить в

качестве тестовых заданий ЕГЭ по физике. Проис- Работа выполнена при финансовой поддержке

ходит обучение не только частным экспериментам госзадания «Наука» 0.1325.2014.

Список литературы

1. Кондратьев А. С., Прияткин Н. А. Современные технологии обучения физике: учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПб. ун-та, 2006. 342 с.

2. Ларионов В. В., Тюрин Ю. И. Проблемно-ориентированное обучение физике в техническом университете // Высшее образование в России. 2009. № 6. С. 156-159.

3. Усольцев А. П., Шамало Т. Н. Понятие инновационного мышления // Педагогическое образование в России. 2014. № 1. С. 94-98.

4. Ларионов В. В., Вернигора А. М. Об экспериментальной поддержке семинарских занятий по физике в профильной школе // Школа будущего. 2012. № 5. С. 27-31.

5. Зеличенко В. М., Ларионов В. В., Пак В. В. Совместная деятельность студентов на практических занятиях по физике: формирование физических идей на уровне проекта // Вестн. Томского гос. пед. ун-та (Tomsk State Pedagogical University Bulletin). 2012. Вып. 2 (88).

С. 106-110.

6. Irodov I. E. Problems in General Physics. M.: Mir, 1986. 416 p.

7. Колесникова Е. В., Шереметьева У. М., Кобякова В. Н., Колесников П. О. История развития и некоторые аспекты становления профессионального образования на факультете технологии и предпринимательства // Научно-педагогическое обозрение (Pedagogical Review). 2013. № 1 (1). С. 16-20.

Ларионов В. В., доктор педагогических наук, кандидат физико-математических наук, профессор, профессор. Национальный исследовательский Томский политехнический университет.

Пр. Лепила, 30, Томск, Россия, б34050.

E-mail: larvv@sibmail.com

Вернигора А. М., ассистент.

Национальный исследовательский Томский политехнический университет.

Пр. Ленина, 30, Томск, Россия, 634050.

E-mail: vemigoraam@sibmail.com

Черкасова М. А., студент.

Национальный исследовательский Томский политехнический университет.

Пр. Ленина, 30, Томск, Россия, 634050.

E-mail: masha15-94@mail.ru

Материал поступил в редакцию 18.03.2013.

V V Larionov, A. M. Vernigora, M. A Cherkasova COGNITIVE AND INNOVATIVE TRAINING OF STUDENTS IN TEACHING PHYSICS AT THE TECHNICAL UNIVERSITY

The article considers the model and method of formation of the technical univetsity student’ methodologically motivated and oriented interest in learning physics. On the basis of the examples of solving problems in electromagnetism and the application of its basic laws the article analyses the opportunities for the development of innovative thinking as a means to complete the objective types of training and engineering activity of students. Various options were considered and discussed problematic issues of its creation

The scheme of the unipolar motor, developed by students and its various schemes are given and the problematic issues of its creation are discussed.

Keywords: teaching physics, innovative thinking, scheme of students ’ survey, problems of electromagnetism.

References

1. Kondrat'ev A. S., Priyatkin N. A. Modern technology of physic education. St. Petersburg, St. Petersburg University Publ., 2006. 342 p. (in Russian).

2. Larionov V. V. Tyurin Yu. I. Problem-oriented physics education at technical university. Higher education in Russia, 2009, no. 6, pp. 156-159 (in Russian).

3. Usoltsev A. P., Shamalo T. N. Concept of innovative thinking. Pedagogical education in Russia, 2014, no. 1, pp. 94-98 (in Russian).

— б2 —

4. Larionov V. V., Vernigora A. M. Experimental support of seminars in physics profile school. School of Future, 2012, no. 5, pp. 27-31 (in Russian).

5. Zelichenko V. M., Larionov V. V., Pak V. V. Joint activities of students during practical training in physics: the formation of physical ideas at the projects level. Tomsk State Pedagogical University Bulletin, 2012, no. 2, pp. 147-151 (in Russian).

6. Irodov I. E. Problems in General Physics. Moscow, Mir Publ., 1986. 416 p.

7. Kolesnikova E. V., Sheremetyeva U. M., Kobyakova V. N., Kolesnikov P. O. The history of development and some aspects of the formation of professional education at the faculty of technology and entrepreneurship of Tomsk state pedagogical university. Pedagogical Review, 2013, no. 1 (1), рр. 16-20 (in Russia).

Larionov V. V.

National Research Tomsk Polytechnic University.

Pr. Lenina, 30, Tomsk, Russia, 634050.

E-mail: larvv@sibmail.com

Vernigora A. M.

National Research Tomsk Polytechnic University.

Pr. Lenina, 30, Tomsk, Russia, 634050.

E-mail: vernigoraam@sibmail.com

Chercasova M. A.

National Research Tomsk Polytechnic University.

Pr. Lenina, 30, Tomsk, Russia, 634050.

E-mail: masha15-94@mail.ru