С М Пастушенко - Професійна спрямованість вивчення механіки у курсі фізики у вищих навчальних закладах - страница 1

Страницы:
1 

Пастушенко СМ. Професійна спрямованість вивчення механіки у курсі фізики у вищих навчальних закладах. Вісник Чернігів. держ. педагог. ун-ту ім. Т.Г.Шевченка. Вип. 57. Серія: Педагогічні науки. - Чернігів: ЧДПУ, 2008. С. 231 - 234. УДК 375.3

 

С. М. Пастушенко

 

ПРОФЕСІЙНА СПРЯМОВАНІСТЬ ВИВЧЕННЯ МЕХАНІКИ У КУРСІ ФІЗИКИ У ВИЩИХ НАВЧАЛЬНИХ

ЗАКЛАДАХ

Розглянуто методичні питання вивчення механіки в курсі фізики в технічному університеті. Наведено означення і розкрито фізичну сутність понять «перевантаження» та «аеродинамічна сила». Розглянуто важливість встановлення внутрішньопредметних та міжпредметних зв'язків під час вивчення вказаних понять у механіці, теоретичні механіці та аеродинаміці.

 

There are consideredmethodicalissues of Mechanics at Technical's universary phisical course. It is consider the definitions and physical essence of conseptions the «Overweight» and the «Airdynamic Force». It is shoun the importance of intersubject's contacts, which can be introduced at High School between the Mechanics, Theoretical Mechanics and Airdynamics.

Ключові слова: механіка, динаміка, перевантаження, аеродинамічна сила, похідна, інтеграл

 

Приорітетом в інженерній освіті була й залишається підготовка спеціалістів високого класу для інженерно-іноваційної діяльності, і науково-дослідницької, яка визначає як технічний, так і технологічний прогрес, проте кожний історичний період розвитку суспільства ставить у цьому плані якісно відмінні, специфічні завдання. Вони можуть бути розв'язані на основі університетської інженерної освіти в технічних та технологічних університетах. При цьому програми і навчальні плани вивчення фундаментальних дисциплін у цих ВНЗ повинні в певному ступені наближатися до програм класичних університетів. На сьогодні задачі підвищення рівня інженерної освіти, безсумнівно, мають бути нерозривнопов'язані з реалізацією в провідних технічних університетах України ідей Болонської декларації 1999 року, основними з яких є:

побудова Європейської зони вищої освіти як передумови розвитку системи мобільності громадян та їх можливостей працевлаштування;

зміцнення інтелектуального, культурного, науково-технічного потенціалу країни, що входить до Болонської співдружності;

посилення міжнародної конкурентоспроможності національної та Європейської систем вищої освіти;

підвищення визначальної ролі університетів у розвитку національної та європейської культури тощо.

Рішенням колегії Міністерства освіти і науки України № 48 від 23.01.2004 р. затверджено «Програму проведення педагогічного експери­менту щодо впровадження кредитно-модульної системи організації навчаль­ного процесу (КМСОНП) у вищих навчальних закладах III-IV рівнів акреди­тації». У Наказі зазначено, що метою впровадження КМСОНП є підвищення якості вищої освіти фахівців і забезпечення на цій основі конкурентоспро­можності випускників та престижу української вищої освіти у світовому освітньому просторі.

На виконання директивних документів МОН України в Національному авіаційному університеті, як і в ряді інших провідних університетів України, проведена організаційна робота щодо впровадження КМСОНП. Зокрема, розроблені перші рекомендації загальноуніверситетських кафедр, які прово­дитимуть навчальний процес на першому курсі у 2004-2005 навчальному році щодо розбиття дисциплін на змістовні модулі. Метою даного науково-методичного дослідження є розробка концепції реструктуризації курсу фізики і методичної системи навчання фізиці студентів технічних універси­тетів в умовах впровадження КМСОНП.

У наших попередніх роботах [1 - 3] було висвітлено засади методичної системи навчання фізиці студентів технічних університетів і шляхи реалізації міжпредметних зв' язків курсу загальної фізики з дисциплінами електро­радіотехнічного і електронного профілю. Але невирішеною залишається за­гальна проблема побудови сучасних освітніх технологій навчання фізиці відповідно до вимог КМСОНП. Також важливою для практичних завдань підготовки сучасних інженерних спеціалістів є постановка проблеми поєд­нання теоретичної і практичної компонентів знань у змістових модулях КМСОНП, пошуку нових теоретичних підходів до проектування навчального процесу з фізики. Залишаються невирішеними багато окремих питань стосовно розробки спільних засад побудови навчальної дисципліни «Фізика» як системи взаємопов' язаних змістових модулів і впровадження педагогічних технологій щодо оволодіння навчальним матеріалом окремих модулів.

Відповідно до кредитно-модульної системи організації навчального процесу одним з можливих варіантів розрахунку складності навчальної дис­ципліни є кількість кредитів, що припадають на неї. Кредит - це одиниця виміру навчальної роботи з дисципліни. За одним із варіантів обрахунків один кредит дорівнює 54 академічним годинам, з яких приблизно 30 годин аудиторної і 24 - самостійної роботи. При цьому ні курсове проектування, ні екзамени, ні заліки як вид навчальної роботи при визначенні складності навчальної дисципліни не враховуються. За другим варіантом, прийнятим на теперішній час в Національному авіаційному університеті, кредит визнача­ється тільки за академічними годинами, приймається, що кредит дорівнює 36 академічним годинам.

Загальновідомо, що ефективність вивчення фізики в вищому навчальному закладі прямо пов'язана із дотриманням принципу наступності у вивченні фізики в середній школі та вищому навчальному закладі.

При вивченні елементарної фізики в середній школі прийнята концен­трична схема викладання курсу, при якій матеріал навчальної дисципліни викладається кілька разів, повторюючись кожного разу на новому колі більшого радіуса, концентричному до першого [4]. Початковий цикл фі­зичних знань, що вивчаються у 7-8 класах, представляє перше «коло знань».

Навчальний матеріал для 9-11 класів можна уявити колом більшого діаметра, що оточує перше. Знання, що вивчаються на другому колі, характеризуються більшою кількістю фактичного матеріалу (збільшується «ширина» знань), більш високим рівнем застосування математичного апарату (підвищення рівня «формалізації» знань) і, нарешті, більшим рівнем фундаментальності знань («поглиблення» знань). Третім колом знань можна вважати навчання на підготовчих відділеннях, підготовчих курсах і факультетах довузівської підготовки при інститутах, академіях і університетах, а також факультативні заняття в школі під керівництвом вчителя під час підготовки до шкільного випускного екзамена з фізики в 11 класі.

Відповідно до концепції неперервної професійної освіти, освіти «впро­довж усього життя» навчальний матеріал загальної фізики, що вивчається у вищих навчальних закладах (далі «ВНЗ»), нам представляється як четверте концентричне коло знань. При цьому основна задача курсу загальної фізики полягає в виробці у студентів ясних уявлень про основні поняття фізики, її закони, в засвоєнні сучасного стилю фізичного мишлення, в оволодінні методами наукових досліджень і у формуванні наукового світогляду. Тобто для четвертого кола знань властива ще більша ступінь абстрагування, фор­малізації і глибини фундаментальності знань.

У вищіх навчальних закладах як правило приймається радіальна (ліній­часта) структура навчання фізиці. Радіальна система передбачає таку послі­довність навчального матеріалу, під час якої усі розділи програми вив­чаються один раз за весь період навчання, причому зміст кожного розділу висвітлюється повністю і до нього більше не повертаються.

Недолік радіальної системи полягає в тому, що в процесі навчання не­одмінно відбувається повторення навчального матеріалу, що викликає пере­вантаження студентів. З іншого боку, під час повторення в підготовленої частини студентської аудиторії зменшується інтерес до предмету, оскільки навчання починається з розгляду відомого раніше матеріалу. Одним з дидак-тичніх заходів, спрямованих на усунення цього недоліку, є інтенсивне повто­рення шкільного курсу за рахунок самостійної роботи студентів. З цієї метою в навчальному процесі з фізики в Національному авіаційному університеті ми підсилюємо шкільний курс фізики, випускаючи довідкову літературу як для випускників середніх шкіл, так і для студентів вищих навчальних закладів для повторення навчального матеріалу.

Розглянемо, насамперед, наукові основи посібника автора Пастушенка С. М. "Розв'язуємо задачі з фізики" [5]. Метою видання є полегшення для учня середньої школи переходу від другого кола знань з фізики до третього і далі до четвертого. Ця книжка є навчально-методичним посібником для вчителів та учнів, призначеним для оволодіння прийомами і методами розв'язування задач з елементарної фізики.

Увесь матеріал посібника розбитий на 13 розділів відповідно до розділів курсу фізики старшої школи:

розділ 1 - «Кінематика»;

розділ 2 - «Динаміка»;

розділ 3 - «Статика. Гідростатика»;

розділ 4 - «Закони збереження в механіці»;

розділ 5 - «Молекулярно-кінетична теорія. Закони ідеальних газів»; розділ 6 - «Властивості пари, рідин і твердих тіл»; розділ 7 - «Основи термодинаміки» розділ 8 - «Електростатика»;

розділ 9 - «Закони постійного електричного струму»;

розділ 10 - «Електромагнітні явища»;

розділ 11 - «Коливання і хвилі»;

розділ 12 - «Оптика»;

розділ 13 - «Квантова фізика».

У кожному розділі посібника спочатку наведені основні формули, необхідні для розв' язання задач, далі подаються приклади розв' язування задач, наприкінці кожного розділа наведені задачі для самостійного роз­в' язування. Окремі теми курса фізики розлядаються по параграфах, всього у посібнику 42 параграфи. В додатках наведено навчальний матеріал, по­трібний для допоміжного використання в навчальному процесі: таблиці значень деяких фізичних величин, основні фізичні сталі і збірку деяких математичних формул. Вказана структура розміщення матеріалу в посібнику, на наш погляд, є зручною в користуванні і ефективною під час використання в навчальному процесі.

В посібнику наведено приклади розв'язання різних видів задач з еле­ментарної фізики: тренувальних, розрахункових, графічних, комбінованих, якісних та експериментальних. Як правило, задачі розміщено в порядку зростаючої складності.

Відмітимо деякі новації і позитивні риси даної книжки. У передумові наведено достатньо докладні загальні методичні вказівки до розв'язування задач, при цьому окремо відмічена специфіка розв'язання експериментальних задач. Наведено правила наближених обчислень, яких треба притримуватися під час розв' язання задач. На початку кожного розділу наведені основні формули (так звані "табличні"), необхідні для розв'язання, причому запропонований автором спосіб подачі формул є вдалим і зручним. У лівому стовпці таблиці наводиться формула, в правому - її опис. Це повинно концентрувати зор читача на формулах і сприяти їх кращому запам'я­товуванню. Майже на початку кожного параграфа наведені стислі методичні рекомендації до розв' язування задач з теми, яку винесено до назви параграфа.

Приклади розв'язування задач розміщені за принципом "від простого до складного", серед них є приклади розв'язання експериментальних задач, що, безумовно підвищує методичну цінність посібника.

У зв' язку із вищевказаним розглядуваний посібник може бути вико­ристаний: а) на уроках фізики в середній школі; б) під час самостійної роботи учнів; в) для вивчення фізики на підготовчих відділеннях і підготовчих курсах ВНЗ; г) у навчальному процесі у вищих навчальних закладах. Для студента технічного університету, зокрема, вміння розв' язувати фізичнізадачі прищеплює майбутньому інженеру основні методи й головні навички аналітичного мисления - основи наукового мисления взагалі. Для інженерної освіти ці знання і вміня є елементами поглибленої фундаментальної підготов­ки з природничо-наукових дисциплін, у першу чергу, з фізики, що нерозривно пов' язане з фундаментальністю університетської освіти у цілому.

Логічним продовженням ідей, покладених в основу шкільного посібника з розв'язання задач є написаний автором статті і випущений у 2008 році. Ідея укладання збірника задач появилася під час багаторічного викладання автором курсу фізики на факультеті літальних апаратів Національного авіаційного університету (НАУ), для студентів якого вивчення механіки в курсі фізики є запорукою подальшого вивчення загальнотехнічних та про­фесійно-орієнтованих дисциплін.

У процесі укладання збірника надавалась перевага не абстрактним, а реальним задачам з повсякденного життя, науки і техніки. Більшість задач збірника є оригінальними, вони відображають специфіку сучасного авіаційного вищого навчального закладу. Проте кожний розділ містить типові для різних вищих навчальних закладів задачі та контрольні запитання, складені автором або запозичені з уже відомих збірників, наведених у списку літератури. Знання з фізики, необхідні для розв' язування задач, не виходять за межі програми з фізики для технічних вищих навчальних закладів, у яких фізика не є основною дисципліною.

Частина задач збірника обговарювалася з професором кафедри конст­рукції літаків Аерокосмічного інституту НАУ В. В. Гаражою та доцентом кафедри фізико-математичних дисциплін Державної льотної академії України В. В. Фоменком, за що автор висловлює їм подяку. Фізичні принципи динаміки польоту літальних апаратів, аеродинаміки та інші, викладені в навчальних посібниках цих авторів, були використані під час розроблення автором задач даного збірника. У задачах використано також професійну напрямленість підготовки студентів із урахуванням подальшої підготовки на кафедрі   гідрогазових   систем   (навчальні   дисципліна "Гідродинаміка",

"Гідравлічні прилади та присторої"), кафедрі аеродинаміки та льотної експ­луатації (навчальні дисциплінми "Аеродинаміка", "Динаміка польоту"), кафедрі механіки (навчальні дисциплінми "Теретична механіка", "Опір матеріалів"), кафедрі конструкції літаків (навчальна дисципліна "Конструкція літальних апаратів").

Наведемо приклади таких задач.

Задача 1. Літаку треба летіти в південно-західному напрямі, повітряна швидкість літака становить 400 км/год. Під яким кутом до південного напряму треба летіти, якщо на висоті польоту дме західний вітер з швидкістю 70 км/год? Якою буде за цих умов швидкість літака відносно Землі (шляхова швидкість)?

Задача 2. Літак Ан-140 летить з крейсерською швидкістю v=575 км/год. Густина повітря на висоті польоту р = 0,7 кг/м , аеродинамічний коефіцієнт лобового опору Cx=0,08, сумарна площа крил S =51 м . Оцініть силу динамічного лобового опору повітря, що діє на крила.

Задача 3. Літак Як-18Т на швидкості 200 км/год здійснює поворот в горизонтальній площині на 180о з кутом крену 30о. Визначте: а) радіус розвороту; б) час розвороту; в) прискорення і перевантаження літака під час розвороту.

З метою доступності змісту задач у задачнику вміщено «Словник авіацінйих і спеціальних термінів», який є частиною теоретичного навчального матеріалу підручника з фізики («Механіка»). Ці терміни необхідні для розуміння фізичних задач із професійною (авіаційною) тематикою. Наведемо деякі статті цього словника, які дозволяють з' ясувати фізичний зміст наведених вище задач.

ПОВІТРЯНА ШВИДКІСТЬ ЛІТАКА - швидкість літака відносно по­вітря. У теоретичній механіці п.ш.л. називають також відносною швидкістю, а швидкість вітру - переносною швидкістю.

ШЛЯХОВА ШВИДКІСТЬ ЛІТАКА (абсолютна швидкість) - швидкість літака відносно Землі. У теоретичній механіці ш.ш.л. називають також абсолютною швидкістю.

КРЕЙСЕРСЬКА ШВИДКІСТЬ - швидкість польоту на найбільш еко­номному режимі. На цій швидкості зазвичай виконують рейси літаки.

ПЕРЕВАНТАЖЕННЯ n - відношення ваги P тіла на рухомій опорі до ваги P0 = mg на нерухомій опорі: n = P/P0. У курсі фізики розглядають перевантаження, яке виникає під час прикореного руху тіла разом з опорою (підвісом) у вертикальному напрямі. В аеродинаміці перевантаженням називають вектор, що дорівнює відношенню суми векторів тяги Бтяг і повної

F   + R

аеродинамічної сили R до сили тяжіння: n = —тяг---------------- .

mg

 

ВИСНОВКИ.

1.      Проведене структурування змістового модуля з фізики (Модуль 1 «Механіка») відповідно до вимог кредитно-модульної системи організації навчального процесу у ВНЗ, при цьому використані нові освітні технології навчання фізиці, побудовані з урахуванням професійної спрямованості курсу фізики.

2.    Показано, що вивчення механічних рухів повинне проводитись з ураху­ванням різнобічних міжпредметних зв'язків між фізикою та загальнотехніч-ними і професійно-орієнтованими дисциплінами (для ВНЗ авіаційного профілю - теоретичною механікою, гідроаеромеханікою, конструкцією літаків та ін.).

На основі розробленої автором педагогічної системи навчання фізики в технічному університеті можуть бути розроблені і запропоновані для використання в навчальному процесі різні окремі освітні технології навчання фізиці, що враховують специфіку даного ВНЗ. Сучасні освітні технології навчання фізиці повинні враховувати контингент студентів даного ВНЗ, спе­цифіку їх майбутньої професійної діяльності і пов' язану з цим відмінністьоб'ємів курсу фізики (за кількістю аудиторних навчальних годин) і певну специфіку його викладання.

 

Література

1.     С. М. Пастушенко. Структура змістового модуля у курсі фізики в технічному університеті. //Науково-методичний журнал «Фізика в школі». № 5, 2005. Рубрика «Педагогічні дослідження», с. 23-27.

2.         С. М. Пастушенко. Модульне структурування курсу фізики і впровадження кредитно-модульної системи організації навчального процесу. // Матеріали Всеукраїнської науково-практичної конференції «Засоби і методи навчання фізики», Чернігівський держ. пед. ун-т ім. Т.Г. Шевченка,

25-27 червня 2004 р., с. 12-17.

3.         С. М. Пастушенко. Модульное структуирование курсу физики в техническом университете. // В кн. «Управление качеством обучения в системе непрерывного профессионального образования (в контексте Болонской декларации)»: Научные труды ХХІІ Международной научно-методической конференции (г. Москва, МГУТУ, 21-22 марта 2006 г.). -С.336-342.

 

4.    Бугаев А. И. Методика преподавания физики в средней школе. Учебник для студентов педагогических вузов. -М.: Просвещение, 1985. 460 с.

5.    Пастушенко С. М. Розв' язуємо задачі з фізики: Навч. посібник.трьох частинах). -К.: Діал, Абетка, 2007. Вип.1. Механіка. - 240 с.

Страницы:
1 


Похожие статьи

С М Пастушенко - Особливості структури модуля «механіка»вкурсі фізики

С М Пастушенко - Професійна спрямованість вивчення молекулярної фізики і термодинаміки в технічному університеті

С М Пастушенко - Професійна спрямованість вивчення механіки у курсі фізики у вищих навчальних закладах