Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,087

ПРИКЛАДНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В ОБЛАСТИ ФИЗИКИ. РОЛЬ ФИЗИКИ В ИНЖЕНЕРНОМ ОБРАЗОВАНИИ

Шишелова Т.И. 1 Коновалов Н.П. 1 Павлова Т.О. 1
1 Иркутский национальный исследовательский технический университет
Совершенствование традиционных форм вузовского образования, поиск новых форм, идей и методов обучения является актуальной проблемой современного образования. В статье рассмотрены фундаментальные исследования по проблеме: подготовка по физике должна быть фундаментальной и профессионально направленной. Использованы интерактивные методы образования – интерактивный проект «Прикладные исследования в области физики и роль физики в инженерном образовании». Это способствует лучшему усвоению фундаментальных знаний по физике, умению применять эти знания в профессиональной деятельности и пониманию роли физики в инженерном образовании. Выявлены требования к проекту: тематика прикладных исследований должна соответствовать профилю специальности студента, опираться на содержание основного курса физики, рассматривать современные методы исследования и новые интересные достижения науки и техники. Разработано содержание лабораторных занятий с элементами научных и прикладных исследований. Проведен педагогический эксперимент, подтверждающий гипотезу исследования.
прикладные исследования
роль физики
фундаментальное образование
интерактивное обучение
1. Гладун А.А. Физика в системе фундаментальных дисциплин в техническом вузе (СТАНКИН) // Физика в системе современного образования. ФССО-91: Всесоюзная научно-методическая конференция. – Л., 1991. – С. 169.
2. Масленникова Л.В. Взаимосвязь фундаментальности и профессиональной направленности в подготовке по физике инженерных кадров. – М.: МПГУ, 1999. – 148 с.
3. Родиошкина Ю.Г. Фундаментальная и проф. направленная подготовка по физике студентов технических вузов в рамках вариативного компонента учебного плана 2010.
4. Чупин Р.В. Движение стоков в кольцевых каналах прямоугольного сечения // Вестник Иркутского государственного технического университета. – 2013. – № 11. – с. 114–118.
5. Шишелова Т.И., Коновалов Н.П., Шульга В.В. Интерактивный метод проекта Прикладные исследования в области физики, каф. физики ИрГТУ // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 2.
6. Шишелова Т.И., Коновалов Н.П., Шульга В.В. Практика использования интерактивных профессиональных значимых проектов на младших курсах ИрГТУ // Вектор науки ТГУ. Серия: Педагогика, психология. – 2014. – № 2(17). – С. 221–224.
7. Шишелова Т.И., Практикум по молекулярной спектроскопии. Вода в минералах (новые технологии обучения). – М.: Изд-во РАЕ, 2010. – 89 с.
8. Шишелова Т.И., Чиликанова Л.В., Созинова Т.В. Методические особенности спец. практикума, учитывающего специализацию студентов // Физическое образование в вузах. – 2001. – Т. 2. – № 2. – С. 80–84.
9. Шишелова Т.И., Чиликанова Л.В., Созинова Т.В., Коновалов Н.П. Физические методы исследования веществ: учеб. пособие. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2002. – 156 с.

Современный этап развития общества ставит перед российской системой образования целый ряд принципиально новых проблем, среди которых следует выделить необходимость подготовки конкурентно-способных специалистов. Конкурентно-способным станет тот специалист, который может и готов освоить новые методы, новую технологию, знакомиться с новыми разработками, достижениями науки и техники, а уровень знаний и умение ими пользоваться становится важнейшим критерием компетентности специалиста. Необходимо, чтобы уровень знаний, полученных при изучении фундаментальной дисциплины – физики, он умел применить в прикладных исследованиях и в своей профессиональной деятельности.

Прикладным исследованиям в настоящее время уделяется большое внимание. Федеральная целевая программа (ФЦП) «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2014–2020 гг.» определяет заинтересованность государства в развитии таких исследований. Необходимо задействовать новые факторы развития – высокое качество профессионального образования и современные технологии.

В связи с этим необходимо провести организацию учебного процесса в техническом вузе так, чтобы он включал элементы фундаментальности и профессиональной направленности физических знаний. При формировании исследовательских компетенций необходимо должное внимание уделять прикладным исследованиям.

Поэтому совершенствование традиционных форм вузовского образования и поиск новых идей и методов обучения является актуальной проблемой современного образования. Это конечно касается и физики – фундаментальной основы дисциплин технического направления. Для эффективной подготовки студентов инженерных специальностей необходимо формирование фундаментальных физических знаний с прикладными исследованиями, как в области физики, так и в области профессиональных дисциплин. Необходимо, чтобы студент с первых месяцев обучения понял роль физики в его образовании.

Проведенный анализ преподавания физики в технических университетах показал, что число часов, отведенных на изучение физики, неуклонно сокращается, программа по физике не отражает профессиональной направленности обучаемого [1–3]. Поступающие абитуриенты имеют низкие баллы ЕГЭ по физике. В большинстве случаев они не усвоили в полной мере школьный курс и боятся этого предмета. Часто задают вопрос: «Зачем нам нужна физика? Мы строители, мы горняки и т.д.». Чтобы облегчить эту проблему, вводятся спецкурсы, но в большинстве случаев их проводят на старших курсах, когда изучение физики уже завершено, кроме этого, они имеют совершенно узкую специализацию и не отражают в полной мере специфику профессиональной деятельности.

Таким образом, существует проблема между изучением курса физики как основы инженерного образования и пониманием ее роли в профессиональной деятельности и различие между фундаментальными и прикладными (практическими) знаниями в области физики. Фундаментальные знания должны быть профессионально направленными.

Кафедра физики в течение многих лет занимается вопросом профессиональной направленности курса общей физики, разработаны и изданы методические пособия [5–9], где отражены области применения знаний в профессиональной сфере.

Объект исследования – процесс обучения студентов физике на инженерных специальностях.

Предмет исследования – методика обучения физике студентов инженерных специальностей.

Цель исследования состоит в теоретическом обосновании и разработке методики обучения физике студентов технических вузов с использованием интерактивных методов: метода проекта, расширение тематики лабораторных работ и активизации НИРС на младших курсах обучения.

Гипотеза. Если при обучении студентов технических вузов физике использовать интерактивные формы, в частности интерактивный метод проекта «Прикладные исследования в области физики и роль физики в инженерном образовании», то это приведет к лучшему усвоению фундаментальных физических законов, умению применять эти законы в профессиональной деятельности, пониманию роли физики в инженерном образовании и активизации НИРС на младших курсах.

Для достижения цели были поставлены задачи.

● Изучить опыт преподавания курса физики в технических вузах.

● Освоить интерактивные формы обучения.

● Разработать тематику проведения интерактивного метода проекта «Прикладные исследования в области физики. Роль физики в системе инженерного образования».

● Провести педагогический эксперимент для проверки гипотезы исследования.

В связи с поставленными задачами был использован комплекс методов исследования:

● Теоретический – изучение и анализ научной педагогической и методической литературы, моделирование педагогической ситуации.

● Экспериментальный – наблюдение, анкетирование, педагогический эксперимент.

Определены этапы исследования.

Научная новизна. Обоснована целесообразность использования в лекционном курсе метода проекта «Прикладные исследования в области физики и роль физики в системе инженерного образования» в целях лучшего усвоения фундаментальных законов физики и понимания ее роли в инженерном образовании.

Выявлены требования к проекту: необходимо рассматривать актуальные проблемы техники, современные методы контроля с использованием физических методов исследования, новые достижения в науке и технике, новые фундаментальные открытия, рассмотрение взаимосвязи между фундаментальными и прикладными исследованиями с определением роли физики в этих проблемах и применение физических законов в профессиональной деятельности. Студент должен получать ответ – зачем ему нужна физика и какова ее роль в системе инженерного образования.

Рассмотрение и описание конкретной технологической задачи должно быть преимущественно с выделением физических основ, представление инженерной задачи как физической с профессиональным содержанием. Предложена модель методики обучения физики студентов технических вузов, включающая интерактивные методы обучения, использования метода проекта «Прикладные исследования в области физики и роль физики в будущей профессиональной деятельности». Предложена методика обучения и усвоения фундаментальных и прикладных знаний при решении профессиональной задачи.

Практическая значимость состоит в том, что разработан учебно-методический комплекс по физике с учетом фундаментальной и профессиональной направленности подготовки и проведения занятий.

Реализация этого проекта в рамках общей системы подготовки студента по физике обеспечивает усвоение фундаментальных знаний и формирование умений для решения инженерных и профессиональных задач.

Тематика прикладных исследований должна соответствовать профилю специальности, опираться на содержание основного курса физики, рассматривать современные методы исследования и новые достижения науки и техники, чтобы вызвать заинтересованность слушателей к обсуждаемой проблеме. Особенно важно, если эти проблемы решаются для Иркутской области.

В рамках проекта в декабре 2014 года кафедра физики провела круглый стол «Прикладные исследования в области физики». На данной конференции (круглый стол) представили свои научные доклады студенты 1 и 2 курсов.

«Основная задача конференции – донести до молодых людей понимание роли физики в инженерном образовании. Наши студенты проводят не только теоретические, но и прикладные исследования в области физики. Они учатся применять эти знания в создании новых материалов, технологий, инструментов и т.д. Физику необходимо увязывать с реальной жизнью и реальным производством», – прокомментировал на открытии научной конференции первый проректор ИрНИТУ, заведующий кафедрой физики Николай Коновалов.

Ежегодно в конференции принимают участие до 200 студентов ИрНИТУ – энергетиков, строителей, машиностроителей, горняков и др. С научными докладами выступают не только российские, но и иностранные студенты.

Например, на этой конференции вьетнамские студенты представили свой взгляд на проблемы загрязнения водной среды и предложили применять нано-технологии при очистке воды во Вьетнаме. Монгольские студенты рассказали о своем отношении к проблемам экологии Байкала.

«Физика в моей профессии. Оптические эффекты в драгоценных камнях» так назвала свой научный доклад студентка 2 курса института недропользования Светлана Бердникова. «Моя будущая специальность связана с технологией художественной обработки камней и металлов. Поэтому я решила более подробно изучить оптические эффекты в драгоценных камнях, чтобы в будущем применять их в производстве ювелирных изделий. При изготовлении ювелирных украшений невозможно обойтись без знания физики. Знания законов оптики и эффектов, возникающих в драгоценных камнях, помогут сделать ювелирные изделия более красивыми, эффектными, подчеркнуть их достоинства», – рассказывает С. Бердникова.

Первокурсница института металлургии и химической технологии Ханда Шойдокова родом из Забайкальского края. «Принимать участие в различных научных конференциях я начала еще в школе. Мне интересно заниматься наукой и открывать что-то новое. Свой доклад я начала готовить с 1 сентября, как только поступила в университет. Я взяла близкую для меня тему «Энергосберегающие свойства юрты». По национальности я – бурятка. Юрта – исконное жилище пастухов и кочевников, и, несмотря на то, что юрта как конструкция существует три тысячи лет, актуальность ее применения в наши дни нисколько утрачена» – рассказывает Х. Шойдокова. Получается что войлок, из которого изготавливается юрта, обладает самой низкой теплопроводностью и тем самым дольше сохраняет тепло. Вот почему буряты, эвенки, чукчи и другие северные народы не замерзали в страшные морозы в юртах. Кроме того, юрта – дом, построенный по золотому сечению, ее крыша образует пирамидальный конус. С точки зрения математики это идеальное строение. А с точки зрения медицины жить в таком доме полезно для здоровья человека», – убедительно закончила свой доклад Х. Шойдокова.

В материале доклада «Сбор сточных вод города Иркутска» был рассмотрен вопрос о рациональном использовании воды. Были использованы материалы сотрудников выпускающих кафедр [4]. Это позволило докладчику определиться с темой дипломного проектирования. На круглом столе были рассмотрены также доклады: Тункинский телескоп, Нанотехнологии. Строительные материалы, Физические методы исследования (ИК-спектроскопия), Нобелевские лауреаты 2013–2014 годов, Принцип действия и использования тепловых электростанций, Метод энергосбережения в зданиях, Физика в моей профессии, Технология обогащения алмазов.

По информации первого проректора ИрНИТУ Н. Коновалова, наиболее интересные и перспективные студенческие работы будут рекомендованы в качестве тем для выпускных дипломных проектов.

Сделан вывод о важной роли физики в системе высшего технического образования.

По своей направленности к практическому применению отдельные науки принято разделять на прикладные и фундаментальные. Задачей фундаментальных наук является познание законов. Эти законы изучаются в чистом виде, цель прикладных наук – применение фундаментальных наук для решения социальных, практических и познавательных проблем.

Прикладная физика – разделы и направления физики, ставящие своей целью решение физических проблем для конкретных технологических и практических задач, конкретное физическое явление рассматривается не ради изучения, а в контексте технических дисциплинарных проблем.

Например, студент Илья Мельников в своем сообщении «Тункинский телескоп» рассматривает не сам телескоп, а в большей степени те результаты исследования, которые могут быть получены с его помощью: исследование космических лучей, физика космических лучей, фотоумножительные станции, фотоумножители, т.е. рассматривается акт строительства в контексте решения физических проблем для решения конкретных технологических и практических задач.

Студент Макаренко выбрал тему в проекте «Новые материалы в автодорожном строительстве», объясняя это тем, что он хочет в дальнейшем заниматься этими проблемами. Что, конечно, похвально для первокурсника. Хорошо, когда он знает, чему он учится. В широком масштабе рассмотрены актуальные проблемы в дорожном строительстве: шумовая защита автодорог, использование новых технологий и материалов, таких как геосетки, геотекстиль – материалов ячеистой структуры из полимерных нитей, применяемых для увеличения срока службы асфальтобетонных покрытий – и приводится это все с позиции физико-механических свойств и законов физики. С первых месяцев обучения этот студент определил роль физики в своей профессиональной деятельности. Необходимо также расширение тематики лабораторных работ, где студенты могут провести исследования по выбранным темам.

Выводы

● Разработаны теоретические основы методики обучения физике студентов технических вузов. На примере использования интерактивного метода проекта «Прикладные исследования. Физика в моей специальности», определены требования, которые должны удовлетворять тематике интерактивного проекта.

● Предложена тематика профессионально направленных интерактивных проектов по физике.

● Применены новые технологии для организации лекционных занятий с применением интерактивного метода проекта «Прикладные исследования в области физики», сформулированы цели и задачи и разработана методика проведения проекта. Указанная работа внедрена (в учебный процесс в 2014 году в лекционном курсе и лабораторных работах по дисциплине «Физика»).

● Расширение тематики лабораторного практикума. Разработаны лабораторные работы, позволяющие проводить научные и прикладные исследования по тематике дипломного проекта.

● Проведен педагогический эксперимент, подтверждающий гипотезу исследования о том, что в результате участия студентов в интерактивном проекте «Прикладные исследования в области физики» и «Физика в моей специальности» у студентов появляется интерес к предмету, улучшается усвоение фундаментальных знаний по физике и формируется умение применять эти знания в профессиональной деятельности.

Рецензенты:

Чупин В.Р., д.т.н., профессор, директор института архитектуры и строительства, ИрНИТУ, г. Иркутск;

Евстафьев С.Н., д.х.н., профессор, директор института пищевой инженерии и биотехнологии, ИрНИТУ, г. Иркутск.

Работа поступила в редакцию 17.04.2015.


Библиографическая ссылка

Шишелова Т.И., Коновалов Н.П., Павлова Т.О. ПРИКЛАДНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В ОБЛАСТИ ФИЗИКИ. РОЛЬ ФИЗИКИ В ИНЖЕНЕРНОМ ОБРАЗОВАНИИ // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 2-17. – С. 3850-3854;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=37871 (дата обращения: 06.06.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074