Високіх Анатолій

Науковий керівник: доктор пед. наук, професор Вовкотруб В.П.

Кіровоградський державний педагогічний університет

імені Володимира Винниченка

Анотація. Розглядається процес підвищення ефективності виконання лабораторних практикумів на етапі підготовки магістрів фізики через використання методу моделювання. Розкривається роль впровадження засобів електроніки в успішному вирішенні основної мети, визначеної для відповідного рівня підготовки фахівців.

Ключові слова: моделювання , електронні засоби, цифрові вимірювання.

Актуальність теми. Вагоме місце в процесі навчання методу моделювання займає лабораторний практикум, який дозволяє гармонічно поєднувати теоретичну і практичну підготовку студентів на основі диференційованого підходу до процесу навчання. Студенти мають можливість працювати з різними видами моделювання: фізичними, математичними і комп’ютерними.

Мета роботи полягає в доведенні вагомості структурування і змістовного та матеріального забезпечення виконання лабораторних практикумів з фізики на етапі підготовки магістрів фізики через постановку експериментальних завдань із залученням засобів електроніки.

Виклад основного матеріалу. В природничонауковому практикумі в магістратурі використання методу моделювання поглиблюється і ускладнюється. Студенти досліджують фізичними методами, наприклад, системи функціонування певних технічних пристроїв: дослідження автоматичної системи регулювання температури тощо.  На цьому етапі повною мірою використовуються всі види моделювання [4].

Природничонауковий практикум, організований подібним чином,дозволяє студентам провести не лише експериментальне дослідження і опрацювати його результати, а й сприяє розвитку творчих здібностей студентів.  Безперечною його вагомістюза використання електронних засобів є можливість виконання більшої частини завдань в час, відведений для самостійної роботи, так як не потребує вивчення і опанування експлуатації складного спеціального фізичного обладнання [1].

Студенти, які навчаються в магістратурі, повинні усвідомити себе активними учасниками навчального процесу оскільки частіше вже самі викладають в різних навчальних закладах: гімназіях, коледжах, школах тощо.  Виходячи з цього, в практикумі з методики викладання природничих дисциплін їм пропонуються завдання з використанням сучасних засобів, які сприяють підвищенню рівня готовності до реалізації міжпредметних зв’язків в процесі майбутньої професійної діяльності. Наведемо окремі з них:

1. Розробка змісту організаційних форм проведення практикуму (здійснення допуску, виконання, захисту через використання тестових завдань, бесід, тощо).

2. Конструювання експериментальних установок або їх частин з використанням електронних засобів, необхідних для реалізації варіативної частини роботи.

3. Розробка лабораторних завдань і експериментальних установок, які можна використати в процесі навчання в школі на базі обладнання шкільних фізичних кабінетів із залученням елементів електроніки.

Перед тим, як показати яким чином застосовується метод моделювання при підготовці студентів до лабораторних занять, наведемо задачі фізичного лабораторного практикуму:

- поширення і розширення теоретичних знань з курсу фізики, застосування теоретичних знань на практиці;

- формування дослідницьких вмінь і навичок;

- навчання методу моделювання – основному методу пізнання оточуючого світу;

- вивчення фізичних експериментальних методів, що застосовуються в природничих науках;

- вивчення тем курсу фізики, винесених на самостійних розгляд в лабораторному практикумі.

Для вирішення цих задач лабораторний практикум мають складати:

- пропедевтичну підготовку з вивчення будови, дії і використання новітніх засобів експериментування, зокрема, електронних приладів;

- фізичне моделювання (реальний експеримент) – вивчення фізичних явищ на експериментальних установках, які складаються студентами на раніше підготовлених – експериментальних стендах;

- комбіновані лабораторні роботи, які поєднують реальний експеримент і комп’ютерне моделювання;

- модельні лабораторні роботи – комп’ютерне моделювання фізичних явищ

Лабораторні роботи мають наступну структуру:

- теоретична частина, яку складають описи фізичного явища і експериментальної установки – математичне моделювання;

- виконання експерименту і обробка його результатів – предметне моделювання;

- контрольні запитання і вправи – модельні задачі.

Важливо, що в процесі виконання ряду лабораторних робіт студенти можуть порівняти результати фізичного експерименту (дослідження фізичної моделі) з результатами обчислювальної моделі. При цьому суттєво зростає самостійність студентів при роботі з моделями:  вибір умов експерименту, обробка, аналітичне і графічне представлення результатів тощо.  Комбіноване дослідження моделей (фізична модель + обчислювальна модель), безумовно, підвищує якість інформації, яка повідомляється студентам, покращує  засвоєння складного теоретичного матеріалу, дозволяє вивчити фізичні явища, які не можна за тих чи інших причин дослідити на експериментальній установці. Таким чином студент,  що вступив в магістратуру, вже має первинні уявлення про експеримент і мету його проведення.

Лабораторний практикум в магістратурі є однією з вагомих форм навчання. При підготовці магістрів за напрямком «Фізика» вагому роль в організації і проведенні лабораторного практикуму відіграє метод моделювання, який сприяє формуванню в студентів адекватних уявлень про будову оточуючого світу [3]. Проте роль, яка відводиться лабораторному практикуму в магістратурі, суттєво інша, ніж в бакалавраті. Практикум в магістратурі складають три частини:

1) фізичний лабораторний практикум;

2) природничонауковий лабораторний практикум;

3) практикум з методики викладання фізики.

Задачі і зміст кожної частини практикуму.

В магістратурі в лабораторному практикумі здійснюється вагоміша підготовка з фізики, реалізується наступний етап розвитку компетенцій в області експерименту, освоєння експериментальних методів, дослідницьких вмінь і навичок, зокрема тих, що стосуються використання ефективних електронних засобів. Також формуються і компетенції з області моделювання.

Для студентів магістратури фізичний лабораторний практикум більшою мірою має світоглядне значення. Метою навчання є встановлення загальніших зв’язків між явищами природи, якими є універсальні принципи: відповідності, причинності, доповнюваності, симетрії тощо. В фізичному практикумі в магістратурі навчання методу моделювання здійснюється в процесі виконання  лабораторних робіт через використання моделей та електронних засобів вимірювання фізичних величин. Прикладом змісту таких робіт є «Вивчення основних характеристик і особливостей механічних і електромагнітних коливань». В даній лабораторній роботі широке застосування знаходять датчики і цифрові вимірювальні прилади моделі математичного маятника і мультивібраторів [1; 2]. Експериментальні установки до виконання таких завдань наведені на рис. 1.

  

Рис. 1.

Особливістю природничо-наукового лабораторного практикуму є те, що він не супроводжує будь-яку окрему дисципліну, а являється самостійним елементом, що ілюструє загальнонаукові ідеї природознавства в цілому. Це обумовлено задачами,, які нами визначаються в процесі навчання в магістратурі – інтеграція природничонаукових знань, тобто побудова природничонаукової картини світу.

Зміст і особливості робіт природничонаукового практикуму для магістратури визначаються двома обставинами:

1) базовою підготовкою студентів природничонаукових профілів в бакалавраті;

2) змістом і структурою інтегративних курсів в магістратурі.

При створенні природничонаукового практикуму для магістратури варто виходити, перш за все, з особливостей базової експериментальної підготовки студентів природничонаукових і математичних напрямків підготовки в педвузах.

Висновок. Природничонауковий практикум, організований подібним чином,дозволяє студентам провести не лише експериментальне дослідження і опрацювати його результати. Такий практикум сприяє розвитку творчих здібностей студентів.  Безперечною його вагомістює можливість виконання більшої частини завданьзавдяки використанню електронних засобів і, відповідно, економії часу на виконання громіздких розрахунків та тривалих вимірювань і визначень.

Студенти, які навчаються в магістратурі, повинні усвідомити себе активними учасниками навчального процесу оскільки частіше вже самі викладають в різних навчальних закладах: гімназіях, коледжах, школах тощо.

Виходячи з цього, в практикумі з методики викладання природничих дисциплін їм пропонуються завдання, які сприяють підвищенню рівня готовності до реалізації міжпредметних зв’язків в процесі майбутньої професійної діяльності. Одночасно відбувається формування компетенцій, необхідних для організації і постановки навчального експерименту в школі або в вузі.

Таким чином практикум в магістратурі є можливістю ілюстрації найсучасніших методів дослідження, доступність і наочність яких визначається розумною черговістю різних видів моделювання, і які відповідають основному принципу навчання – сходження від простого до складного.

Список літератури:

1.  Вовкотруб В.П., Подопригора Н.В. Робота фізичного практикуму «Вивчення механічних коливань» в 11 класі // Фізика та астрономія в школі. – 2003. - №4. – С. 10-13.
2. Вовкотруб В.П., Подопригора Н.В. Лабораторний практикум з основ автоматики і електроніки. – Кіровоград: РВВ КДПУ ім.. В. Винниченка, 2003. – 94 с.
3. Королев М.Ю. Обучение студентов методу моделирования /М.Ю.Королев // Наука и школа. -  2009. - №6. – С. 38-41.
4. Петрова Е.Б. Профессионально направленная методическая система подготовки по физике студентов естественнонаучных специальностей педагогических вузов: дис. …докт.пед.наук / Е.Б.Петрова. – М., 2010. – 316 с.