Элементы инноваций в обучении физике в школе и вузе

зертханалық макеттер арқылы зерттеу, нәтижелерін салыстырып қорытынды жасау әдістерін игереді [2, 3].

паЙДаланылҒан ӘДебиеттеР

1. кенжебеков Б.Т. университет студенттерінің кәсіби құзыреттілігін қалыптастырудың теориясы мен практикасы. –Астана: еҰу, 2001.–270б.

2. Құрманұлы о., Абдула Ж. Электрлік тізбектер теориясы. –Астана: еҰу, 2001. -220б.

3. Адольф в.А. Формирование профессиональной компетентности – будущего спесиалиста. – москва:

высшвя школа, 2000. –180с.

редакцияға 13.01.2010 қабылданды.

м.а. лигаЙ

Элементы инноваЦиЙ в обуЧении Физике в Школе и вузе In the article «Innovation elements in teaching Physics at schools and institutes of higher education»

the author proposes a range of specific and effective approaches on motivation of cognitive interest to the learning process of physical laws and phenomena as a factor of enhancing the education quality of Physics.

в современных условиях весьма прагматично настроенных устремлений молодежи, приведших к резкому спаду интереса ко всем естественным наукам, в особенности к фундаментальным и прикладным и как следствие к довольно ощутимому кадровому вакууму не только в индустриально-производственной среде, но и в других жизненно важных отраслях развивающейся экономики страны. Необходимость, актуальность решения проблемы подготовки и формирования компетентного кадрового потенциала страны, особенно инженерно-технических специальностей, очевидно. и также очевидно, что решение этой проблемы следует начинать с поднятия, хотя бы на прежний, доперестроечный, уровень познавательный интерес учащихся ко всем естественным наукам, и прежде всего к физике – основы всех инженерно-технических наук, и начинать со школьной скамьи. Для развития интереса, в частности к физике, помимо социально-экономических перемен, необходимы новые инновационные подходы к обучению физике в школе и вузе [1,2,3].

Инновация (от англ. innovation – нововведение, новация) – это изменения внутри системы.

инновации – это и идеи, и процессы, и средства, и результаты, взятые в единстве качественного совершенствования педагогической системы. “Инновационное обучение”- процесс и результат такой учебной и образовательной деятельности, которая стимулирует вносить инновационное изменение в существующую культуру, социальную среду, и связан с творческим поиском на основе имеющегося опыта и тем самым с его обогащением.

инновационные подходы к обучению в настоящее время делятся на два основных типа:

- инновации-модернизации, ориентированные на высоко-эффективное репродуктивное обучение,

- инновации-трансформации, преобразующие традиционный учебный процесс, направленные на обеспечение исследовательского характера, ориентированные на поисковую учебно- познавательную деятельность.

Применительно к педагогической системе (Пс) можно выделить следующие главные направления инновационных преобразований: Пс в целом, учебные заведения, педагогическая теория, педагогические технологии, содержание, управление, цели, результаты и другие.

Таким образом, принятие и реализация новых образовательных ориентиров, инновационных подходов к образовании, предполагают эффективное развитие следующих тенденций:

- дифференциацию образования, большую вариативность, - индивидуализацию (по способностям),

- демократизацию, децентрализацию - предоставление учебным заведениям и педагогам работать по разнообразным программам и учебникам, в том числе и по своим,

- интеграцию образования, направленную на формирование у учащихся целостного представления об окружающем мире, развитие интегративного мышления и т.д.

реализация инновационных подходов на конкретном предметном уровне нам представляется

как вариативность и содержания, и методических приемов при обучении в частности, физике [4,5]. и как нам видится, сегодня одним из эффективных подходов по развитию и формированию познавательного интереса к фундаментальной науке физике является системная актуализация практической значимости изучаемых физических законов и явлений, для осознания учащимися их несомненной важности не только для всей цивилизации, но и для каждой личности в сфере их будущей профессиональной деятельности. и действительно, как показывает многолетний опыт обучения учащихся физике, познавательный интерес к физическим законам и явлениям существенно повышается при обосновании их важности в практической деятельности. в особенности, если делается акцент на связи этих законов со стратегическими задачами развития нашей страны.

Это способствует также более глубокому и серьезному пониманию факта возрастающей востребованности специалистов с фундаментальным, естественнонаучным образованием в настоящем и в будущем, что ведет к формированию жизненных и профессиональных стратегий учащихся.

Рассмотрим несколько конкретных примеров инноваций в различных темах курса физики в школе и вузе.

1. Изучение закономерностей движения жидкости и газов, в теме: «механика жидкостей и газов» – актуализируется раскрытием значимости этой темы, обоснованием её связи со стратегическим направлением развития нашей страны – нефтегазовой отраслью. Необходимость знания закономерностей движения жидкости и газа по трубам при их перекачке из нашей страны и через нашу страну мотивирует познавательный интерес к изучаемой теме, пониманию таких физических характеристик как вязкость, сила сопротивления, аэродинамический коэффициент, числа Re, критические значения:

υ

_крит., Re_крит. и др.

А как известно, знания и понимание – основа для развития умений использовать их при решении конкретных практических задач, например, оценить одну из слагаемых уравнения Бернулли – динамическое давление, соответствующее определенной критической скорости

υ

кр, при этом необходимо, прежде, определить возможные значения

υ

_кр , самому студенту выбрав исходные данные, близкие к реальным для нашей страны. Формирование умений и навыков к самостоятельной, творческой деятельности одна из важнейших составляющих в системе обучения физике в школе и вузе.

2. еще одна тема «Электрический ток в жидкостях» (в частности, электролиз, ), известная студентам из школьного курса физики всегда увязывается нами с бурно развивающейся металлургической промышленностью в нашей стране (усть-каменогорск, Жезказган, Темиртау), имеющей адекватно огромные ресурсные потенциалы. информация о громадных

«электролитических ваннах», в которых благодаря электролизу получаются чистые металлы, и которые имел возможность видеть твой преподаватель, с большим интересом и любопытством воспринимаются студентами, поскольку и здесь акцент делается на то, что это очень практически важная составляющая развития нашей страны в настоящем и в будущем. разумеется, мы подчеркиваем и то, что данная тема имеет множество других существенно важных направлений применения: энергетика, экология, искусство, архитектура и т.д.

3. Понятие о вакууме и эффузионные процессы в сильно разряженных газах привлекают внимание студентов, когда обосновываешь их значимость и применение, например, для обогащения урана, по запасам которого мы занимаем четвертое место в мире и его реализация тоже важнейшая стратегическая составляющая экономики нашей страны – это во-первых.

во-вторых, как еще одна мотивация интереса к изучаемой теме, нам представляется обоснованный акцент по применению вакуумных установок при решении чисто прагматических задач, например, в технологических процессах пищевой отрасли для упаковки продуктов, и как известно, сегодня вакуумные упаковки продуктов находят все более широкое распространение.

в-третьих, что представляет исключительную важность – это использование вакуумных технологий в медицине для создания необходимых термо-барометрических условий в лечебных барокамерах и др.

Далее следует отметить, что у многих студентов оказалось весьма примитивное представление о вакууме, что следовало из их ответов на лаконичный вопрос преподавателя: Что такой вакуум?

Научное определение понятия вакуум требовало знакомство с такими характеристиками движения газовых молекул, как эффективный диаметр , эффективное сечение , длина свободного пробега и других общих характеристик термодинамической системы, от которых зависит величина длины свободного пробега

λ

. Таким образом, выстраивается цепочка мотивов, стимулов для изучения предлагаемой темы, в которой важной физической величиной оказывается длина свободного пробега газовых молекул.

следующий вопрос: какой закон, известный из школьного курса физики, может быть использован для измерений давления сильно разреженных газов? - предполагает активизацию мыслительной деятельности учащихся, стимулирование поисковой познавательной деятельности.

Не менее важны для развития творческого потенциала учащихся задания проблемного, и разумеется, поискового характера: определить уровень давления разреженного газа в мм.рт.ст.

для различных значений

λ

(исходные данные выбрать самому), какова при этом концентрация

n

молекул газа?

4. явления переноса в газах: диффузия, вязкость, теплопроводность – это неотъемлемая среда нашего обитания, это процессы, сопровождающие жизнедеятельность нашего организма, это важные аспекты научных исследований не только естествознания, но и социальных наук, поскольку от этих явлений зависят возможности создания комфортности в социальной сфере – такая актуализация предстоящих к изучению физических явлений нам тоже представляется как мотив, стимул к осознанному изучению законов и уравнений, трактующих эти явления, напомним их.

- уравнение диффузии (или закон Фика):

t x S

M ∆ ∆

∆ - ∆

=

∆ λ υ ^& ρ

3

1 _{S t}

D x ∆ ∆

∆ - ∆

= ρ

- уравнение вязкости, определяющее силу внутреннего трения в жидкостях и газах (закон . Ньютона):

t S

f

_кв

∆

∆ - ∆

= λ υ ρ υ 3

1 _S

x ∆

∆ - ∆

= η υ

- уравнение теплопроводности для газов (закон Фурье):.

t x S

c T

Q

_v

∆ ∆

∆ - ∆

= λ υ ρ 3

1 S t

x T ∆ ∆

∆ - ∆

= χ

_.

как видно из уравнений все три коэффициента переноса (

_{D ,} η _, χ

) зависят от средней длины свободного пробега молекул

λ

, поэтому для научных изысков важна возможность рассчитать

λ

по известным

_{D ,} η _, χ

и кроме того, зная плотность газа

ρ

вычислить диаметры молекул.

как пример, раскрывающий внутри-предметные связи здесь можно предложить конкретную практическую задачу: оценить

λ

для молекул азота атмосферного воздуха при нормальных условиях и определить диаметр

d

молекул азота.

Подобная мотивация познавательного интереса к рассматриваемым темам через ясное, понятное каждому студенту обоснование, раскрывающее её значимость лично для каждого из студентов независимо от области его будущей профессиональной деятельности дают эффективные результаты.

5. в подобном ключе изучаются и множество других тем, например, «закон сохранения импульса – основа реактивного движения, уравнения мещерского и.в., циолковского Э.к.»

с напоминанием, что мы – «космическая держава» – с Байконура почти ежемесячно взлетают ракеты.

освоение космоса и подготовка специалистов для успешной работы на космодроме Байконур – одно из стратегических направлений развития нашей страны. Поэтому каждый образованный человек (а не только профессионал в этой области) должен знать принципы реактивного движения, законы, управляющие этим движением, оценку космических скоростей для разных планет и др.

все указанные инновационные приемы дают положительный эффект, что подтверждается в процессе текущего и рубежного контроля знаний и умений студентов, когда почти каждый из первокурсников с легкостью записывая закономерности, находящиеся вне школьный программы по физике:

C

_либ.

= f (Re)

_{; ;}

уравнения мещерского и циолковского:

;

ясно и четко поясняет их смысл (содержание), назначение, демонстрируя понимание значимости этих и других законов физики для различных сфер научно-технической, производственной и другой деятельности любого современного общества и, естественно, для каждого из нас.

6. в обобщающей теме «Фундаментальные физические теории» мотивация познавательной деятельности – это нововведение в содержание практических занятий, задания по расчету мировых «предельных» констант м.Планка – m_p,

ρ

p _{, Tp} и др., подчеркивающих значимость для научных исследований фундаментальных постоянных природы

γ

_{, с,}

_h

_[6].

Представляем фрагменты содержания практического занятия: «Фундаментальные физические теории и расчет Планковских констант»

Необходимые предварительные знания: Начало классической механики, молекулярно- кинетической теории и квантовой физике.

Теоретическая часть

По современным естественнонаучным воззрениям все объекты природы и сама природа в целом (т.е. вселенная) подчиняются единым принципам эволюции. Это отражается в так называемых мировых (универсальных) константах, входящих в математические формулы законов природы.

комбинирование универсальных констант, т.е. объединение их в более сложные математические соотношения - один из путей углубленного познания природы. Такое комбинирование устанавливает взаимоотношения между различными фундаментальными законами. Например, между гравитацией и электромагнетизмом, относительностью и внутриядерными процессами и т.д.

один из наиболее эффективных и перспективных подходов в «конструировании констант»

получил название планковского по имени ученого м. Планка, впервые применившего его в 1900 г. в теоретических расчетах квантов (т.е. минимальных порций) энергии элементарных частиц.

Планковские константы, изучаемые в данной работе, как предполагают ученые, определяют границы применимости физической теории к явлениям объективного мира. опытная проверка такого предположения является делом будущего.

Ход выполнения работы

1. Повторить фундаментальные физические законы: , ,

ε = _h ν

_.

2. вывести размерности постоянных: Планка, гравитационной и скорости света в вакууме в системе измерений си и записать их значения в этой системе с точностью до трех значащих

цифр.

ответ:

[ ] h

= ;

[ ] γ

= ;

[ ]

с c = м

.

h = Дж∙ с; ; . отметим, что современное опытное значение скорости света:

с = 2,997025∙10⁸ м\с

3. выведите соотношение между тремя вышеуказанными константами и планковской массой и рассчитайте значение последней.

решение:

h = E

_p

⋅ t

_p

= F

_p

⋅ l

_p

⋅ t

_p

;

₂ ²

;

p p p

m l F ⋅

γ =

p p p

l t h m ⋅

=

2

γ

^;

p p

t

C = l ;

γ

с m

_p

h ⋅

=

_{; .}

Примечание. Индексом «р» здесь и далее отмечены планковские величины.

По современным научным представлениям

m

_p - максимально возможная масса элементарной частицы.

4. Найти значение планковской длины с примнеением «второго закона Ньютона»:

c m t

F

_{p p}

=

_{p .}

ответ:

По современным научным представлениям

l

_p определяет квант пространства.

Экспериментальная физика пока в состоянии уверенно исследовать материальные процессы в пределах расстояний не менее, чем

10^-15-10^-18м.

5. определить значение планковской плотности (вещества).

решение: используя расчетные знания максимальной массы и минимального объема, получим:

6 ; 1

3

min

l

p

V = π

_.

Для сравнения: плотность земли (в среднем) . Плотность ядерного вещества:

максимальная из известных плотностей - для нейтронной звезды – составляет

Аналогичным образом определяются и планковское время , и температура

к, и сила , и энергия Дж.

в заключении отметим, что полученные выше формулы и соответствующие числовые значения планковских констант, несмотря на «школьный» способ их выведения и явно недостаточную строгость подхода, практически не отличаются от полученных в теоретической физике с

использованием там самых современных научных концепций. различие состоит в том, что в

«серьезных » формулах вместо h используется

₂ π

= h

h

- так называемая приведенная постоянная Планка, или постоянная Дирака:

замена h на

h

объясняется только соображениями рационализации, но не научной строгости.

Числовые же отличия в соответствующих планковских константах составляют менее порядка величины (объясните – почему?), да и не для всех из них.

и здесь же, согласимся с Луи де Бройлем: «Таинственная постоянная

h

- великое открытие макса Планка», понимая, что именно с гипотез м.Планка началось зарождение новой современной физики – физики микромира, квантовой (волновой) механики, раскрывавшей, в свое время, перед учеными невообразимую, фантастическую картину мироздания.

список литеРатуРы

1. Государственная программа развития образования в рк на 2005-2010гг.//образование в республике казахстан №1. -Астана, 2008. –с.206-208.

2. концепция развития образования республики казахстан до 2015 года // Педагогический вестник, 2003. -№12.

3. Лигай м.А, морзабаева р.Б., магжанова к.о. инновационная политика рк в области образования как программа инновационной деятельности педагогов физиков. // материалы международной конференции. кокшетауский гос.университет, 2006. -с.245-249.

4. Лигай м.А, ермекова Ж.к., Балашова Н.в. Новые педагогические технологии как средство реализации инновационных подходов в образовании //вестник еАГи №1, 2006. –с.196-199.

5. Лигай м.А, ермекова Ж.к. инновационные подходы к обучению и некоторые формы контроля знаний //материалы 6-ой научно-методической конференции. -Астана: еНу, 2005. -с.180-182.

6. Липовко П.о. Практикум по естествознанию. -ростов, н/Д: Феникс, 2001. -с.184-189.

Поступила в редакцию 16.12.2010.

Ю.с. литвиненко

Развитие коммуникативных пеДагогиЧеских технологиЙ в аксиологиЧеском аспекте

образовательные коммуникативные технологии нового поколения осуществляются на пути интеграции и модернизации ряда других общеобразовательных программ. коммуникативный технологический подход в системе образования и науки является сравнительно новым явлением, особенно, когда увязывается с программой 12-летнего обучения.

Главной сферой предметных аксиологических ценностей выступают продукты целесообразной деятельности человека, воплощающей представления личности и общества о совершенстве. в качестве предметно воплощенной ценности может выступать как результат деятельности, так и сама деятельность.

Предметные ценности предстают как объекты потребностей и интересов человека.

XXІ век дает возможность образованию из элитного превращаться в массовое, приобретая тем самым характерные черты производственного процесса. Это те, которые происходят на фабриках и заводах, в школах и других учебных заведениях. именно они должны выдавать продукцию без

«брака», Человека с высоким потенциалом профессиональных знаний.

опытные педагоги результативно применяют часто коммуникативные технологии в обучении школьников, у которых итоги успеваемости становятся гораздо выше, чем использование одной технологии. коммуникативные приемы дают возможность в целом улучшить комплексные технологии обучения в аксиологическом аспекте.