Результаты работы преподавателей кафедры общей физики за 2010 год
продолжил работу по двум направлениям.
1. Исследование биокибернетических систем.
Велась работа по привлечению студентов и школьников к НИР.
При решении задач определения освещённостей, создаваемых в воде надводными и подводными источниками света, были сделаны предположения о том, что оптимальным излучателем является серое тело – вольфрамовая нить.
Затем исследовались зависимости освещённости от ряда параметров модели: глубины лова, расстояния от источника до приёмника света, углов падения и преломления света, метеорологической дальности и др. На основании анализа полученных результатов даны рекомендации по выбору эффективных параметров селективных источников света в системах лова рыбы. Эти рекомендации представляют значительный интерес для килькодобывающих предприятий Каспийского бассейна.
Основное внимание было уделено разработке математической модели канала передачи электромагнитного излучения оптического диапазона насекомых с различными типами зрения: моно-, ди - и трихромного. Решалась задача исследования зависимости информационных критериев качества указанных систем от геометрических параметров БКС, особенностей ландшафта местности и режима естественной освещённости. На основании полученных результатов даны рекомендации по выбору эффективных параметров элементов БКС и системы в целом.
2. Разработка учебно-методических комплексов по физике для студентов университетов (совместно с , ).
Рациональное использование натурных демонстраций и видеозаписей реальных физических экспериментов, компьютерных анимаций, моделей, иллюстраций и т. д. в лекционном курсе даёт возможность: повысить наглядность при введении новых (достаточно сложных и абстрактных), особенно для студентов 1 курса, физических понятий и при объяснении сложных физических явлений и законов; компенсировать отсутствие у студентов 1 курса необходимого математического аппарата за счёт большей наглядности и качественной стороны рассмотрения физических явлений; изложить материал общего курса физики с учётом специфики профиля основной специальности студентов. В настоящий момент найдено оптимальное соотношение между компьютерными и натурными демонстрациями. Необходимо отметить, что технические возможности современных компьютеров могут служить и для развития натурного эксперимента. Стало возможным как повторять на качественно новом уровне эксперименты, по праву считающиеся классическими, так и разрабатывать принципиально новые демонстрации.
Получено два свидетельства на регистрацию интеллектуальной собственности.
В рамках работы по совершенствованию ЭУМК – модернизации лекционных демонстраций – проведены следующие работы: изучен опыт проведения демонстраций на лекциях в Московском государственном и Казанском государственном университетах; создан банк данных видеодемонстраций по физике, который в настоящее время систематизируется.
Разработана базовая часть УМК по физике (раздел «Оптика и атомная физика») для студентов инженерных специальностей университетов. Авторы – , , , .
,
Тема: «Исследование монокристаллических феррит-гранатовых структур»
Исследование влияния внешних воздействий (в том числе механических) на доменные структуры плёнок. Теоретическое и экспериментальное изучение процессов динамического перемагничивания плёнок, в том числе с квазиплоскостной анизотропией. Результатом работы по данной теме являются статьи и доклады на научных конференциях и на Итоговой научной конференции АГУ.
Тема: «Формирование представлений о физических принципах работы компьютера»
В рамках темы исследования изготовлены и апробированы установка по приёму и передаче цифрового сигнала по инфракрасному каналу связи и модель аналого-цифрового преобразователя, иллюстрирующая влияние частоты дискретизации на правильность производимого преобразования. На данную модель получено свидетельство о регистрации интеллектуальной собственности. Опубликован ряд статей по результатам исследования.
Тема: «Фундаментальная подготовка по физике как основа формирования профессиональной компетентности будущих учителей физики»
В истекшем году в диссертационном совете ДМ 212.027.04 при ГОУ ВПО «Волгоградский государственный педагогический университет» защищена докторская диссертация на тему «Фундаментальная подготовка по физике как основа формирования профессиональной компетентности будущих учителей физики» по специальности 13.00.02 «Теория и методика обучения и воспитания» (физика, общий и профессиональный уровни).
Актуальность темы исследования обусловлена потребностями в разработке и реализации новой методической системы обучения общей физике будущих учителей физики на базе фундаментальной подготовки по предмету, способствующей формированию их профессиональной компетентности как целостной характеристики готовности к образовательной деятельности в школе. Были получены следующие результаты исследования:
1) определён состав специальных профессиональных компетенций будущего учителя физики (предметные, мировоззренческие, методологические и информационно-математические), через которые заданы цели обучения общей физике;
2) на основе теоретико-методологического анализа уточнено содержание фундаментального физического образования, выделены его основные компоненты (содержательные линии), являющиеся главными ориентирами при формировании предметной составляющей профессиональной компетентности учителя физики;
3) разработана концепция и сконструирована модель методической системы обучения общей физике студентов специалитета и бакалавриата направления «Физико-математическое образование»;
4) на новых концептуальных основаниях представлена методика обучения студентов общей физике, выделено фундаментальное ядро как основа содержания современного курса общей физики, определено место мировоззренческих и методологических вопросов в курсе общей физики, предложен и реализован способ представления изучаемого материала, который соответствует логике научного познания, а также логике формирования профессиональной компетентности учителя физики.
Научная новизна результатов исследования заключалась в том, что обучение будущих учителей общей физике впервые было рассмотрено с позиции формирования их профессиональной компетентности. Соответственно цели обучения общей физике сформулированы с учетом места и роли данной дисциплины в формировании профессиональной компетентности учителя физики. В структуре целостной профессиональной компетентности выделены специальные профессиональные компетенции учителя физики, которые объединены в четыре содержательные линии: предметную, мировоззренческую, методологическую и информационно-математическую. Обосновано, что указанные содержательные линии являются главным ориентиром при решении образовательных задач, входящих в структуру профессиональной компетентности будущего учителя физики. На этой основе разработана новая концепция методической системы обучения общей физике студентов специалитета и бакалавриата направления «Физико-математическое образование». Получены научные знания об условиях формирования профессиональной компетентности будущих учителей: фундаментальность физического образования; взаимосвязь принципов фундаментальности и профессиональной направленности при построении и реализации модели методической системы обучения общей физике; представление изучаемого материала в соответствии с логикой научного познания, наиболее полно выраженной в процессе становления физической теории, в формировании всех содержательных линий фундаментального физического образования.
Теоретическая значимость исследования заключается в том, что его результаты вносят вклад в теорию и методику обучения физике в вузе и предлагают варианты решения важнейшей проблемы современного образования – определение места предметного компонента в структуре целостной профессиональной компетентности учителя физики. Полученные результаты раскрывают новые возможности проектирования содержания и структуры курса физики с учетом содержательных линий фундаментального физического образования (предметной, мировоззренческой, методологической и информационно-математической). Исследование вносит вклад в научное обоснование структуры профессиональной компетентности современного учителя физики, в уточнение и расширение перечня требований к профессиональной подготовке будущих учителей физики, который может быть использован при разработке ГОС ВПО по направлению «Педагогическое образование». Расширены теоретические представления о содержании, структуре и функциях дисциплины «Общая и экспериментальная физика», о возможностях этой дисциплины в решении задачи формирования профессиональной компетентности будущих специалистов и бакалавров образования.
Практическая ценность результатов исследования заключается в создании методических рекомендаций для предметных и методических кафедр (при разработке образовательных программ, содержания, технологии, методических комплексов подготовки учителя физики по направлениям бакалавриата и специалитета). Разработана и апробирована методическая система обучения общей физике студентов педвузов, направленная на развитие предметной составляющей профессиональной компетентности, формирование научного мировоззрения, методологической культуры, ключевых компетенций, обеспечивающих выбор профессии и овладение ею. Результаты исследования рекомендуется использовать в практике обучения будущих учителей физики, а также в системе повышения их квалификации.
Материалы исследования представлены в 50 публикациях (в том числе: монографии – 3, пособия – 1, научные статьи – 21, материалы конференций – 24). В 2010 г. было опубликовано две статьи.
Тема: «Построение структурно-динамических моделей циклических и полициклических соединений»
Объектами исследования в 2010 г. в рамках данной темы являлись токсичные полихлорированные дибензодиоксины и дибензофураны. Построение структурно-динамических моделей таких соединений с использованием неэмпирических квантово-механических методов позволяет решать практические задачи, связанные с идентификацией молекул по их колебательным спектрам. Следующая группа объектов – замещённые нафтазарина, к которым относятся такие биологически активные соединения, как спиназарин, этилспиназарин, эхинохром, информация о структуре и спектрах которых является основой стандартизации соответствующих лекарственных препаратов кардиологического и офтальмологического действия.
Разработан и зарегистрирован алгоритм программы «Моделирование контуров колебательных полос». По теме опубликовано 8 статей.
Результаты апробированы на следующих конференциях:
· 13-я Международная молодёжная научная школа по оптике, лазерной физике и биофотонике (Саратов, 22–25 сентября 2010 г.);
· Международная конференция с элементами научной школы для молодёжи «Экокультура и фитобиотехнологии улучшения качества жизни на Каспии» (Астрахань, 7–10 декабря 2010 г.).
Тема: «Изучение диффузионных процессов при окислении переходных металлов (кобальта) в серосодержащих атмосферах»
Актуальность обусловлена нахождением скорости окисления кобальта и никеля в серосодержащих атмосферах.
Научная проблема, решаемая в рамках исследования, заключается в выяснении механизма окисления переходных металлов. Целью исследования является нахождение параболических констант при высокотемпературном окислении металлов (Co и Ni). Для достижения данной цели необходимо разработать теорию окисления переходных металлов в серосодержащих атмосферах.
Получено уравнение скорости окисления Co и Ni в серосодержащих атмосферах, и экспериментальные данные подтвердили теоретические положения. Результаты работы использованы в докладе на университетской научной конференции и при защите дипломной работы.
Тема: «Получение металлов из морской соли с помощью электрического поля»
В морской воде океанов содержится большое количество минералов, растворённых солей металлов. Отдельные металлы получаются в результате воздействия на воду с помощью электродов сильного электростатического поля.
Проблема получения металлов из морской воды является актуальной из-за большого количества металлов в воде, которых в процентном отношении в ней содержится мало. Можно предложить следующую схему получения металлов: 1) повышение концентрации морской воды; 2) использование ступенчатых фильтров, состоящих из наноотверстий, задерживающих определённые металлы (это является самой сложной задачей).
За отчётный период сделана экспериментальная установка для разделения электродами растворов, но электростатическое поле слабое и не все растворы солей разделяются. Поэтому в следующем году будет продолжена работа по получению более сильных электростатических полей.
Тема: «Измерение параметров неравновесных носителей в полупроводниках»
Актуальность темы обусловлена необходимостью разнообразить тематику лабораторных работ и демонстрационного эксперимента по электричеству и магнетизму.
Научная проблема, решаемая в рамках выполнения исследования: использование импульсов света для исследования свойств полупроводниковых материалов.
Цели исследования – разработка установки, в которой используется метод исследования параметров неосновных носителей тока в полупроводниках с помощью прямоугольных импульсов света.
Задачи исследования:
1) изготовление простейшего источника прямоугольных импульсов света;
2) подбор подходящего для исследования полупроводника с линейной рекомбинацией неосновных носителей тока;
3) теоретическое описание процессов линейной рекомбинации неосновных носителей тока;
4) измерение среднего времени жизни неосновных носителей тока в полупроводниках, времени срабатывания фоторезистора.
В 2010 г. были опубликованы доклады:
1. Кордонец, работа «Изучение релаксации неравновесных носителей тока в полупроводниках при линейной рекомбинации» / // Физические проблемы и перспективы развития : сборник материалов IX Международной научно-методической конференции. – М. ; Рязань, 2010.
2. Кордонец, исследовательские задания на лабораторных занятиях / , // Современная образовательная среда : материалы региональной научно-методической конференции, 17–18 марта 2010 г. – Астрахань : Издательский дом «Астраханский университет», 2010. – С. 257–260.
Тема: «Разработка электронных обучающих средств по курсу общей физики и их использование в очных системах обучения студентов и спецкурсах для школьников»
Изменения, произошедшие в жизни страны, ставят перед образованием новые цели. На смену жёсткому авторитарному образованию, дававшему высокий уровень общих знаний, приходит образование, направлениями развития которого становятся ориентация на развитие личности, создание возможности для творчества, практическая направленность обучения, использование современных информационных и коммуникационных технологий. Уровень знаний по физике у абитуриентов, поступающих в вузы, заметно снизился. Немало возникает проблем технического характера, связанных с обеспечением занятий демонстрационным экспериментом. В этих условиях проблема качества обучения физике в вузе становится весьма актуальной. Необходимо, чтобы курс физики, с одной стороны, обеспечивал высокий уровень фундаментальных знаний, необходимых для изучения специальных учебных дисциплин, с другой – становился практико-ориентированным. Если в содержательной части курс физики не претерпел серьёзных изменений, то в условиях информатизации при его преподавании должны быть широко использованы современные педагогические и компьютерные технологии.
Электронные обучающие средства позволяют повысить качество усвоения знаний и успеваемость студентов при изучении курса общей физики.
Актуальность применения электронных обучающих средств в преподавании физики в первую очередь связана с возможностью изучения и моделирования физических явлений и процессов. Кроме того, компьютер активно используется как средство визуализации демонстраций, контроля знаний, как инструмент познания.
Разрабатывается методика применения электронных обучающих средств при изучении курса общей физики, а также интерактивный продукт на основе научно-популярных материалов по физике, позволяющих повысить качество усвоения новых знаний.
целью исследования является повышение уровня усвоения содержания курса общей физики студентами вузов на основе применения электронных обучающих средств.
Задачи исследования:
1) изучить возможности использования новых информационных и педагогических технологий в процессе обучения курсу общей физики;
2) разработать структуру и содержание электронных обучающих средств;
3) разработать методику применения электронных средств в обучении физике.
За 2010 г. разработаны и обеспечены компьютерными моделями и демонстрациями лекционные занятия по таким темам курса общей физики, как электродинамика и магнетизм. Также разработаны тестовые задания в электронном виде.
