CC BY
46
ББК 74.580:22.3
Л. П. Скрипко Астраханский государственный технический университет
ФОРМИРОВАНИЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНО ЗНАЧИМЫХ УМЕНИЙ ПРИ ИЗУЧЕНИИ КУРСА ОБЩЕЙ ФИЗИКИ СТУДЕНТАМИ ТЕХНИЧЕСКИХ УНИВЕРСИТЕТОВ
В государственном образовательном стандарте высшего профессионального образования (ГОСвпо) определены требования к содержанию подготовки дипломированного специалиста для направления 655000 «Химическая технология органических веществ и топлива» с присвоением квалификации инженера. Суть требований ГОСвпо, предъявляемых к инженеру, выпускнику технического университета, заключается в том, что дипломированный специалист должен уметь решать практически значимые задачи, возникающие в его будущей профессиональной деятельности, применяя приобретенные за время учебы знания. Конкретизация квалификационных умений инженера данного направления подготовки позволила выделить следующие типы задач: 1) получение вещества в заданном состоянии с требуемыми свойствами; 2) разработка технологии получения вещества в заданном состоянии с требуемыми свойствами; 3) разработка технологии выполнения деятельности с конкретным веществом; 4) устранение отклонений от нормы значений физических параметров, характеризующих состояние вещества; 5) нахождение или оценка значений физических величин, описывающих свойства вещества в заданном состоянии; 6) управление технологическим процессом получения вещества в заданном состоянии с требуемыми свойствами; 7) хранение или транспортировка вещества в определенном состоянии без изменения заданных свойств.
Роль курса общей физики в профессиональном образовании студентов рассматривается такими педагогами-исследователями, как Л. Н. Масленникова, А. В. Шильников, Н. М. Галиярова, Е. Г. Надолинская, В. А. Фе-дорихин, Н. Е. Чеботарев, Л. А. Васильева, В. Н. Нестеров, А. И. Бурханов, Л. В. Жога и др. [1, 2]. Рассмотрены сложившиеся подходы в преподавании курса общей физики при подготовке инженеров. Это раскрытие возможных выходов курса общей физики в будущую специальность без изменения его содержания и разработка дидактических средств с профессиональной направленностью. При этом предполагается, что будущий инженер сможет успешно применять знания по физике для решения профессиональных задач в своей деятельности. Однако констатирующий эксперимент, в котором приняло участие 400 студентов 1-3 курсов Астраханского государственного технического университета (АГТУ), 200 студентов и выпускников Астраханского строительного института, Нижегородской академии инженеров водного транспорта, Краснодарской сельскохозяйственной академии, показал, что студенты не помнят описание технических
средств и их характеристики, вводимые при изучении курса общей физики, и не пользуются научными знаниями при решении профессиональных задач. Знания по физике не являются основой деятельности студентов при разработке методов решения профессиональных задач. Это подтверждается тем, что 80 % студентов, участвовавших в эксперименте, не смогли самостоятельно спланировать действия по решению конкретных профессиональных задач.
Таким образом, существующие подходы к профессиональной направленности при изучении курса общей физики не позволяют подготовить студентов к решению задач, указанных в ГОСвпо. Можно утверждать, что существуют противоречия между потребностью в специалистах-инженерах, способных решать профессиональные задачи с применением знаний по физике, и невозможностью удовлетворить эту потребность на основе сложившейся методики при изучении курса общей физики студентами в техническом университете. Существующее противоречие обусловливает актуальность данного исследования.
Указанные выше типы задач выделены при анализе видов профессиональной деятельности инженеров-технологов химического производства. Конечными продуктами решения большинства из них являются химические продукты с заданными свойствами; или технология их получения; или нахождение значений параметров, описывающих свойства химического продукта в определенном состоянии и др. По сути, это химические задачи. На первый взгляд кажется, что такие задачи нецелесообразно предлагать студентам, изучающим курс общей физики. В то же время обобщенные методы решения [3] этих задач содержат действия, выполняемые с применением не только знаний по химии, но и знаний по общей физике. Действительно, такие действия, как:
1) выявление физических процессов, явлений, воздействий, которые могут быть причиной изменения состояния вещества и приобретениа им требуемых свойств;
2) выделение условий осуществления выявленных процессов, явлений, воздействий;
3) проведение расчетов энергии по получению требуемого вещества в заданном состоянии;
4) составление принципиальной схемы установки, позволяющей перевести заданное вещество из начального состояния в требуемое, выполняются с опорой на знания по физике. Формирование обобщенных методов возможно только в том случае, когда студенты обучены способам выполнения каждого действия, входящего в их содержание. Поэтому при изучении курса общей физики необходимо до решения типовых профессиональных задач [4, с. 5] сформировать у студентов действия, которые выполняются с применением знаний по физике. Овладение каждым отдельным действием осуществляется с помощью специальной серии упражнений, целью которых является многократное выполнение вида деятельности, сформулированного в названии действия.
После того как отработаны все необходимые действия, можно обучать студентов обобщенным методам решения рассматриваемых задач. Задачи при этом должны быть физические, практически значимые, предполагающие в результате решения либо получение физического объекта (вещественного или полевого), технического устройства, прибора либо нахождение значений физических величин, описывающих свойства объекта, и др.
Обучение обобщенному методу решения задач определенного типа начинается в конкретной теме курса общей физики в соответствии с принципом: знаний темы должно быть достаточно для выполнения всех действий формируемого методом [1, с. 41]. Для эффективного овладения студентами методом решения задач определенного типа необходимо, чтобы задачи именно этого типа могли быть решены в четырех следующих друг за другом темах на основе знаний, полученных при их изучений. При этом последовательно организуются следующие этапы: мотивационный, подготовительный, методологический, этап самостоятельного планирования действий при разработке метода решения задач с опорой на обобщенный метод, этап самостоятельного решения конкретных профессиональных задач разного типа. Последний этап может продолжаться как практикум по решению полностью профессиональных задач инженера-технолога в блоке специальных и профессиональных дисциплин.
Таким образом, методика формирования у студентов обобщенных методов решения профессиональных задач с применением знаний по курсу общей физики состоит из следующих этапов:
I - обучение отдельным действиям обобщенного метода решения типовых профессиональных задач при изучении студентами курса общей физики.
II - мотивационный. Его цель состоит в создании у студентов потребности овладеть обобщенными методами решения будущих профессиональных задач на основе знаний, приобретенных при изучении курса общей физики.
III - подготовительный. На этом этапе студенты накапливают методы решения задач определенного типа в конкретном виде.
IV - методологический, на котором происходит выделение и усвоение обобщенного метода решения задачи определенного типа.
V - этап самостоятельного планирования действий при разработке метода решения задач с опорой на обобщенный метод.
VI - этап самостоятельного решения конкретных профессиональных задач разного типа.
Приведем примеры решения задач на основе обобщенного метода.
Задача. Засорение труб и арматуры, разрыв паропроводов, трещины вследствие коррозии быстро приводят к застыванию серы внутри трубы. Такой участок трубы вырезается вместе с застывшей в ней серой и отправляется на металлолом, т. к. невозможно расплавить серу внутри трубы. Каким образом устранить застывание серы внутри трубы?
Метод решения
1. Выделить вещество, параметры состояния которого должны соответствовать нормативным. Рассматриваемым веществом в данной задаче является жидкая сера 82, которая движется внутри теплоизоляционного трубопровода с паровым обогревом.
2. Выделить нормативные параметры состояния этого вещества. Сера должна находиться в жидком состоянии, а это возможно при следующих нормативных параметрах: плотность р = 1 800 кг/м3; теплоемкость с =
0,26 ккал/(кг°С); вязкость - 4,510-6м2/с; температура - 125-140 °С.
3. Выделить параметры состояния вещества, отличающиеся от нормативных. В данной задаче это температура меньше 125 °С. При уменьшении температуры вязкость жидкой серы повышается до 22-10-6 м2/с и загустевшую серу невозможно прокачать по трубе, через 5-7 минут она кристаллизуется и при этом разрывает трубу.
4. Выделить явления, которые могут быть причиной этого отличия. Недостаточная подача (или полное прекращение подачи) пара в паровую рубашку серопровода, вследствие чего серопровод быстро остывает до температуры кристаллизации серы.
5. Установить, какое из явлений служит причиной отклонения от нормы значений параметров состояния данного вещества. Причина прекращения подачи пара: а) засорение паровой арматуры (вентилей, конден-сатоотводчиков, тройников и т. д.); б) трещины в паропроводе вследствие коррозии, механических повреждений; в) аварийная ситуация на котельной.
6. Выделить условия, при которых явление - причина не могут существовать. В данной задаче - перевод системы обогрева серопровода на другой тип теплоносителя, т. е. вместо водяного пара использовать действие электромагнитных полей (скин-эффект).
7. Подобрать оборудование, с помощью которого можно реализовать эти условия. Необходимое оборудование: проводник и источник тока.
8. Разработать систему действий по практической реализации условий, при которых явление - причина не может существовать.
Система действий по практической реализации такова: необходимо собрать электрическую цепь из нескольких проводников, наматывая их на трубу по спирали. Схему подключения к источнику питания принимаем такую, чтобы падение напряжения в проводнике было минимальным (питающие проводники должны быть как можно короче). Для уменьшения длины проводника делим его на две секции, подключая к двум разным источникам питания. В каждой секции делим нагревательные элементы на три группы.
Обучающий эксперимент проводился с 2003 по 2006 г. со студентами 1-2 курсов химико-технологического факультета АГТУ, преподавателями АГТУ. В эксперименте проверялась сформированность у студентов четырех выделенных действий обобщенного метода решения профессиональных задач. Для проверки сформированности этих умений разрабатывались
специальные задания. При выполнении заданий предлагалось прописывать все действия обобщенного метода решения профессиональных задач с сохранением последовательности.
Первый контроль проводился после формирования у студентов выполнения выделенных действий метода в нескольких темах. Например, сформированность выделенных действий проверялась на 1-м курсе в группах ДХТ-11, 12 и ДХГ-11, 12 во 2-м семестре и в группах ДХТ-21, 22 и ДХГ-21, 22 в 3-м семестре. Результаты у студентов 1-го курса оказались чуть ниже, чем у студентов 2-го курса, вследствие того, что в группах ДХТ-21, 22 и ДХГ-21, 22 была возможность отработать эту деятельность на большем количестве различных физических явлений. Результаты выполнения задания, связанного с расчетом энергии по получению требуемого вещества в требуемом состоянии разработанным методом у студентов 2-го курса были значительно выше. Все результаты выполнения студентами специальных заданий представлены на рис. 1.
Рис. 1. Результаты формирования у студентов отдельных действий метода
Для проверки сформированности обобщенного метода решения профессиональной задачи, связанной с устранением отклонений от нормы значений параметров, характеризующих состояние вещества, нами разработаны следующие задания.
1. Устраните загрязнение воздуха от пыли, дымовых газов и масляного тумана при его сжижении.
2. Испарение углеводородов приводит к снижению качества топлива и созданию пожароопасных ситуаций. Устраните испарение бензина при его хранении.
3. Устраните образование новых примесей при получении меди из мельхиора путем электролиза.
Второй контроль осуществлялся после выделения обобщенного метода решения задачи на 2-м курсе в 3-м семестре. При этом на контрольном этапе было дано задание: выделяя каждое действие обобщенного метода решить предлагаемую задачу. Результаты формирования обобщенного метода решения задачи представлены на рис. 2.
93% -|
92% -91% -90% -89% -88% -87% -86% -85% -84% -
Выделение дейс твий Обобщенный
метод решения
Рис. 2. Результаты формирования обобщенного метода решения задачи, связанной с устранением отклонений от нормы значений параметров, характеризирующих состояние вещества
Из диаграммы видно, что большинство студентов усвоили обобщенный метод выделенной задачи и могут применять его при решении.
Таким образом, проведена экспериментальная оценка эффективности предлагаемой методики. Результаты показывают, что большинство студентов химико-технологического факультета технического университета овладевают обобщенными методами решения профессиональных задач и могут успешно планировать свою деятельность. Данный подход к формированию у студентов инженерных специальностей технического университета методов решения профессионально ориентированных задач может быть использован преподавателями других дисциплин.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Стефанова Г. П. Подготовка учащихся к практической деятельности при обучении физике: Пособие для учителя. - Астрахань: Изд-во Астрахан. гос. пед. ун-та, 2001. - 184 с.
2. Стефанова Г. П. Формирование у учащихся обобщенного приема решения физических задач: Автореф. дис. ... канд. пед. наук. - М., 1979. - 16 с.
3. Масленникова Л. Н. Программа и методические указания по физике (по направлению подготовки дипломированных специалистов 651400 Машиностроительные технологии и оборудование) - М., 2000. - 35 с.
4. Физика в системе современного образования: Тез. докл. VII Междунар. конф. (14-18 октября 2003 г.) - СПб.: Изд-во РГПУ, 2003. - С. 90-92.
Получено 16.05.06
MASTERING OF THE PROFESSIONAL SKILLS IN THE PROCESS OF STUDYING PHYSICS IN TECHNICAL COLLEGES
L. P. Scripko
There are singled out seven main professional tasks, and to carry them out knowledge of physics is necessary. To teach students the generalized methods the requirements of making up of the professional tasks are worked out. There is also suggested a method of training students to use some separate operations of the generalized method in accomplishment of tasks, connected with getting of the substance with the required characteristics in certain condition by the example of special exercises. The author of the article gives a method of training students in generalized methods of problem solution by the example of the professional task: “Elimination of deviations from the norm of the parameters characterizing the substance condition” in studying physics as a subject of the general basic program. It was theoretically proved that the basic course of physics allows students of the technical university to form professional skills.
