CC BY
16
Международный электронный научный журнал ISSN 2307-2334 (Онлайн)
Адрес статьи: pnojournal.wordpress.com/archive18/18-01/ Дата публикации: 1.03.2018 № 1 (31). С. 49-59.
удк 371 в. м. Зеленев, а. и. кустов
Формирование профессиональных качеств выпускников вуза в процессе научно-исследовательской деятельности
Представлены результаты применения АМД-методов для исследования структуры и свойств материалов. На основе моделирования комплексных лабораторных работ, предложен алгоритм решения физических проблем. Рассмотрены являющиеся элементами профессионально-методической подготовки студентов формы научно-исследовательской работы и пути их использования в образовательном процессе.
Ключевые слова: АМД-методы, информационные технологии в образовании,физико-механические характеристики металлов, дефектные структуры, оптимизационные задачи
Perspectives of Science & Education. 2018. 1 (31)
International Scientific Electronic Journal ISSN 2307-2334 (Online)
Available: psejournal.wordpress.com/archive18/18-01/ Accepted: 28 January 2018 Published: 1 March 2018
No. 1 (31). pp. 49-59. . . . . -j All/
v. m. zelenev, a. i. kustov
Formation of professional qualities of graduates of the university in the process of scientific research activity
Results of application of AMD-methods for studying the structure and properties of materials are presented. On the basis of the modeling of complex laboratory works, an algorithm for the solution of physical problems is proposed. The elements of the methodological preparation of students for the form of research work and the ways of their use in the educational process are considered.
Keywords: AMD methods, information technologies in education, physical and mechanical characteristics of metals, defective structures, optimization problems
1. Введение
звестно, что одним из базовых параметров выпускников ВУЗов является уровень их профессионально-методической подготовки (ПМП). Именно он определяет востребованность специалистов в современном мире. Достаточно сложная и трудноосуществимая задача - достижение на базе современного образовательного процесса необходимого уровня ПМП студентов ВУЗа. Её успешное решение возможно только при определенных условиях, прежде всего, при дополнении ПМП таким элементом как научно-исследовательская работа [1,2]. Участие в выполнении НИР студентов физико-математического факультета предполагает выстраивание инновационного процесса исследования выбранного явления. В ходе такого процесса важно определять набор их характерных
параметров, выявлять факторы воздействия, оценивать степени их влияния. Осуществление ПМП, при этом, связано с набором разноплановых задач, объединенных общей целью. Алгоритмы решения таких задач определяются закономерностями соответствующих физических разделов. Тогда, основные этапы эффективного формирования ПМП выпускников обуславливаются умением выбирать в таких условиях наиболее продуктивные решения, находить оптимальные условия для их реализации, увязывать воедино набор параметров для решения центральной проблемы.
Для обеспечения успешной профессионально-методической подготовки студентов, на наш взгляд, имеется 2 основных направления научно-исследовательской работы. Во-первых, это НИР, связанные с какими-либо технологическими приложениями закономерностей, сформулированных при изучении конкретных физиче-
ских процессов и явлений. Во-вторых, это НИР, направленные на внедрение инновационных образовательных технологий в процесс изучения естественнонаучных дисциплин, приводящие к совершенствованию методик изучения физических закономерностей. Рассмотрим на конкретных примерах исследования дефектных структур в диэлектриках и металлах, расчета параметров состояния сталей, изучения явления электромагнитного резонанса процессы формирования основных современных направлений НИР студентов.
Целью настоящей работы является предложение инновационных форм организации научно-исследовательской работы студентов физико-математического факультета, которые обеспечат использование их как элементов профессионально-методической подготовки. При этом важно реализовать внедрение этих форм в образовательный процесс дисциплины «Физика» и технологических дисциплин.
_2. Материалы и методы исследований
Алгоритм обучения с использованием НИР-подхода заключается в умении формулировать проблему исследований, анализировать пути её решения, выбирать нужные методы исследований или их совокупности. Не менее важно владеть методиками проведения экспериментальных измерений, методиками оценки их объективности и достоверности.
Рассмотрим на примере проблемы изучения свойств приповерхностных слоев материалов в конденсированном состоянии (КС) алгоритм обучения через НИР, предложенный нами. В целом ряде дисциплин, как фундаментальных, так и технологических, прикладных, эта проблема имеет самостоятельное значение [3,4]. Такие свойства материалов как упругость, прочность, пластичность и проч., в подавляющем числе случаев, определяются характеристиками приповерхностных слоев. В значительной степени, эти характеристики задаются или уровнем флуктуа-ций свойств изучаемых слоев, или параметрами систем дефектов [5].
Поэтому, при решении конкретной научной проблемы в рамках системы инженерного образования, в процессе научно-исследовательской деятельности, группой студентов (т1п1!аЬ) разрабатывается специальный алгоритм. При этом, высокий уровень понимания используемых физических закономерностей, оптимизация их использования в технологических приложениях, обеспечиваются выбором стратегии решения.
Разработанный алгоритм содержит: формулировку целей и предмета исследований, характеристики и параметры материалов, анализ которых обеспечивает решение поставленных задач. Кроме того, конкретизируются - круг методов, обеспечивающих взаимодополняющие из-
мерения искомых параметров, этапы получения результатов и их анализа, предложения по разработке дополнительных методов и их внедрению, выводы по работе.
В качестве примера, подтверждающего эффективность использования предложенной стратегии, было предложено решить задачу исследования флуктуаций свойств приповерхностных слоев материалов. Решение предполагалось осуществить на основе инновационных неразруша-ющих методов исследования материалов в конденсированном состоянии - АМД-методов [6,7].
В этом случае для получения информации поверхность образца облучается когерентными акустическими волнами, которые в зависимости от характеристик материалов, изменяют свои амплитуду и фазу. Анализ отраженных волн позволяет оценить степень изменения физических характеристик, их абсолютные и относительные значения [8,9].
Известно, что окружающая нас материя, по сути, является информацией, зафиксированной в различных видах. Однако, её прочтение, объективная трактовка и анализ обеспечиваются лишь при наличии различных, взаимодополняющих методов изучения структуры. Убедительным подтверждением данного тезиса является наличие различных типов микроскопии, основанных на применении электромагнитных волн ультрафиолетового, оптического, рентгеновского диапазонов, пучков электронов и нейтронов, акустических волн мега- и гигагерцевых частот.
На занятиях студентов технологических и технических профилей последний тезис формулируется еще более широко - «изучение информационных данных о различных видах материи надежно и достоверно, если осуществляется с помощью набора физических методов». Таким образом, он подтверждается рассматриваемыми в рамках курсов «Естественнонаучная картина мира» и «Физика» представлениями о глобальной "оптике изображений". Согласно этим представлениям информация о веществе получается с помощью полей различного типа. Прошедшие сквозь пленочные образцы или отраженные от поверхностных слоев материалов "волны" несут информацию о свойствах этих материалов, то есть, любая информация извлекается благодаря взаимодействию определенного типа. В настоящее время, интересные результаты сулит применение таких инновационных методов исследований как методы акустомикроскопической дефектоскопии (АМД).
Они позволяют рассчитывать значения скорости (ик) поверхностных акустических волн (ПАВ) в твердотельных материалах [10]. Настоящий параметр тесно связан с характеризующими внешние воздействия на материал величинами. Кроме того, он коррелирует с такими важными характеристиками объектов исследования как степень анизотропности структуры, коэффициент
поглощения акустических волн, упругие модули, и проч. [11]. Например, благодаря различию импедансов покрытий и подложек с помощью АМД-измерений, можно получить дисперсионные зависимости ик, по которым надёжно рассчитываются значения толщины покрытий. Базой измерений являются два основных АМД-метода: режим визуализации, и режим V(Z)-кривых [5,7].
3. Результаты исследований и их обсуждение
Первый этап исследований были посвящен получению V(Z)-кривых для классических кри-
сталлических полупроводников. По определённым из них графически величинам ДZN были рассчитаны для различных материалов значения скоростей ик. В пределах погрешности 1-3% результаты расчётов ик совпали с приводимыми авторами [12] значениями, что доказывает высокую точность измерений, проводимых АМД-методами. Пример полученной для Sk111>V(Z)-кривой представлен на рис.1. При этом, на полученных в режиме акустической визуализации изображениях не наблюдается элементов структуры материала или флуктуаций акустических свойств (рис. 2) .
х
Рис.1 V(Z)-кривая для Si<111> ; масштаб по вертикали 0,4 В, по горизонтали - 1 дел. = 16 мкм
Рис. 2 Акустическое изображение приповерхностных слоев Ge<111>, ( f = 404 МГц, Zа = -19 мкм, масштаб 18 мкм/дел.)
Рис.3 Построение псевдопространственной модели распределения дефектов в материале
На втором этапе исследовалась чувствительность сканирующего акустического микроскопа (САМ) к микродефектам в диэлектрических кристаллах. Экспериментально было установлено, что АМД-методы обеспечивают выявление в приповерхностных слоях микродефектов (с размерами до 0,2-0,4 мкм) на глубине до нескольких сотен микрометров. Применение послойной визуализации обеспечило получение ряда псевдопространственных моделей распределения
микродефектов, которые характеризуют состояние материала (рис.3). Разработанная методика позволяет выявлять микротрещины и шириной менее разрешающей способности САМ, что подтверждается серией V(Z)-кривых, которая демонстрируется на рис.4. В проведенных нами экспериментах этот параметр составлял ~ 0,3 мкм. Изменение высоты главного максимума в области дефекта размером 200-250 нм, как видно из рисунка, может достигать 60-70%.
а) б) в)
Рис. 4 Трансформация V(Z)-кривой в районе микротрещины в Ge<111> (ик = 2,87 .103 м/с, ДZN = 13,25 мкм, ^^%)тах= 68%, масштаб по вертикали 1 дел.= 0,25 В, по горизонтали - 1 дел.=11 мкм; расстояние от центра а) 40 мкм, б) 10 мкм, в) 0 мкм.
Дефекты типа микротрещин успешно выявляются непосредственно на акустических изображениях, полученных АМД-методами. Изображение такого микродефекта в одном из сортов
стекла представлено на рис.5. Изображения дефектов такого типа были получены и в хрупком материале ^Т-срез SiO2), и в полупроводниках (Б1<111>, Ge<111>).
Рис. 5 Акустическое изображение области с микродефектами упругого характера в стекле К-108 ^ = 404 МГц, Н2О, масштаб 28 мкм/дел., Z = - 12 мкм )
Рис.6 Трансформация V(Z)-кривой в области микротрещины в ST-срезе SiO2 (от центра дефекта до оси линзы соответственно60, 40, 30, 20, 10 и 0 мкм; масшт. вертикальн.: 0,2 В/дел.)
Рис. 7 Экспериментальная зависимость обратного коэффициента поглощения АВ для стали 18ХГТ
от расстояния до центра микротрещины.
Рис.8а Акустическое изображение строения пьезокерамики ЦТС-19 на глубине ~32 мкм (частота 404 МГц, Н^ размер по горизонтали 250 мкм)
Серия V(Z)-кривых для кварца ST-среза, полученных в области микротрещины представлена на рис.6. Она демонстрирует изменение высоты главного максимума в зависимости от удаления от микродефекта. Такие серии позволяют выявлять и характеризовать дефекты в сталях. В частности, на основе серий V(Z)-кривых была получена экспериментальная зависимость обратного коэффициента поглощения АВ (V/ДV%) от расстояния до центра микротрещины (рис.7).
Рис.8б Экспериментальная кривая ЦТС-22 (масштаб по горизонтали 5,2 мкм/дел., ик= 2,29.10 3 м/с).
Следовательно, уже после выполнения второго этапа исследований можно утверждать, что в процессе научно-исследовательской деятельности студентов активно формируются их профессиональные качества и компетенции. Они знают, какие задачи им необходимо решить, они могут выбрать необходимые методы решения и умеют ими воспользоваться. Например, в настоящей работе, проведенными экспериментами убедительно подтверждено, что характеризация де-
фектов АМД-методами эффективна с помощью, как режима акустической визуализации, так и по V(Z) - кривым.
Третий этап исследований был связан с изучением АМД-методами ЦТС-керамик, являющихся разновидностью спекаемых диэлектриков. Экспериментально было продемонстрировано, что АМД-методы обеспечивают визуализацию и характеризацию как системы дефектов в материале, так и особенностей его структуры. Пример акустического изображения образца из ЦТС-19 представлен на рис. 8а. Можно различать материалы с различными системами дефектов, если фиксировать по V(Z)-кривая значения ик или ДV/V%. Характерный вид такой кривой для одного из типов керамик представлена на рис.8б (ЦТС-22).
Четвёртый этап исследований был по-свящён изучению выявления с помощью АМД-
методов в металлических материалах коррозионных повреждений. Для исследования были выбраны подвергнутые питтинговой коррозии образцы сталей. Так как очаги такого типа коррозии являются концентраторами напряжений, именно она и является наиболее опасной. Чаще всего питтинг не проявляется на поверхности материала. При этом, поверхностный слой при изготовлении шлифов для исследований часто "заполировывается". Эксперименты по оценке возможностей АМД-методов по выявлению и характеризации микродефектов типа питтингов были проведены на образцах таких широко применяемых сталей как 08Х21Н6М2Т и 06Х14Н6МД2Т. На рис. 9 представлены сравнительные оптическое и акустическое изображения поверхности стали 08Х21Н6М2Т после испытаний. Практически неразличимы очаги микроде-фектов на оптическом снимке.
а) б)
Рис. 9 Акустическое (а) и оптическое, 210х (б) изображения приповерхностного слоя стали (08Х21Н6М2Т), подвергнутой коррозионным испытаниям (питтинг, масштаб 35 мкм/дел., f = 402 МГц, б) Z = - 2 мкм
Используя зависимости коэффициентов трансформации на поверхности объекта (сталь - вода, сталь - ртуть, сталь - ацетон и др.) и изменяя расстояние Z определяли глубину АМД- визуализации (^ с точностью в несколько микрометров. Измеряя диаметр питтингана акустических изображениях на различных глубинах получали его зависимости от расстояния до поверхности испытуемого образца. Размеры питтингов для образцов данной партии, с учетом масштаба акустического изображения 35 мкм/дел., лежали в пределах 3 -12 мкм. С ростом глубины визуализации количество выявляемых питтингов уменьшалось, уменьшались и их диаметры. Следует отметить, что при этом все отчетливее выявлялось структурное строение образцов. Это явление затрудняло анализ поведения дефектов. По сериям аналогичных представленным на рис. 9 акустических изображений, получали корреляционные зависимости количества (^ выявляемых питтингов от глубины визуализации (рис.10а), что по сути своей обеспечивает прогнозирование поведения изучаемых материалов.
Полученные экспериментально зависимости позволяют оценивать и скорости их зарождения, и максимальную глубину микродефектов (рис.10б). Из рисунка видно, что начиная с ~20% от глубины максимального проникнове-ния, то есть с ~10 мкм, стенки микродефекта практически вертикальны. При этом,сканирование поверхности образца в режиме V(Z) вдоль оси Х с шагом 10-20 мкм, обеспечивает получение набора топографических кривых, содержащих информацию о размерах и координатах питтингов.
Разработанный и апробированный в ходе исследований V(Z)-метод удобен для оценки изменения параметров поверхности образца с помощью такой интегральной характеристики, как относительная высота (ДV/V%)V(Z)-кривой. При увеличении количества питтингов или с ростом их глубины в приповерхностном слое металлов повышается коэффициент затухания акустических волн, что приводит к увеличению её значений (рис.11а).
Из проведенных нами экспериментов следует, что к глубине и размерам питтингов чувствительна и скорость акустических волн (рис.11б).
Рис.10а Зависимость количества выявленных питтингов от глубины визуализации
Рис.10б Профиль питтинга (по вертикали глубина визуализации ^
V <
\
\
> '
Следовательно, можно по полученной зависимости, приняв за точку отсчета значение для бездефектного образца, оценивать степень поражения образцов коррозией.
В рамках второго перспективного для формирования профессиональных качеств выпускников ВУЗа НИР-направления рассматривалось использование комплексного подхода для решения физических проблем различного уровня сложности [13]. В рамках этого подхода сочетаются компьютерные и инструментальные эксперименты [14], уровневый и блочный принципы
[15,16], использованы коммуникационные и информационные технологии [17, 18].
Для этого направления для студентов и магистрантов разработан специальный алгоритм [19,20] действий, суть которого состоит в следующем:
- широкое изучение теоретических представлений темы (в том числе на базе таких стандартных программ как «РИув'юоп», или «Открытая физика», или др.);
- освоение тестовых блоков (с набором различного типа заданий, с соблюдением принципа ревнивости для правильных ответов);
1 п
y = -4E-05x2 + 0,0047x + 2,9855
3,16 3,14 3,12 3,1 3,08 3,06 3,04 3,02 3
2,98 2,96
v„ 103 м/c R2 = 0 9 576
— ! w
h, мкм
20
40
60
80
Рис.11а Изменение уровня затухания АВ в образце с глубиной зондирования. Рис.11б Изменение скорости ПАВ в образце с изменением толщины сполированного слоя
- решение конкретных практических задач для выбранной темы;
- расчет предварительных значений величин, определяемых в ходе лабораторной работы (ЛР); составление отражающих условия конкретной ЛР авторских программ, с определенными начальными условиями; (Приложение MS Excel);
- проведение инструментальных экспериментов; обсчёт формул для косвенных измерений и получение конечных результатов;
- анализ результатов выполненной работы и формулировка выводов.
В настоящее время, на наш взгляд, назрела
необходимость внедрения новых форм изучения физических закономерностей, например, таких как комплексные лабораторные работы (КЛР). Наиболее востребованными в цикле КЛР являются следующие:
- определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли;
- измерение электрических величин и проверка законов постоянного тока;
- изучение параметров материалов в конденсированном состоянии АМД-методами;
- исследование характеристик электромагнитных колебаний и др.
0
Рассмотрим применение разработанного нами алгоритма на примере двух КЛР, вошедших в учебное пособие по технологическим дисциплинам. В них в полной мере использованы электронные образовательные ресурсы (ЭОР), активно применяются решения оптимизационных задач, например, при изучении явления электромагнитного резонанса. На рисунке 12а представлены основы законов Кирхгофа в виде цифровых образовательных ресурсов. На рис.12б - компьютерная схема разветвленной цепи с изменяющимися параметрами элементов. При
проведении комплексного эксперимента расчетные значения токов в ветвях на компьютерной схеме соответствовали полученным путём расчёта или с помощью физических приборов данным. На рисунке 13а демонстрируется пример расчёта сложной цепи, в котором используется ряд приёмов, упрощающих освоение решения задач такого типа.
На рис.13б представлен пример применения навыков расчета токов для решения практических задач. В этом интерактивном задании определяется значение оптимального сварочного тока.
Правила Кирхгофа для разветвленных цепей *) - Microsoft Internet Explor
Избранное Сервис Справка
О ' 0 iâ Й> ^РПоиск ^Избранное ^Медиа 0 | ^
У &
C:\Program Files\physicon\Open Physics 2.5 part 2\content\chapterl\section\paragraphl0\tfteory.html «й Anti-Spy - В» Bookmarks - ÖM
у I H Переход Ссылк ) My Yahoo! " ИЗ Answers •
10. Правила Кирхгоф... + Add Tab
Первое правило Кирхгофа является следствием закона сохранения электрического заряда.
В разветвленной цепи всегда можно выделить некоторое количество замкнутых путей, состоящих из однородных и неоднородных участков. Такие замкнутые пути называются контурами. На разных участках выделенного контура могут протекать различные токи. На рис. 1.10.2 представлен простой пример разветвленной цепи. Цепь содержит два узла а и d, в которых сходятся одинаковые токи; поэтому только один из узлов является независимым (а или d).
Рисунок 1.10.2. Пример разветвленной электрической цепи. Цепь содержит один независимый узел (а или d) и сва i контура (например, abed и adef).
Рис.12а Изучение теории в законах Кирхгофа
1одель 1.5. Цепи пост... + Add Tab
Глава 1. Электродинамика
Модель 1.5. Цепи постоянного тока
Рис.12б Симуляционная схема расчета токов в разветвленных цепях
ПраЕка вид избранное Сервис сграввд »,
йэад - © - [ж\ [à ЙЗ ^ поиск •¿^-иэбр»«* »ta в - □ а
v Q Переход 1.1-
/Ж" - "У? • ПЧ"|WetiSeech • 4tAne-Spy B-BookmaKs - Еэма -ЙЕМ)-»»»»! " QArsvwrs -
состоящие hi проводников с различными сопротивлениями, могут
Рис. 13а Пример расчёта сложной цепи с помощью ЦОР (законы Кирхгофа)
1. Основы теории сварки Ï 5=L. - а,
I.TTJ 1 Основы 1«ри " ¿1 ' ' Т"°Р"» » Этспщпчн апьчя оценка свач»1 «w* деформаций Для экспериментальной оценки величины сварочной
J |l 2 Пращ деформаций необходимо сварить заготовку.
\Г 13 См*',п Сначала установите с помощью регулятора сварочный ток.
ij 14 Kiilill».
Л 1 Контра 1 61
IJTÎI i Свариваете
Jfel ^1 ' (и |н
}i Opaci« .-/"С
П»2Э Сапою «
ti Кттри С"«*""-'"*
Зд 7 S KOMIßüi
IjQl CMpiwiwoMi
Виды свариьо
LTH|> Илшошшн«
щ|) У А»Г0М»1ичвО
ft Аагоматичео
LTTfl ® Эпешрсытаи liftai 10. Овормнаи» _ [■.ILM Ml _1
Рис. 13б Интерактивное задание на определение оптимального сварочного тока
После освоения представленных выше этапов работы осуществляется переход к инструментальному эксперименту. Результаты реального эксперимента подтверждаются результатами, полученными с помощью компьютерной симуляции.
В ряде случаев для эффективного выполнения лабораторной работы могут быть использованы стандартные Приложения Windows и соответствующие встроенные функции. Например, функция «Поиск решения» в MS Excel позволяет решать целый ряд различных оптимизационных задач. В качестве примера рассмотрим задачу расчёта резонансной частоты контура с помощью функции «Поиск решения».
Тема: Определение резонансной частоты и максимальной амплитуды колебаний с использованием информационных технологий
Известно, что для [К^-контура электромагнитные колебания описываются известными уравнениями и происходят с затухающей амплитудой. Решением таких уравнений, по аналогии с механическими колебаниями, является соответствующие выражения. Из теории колебаний известно, что если имеются характеристики контура, можно рассчитать и соответствующие параметры колебаний. Если электромагнитные колебания совершаются под действием переменной э.д.с. и = итсо5^, то можно получить соответствующее дифференциальное уравнение вынужденных колеба-
ний. Известно, что установившиеся вынужденные колебания происходят по гармоническому закону. Тогда, с учётом выражения для токов в контуре найдем его амплитуду в зависимости от циклической частоты ы, где:
Z = д/R2 + (aL -1/aC)2
- полное сопротивление контура или импеданс. Зависимости от циклической частоты внешней э.д.с. реактивных сопротивлений XL, ХС и
2 представлены на рис.14а. Из рисунка видно, что общий импеданс 2 минимален, если совпадают частоты собственная и внешней э.д.с. При этом реактивные сопротивления равны друг другу ХС) и волновому сопротивлению контура р (см. рис.14б). Таким образом, волновое сопротивление является сопротивлением реактивных элементов контура переменному току с частотой ы0. При этом 2 имеет минимальное значение и является чисто активным.
Рис.14а Зависимости реактивных сопротивлений XL, ХС и 2 от циклической частоты внешней э.д.с.
Рис.14б Расчет волнового сопротивления контура
Амплитуда силы тока при этой частоте будет максимальна (рис. 14б) в соответствии с законом Ома. В этом случае, зависимость импеданса 2 от частоты является причиной возникновения явления резонанса. Расчёт текущих и резонансных значений величин может быть произведен с помощью выражений для напряжений на элементах контура, для резонансных частот на этих элементах. На основании приведенных выражений строится компьютерная модель кривых электромагнитного резонанса. Если применить встроенную функцию «Поиск решения», можно рассчитать
OJo Щьру.
значения ы , U ,1 (например, для такого
рез/ m' m * 1 i / i—i
элемента как конденсатор). Для этого случая этапы решения представлены на рис. 15.
Следовательно, при проведении комплексной лабораторной работы задаются параметры контура (R,L,C). Затем устанавливается амплитуда внешнего напряжения (Um). Открывается MS Excel и строится график в координатах Im=f (ы). Вызывается линия тренда с фиксацией коэффициента аппроксимации и соответствующим уравнением. По уравнению, с применением функции «Поиск решения», находят ырез , при котором значение Im максимально.
Ре| Файл Правка Вид Вставка Формат Сервис Диаграмма Окно Справка
glial
Область диагра... f„
'.12100 ',12000 ',11900 ',11800 ',11700 ',11600 ',11500
у = -4Е-0 'г + 0,000 2х + 0,089
R- = 0.97Е 9
Рис.15а Построение резонансной кривой, тренда и получение его уравнения
эка Вид Вставка Формат Сервис Данные Окно Справка
I У Ы z Ч® " ||Arial Cyr
f, =(12)/((10000+(0,14*(А41 )-1/(0,0001*(A41 )))Л2)Л0,5)
=(12У((1СЮ0
=(12У((1000
=(12У((1000
=(12У((1000 =(12)/((1000 =(12У((1000 =(12У((1000
=(12)/((1000
=(12У((1000
4"(А26)-
4Т(А28;
ввв
4Т(А29;
4т(дзо; 4*(АЗГ 4*(А32; 4*(АЗЗ;
4*(А34;
4Т(А35;
целевую ячейку: Равной: (• максимальному зь
Предположить |
Добавить |
J
i(l2j/(.(_1.QQQ0^9; 14ГСА41)-1/(0.. Р9Р.Г( А4.1.
Занрыть |
Параметры |
Восстановить
Справка |
Рис.15б Выделение целевой ячейки и применение функции «Поиск решения»
Результаты исследования
Были разработаны инновационные методики определения физико-механических параметров твердотельных материалов на основе АМД-методов. Созданы методы выявления и характеризации дефектных структур в металлических и керамических материалах. Разработан алгоритм решения физических задач на базе электронных образовательных ресурсов и информационных технологий, используемых в рамках комплексных лабораторных занятий.
Собраны материалы для публикации учебного пособия для студентов физико-математического факультета, посвященного использованию научно-исследовательской работы в их профессионально-методической подготовке.
Результаты исследования демонстрируют высокую эффективность процесса профессионально-методической подготовки студентов с использованием НИР-подхода.
_Выводы
Полученные в ходе проведенных исследований результаты продемонстрировали эффективность предложенной методики формирования основ профессионально-методической подготовки студентов. Наблюдалось существенное повышение интереса студентов к изучению физических проблем благодаря применению разработанного алгоритма проведения экспериментов. Успеваемость при таком подходе повышалась не менее чем на 27-33%.
Заключение
• Следует продолжить совершенствование алгоритма проведения научно-исследовательской деятельности студентов;
• Разработать средства оценки эффективности проведения профессионально-методической подготовки профессиональных качеств выпускников ВУЗа.
ЛИТЕРАТУРА
1. Каунов А.М. Эффективный инновационный инструментарий современных методик креативного обучения в технологическом образовании // Технолого-экономическое образование: достижения, инновации, перспективы: Межвузовский сб. стат.: XVI Международная НПКонф.., Тула: изд. Тул.ГПУ., 2015. - 458с. (с.30 - 37).
2. Мигель И.А., Зеленев В.М., Кустов А.И. Роль физических представлений в формировании основ современного естественнонаучного образования // Физика в системе современного образования (ФССО-2015): Материалы XIII Межд. Конф., Санкт-Петербург, 1-4 июня 2015 г. Т.2. СПб.: изд. ООО «Фора-принт», 2015.- 393с. (с. 14 - 17).
3. Мигель И.А., Зеленев В.М., Кустов А.И. Модернизация современного естественнонаучного образования на основе выявления и развития его перспективных направлений // Моделирование структур, строение вещества, нанотехнологии: Сб. материалов III Международной научн. конфер. Тула: Изд-во Тул. Гос. пед.универ., 2016. - 312с. (с.287-292).
4. Старостенков М.Д., Патудин В.М., Старостенков Д.М., Козлов Э.В. Самоорганизация дефектных структур в кристаллах при деформациях // Известия РАН. Серия физическая. 2004. т.68. №10. C. 1510-1515.
5. Кустов А.И., Мигель И.А. Определение параметров упрочнения или восстановления свойств поверхности материалов с помощью инновационных методов физического эксперимента - АМД-методов // Фунд. проб. совр. материалов., Т. 11, №4/2., 2014., с.592 - 598.
6. Федоров В.А., Тялин Ю.И., Тялина В.А., Плужникова Т.Н., Чемеркина М.В. О зарождении трещин на границе свободного упругого двойника в кальците // Известия РАН, Серия физическая. 2004. т.68. №10. C. 1484-1487.
7. Мигель И.А., Кустов А.И. Анализ трансформации структуры приповерхностных слоев сталей и их влияние на процесс упрочнения АМД-методами // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, Материаловедение., Т.18., №4, 2016.,205 с (с. 134-146).
8. Мигель И.А., Гущин К.И., Трансформация методологических принципов построения современного образовательного процесса дисциплины «Физика» и технологических дисциплин // Материалы II Международной научно-практической конференции «Физико-математическое и технологическое образование: проблемы и перспективы развития ». Часть 2. - М.: МПГУ, «Onebook. ru», 2016. - 336 с. (с.127 - 132)
9. Мигель И.А., Кустов А.И. Анализ поведения дефектных структур, возникающих в твердотельных материалах, АМД-методами // Фунд. проб. совр. матер., Т.13., №4., 2016., с. 490 - 496.
10. Кустов А.И., Мигель И.А. Исследование структурных параметров металлических материалов и их влияние на физико-механические свойства АМД-методами // Металлофиз. и новейшие технол., межд. науч.-техн. журн., Киев, 2009, Т.31, №3, с.381-388.
11. Kustov A.I., Miguel I.A., Fundamental Problems of Material Science, vol. 11, №4 / 2, p.592 - 598 (2014).
12. Физические величины: справочник / А.П.Бабичев, Н.А. Бабушкина, и др.; п/р И.С.Григорьева и Е.З. Мейлихова. - М.; Энергоатомиздат, 1991. - 1232 с.
13. И.А.Мигель, В.М.Зеленев, А.И.Кустов. Изучение физических закономерностей на основе современного курса лабораторных работ с использованием информационных технологий // Информационно-коммуникационные технологии преподавателя физики и преподавателя технологии: сборник материалов IX Всероссийской научно-практической конференции/отв. ред. А.А.Богуславский. - Коломна : ГСГУ, 2016. - 159с. (с.65 - 70)
14. И.А.Мигель, В.М.Зеленев, А.И.Кустов. Модернизация современного естественнонаучного образования на основе выявления и развития его перспективных направлений // Моделирование структур, строение вещества, нанотехнологии: Сб. материалов III Международной научн. конфер. (г.Тула, 18-21 апреля 2016 г.). - Тула: Изд-во Тул. Гос. пед.университета им. Л.Н.Толстого, 2016. - 312с. (с.287-292).
15. Добрачёва А.Н. Мигель И.А., Кустов А.И., Гущин К.И. Разработка комплексных лабораторных работ как инструмента изучения физических закономерностей и технологических принципов // Информационно-коммуникационные технологии преподавателя физики и преподавателя технологии: сборник материалов IX Всероссийской научно-практической конференции /отв. ред. А.А.Богуславский. - Коломна : ГСГУ, 2016. - 159с. (с.60 - 64)
ЩТ Данилова В.В., Кустов А.И., Мигель И.А., Зеленев В.М. и др. Изучение дисциплин технологического цикла с применением информационных технологий : учебное пособие для студентов физико-математического факультета, - Воронеж, ВГПУ, 2014. - Ч.2. - 92 с.
§'7. Добрачева А.Н., Мигель И.А., и др. Изучение дисциплин технологического цикла с применением информационных технологий : учебное пособие для студентов физ.-мат. факультета (ред. Зеленева В.М.). Воронеж, ВГПУ, 2017. Ч.3. 100 с.
18. Зеленев В.М., Кустов А.И., Мигель И.А. Организация методического обеспечения процесса подготовки бакалавров и магистров профиля «Технология» в рамках НИР-подхода // Технолого-экономическое образование: достижения, инновации, перспективы: Межвузовский сб. статей XVII Всероссийской науч.-практ. конф. с междунар. участ. (г.Тула, 1417 февр. 2017 г.) / Отв. Ред. А.А. Потапов. - Тула: изд-во ТулГПУ им. Л.Н.Толстого, 2017. - 254 с.(с.9 - 14).
19. Мигель И.А., Кустов А.И. Выявление и характеризация дефектов в материалах конденсированного состояния с использованием акустических волн // Перспективные материалы и технологии. Материалы международного симпозиума в 2-х частях.- Ч.2 под редакцией В.В. Рубаника. Витебск : УО «ВГТУ», 2017. - 328 с. (С. 111-115).
20. Зеленев В.М., Кустов А.И., Добрачева А.Н. Современные концепции подготовки учебно-методических материалов для изучения дисциплин технологического цикла // Материалы XXIII-ей Международной конференции «Современное технологическое образование» / под. Ред. Хотунцева Ю.Л. Москва, МПГУ, окт. 2017 - 294 с. (с.79-88)
REFERENCES
1. Kaunov A. M. Effective and innovative tools of the modern methods of creative teaching in technological education the Technological-economic obrazovanie: achievements, innovations and prospects: interuniversity collection of stat.: XVI International conf.., Tula: Izd.Tulgu., 2015. - 458c. (p. 30 - 37).
2. Miguel I. A., Zelenev, V. M., Kustov A. I. The Role of physical representations in the formation of the foundations of modern science education // Physics in system of modern education (FSO-2015): proceedings of the XIII Int. Conf. Saint Petersburg, 1-4 June 2015, vol. 2. - SPb.: ed. OOO "Fora-print", 2015.- 393c. (v. 14 - 17).
3. Miguel I. A., Zelenev, V. M., Kustov A. I. Modernization of contemporary science education based on the identification and development of prospective areas // structure Modeling, structure of matter, nanotechnology: Sat. materials of III International scientific. Conf. Tula: publishing house of Tul. State.Ped.Univer., 2016. - 312c. (p. 287-292).
4. Starostenkov M. D., Paladin V. M., Starostenkov D. M., Kozlov V. E. self-organization of defect structures in crystals at deformations // Proceedings of the Russian Academy of Sciences. Series physical. 2004. V. 68. No. 10. p. 1510-1515.
5. Kustov A. I., Miguel, I. A. Determination of hardening parameters or restore the surface properties of materials with innovative methods of physical experiment - AMD-methods // Adv. materials., volume 11, No. 4/2., 2014., p. 592 - 598.
6. Fedorov B. A., Talin Y. I., Taline V. A., Pluzhnikov, T. N., Chemerkin M. V. About the origin of the cracks at the border of the free elastic double in calcite // Izvestiya ran, physical Series. 2004. V. 68. No. 10. p. 1484-1487.
7. Miguel I. A., Kustov A. I. Analysis of the transformation of the structure of surface layers of steels and their influence on the process of hardening of AMD-methods the Bulletin of Perm national research Polytechnic University., Mechanical Engineering, Materials Science., T. 18., №4, 2016.,205 with (p. 134-146).
8. Miguel I. A., Gushchin, K. I. Transformation of methodological principles of the modern educational process of discipline "Physics" and engineering disciplines // Materials of II International scientific-practical conference "Physical, mathematical and technological education: problems and prospects ". Part 2. Moscow, MSPU, "Onebook. EN", 2016. 336 p. (p. 127 - 132)
9. Miguel I. A., Kustov A. I. Behavior analysis of defect structures that occur in solid materials AMD methods were kept. samples. Adv. mater., T. 13., №4., 2016., S. 490 - 496.
10. Kustov A. I., Miguel, I. A. study of the structural parameters of metallic materials and their influence on physic-mechanical properties AMD methods // Metallofiz. and the latest technology., Kiev, 2009, vol. 31, No. 3, pp. 381-388.
11. Kustov A. I., Miguel I. A. Fundamental Problems of Material Science, vol. 11, No. 4 / 2, p.592 - 598 (2014).
12. Physical quantities: reference book / A. P. Babichev, N..Babushkina, etc.; p/R I. S. Grigoriev and E. Z. Meilikhova. - M.: Energoatomizdat, 1991. - 1232 p.
13. Miguel I. A., Zelenev V. M., Kustov A. I. The study of the physical laws on the basis of modern laboratory work, using information technology // Information and communication technology teacher a teacher of physics and technology: proceedings of the IX all-Russian scientific-practical conference/ed. edited by A. A. Boguslavsky. Kolomna, Russia : the civil aviation authority, 2016. - 159c. (p. 65 - 70)
14. Miguel I. A., Zelenev V. M., Kustov A. I. The modernization of contemporary science education based on the identification and development of prospective areas // structure Modeling, structure of matter, nanotechnology: Sat. materials of III International scientific. Conf. (the city of Tula, 18-21 April 2016). - Tula: publishing house of Tul. State.Ped.University. L. N. Tolstoy, 2016. -312c. (p. 287-292).
15. Dobracheva A. N. Miguel I. A., Kustov A. I., Gushchin, K. I. Development of a comprehensive laboratory work as a tool to explore physical laws and engineering principles // Information and communication technology teacher a teacher of physics and technology: proceedings of the IX all-Russian scientific-practical conference /ed. edited by A. A. Boguslavsky. Kolomna, Russia : the civil aviation authority, 2016. - 159c. (p. 60 - 64)
16. Danilov V. V., Kustov A. I., Miguel, I. A., Zelenev, V. M. and others. Study of the disciplines of technological cycle with the use of information technology : a textbook for students of physics and mathematics faculty, Voronezh, VSPU, 2014. - Part 2. - 92 p.
17. Dobracheva A. N., Miguel I. A., etc. Study of the disciplines of technological cycle with the use of information technology : a textbook for students in physics and mathematics. faculty (p/r Prof. Zelenev V. M. ), Voronezh, VSPU, 2017. - Part 3. - 100 p.
18. Zelenev V.M., Kustov A.I., Miguel I.A. Organization of methodological support of the process of preparing bachelors and masters of the "Technology" profile within the framework of the scientific-application approach // Technological and economic education: achievements, innovations, perspectives: Interuniversity collection. articles XVII All-Russian scientific-practical. Conf. with intern. participants. (Tula, Feb. 14-17, 2017) / Resp. Ed. A.A. Potapov. - Tula: publishing house TulGPU them. L.N. Tolstoy, 2017. - 254 pp. (P.9-14).
is9. Miguel I.A., Kustov A.I. Identification and characterization of defects in materials of a condensed state using acoustic waves // Perspective materials and technologies. Materials of the international symposium in 2 parts. - Part 2, edited by V.V. Rubanik -Vitebsk: VSTU, 2017. - 328 p. (P. 111-115).
^20. Zelenev V.M., Kustov A.I., Dobracheva A.N. Modern concepts for the preparation of educational materials for the study of disciplines of the technological cycle. // Materials of the XXIII International Conference "Modern technological education" / under. Ed. Hotuntsev Yu.L. - Moscow, MPGU, Oct. 2017 - 294 p. (p.79-88).
Информация об авторах Зеленев Вячеслав Михайлович
(Россия, Воронеж) Профессор, доктор физико-математических наук Профессор кафедры технологических и естественнонаучных дисциплин Воронежский государственный педагогический университет
Кустов Александр Игоревич
(Россия, Воронеж) Доцент, кандидат технических наук Доцент кафедры технологических и естественнонаучных дисциплин Воронежский государственный педагогический университет E-mail: [email protected]
Information about the authors
Zelenev Vyacheslav Mikhailovich
(Russia, Voronezh) Professor,
Doctor of Physical and Mathematical Sciences Professor of the Department of Technological and Natural Science Disciplines Voronezh State Pedagogical University
Kustov Alexander Igorevich
(Russia, Voronezh) Associate Professor, PhD in Technical Sciences The senior lecturer of faculty of technological and natural-science disciplines Voronezh State Pedagogical University E-mail: [email protected]
