CC BY
227
Управление в современных системах №3(7) 2015
ISSN 2311-1313 101
УДК 550.3 ББК 26.2
СИТУАЦИОННЫЕ ЗАДАЧИ КАК СРЕДСТВО ФОРМИРОВАНИЯ
КОМПЕТЕНЦИЙ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ДИСЦИПЛИНЫ «ФИЗИКА ЗЕМЛИ»
С.В. Крайнева, к.б.н., доцент ОУ ВО «Южно-Уральский институт управления и
экономики», e-mail: q.79@mail.ru
Аннотация
Рассматривается применение ситуационных задач как одного из средств обучения и формирования компетенции бакалавров по направлению «Землеустройство и кадастры», а также примеры ситуационных задач в курсе «Физика Земли».
Ключевые слова: ситуационные задачи, компетенции, компетентностный подход, интеллектуальные операции при работе с информацией.
Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования ориентирован на подготовку специалиста, осознающего важность образования и самообразования для формирования профессиональных компетенций, необходимых для эффективного решения производственных задач. Конкретизация требований стандарта отражается в рабочей программе каждой дисциплины бакалавриата и магистратуры с учетом формируемых компетенций, под которыми принято понимать способность и готовность обучающегося (выпускника) применять полученные знания, навыки и умения, имеющиеся личностные качества в практической (профессиональной) деятельности.
Реализация компетентностного подхода в вузе, согласно требованиям Европейского пространства к высшему образованию, базируется на педагогических технологиях, методах и приемах использования учебные ситуаций, направленных на анализ реальной ситуации (каких-то вводных данных), описание которой одновременно не только отражает какую-либо практическую (профессиональную) проблему, но и актуализирует определенный комплекс знаний, который необходимо усвоить при разрешении данной учебной ситуации1. Работа с учебными ситуациями позволяет перевести в плоскость владения не только профессиональные2, но и личностные компетенции, такие как самоконтроль, самостоятельность мышления, критическое мышление, выделенные Д. Равен3.
В процессе формирования общекультурных и профессиональных компетенций у бакалавров по направлению «Землеустройство и кадастры» при изучении курса «Физика Земли», относящегося к вариативной части математического и естественнонаучного цикла, большим дидактическим потенциалом обладают следующие ситуации.
Ситуация-проблема требует быстрого решения (с ее помощью можно вырабатывать умения по поиску оптимального решения). Приведем пример ситуационной задачи, основанной на ситуации-проблеме.
102 Управление в современных системах №3(7) 2015
ISSN 2311-1313
Звучащая рыболовная сеть
Только в Северном море ежегодно гибнет, запутавшись в рыбацких сетях, более 10 тыс. дельфинов. В целях предотвращения попадания их в сети немецкий зоолог предложил укрепить на них «пищалки», которые 70 раз в минуту издают звук громкостью 115 дБ, частотой 2,9 кГц и обертонами до 90 кГц. (Частота была подобрана таким образом, чтобы не отпугивать от сетей промысловые виды рыб). Оказалось, что теперь 90% дельфинов реагировали на такой звук и обходили звучащие сети по широкой дуге. Правда, вскоре выяснилось, что через некоторое время дельфины привыкают к звуковым сигналам, и пришлось разрабатывать «пищалки» частотой, меняющейся случайным образом.
Задание:
- объясните суть (принцип действия) методов, укажите их недостатки, свой ответ обоснуйте;
- предложите альтернативные способы, обоснуйте их.
Ситуация-иллюстрация создается на основе изображений или рисунков (как правило, с использованием средств ИКТ) с целью зрительного представления самой ситуации и нахождения наиболее простого пути ее решения. Приведем пример ситуационной задачи, основанной на ситуации-иллюстрации.
Исследование зависимости уровня свободной поверхности жидкости
от её плотности
1. Определить цель работы.
2. Описать необходимое оборудование.
3. Описать теоретическую часть работы (получение рабочей формулы).
4. Провести экспериментальное исследование:
- собрать измерительную установку; подобрать исследуемые вещества, плотность которых известна;
- составить таблицу, в которую заносятся результаты измерений и вычислений физических величин;
- построить график зависимости высоты столба жидкости от её плотности по экспериментальным данным;
- записать выводы по теме исследования.
5. Оформить работу в графическом редакторе Paint.
Слайды.
1. Титульный лист.
2. Цель. Оборудование (фотография эксперимента и исследуемых материалов).
3. Теория, позволяющая выполнить работу и сделать вывод по ней.
4. Фотография исследовательской установки.
5. Таблица с результатами измерений и вычислений физических величин.
6. График зависимости высоты столба жидкостей от их плотности с использованием программы Excel.
7. Выводы исследования, фотографией иллюстрирующие ваши выводы.
Управление в современных системах №3(7) 2015
ISSN 2311-1313103
8. Список, используемых источников информации.
Ситуация-оценка включает описание реальной ситуации и готовое решение. Обучающимся в данном случае следует оценить правильность приведенного решения, обосновав его преимущества. Приведем пример ситуационной задачи, основанной на ситуации-оценке.
Метод разрушения ледяного покрова
Разработан новый метод разрушения ледяного покрова - резонансный. Он основан на том, что при движении какой-либо нагрузки по поверхности льда в воде развивается система изгибно-гравитационных волн (ИГВ), т. е. комбинация изгибных колебаний ледяной пластины и сопутствующих им гравитационных волн воды. При скорости движения нагрузки, близкой к минимальной скорости ИГВ, вода перестает поддерживать ледяной покров, амплитуды волн резко возрастают и начинается разрушение льда. По сравнению с ледоколами энергозатраты меньше. Для реализации резонансного метода подходящим средством являются амфибийные суда на воздушной подушке.
Задание.
1. На каком явлении основан данный метод разрушения ледяного покрова?
2. Объясните суть (принцип действия) данного метода.
3. Каковы преимущества этого метода (помимо энергозатрат)?
4. Предложите альтернативные способы. Дайте обоснование преимущества предложенного метода.
Ситуация-тренинг может быть представлена в двух вариантах: 1) тренинг по описанию ситуации; 2) тренинг по решению проблемы, поставленной на примере описанной ситуации. Приведем пример ситуационных задачи, основанных на ситуации-тренинге.
Задача 1.
При исследовании микроклиматических условий в химической лаборатории получены следующие данные: относительная влажность воздуха составила 47%, температура воздуха 210С, скорость движения воздуха 0,05 м/с.
Задание.
1. Укажите, какие документы регламентируют параметры воздуха рабочей зоны. При каких микроклиматических условиях должно эксплуатироваться лабораторное оборудование (весы)?
2. Объясните, почему показатели воздуха рабочей зоны должны соответствовать установленным нормативам. Ответ обоснуйте.
3. Предложите ситуации, которые возможны при грубом нарушении параметров воздуха рабочей зоны. Спрогнозируйте к каким последствиям эти ситуации могут привести?
Задача 2. Оценка эффективности улавливания промышленных выбросов
Для очистки воздуха от твердых взвешенных частиц на промышленных предприятиях широко используются циклоны. Циклон представляет собой цилиндрический резервуар с конусом внизу. Неочищенный воздух поступает внутрь цилиндра в его верхней части, где воздушный поток закручивается вокруг центральной трубы. Под действием центробежной
104 Управление в современных системах №3(7) 2015
ISSN 2311-1313
силы твердые пылевые частицы ударяются о стенки, и, теряя свою энергию, падают в нижнюю половину конусообразной части циклона, где располагается пылесборник. Хотя воздушный (газовый) поток и теряет свою мощность, его давление остается постоянным за счет сужения поперечного сечения в нижней части циклона. Очищенный воздух по центральной трубе удаляется в атмосферу или поступает в другое устройство, предназначенное для более тонкой очистки.
Предположим, что для расчета циклона имеются следующие исходные данные:
- объем очищаемого газа Q = 1,5 м3/с;
- плотность газа при рабочих условиях р = 1,7 кг/м3;
- плотность частиц пыли рЧ = 2000 кг/м3;
- дисперсный состав пыли dM = 20 мкм и lg^ = 0,8;
- входная концентрация пыли Свх= 10 г/м3;
- вязкость при рабочей температуре р = 17,5 106 Пас.
Задание.
1. Рассчитайте циклон для заданного источника выделения пыли с эффективностью очищения п=0,8.
2. На каком явлении основан данный метод работы циклона?
3. Под действием какой силы твердые пылевые частицы ударяются о стенки, и, теряя свою энергию, падают в нижнюю половину конусообразной части циклона, где располагается пылесборник?
4. Каковы преимущества этого метода? Ответ обоснуйте.
5. Предложите другие способы очистки воздуха. Дайте обоснование преимущества предложенных методов.
Приведенные учебные ситуации могут быть положены в основу создания ситуационных задач, позволяющих обучающимся осваивать интеллектуальные операции последовательно в процессе работы с информацией: ознакомление - понимание -применение - анализ - синтез - оценка - владение. Степень решения студентом этих задач позволяет оценивать его умение применять свои теоретические знания на практике4.
Как правило, любая ситуационная задача состоит из описания какой-либо ситуации (реальной или вымышленной) и личностно-значимого для обучающегося вопроса. При составлении ситуационных задач следует брать темы, которые привлекают внимание обучающихся, вызывают интерес, а информацию предоставлять в виде рассказа или видиофрагмента (компьютерной презентации). Хорошо составленная ситуационная задача должна стимулировать появление у обучающихся разнообразных эмоций (сочувствие, гнев, радость, удивление и т. д.). Очень важно, чтобы обучающихся была понятна проблема, лежащая в основе ситуационной задачи по курсу «Физика Земли», необходимо учитывать содержание специальных и профилирующих дисциплин, изучаемых бакалаврами по направлению «Землеустройство и кадастры».
Наиболее эффективно для формирования компетенций у бакалавров использовать систему взаимосвязанных ситуационных задач. Приведем пример такой системы
Управление в современных системах №3(7) 2015
ISSN 2311-1313 105
ситуационных задач по разделу «Физические процессы, происходящие в твердой, жидкой и газообразной оболочках Земли».
Распределение Больцмана. Барометрическая формула
Задача 1. Построить модель изменения атмосферного давления с высотой (для азота N2 при температуре 293К): постройте график изменения атмосферного давления с высотой. Сделайте выводы об изменении давления с высотой у разных газов и при различных температурах. В каких случаях можно использовать барометрическую формулу? Считать атмосферное давление у поверхности Земли 105 Па.
При h=5000 м При h=5000 м
Т, К P, Па газ m, кг P, Па
273 водород (H2)
283 гелий (He2)
293 углерод (C2)
303 азот (N2)
313 кислород (O2)
Задача 2. Космические аппараты «Венера-5» и «Венера-6» разрушились в атмосфере Венеры на высоте 17 км от поверхности планеты. Оцените давление венерианской атмосферы в момент разрушения, если у поверхности Венеры оно приблизительно равно 107 Па. Постройте график изменения давления атмосферы Венеры с высотой. Температуру считать одинаковой на всех высотах и равной 477°С. Ускорение свободного падения на Венере 8,85 м/с2. Атмосфера Венеры состоит в основном из углекислого газа (CO2).
Задача 3. Постройте график зависимости концентрации от высоты над поверхностью Земли для кислорода и углерода (температура атмосферы считать постоянной). Чем различаются графики? Как изменяется вид зависимости при изменении температуры? Для каких планет больше вероятность иметь атмосферу: холодных или горячих, легких или тяжелых?5
При работе с информацией, лежащей в основе процесса решения ситуационных задач, ведущая роль принадлежит обучающимся, преподаватель лишь направляет усилия студентов в определенное русло, сталкивает различные суждения, создает условия, побуждающие к принятию самостоятельных решений, дает им возможность самостоятельно делать выводы, подготавливает новые ситуации внутри уже существующих. Это очень важно для формирования компетентного субъекта информационного общества6.
Ситуационные задачи ориентированы на формирование всех компетенций, предусмотренных в рабочей программе дисциплины с опорой на таксономию, разработанную Б. Блумом7. Решение ситуационных задач включает несколько последовательных этапов: целевой, актуализации, проблемный, выбора средств,
теоретический, результативный, генерализации.
106 Управление в современных системах №3(7) 2015
ISSN 2311-1313
Таблица 1 - Таксономия образовательных целей
Навык Определение по Б. Блуму8 Инспирации компетенций
Знание Припоминание информации Определять, описывать, называть, маркировать, узнавать, воспроизводить, следовать
Понимание Понимать значение, перефразировать главную мысль Обобщать, преобразовывать, защищать, перефразировать, интерпретировать, давать примеры
Применение Использовать информацию или концепцию в новой ситуации Выстраивать, воздавать, конструировать, моделировать, предсказывать, готовить
Анализ Разделять информацию или концепции на части для лучшего понимания Сравнить/противопоставить, разбить, выделить, отобрать, разграничить
Синтез Соединить идеи для создания чего-то нового Группировать, обобщать, реконструировать
Оценка Делать суждения относительно ценности Оценивать, критиковать, судить, оправдывать, оспаривать, поддерживать
Создавать (Л. Андерсон)9 Генерировать, планировать, производить
Применение ситуационных задач в процессе изучения курса «Физика Земли» способствует формированию компетенций бакалавров и позволяет обучающимся:
- демонстрировать навыки эффективной выборки информации из первичных и вторичных источников, включая выбор информации при помощи компьютера в поисковых онлайн системах, осмысленно воспринимать научный текст задачи;
- описывать и объяснять функции геофизических полей: электромагнитного, гравитационного, теплового полей Земли; использование сейсмических и электромагнитных волн для получения информации о структуре и состоянии внутренних областей планеты;
- описывать и объяснять функции основных геофизических приборов и т. д.;
- демонстрировать способность видеть и понимать окружающий мир, ориентироваться в нем, осознавать свою роль и предназначение, умение выбирать целевые и смысловые установки для своих действий и поступков, принимать решения;
- владеть креативными навыками: добыванием знаний непосредственно из окружающей действительности, приемами решения учебно-познавательных проблем и действиями в нестандартных ситуациях;
владеть умениями встраивать в свою учебно-познавательную деятельность современные средства информации (телевизор, магнитофон, телефон, факс, компьютер, принтер, модем, копир и т. п.) и информационные технологии (аудио-видеозапись, электронная почта, СМИ, Интернет); производить поиск, анализ и отбор необходимой информации, ее преобразование, сохранение и передачи.
Управление в современных системах №3(7) 2015
ISSN 2311-1313 107
Примечания
1 Болонский процесс: Результаты обучения и компетентностный подход (книга - приложе-ние 1) / Под науч. ред. д-ра пед. наук, профессора В.И. Байденко. - М.: Исследовательский центр проблем качества подготовки специалистов, 2009. - 536 с.
2 Шефер, О.Р. Обучение пониманию ситуационных моделей обучения физике как средство формирования профессионального мышления будущих учителей / О.Р. Шефер Е.П. Девяткина // Актуальные проблемы среднего и высшего образования: VII межвузовский сборник научных трудов. - Челябинск: Край Ра, 2011. - С. 101-106.
3 Равен, Д. Компетентность в современном обществе: выявление, развитие и реализация / Д. Равен. - М.: Когито-Центр, 2002. - 396 с.
4 Крайнева, С.В. О современных тенденциях преподавания дисциплины «Концепции современного естествознания» / С.В. Крайнева // Современные тенденции в образовании и науке: сб. науч. тр. по мат-лам Междунар. науч.-практ. конф. 28 нояб. 2014 г.: в 14 ч. Ч. 10. - Тамбов: ООО «Консалтинговая компания Юком», 2014. - С. 68-70.
5 Мухина, Ю.Р. Управление данными [Электронный ресурс]: учебное пособие. Ч. 1 / Ю.Р. Мухина. - Электрон. текстовые дан. - Челябинск: Полиграф-Мастер, 2015. - 1 эл. опт. диск
6 Шефер, О.Р. Образование в информационном обществе / О.Р. Шефер // Материалы ХХ Международной научно-практической конференции: Методология и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов г. Челябинск. - Челябинск: Край Ра, 2013. - С. 15-23.
7 Bloom, B.S. Taxonomy of educational objectives: The classification of educational goals: Handbook I, cognitive domain. New York: Longman, 1956.
8 Bloom, B.S. Taxonomy of educational objectives: The classification of educational goals: Handbook I, cognitive domain. New York: Longman, 1956.
9 Anderson, L.W. Rethinking Bloom’s Taxonomy: Implications for testing and assessment. ED 435630,1999.
SITUATIONAL TASKS AS A MEANS OF FORMATION OF COMPETENCES OF BACHELORS IN THE PROCESS OF STUDYING THE COURSE "PHYSICS OF THE EARTH"
S.V. Krayneva, Ph.D., teacher, South Ural Institute of Management and Economics,
e-mail: q.79@mail.ru
Abstract
Discusses the use of situational tasks as a means of education and the formation of competence bachelors in "Land Management and inventory in the system of higher education. The examples of situational tasks in the study course "Physics of the Earth."
Keywords: situational tasks, competences, competence approach, knowledge-based operations when working with information.
