CC BY
37
УСТАНОВЛЕНИЕ МЕЖПРЕДМЕТНЫХ СВЯЗЕЙ ФИЗИКИ С ОБЩЕТЕХНИЧЕСКИМИ И ПРОФЕССИОНАЛЬНЫМИ ДИСЦИПЛИНАМИ МЕТОДОМ ГЛАВНЫХ КОМПОНЕНТ ПРИ ОБУЧЕНИИ БУДУЩИХ БИОТЕХНОЛОГОВ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ВУЗЕ
Ю.В. Логинова, старший преподаватель Пензенской государственной технологической академии, (8412) 544901, loginovaiv@rambler.ru
В статье изложены возможности установления межпредметных и внутрипредметных связей методом главных компонент, что позволяет осуществить анализ и корректировку программ общепрофессиональных, специальных дисциплин и курса физики с учетом выделения в них профессионального содержания по направлению подготовки будущих специалистов в области биотехнологий.
Ключевые слова: физика, общепрофессиональные, специальные дисциплины, межпредметные связи, метод главных компонент.
establishing of intersubject links of physics
with technical and professional disciplines by the method of main constituents in teaching of future biotechnologists
in a technological institute
Loginova Yu.V.
The article describes possibilities of establishing of intersubject and insidesubject links by method of main constituents. It allows to make analyses and correction of professional and special discipline programs and physics course with emphasizing of the professional content in teaching of future biotechnologists.
Key words: physics, professional, special disciplines, insidesubject links, method of main constituents.
В Пензенской государственной технологической академии обучаются студенты по специальности 655500 «Биотехнология». Область профессиональной деятельности выпускника включает в себя исследование, получение и применение ферментов, вирусов, микроорганизмов, клеточных культур животных и растений, продуктов их биосинтеза и биотрансформации; создание технологических процессов их производства и технологий использования. Выпускники по направлению подготовки дипломированного специалиста «Биотехнология» реализуют себя в таких видах профессиональной деятельности, как производственно-технологическая, проектно-конструкторская, научно-исследовательская, организационно-управленческая.
Перед выпускниками открыты широкие возможности сотрудничества со специалистами медико-биологического профиля и работы непосредственно в медицинском учреждении рядом с врачом, которая поможет обеспечить эффективное функционирование сложной медицинской техники, создать приборно-компьютерные комплексы требуемой конфигурации. Специалисты этого профиля работают в спортивной и судебной медицине, микробиологической и пищевой промышленности и т.п. В соответствии с этим специалист в области биотехноло-
гий — профессионал, способный комплексно сочетать исследовательскую, проектную и предпринимательскую деятельность, ориентированный на создание высокоэффективных производящих структур, стимулирующих рост и развитие различных сфер социальной деятельности.
Роль физики в подготовке инженера-биотехнолога многогранна и состоит в создании у обучаемых целостной системы взглядов на природу и взаимосвязь происходящих в ней явлений, а также в создании фундамента для последующего усвоения общепрофессиональных и специальных дисциплин, таких как: аналитическая химия и физико-химический анализ, биофизика, электротехника, материаловедение, техническая термодинамика и теплотехника и т.д. Формирование системы фундаментальных физических знаний и умений обеспечивает возможность применять их в условиях динамично развивающихся современных технологий и является одним из условий подготовки высококвалифицированного специалиста [2].
Фундаментализация и специализация подготовки инженеров — два диалектически противоречивых и взаимопроникающих процесса в образовании. В процессе обучения должен присутствовать поиск как фундаментальных аспектов специальных дисциплин, так и специальных приложений фундаментальных наук. Возникают две про-
блемы: проблема поиска объективного метода, основанного на надежных расчетах, позволяющего определить круг дисциплин, наиболее тесно связанных друг с другом (в нашем случае курса физики с общепрофессиональными и специальными дисциплинами); проблема метода контроля оценки результатов обучения, построенного на интеграционной основе [1].
Для их решения мы применили метод главных компонент в качестве объективного метода при получении исходной информации о состоянии процесса обучения в вузе, на основе которой определяются межпредметные интеграционные связи.
Отличительной чертой метода выделения главных компонент среди других методов факторного анализа считается изображение переменных и объектов исследования в новом подпространстве ортогональных факторов. Идея метода (К.Пирсон, Г Хотеллинг) сводится к поиску такого векторного подпространства переменных, которое оптимально отражает информацию, содержащуюся в исходных многомерных данных [4].
Определение взаимосвязи между учебными предметами было произведено на основании анализа результатов успеваемости за весь период обучения четырех наборов студентов: 2006, 2007, 2008, 2009 гг.
В рассматриваемую выборку вошли 4 группы (п=4 параметра) и 75 разделов и тем содержания 29-ти дисциплин ^=75).
Графическое изображение на плоскости двухмерного пространства двух первых компонент приведено на рис. 1, где содержание изучаемых дисциплин обозначено соответствующими им точками. Близость точек друг к другу свидетельствует о степени межпредметной связи.
Рис. 1
Р 2
! о.и..
0.05 ■ -
Н-НЧ—Н
■АЗ -&Я 4.2 -О.И -41 -0.0}
-НЧ-1—I-1—I-I—I-
ДЙ5 0.1 <Ш «г 0.2} м
Р1
Как видно из рис. 1, большинство точек — образов предметов сгруппированы в одном кластере, который можно назвать «объединенными точками». Лишь неболь-
шое количество точек расположено в крайних положениях — в области «далекие точки». Точки, находящиеся в непосредственной близости от основной группировки, могут быть названы «близкие точки». Сравнительный анализ исследований успеваемости трех наборов студентов (2006, 2007 и 2008 гг.) показал устойчивую повторяемость каждого распределения взаимосвязи содержания учебных дисциплин. Картина распределения взаимосвязи предметов свидетельствует о достаточно тесной связи почти между всеми предметами, за исключением некоторых предметов, таких как: математика, изучаемая в первом семестре (точка 5); математика, изучаемая во втором семестре (точка 6); философия, изучаемая в первом семестре (точка 8); культурология (точка 11); экономика (точка 29) и т.д. В частности, физика, изучаемая в первом семестре (точка 1) и физика, изучаемая во втором семестре (точка 2), также несколько обособлены от основного массива, объединяющего другие учебные дисциплины. Обособленность физики заставляет задуматься, почему физика, являясь базовой для специальных и общепрофессиональных дисциплин при подготовке биотехнологов, на практике не выполняет этой функции.
Далеко не в полной мере удовлетворяет традиционный подход, при котором (обычно в лекционном курсе) бегло перечисляются технические приложения того или иного физического явления. Нами построена дидактическая система, направленная на повышение профессиональной направленности курса физики. Физическая теория должна излагаться дедуктивно с доведением результатов до построения моделей реальных физических объектов и систем [1].
В соответствии с этим особое внимание уделяется, например, разделам «Основы молекулярной физики и термодинамики» и «Основы физики ядра и элементарных частиц», т.к. они являются отправной точкой для изучения биотехнологами таких предметов, как: «Аналитическая химия и физико-химические методы анализа», «Физическая химия», «Поверхностные явления и дисперсные системы», «Биохимия». Например, изучая тему «Дефект массы и энергия связи ядра», более подробно останавливаемся на изучении масс-спектрометров — измерительных приборов, разделяющих с помощью электрических и магнитных полей пучки заряженных частиц (обычно ионов) с разными удельными зарядами, которые используются как для анализа следов высокоочищенных газов, так и для контроля биологических процессов в сложных медицинских аппаратах и химических реакциях в химических установках.
В курсе физики нами также большое внимание уделяется математике, например, таким темам, как «Интегрирование» и «Дифференцирование», знания которых обеспечивают более глубокое понимание следующих физических вопросов: «Кинематика и динамика поступательного и вращательного движения», «Гармонические колебания и их характеристики», «Скорость химических реакций», «Теория погрешностей» и др. В лабораторный практикум по методам моделирования включены работы, например,
«Численное моделирование собственных линейных и нелинейных колебаний в консервативных и диссипативных системах». В процессе изучения таких работ наглядно демонстрируется связь фундаментальных законов раздела физики «Колебания и волны» с реальными процессами колебаний в химических установках и медицинских аппаратах.
Рис. 2
Р2
0,15 . .
0.05 - -
Н-1-1—ь
•• I '' -а; :1 -ом
-0,05- -
-0,1.
■0,15..
■0.2 - -
Н—I-1—I-1—I—
яси '<' ли ; .м ,
Р1
Результат применения разработанной дидактической системы приведен на рисунке.
Опыт проведения мониторинга на основе метода выделения главных компонент показал его способность
комплексно интегрированно отслеживать организацию и проектировать протекание учебного процесса, его высокую диагностичность, надежность, способность адекватно отражать соответствие процесса обучения и его результатов программным и квалификационным требованиям к общеобразовательным и профессиональным компетенциям.
Учитывая вышеперечисленные характеристики мониторинга на основе метода выделения главных компонент, его можно рекомендовать для использования в образовательной практике других вузов. Не исключаем, что предлагаемая нами форма мониторинга и проводимая на его основе коррекция образовательного процесса обладают потенциалом совершенствования, уточнения, структурного углубления в процессе дальнейшего функционирования и развития.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бабанский Ю.К. Оптимизация процесса обучения: общедидактический аспект. — М., 2005.
2. Батяйкина (Логинова) Ю.В., Горин Ю.В. Активизация познаний по школьной математике при обучении физике студентов первых курсов технических специальностей // Актуальные вопросы развития образования и производства: Всероссийская научно-практич. конфер. Н. Новгород. — 30 мая 2006 г. — Н. Новгород: Волжский гос. инженерно-пед. ун-т, 2006.
3. Зеер Э.Ф. Интегративные конструкты содержания профессионального образования / Вестник учебно-методического объединения по профессионально-педагогическому образованию. Вып. 1(30). — Екатеринбург, 2002.
4. Майоров А.Н. Мониторинг учебной эффективности / Школьные технологии. — 2000. — № 1.
ИННОВАЦИОННЫЙ ПОДХОД К ИЗУЧЕНИЮ ГЕНЕТИЧЕСКИХ СВЯЗЕЙ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ В ШКОЛЬНОМ КУРСЕ ХИМИИ
С.А. Опарина, кандидат педагогических наук, старший преподаватель Арзамасского государственного педагогического института им. А.П. Гайдара, (831) 4720371, sv130297@mail.ru,С.Ф. Жильцов, доктор химических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, заведующий кафедрой органической химии Нижегородского государственного педагогического университета, (831) 439-00-84
В статье подробно рассмотрены основные компоненты методической системы по изучению генетической связи органических соединений в школьном курсе химии. Пристальное внимание уделено особенностям методического подхода к ее реализации в учебном процессе.
Ключевые слова: дидактическая модель, генетическая связь, химический эксперимент, целостное восприятие курса, химические понятия.
