Технология физического эксперимента в профессиональном образовании в рамках компетентностной модели

Размещено на http://allbest.ru

Казахский национальный университет имени аль-Фараби

Технология физического эксперимента в профессиональном образовании в рамках компетентностной модели

Борибаева М.А., Куйкабаева А.А., Асембаева М.К.

г.Алматы, Казахстан

Сравнив полученные результаты студенты должны сформулировать причины возможных расхождений.

В настоящее время во всех сферах жизнедеятельности мирового сообщества происходит изменение ценностных ориентаций, обусловленное сменой цивилизаций на рубеже XX - XXI веков, что требует нового подхода к формированию будущего профессионала.

Отличительные для нашего времени изменения в характере образования -- в его направленности, целях, содержании - все более явно ориентируют его на «свободное развитие человека», на творческую инициативу, самостоятельность обучаемых, конкурентоспособность, мобильность будущих специалистов. Эти накапливающиеся изменения означают, по сути, процесс смены образовательной парадигмы.

Однако происходящие в мире и Казахстане изменения в области целей образования, соотносимые, в частности, с глобальной задачей обеспечения вхождения человека в социальный мир, его продуктивной адаптации в нем, вызывают необходимость постановки вопроса обеспечения образованием более полного, личностно и социально интегрированного результата. Физический эксперимент позволяют формировать у студентов методы учебного исследования: измерение, наблюдение, фиксация результатов, проведение математической обработки полученных результатов.

Одной из главных задач физического образования является обучение основам техники и технологии физического эксперимента, поскольку экспериментальная физика была и остается важнейшей составляющей всей физики.

Несмотря на широкое распространение компьютерных технологий и наличие множественных обучающих программ с использованием наглядного компьютерного экспериментальную работу, можно приобрести ту культуру физического эксперимента, которая необходима для профессиональной деятельности в физике.

При этом важно построить программу обучения так, чтобы студент не только проводил эксперимент, руководствуясь готовым описанием предлагаемой работы, но и максимально активно участвовал в выборе путей и способов решения поставленной экспериментальной задачи на всех стадиях от постановки эксперимента до окончательной обработки и интерпретации полученных результатов.

Разрабатывается подробная программа эксперимента, включающая последовательность всех этапов проведения работы от приготовления необходимых материалов и образцов для исследования до обработки результатов эксперимента. При этом должны быть предложены четкие схемы экспериментальных установок и выбрано оборудование, которое для них потребуется.

В настоящей работе на примере одной из экспериментальных задач рассмотрена возможность обучения технологии физического эксперимента с достаточно полным охватом основных этапов исследования.

Экспериментальное определение момента инерции диска является комплексной задачей, для решения которой необходимы как базовые знания различных разделов физики и смежных дисциплин, так и определенные умения экспериментальной работы.

Студентам предлагается, используя законы сохранения механической энергии, определить момент инерции диска двумя методами: динамическим и методом колебаний.

1. Определение момента инерции диска динамическим методом. В данной работе используется установка, изображенная на рисунке 1.

Диск вместе с валом насажен на горизонтальную ось ОО, относительно которой он вращается. Ось ОО совпадает с осью симметрии диска, поэтому колесо находится в состоянии безразличного равновесия.

К валу диска прикреплена нить, на конце которой закрепляются грузы, создающие вращающий момент.

Если нить намотать на вал, груз поднимется на некоторую высоту h, система получит запас потенциальной энергии, равный произведению силы тяжести груза на высоту подъема груза.

Рисунок 1. Схема экспериментальной установки для определения момента инерции диска динамическим методом.

физический эксперимент энергия мышление

При освобождении диска груз начнет опускаться, приводя диск во вращение. Потенциальная энергия поднятого груза преобразуется в кинетическую энергию поступательного движения груза и вращательного движения диска. Ознакомление с установкой. В отверстие для закрепления шара необходимо закрутить болт до упора (для уравновешивания диска относительно оси вращения). Измерение линейных размеров установки. С помощью штангенциркуля измеряется диаметр вала 2r, диаметр диска 2R,толщину диска d, диаметр шара R_1. Результаты заносятся в таблицу.

Закрепив один из грузов на конце нити (200ч500 г). Одновременно с пуском секундомера освобождают систему и определяют время падения t груза с максимально возможной высоты h до падения на платформу (отсчет высоты производить от нижнего основания груза). Опыт производят не менее пяти раз. Результаты измерений заносятся в таблицу. Определяют численное значение момента инерции диска по формуле:

(1)

Вычисляют погрешность измерений по методу прямых измерений.

Студентам предлагается вычислить момент инерции диска по его геометрическим размерам, зная радиус диска R,, толщину диска а, плотность с материала диска.

Сравнив полученные результаты студенты должны сформулировать причины возможных расхождений.

2. Определение момента инерции диска методом колебаний. В работе используется установка предыдущего упражнения, на ободе которой укреплен массивный шар (рисунок 2).

Первоначально диск с шаром находятся в состоянии устойчивого равновесия. Если систему вывести из этого состояния (повернуть диск на небольшой угол б ? 8⁰), возникнут колебания системы "диск-шар" вокруг горизонтальной оси с периодом Т.

Рисунок 2. Схема экспериментальной установки для определения момента инерции диска методом колебаний.

Пренебрегая моментом сил трения, используя уравнение движения диска с шаром и измерив, период колебаний диска с шаром Т₀ и зная массу m₁ и радиус шара R₁, вычисляют момент инерции диска по формуле:

(2)

Вставляя данные значения физических величин в формуле 2 были вычислены следующие моменты сил трения:

<I >= 0,204 кг ·м². S_<I>= I=

=S_<I> t=2,8 0,18 10^-2=0,5 10^-2

I=<I>I I=(0,2040,005) кг м².

Студентам предлагается сравнить экспериментальные результаты, полученные двумя различными методами. Объяснив причины расхождений. На завершающем этапе исследования проводился анализ и обработка экспериментальных результатов.

В таблице 1 приведены линейные размеры установки для определение момента инерции диска методам колебаний.

m_шара=(386010)г, m_шара- масса шара, R- радиус диска, R₁- радиус шара.

Таблица 1. Время n=30 колебаний системы для б=8⁰

В таблице 1 приведены время 30 колебаний системы для б=8⁰. После проведения нескольких работ подобного рода у студентов формируются необходимые представления о методике и технике физического эксперимента.

Методика обучения физическому эксперименту приводит к возникновению новых элементов в традиционной модели реализации физического практикума, способствующих формированию мотивации к самостоятельной работе, развитию навыков владения экспериментальным натурным и компьютерным оборудованием. Она также решает некоторые общеобразовательные задачи, в частности, такие как формирование и развитие исследовательских, проектных и информационных умений, критического и творческого мышления, что значительно повышает качество подготовки студентов вуза.

Новый подход в образовании предполагает создание новых методик обучения, и новых методик проверки эффективности обучения в рамках компетентностной модели выпустника.

Литература

1. Куприянова Г.В. Образовательная программа как индивидуальный образовательный маршрут // Индивидуализация в современном образовании: теория и практика. Ярославль, 2001.

2. Клеветова Т.В. Формирование ключевых компетенций учащихся при изучении физики: мотивационный аспект // Школа будущего. 2010. № 4. С. 47-56.

3. Исатаев С.И. Аскарова А.С.Общий физический практикум. Механика. Алматы 2002.150-158

Annotation

The opportunity of teaching the physical experience technology by sufficiently covering the main phases of research is described in this work by the example of one of the experimental tasks. An experimental determination of a disc inertia moment is a complex task, for solving of which it is needed to have a basic knowledge of various branches of physics and allied disciplines, as well as the certain experimental work skills. The students were encouraged to determine the disc inertia moment through the following two methods using the conservation law of mechanical energy: dynamic and oscillation method. The students defined the reasons for possible contradictions by determining the disc inertia moment. The experimental results obtained by the two different methods were compared. The competence-based model solves some general tasks; in particular, such as the formation and development of research, project and information skills, critical and creative thinking which significantly improves the competence level of university students

Key words: physical experiment, moment of inertia, disk, competence model, general educational tasks, laws of conservation of mechanical energy

Аннотация

Возможность преподавания технологии физического опыта путем достаточного освещения основных этапов исследования описана в этой работе на примере одной из экспериментальных задач. Экспериментальное определение момента инерции диска представляет собой сложную задачу, для решения которой необходимо иметь базовые знания различных отраслей физики и смежных дисциплин, а также определенные экспериментальные навыки работы. Студентам было предложено определить момент инерции диска с помощью следующих двух методов с использованием закона сохранения механической энергии: динамического и колебательного метода. Студенты определили причины возможных противоречий, определяя момент инерции диска. Сравнивались экспериментальные результаты, полученные двумя разными методами. Модель, основанная на компетенции, решает некоторые общие задачи; в частности, такие как формирование и развитие исследовательских, проектных и информационных навыков, критическое и творческое мышление, что значительно повышает уровень компетентности студентов университетов

Ключевые слова: физический эксперимент, момент инерции, диск, компетентностная модель, общеобразовательные задачи, законы сохранения механической энергии

Размещено на Allbest.ru