НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ПРЕПОДАВАНИИ ФИЗИКИ В ВУЗЕ

Талхигова Х.С.

Кандидат педагогических наук, ФГБОУ ВО Чеченский государственный университет, Академия наук Чеченской Республики, Комплексный научно-исследовательский институт им. Х.И. Ибрагимова РАН

НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ПРЕПОДАВАНИИ ФИЗИКИ В ВУЗЕ

Аннотация

В условиях перехода к новым образовательным стандартам проведение лабораторных занятий способствует формированию глубоких научных знаний, развитию практических умений и навыков студентов, их самостоятельности и творческой активности. В настоящее время происходит становление новой системы образования, которое сориентировано на вхождение в единое мировое образовательное и информационное пространство.

Статья посвящена актуальности применения компьютерных технологий в учебной деятельности студентов, в частности при проведении лабораторного практикума по физике.

Ключевые слова: лабораторный практикум по физике, модельный эксперимент.

Talkhigova Kh.S.

PhD in Pedagogy, FSBEI of Higher Education Chechen State University, Academy of Sciences of the Chechen Republic, Complex Scientific Research Institute named after Kh.I. Ibragimov of the RAS

NEW OPPORTUNITIES OF INFORMATION TECHNOLOGIES APPLICATION IN TEACHING PHYSICS AT UNIVERSITIES

Abstract

Conducting laboratory classes contributes to the formation of deep scientific knowledge and the development of practical skills fostering students’ independence and creative activity under the conditions of transition to new educational standards. At present, the formation of a new education system is taking place, which is oriented towards entering a unified educational and information space of the world.

The article is devoted to the relevance of the computer technologies application in educational activities of students, in particular, when conducting a laboratory practicum in physics.

Keywords: laboratory practicum in physics, model experiment.

Как подчеркивается в концепции модернизации российского образования, основным результатом деятельности образовательного учреждения должна стать личность обучаемого. Выпускники высших учебных заведений должны быть профессионально компетентны в оценке процессов, происходящих в обществе, владеть глубокими научными знаниями, быть способными на постоянное саморазвитие и самосовершенствование. В связи с этим возникает необходимость освоения современных технологий обучения, таких как интерактивные, информационно-коммуникативные, личностно-ориентированные.

Неизбежен пересмотр организационных форм обучения путем увеличения доли самостоятельной, индивидуальной и коллективной формы  работы студентов, объема практических и лабораторных работ поискового и научно-исследовательского характера. В этом направлении и осуществляют свою деятельность сотрудники факультета физики и информационно-коммуникационных технологий Чеченского государственного университета (ЧГУ) [1, С. 57].

Современная ситуация в образовании формируется под воздействием глобальной тенденции информатизации общества [2, С. 54].

Овладение современными технологиями – потребность найти способы повышения результативности и эффективности профессиональной деятельности, снижения трудоемкости ресурсов и затрат, уменьшения разброса, дисперсии качества ее результатов [3, С. 163].

В педагогической деятельности среди информационных технологий особое место занимают мультимедийные технологии, они позволяют заменить почти все традиционные технические средства обучения. Достоинства мультимедийных технологий особенно актуальны при изучении такой дисциплины как физика [4, С. 160].

Физика – наука экспериментальная [5, С. 64]. Она идет от простого наблюдения явлений к постановке целенаправленных опытов, позволяющих получить качественное представление о процессах, происходящих в природе [6, С. 161]. По мере уточнения методов исследования открывается возможность количественных измерений тех или иных физических величин и формулировки количественных физических законов. Для этой цели привлекаются математические методы, благодаря которым результаты обобщаются в сжатой ясной форме. Физические законы позволяют предсказывать ход событий в определенных условиях. Проверка этих предсказаний дает возможность установить область применения того или иного закона и оценить точность предсказаний, а также прочность производимых в физике измерений. Именно в этом смысле физику называют точной наукой: она не обладает абсолютно точными сведениями о природе, но может оценивать точность и надежность своих предсказаний [7, С. 133].

Если развитие физики помогает развитию техники, то и техника, в свою очередь, обогащает физику новыми, более совершенными приборами и методами исследования природы и ставит перед физикой новые задачи [8, С. 41].

В настоящее время появилась возможность реализации модельных экспериментов с помощью средств ИКТ и создания виртуальных лабораторных практикумов [9, С. 59].

Лабораторный практикум по физике атомного ядра и элементарных частиц является обязательной компонентой лабораторного цикла для студентов – физиков. Выполнение лабораторных работ по данному сегменту физической науки необходимо для выработки «квантового» типа мышления, необходимого для образовательной и научно-исследовательской работы в области квантовой физики и нанотехнологий.

В то же время ввод в строй и поддержание данного лабораторного практикума в наших ВУЗах встречается с рядом трудностей. Во первых, лабораторная техника и электронное оборудование для ядерного практикума дорого и по большей части производится за рубежом. Во вторых в наших условиях использование при выполнении лабораторных работ источников радиоактивного излучения нежелательно, так как в этом случае придется выделять под практикум специальные режимные помещения с квалифицированным персоналом.

В связи с этим нами проводится работа по включению в состав общего лабораторного практикума по физике атомного ядра и элементарных частиц виртуальных лабораторных работ, которые могут быть выполнены в режиме онлайн [3, С. 163].

Работающие на данное время виртуальные лабораторные работы по физике ядра и по элементарных частиц включает в себя следующие – «Радиоактивность и α – распад», «Деление тяжелых ядер», «Нейтронно-активационный анализ». Каждая лабораторная работа состоит из теоретического введения, подробного описания протокола измерений и их статистической обработки. После чего в режиме онлайн проводятся сами измерения при различных параметрах измерительного тракта, устанавливаемых самим студентом.

Рассмотрим более подробно лабораторные работы «Радиоактивность и α – распад» и  «Деление тяжелых ядер».

«Радиоактивность и α – распад». Дается общее определение радиоактивности, подчеркивается принципиально статистический характер этого явления. Вводятся описывающие распад величины – постоянная распада λ, время жизни τ и период полураспада Т_1/2. Формулируется и решается система дифференциальных уравнений для случая двухцепочных распадов. Далее приводятся формулы для баланса чисел Z, A и энергий для α – распада, формулируется закон Гейгера-Неттола и его теоретическое объяснение. Приводится подробное описание лабораторной установки, состоящей из полупроводникового (кремний – литиевого) детектора тяжелых заряженных частиц, зарядочувствительного предусилителя, усилителя-формирователя и амплитудного анализатора. Время измерения может меняться в интервале (1, 100) с, число отсчетов на 1 канал анализатора в интервале (32, 65536) при числе каналов – 1024.

Цель работы заключается в измерении энергетических спектров α – частиц, определении их энергий и последующей идентификации – с помощью табличных данных – идентификации 4 неизвестных радиоактивных ядер, являющихся источниками этих частиц. Для этого предварительно производится калибровка амплитудного анализатора посредством измерения спектра энергий α – частиц, излучаемых радиоактивным источником ядер Ra²²⁶.

Лабораторная работа «Деление тяжелых ядер». Дается определение реакции спонтанного деления тяжелых ядер с Z > 82. Рассматривается капельный механизм деления ядра, согласно которому данный квантовый процесс обусловлен влиянием на устойчивость ядра кулоновских сил отталкивания между ядерными протонами. Лабораторная установка виртуальной работы состоит из встроенного источника α – частиц, кремниевого детектора тяжелых заряженных частиц, на который с отдельного блока подается напряжение смещения. Полупроводниковый детектор на основе кремния отличается чувствительностью 2-3 % и позволяет разрешать энергетический спектр тяжелых заряженных частиц в самых малых деталях. Полученный сигнал после прохождения стандартного усилительного тракта подается на вход амплитудного анализатора.

Цель работы заключается в измерении энергетического спектра и спектра масс ядер – осколков, получающихся при спонтанном делении ядер изотопа калифорния Cf ²⁵².

Амплитудный анализатор предварительно калибруется посредством измерения спектра α – частиц с энергиями 4.78, 5.30, 5.49, 6.00, 7.69 МэВ, излучаемых радиоактивным источником ядер Ra²²⁶.

В процессе проведения физического практикума у студентов вырабатываются и закрепляются навыки логического осмысления наблюдаемых процессов, обработки полученных результатов, необходимых для дальнейшего обучения и самостоятельной работы [10, С.143].

Список литературы / References

1. Талхигова Х.С. Пути построения физического эксперимента в вузе/ Х.С. Талхигова // Экономические и гуманитарные исследования регионов: Научно-теоретический журнал. – 2015. –№5. Р. н/Д. – С. 57-60.
2. Талхигова Х.С. Электронные образовательные ресурсы в профессиональной подготовке студентов бакалавриата / Х.С. Талхигова // Экономические и гуманитарные исследования регионов: Научно-теоретический журнал. – – №4. Р. н/Д. – С. 54-59.
3. Талхигова Х.С. Особенности современных образовательных технологий / Х.С. Талхигова // Сборник статей Международной научно-практической конференции «Современные технологии в мировом пространстве». – Ч.2. – Уфа: АЭТЕРНА. – 2016. – С.163-164.
4. Талхигова Х.С. Использование технологии мультимедиа на уроках физики / Х.С. Талхигова // Сборник статей Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития науки в России и мире». – Ч.4. – Уфа: АЭТЕРНА. – 2016. – С.160-162.
5. Талхигова Х.С. Учебный физический эксперимент / Х.С. Талхигова // Международный научно-исследовательский журнал. – 2015. – № 10(41).– С. 64-65.
6. Талхигова Х.С. Учебный физический эксперимент в условиях модернизации образовании / Х.С. Талхигова // Сборник статей Международной научно-практической конференции «Современные технологии в мировом пространстве».   – Уфа: АЭТЕРНА. – 2016. –С.161-163.
7. Талхигова Х.С. Компьютерное моделирование в обучении физике // Сборник статей Международной научно-практической конференции «Личность как объект психологического и педагогического воздействия ».  – Уфа: АЭТЕРНА. – 2016. – С.133-134.
8. Талхигова Х.С., Умарова Л.Х. Некоторые аспекты проведения физического эксперимента в условиях модернизации образовании / Х.С. Талхигова, Л.Х. Умарова // Экономические и гуманитарные исследования регионов: Научно-теоретический журнал. –2016. –№ 4. –Р. н/Д. – С. 41-43.
9. Талхигова Х.С. Некоторые особенности проведения лабораторного практикума в вузе / Х.С. Талхигова // Международный научно-исследовательский журнал. – 2017. – № 4(58).– С. 59-60.
10. Талхигова Х.С. Методические рекомендации к проведению общего физического практикума / Х.С. Талхигова // Сборник статей Международной научно-практической конференции: «Интеграционные процессы в науке в современных условиях». – Уфа: АЭТЕРНА. – 2016. – С. 143-145.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Talhigova H.S. Puti postroenija fizicheskogo jeksperimenta v vuze [Ways of constructing a physical experiment in a university]/ H.S. Talhigova // Jekonomicheskie i gumanitarnye issledovanija regionov: Nauchno-teoreticheskij zhurnal [Economic and humanitarian studies of the regions: Scientific and theoretical journal]. – 2015. – № 5. R. n/D. – P. 57-60. [in Russian]
2. Talhigova H.S. Jelektronnye obrazovatel'nye resursy v professional'noj podgotovke studentov bakalavriata [Electronic educational resources in the professional training of undergraduate students] / H.S. Talhigova // Jekonomicheskie i gumanitarnye issledovanija regionov: Nauchno-teoreticheskij zhurnal [Economic and humanitarian studies of the regions: Scientific and theoretical journal]. – 2011. – № 4. R. n/D. – P. 54-59. [in Russian]
3. Talhigova H.S. Osobennosti sovremennyh obrazovatel'nyh tehnologij [Features of modern educational technologies] / H.S. Talhigova // Sbornik statej Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii «Sovremennye tehnologii v mirovom prostranstve» [ Collection of articles of the International scientific and practical conference "Modern technologies in the world space"]. – Ch.2. – Ufa: AJeTERNA. – 2016. – P.163-164. [in Russian]
4. Talhigova H.S. Ispol'zovanie tehnologii mul'timedia na urokah fiziki [The use of multimedia technology at the lessons of physics] / H.S. Talhigova // Sbornik statej Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii «Problemy i perspektivy razvitija nauki v Rossii i mire» [Collection of articles of the International Scientific and Practical Conference "Problems and prospects of the development of science in Russia and the world"]. – Ch.4. – Ufa: AJeTERNA. – 2016. – P.160-162. [in Russian]
5. Talhigova H.S. Uchebnyj fizicheskij jeksperiment [Educational physical experiment] / H.S. Talhigova // Mezhdunarodnyj nauchno-issledovatel'skij zhurnal [International Scientific and Research Journal]. – 2015. – № 10 (41). – P. 64-65. [in Russian]
6. Talhigova H.S. Uchebnyj fizicheskij jeksperiment v uslovijah modernizacii obrazovanii [Educational physical experiment in conditions of modernization of education]/H.S. Talhigova // Sbornik statej Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii «Sovremennye tehnologii v mirovom prostranstve»[ Collection of articles of the International scientific and practical conference "Modern technologies in the world space"]. – Ufa: AJeTERNA. – 2016. – P.161-163. [in Russian]
7. Talhigova H.S. Komp'juternoe modelirovanie v obuchenii fizike [Computer modeling in teaching physics] // Sbornik statej Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii «Lichnost' kak ob#ekt psihologicheskogo i pedagogicheskogo vozdejstvija » [ Collection of articles of the International Scientific and Practical Conference "Personality as an Object of Psychological and Pedagogical Impact"]. – Ufa: AJeTERNA. – 2016. – P.133-134. [in Russian]
8. Talhigova H.S., Umarova L.H. Nekotorye aspekty provedenija fizicheskogo jeksperimenta v uslovijah modernizacii obrazovanii [Some aspects of conducting a physical experiment in conditions of modernization of education ] / H.S. Talhigova, L.H. Umarova // Jekonomicheskie i gumanitarnye issledovanija regionov: Nauchno-teoreticheskij zhurnal [Economic and humanitarian studies of regions: Scientific and theoretical journal]. –2016. –№ 4. –R. n/D. – P. 41-43. [in Russian]
9. Talhigova H.S. Nekotorye osobennosti provedenija laboratornogo praktikuma v vuze [Some features of the laboratory work in the university] / H.S. Talhigova // Mezhdunarodnyj nauchno-issledovatel'skij zhurnal [International Scientific and Research Journal]. – 2017. – № 4 (58). – P. 59-60. [in Russian]
10. Talhigova H.S. Metodicheskie rekomendacii k provedeniju obshhego fizicheskogo praktikuma [Methodical recommendations for a general physical workshop] / H.S. Talhigova //Sbornik statej Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii: «Integracionnye processy v nauke v sovremennyh uslovijah» [Collection of articles of the International Scientific and Practical Conference: "Integration processes in science in modern conditions"]. – Ufa: AJeTERNA. – 2016. – P. 143-145. [in Russian]