2.3.1. Лекции и семинары

Внедрение компетентностного подхода потребовало разработки принципиально нового учебно-методического обеспечения, основанного на современных образовательных технологиях, которое должно интегрировать две системы обучения: систему обучения знаниям и систему обучения мышлению (сопоставлению, анализу, синтезу, творческой активности), – а также учитывать крайне низкий исходный уровень знаний по физике у большинства абитуриентов.

Учебный процесс по дисциплине «Общая и экспериментальная физика» можно разделить на следующие важные этапы: усвоение новых знаний, их закрепление и углубление, формирование вышеуказанных компетенций.

Получение и усвоение новых знаний студентами происходит в первую очередь во время лекционных занятий. В связи с тем, что наилучшие результаты в учебной деятельности студентов даёт комбинированное воздействие визуальной и аудиоинформации, на кафедре разработана и внедрена в учебный процесс методика чтения лекций с использованием современных компьютерных технологий. Использование мультимедийной аппаратуры позволяет сделать лекции доступными и яркими, даёт возможность наглядно демонстрировать физические эксперименты и явления, схемы и принципы работы современных приборов, которые не возможно показать из-за неполной оснащенности физического кабинета, привлечь внимание студентов к фундаментальным достижениям и решениям прикладных проблем физики. Но демонстрационный эксперимент как метод обучения не исчез в преподавании физики. Демонстрационный эксперимент в процессе сообщения новых знаний все также используется для показа физических явлений, формирования физических понятий, показа связей между изученными явлениями и возможных путей использования явлений и закономерностей в современной технике. Особенно существенна роль демонстрационного эксперимента в развитии у студентов наблюдательности, образного мышления, умения делать обобщения на основе наблюдаемых фактов, предвидеть ход течения наблюдаемого процесса и т. д. Являясь носителем учебной информации, убедительный своей объективностью, выразительный своей образностью, экономный по затратам учебного времени, впечатляющий, а потому легко запоминающийся, демонстрационный эксперимент активно формирует знания учащихся.

Лекции по своей структуре, содержательной насыщенности, оснащённости презентациями сбалансированы для восприятия, оптимизированы для дальнейшего осмысления и усвоения материала большинством студентов. Всё это способствует не только лучшему пониманию студентами физических законов и физических явлений, но и осознанию ими, что без знания физики они не смогут стать профессионалами в своей будущей деятельности. Закрепление знаний физических законов, выработка умений применять их на практике, понимание физических явлений, формирование у студентов способностей к анализу, синтезу, к исследовательской деятельности, навыков работы в нестандартных ситуациях осуществляются на практических и лабораторных занятиях.

2.3.2. Практические и лабораторные работы

На кафедре физики разработаны методики проведения практических и лабораторных занятий, позволяющих обеспечить контроль и оценку не только конечного результата, но и, главным образом, процесса обучения, т.е. тех действий, которые совершает студент, осваивая учебный материал.

Для этого были созданы тестовые задания и задачи различного уровня сложности раздела «Квантовая физика» дисциплины «Общая и экспериментальная физика». Содержание заданий и задач направлено на формирование у студентов следующих компетенций:

1. знание и понимание физических законов, явлений, формул;

2. умение применять законы и формулы для решения качественных и количественных задач;

3. способность представлять физические законы и явления в виде графических закономерностей и анализировать их;

4. навыки аналитического мышления;

5. способность решать комплексные задачи, требующие синтеза знаний по темам ранее изученного учебного материала;

6. способность к самообразованию.

Темы практических занятий сообщаются студентам заранее. В начале каждого занятия преподаватель очерчивает минимальный круг необходимых по теме физических законов и понятий, привлекая к обсуждению студентов, затем разбирает на доске несколько типичных прикладных задач различной сложности, приводя алгоритмы их решений и акцентируя внимание студентов на узловых моментах, используемых законах.

В конце занятия студентам раздаются индивидуальные тесты и предлагается, используя конспекты лекций и любые учебные пособия, ответить на задания тестов. При таком подходе каждое задание, несущее на себе тренировочные функции по выработке определённых компетенций, воспринимается студентами как очередная физическая проблема, самостоятельное решение которой приводит к новому знанию. Результаты тестирования сообщаются на следующем занятии. Правильные ответы на тестовые задания без обоснования их решения не засчитываются.

Подобный текущий контроль позволяет активизировать познавательную деятельность студентов, сформировать у них навыки самообразования, ранжировать студентов по уровню усвоения учебного материала и приобретения ими определённых общенаучных и инструментальных компетенций.

Лабораторный практикум занимает особое место при изучении физики. Именно во время лабораторных занятий студенты учатся работать с современным научным оборудованием, планировать и проводить физические эксперименты, знакомятся с теорией погрешностей, впервые соприкасаются с научно-исследовательской и научно-инновационной деятельностью.

В процессе изучения раздела «Квантовая физика» дисциплины «Общая и экспериментальная физика» студенты выполняют лабораторные работы в учебной лаборатории № 211 кафедры физики. В целом на кафедре имеется 10 специализированных лабораторий:

• механики (лаборант Паршукова Г.А.);

• молекулярной физики и термодинамики (лаборант Паршукова Г.А.);

• электричества (заведующая кабинетом Куприянова И.Е.);

• оптики и квантовой физики (инженер-лаборант Чистотин А.А.);

• методики преподавания физики (заведующая кабинетом Киричевская Л.Г.);

• демонстративного физического эксперимента (ассистент-демонстратор Дементьева Н.И.);

• астрономических исследований (проф. Томанов В.П.);

• электрических цепей и машин (проф. А.И. Домаков, лаборант П.И. Кашинцев);

• радиотехники им. Н.М. Дикарева (проф. А.И. Домаков, лаборант П.И. Кашинцев);

• технических средств обучения (доц. В.В. Левин);

• основ микроэлектроники (доц. В.Н. Серьезнов, лаборант Зиновьева Е.П.);

• научно-исследовательская лаборатория электродинамики СВЧ (зав. лабораторией проф. В.А. Яцкевич).

Применительно к дисциплине «Квантовая физика» в лаборатории оптики и квантовой физики выполняются следующие лабораторные работы:

1. Экспериментальное определение постоянной Стефана-Больцмана.

2. Опыт Франка и Герца.

3. Изучение внешнего фотоэффекта.

4. Изучение внутреннего фотоэффекта в полупроводниках.

5. Изучение спектров излучения водорода и натрия.

6. Изучение устройства и принципа работы He-Ne лазера.

7. Изучение корпускулярно-волновых свойств света и микрочастиц.

8. Измерение β-активности толстого препарата известного радионуклида с помощью торцового счётчика.

Все лабораторные работы выполняются на реальном оборудовании. На всех лабораторных занятиях предусмотрен контроль. Составленные к каждой лабораторной работе методические рекомендации включают в себя не только основные положения теории изучаемого вопроса, описание лабораторной установки, порядок выполнения работы и обработки результатов исследования и задания, выполняемые в ходе эксперимента, но и так называемые «вопросы для допуска» - задания по теории метода, лежащего в основе эксперимента, принципу работы лабораторной установки, расчёту погрешности прямых и косвенных измерений и теории исследования. Также в методических рекомендациях предложена рекомендуемая литература и контрольные вопросы для защиты лабораторной работы.

В процессе составления отчетов и защиты работ студенты учатся адаптироваться к новым ситуациям, сравнивать, устанавливать закономерности, оценивать погрешности измерений, делать выводы о справедливости физических законов и границах их применимости.