Библиографическое описание:

Янченко И. В., Окунева В. С. Формирование исследовательских умений и навыков студентов как составной части профессиональной компетенции [Текст] // Проблемы и перспективы развития образования: материалы Междунар. науч. конф. (г. Пермь, апрель 2011 г.).Т. II. — Пермь: Меркурий, 2011. — С. 161-163.

Лабораторный практикум по дисциплинам естественнонаучного профиля занимает важнейшее место в формировании профессиональной компетенции инженера, так как формирует навыки и умения, необходимые для организации и проведения экспериментальных исследований. Анализ литературы, посвященной организации практикумов показывает, что ученые и педагоги стремятся создать образовательную технологию, которая в отличие от традиционных способов проведения лабораторных практикумов, позволит исключить формализм в выполнении работ практикума, который неизбежен при его выполнении строго по методическим указаниям.

Врезка1Исследовательская ориентация учебного процесса при выполнении, обработке, анализе результатов, вычислении погрешностей и оценки достоверности результатов эксперимента учит студента сомневаться и проверять информацию, доказывать собственное мнение и отстаивать результаты. При этом активизируются познавательные способности студентов, развиваются умения и навыки исследовательской деятельности. Виртуальные лабораторные работы и модели не дают практических навыков работы с реальным оборудованием, при их выполнении нет неизбежно возникающей особой атмосферы сотрудничества преподавателя и студента.

В качестве одной из исследовательских работ, мы предлагаем студентам с помощью конденсатора с известной электроемкостью определить электроемкость неизвестного конденсатора и проверить законы параллельного и последовательного соединения конденсаторов с помощью «мостика Уинстона».

Студенту предлагается самостоятельно собрать мостик Уинстона из приборов: конденсаторы, реохорд, реостат, источник тока, гальванометр, набор проводников и провести эксперимент, подтверждающий закон параллельного и последовательного соединения конденсаторов (см. рисунок). На стадии теоретической части исследования с помощью правил Кирхгофа студент выводит формулу для экспериментального определения неизвестной электроемкости конденсатора по известной электроемкости конденсатора .

Идея, лежащая в основе экспериментальной части исследования: собираем мостик Уинстона с одним конденсатором неизвестно электроемкости и добиваемся нулевой разности потенциалов между точкой М и движком реохорда. Определив длины плеч реохорда, вычислим электроемкость неизвестного конденсатора , по известной электроемкости конденсатора .

С каждым конденсатором, включая их последовательно в цепь, проводим эксперимент и по формуле определения электроемкости неизвестных конденсаторов:


где - емкость неизвестного конденсатора, - емкость известного конденсатора, - правое плечо реохорда, - левое плечо реохорда.

Результаты первой части эксперимента по определению электроемкости двух конденсаторов представлены в таблице 1.

Таблица результатов №1

№ опыта

,мкФ

Конденсатор №1

Конденсатор №2

,см

,см

,мкФ

,см

,см

,мкФ

1

1

10

40

4,00

7

43

6,14

2

2

18

32

3,56

13

37

5,69

3

3

22

28

3,82

16

34

6,38

Среднее значение

3,79

Среднее значение

6,07


После измерений и вычисления электроемкостей конденсаторов и проверим соблюдение законов параллельного и последовательного соединения конденсаторов для этого соединяем их параллельно и подключаем в цепь в точках АМ, как подключали один конденсатор. Выше описанным способом добиваясь нулевой разности потенциалов между точками М и движком реохорда экспериментально определяем их электроемкость, как электроемкость одного конденсатора. Результаты эксперимента представлены в таблице 2.

Таблица результатов №2

Параллельное соединение

опыта

,мкФ

результаты эксперимента

,см

,см

, мкФ

1

1

5

45

9,00

2

2

8

42

10,50

3

3

12

38

9,50

Среднее значение

9,67


Далее разбираем параллельное соединение конденсаторов и и соединяем их последовательно, подключив в цепь в точках АМ. Добиваясь нулевой разности потенциалов между точками М и движком реохора экспериментально определяем их общую электроемкость при последовательном соединении. Результаты эксперимента представлены в таблице 3.

Таблица результатов №3

Последовательное соединение

опыта

,мкФ

результаты эксперимента

,см

,см

, мкФ

1

1

13

37

2,85

2

2

15

35

2,33

3

3

18

32

1,78

Среднее значение

2,32


Для проверки полученных результатов эксперимента используем формулы для вычисления электроемкости параллельно и последовательно соединенных конденсаторов. Для параллельного соединения:

,

где - теоретическое значение емкости батареи при параллельном соединении,

- экспериментальное значение емкости первого конденсатора, - экспериментальное значение емкости второго конденсатора.

Для последовательного соединения:

где - теоретическое значение емкости батареи при последовательном соединении,

- экспериментальное значение емкости первого конденсатора, - экспериментальное значение емкости второго конденсатора.

Полученные результаты эксперимента студент сводит в одну таблицу 4.

Таблица результатов №4

3,79

6,07

9,67

9,86

2,32

2,33


Сравнивая экспериментальное и теоретическое значения емкости конденсаторов при параллельном соединении, видим, что отклонение составляет:

Сравнивая экспериментальное и теоретическое значения емкости конденсаторов при последовательном соединении, видим, что отклонение составляет:

Анализ полученных результатов студентом приводит к выводу о допустимости и довольно высокой точности использования «мостика Уинстона» для определения неизвестной электроемкости конденсатора по известной электроемкости.

Наблюдение на протяжении нескольких семестров за поведением и реакциями студентов первого курса на свой первый, конечно не без участия преподавателя, научно-исследовательский опыт показало, что исследовательский метод проведения лабораторных практикумов активизирует познавательную деятельность и способствует созданию положительной мотивации, что, безусловно, сказывается на изучении дисциплины в целом. Студент на своем опыте осознает, что полученные знания являются средством для решения учебно-исследовательских, а затем реальных экспериментальных и практических задач.

В этом состоит ценность лабораторного практикума в техническом ВУЗ, он способствует формированию профессиональных компетенций инженера, деятельность которого заключается в решении технических задач, совершенствовании и внедрении новых технологий.

Необходимо отметить, что исследовательский метод проведения лабораторного практикума требует от преподавателя изучения индивидуальных особенностей и учебных возможностей студента, индивидуального руководства процессом деятельности студента на практикуме, перспективного планирования их деятельности. Невозможно и нет необходимости превращать весь процесс обучения в исследование, необходимо разумное сочетание исследовательского подхода и традиционного проведения лабораторного практикума. Особенность работы в лабораториях физики связана с постоянным индивидуальным общением преподавателя и студента, именно поэтому на лабораторном практикуме возможно, создать оптимальные условия для формирования исследовательских компетенций.


Литература:

  1. Т.И. Трофимова. Курс физики в 2-х томах.- М.:Высшая школа, 1997.- Т.1.- 188с.

Основные термины (генерируются автоматически): электроемкости конденсатора, неизвестного конденсатора, последовательного соединения конденсаторов, нулевой разности потенциалов, известной электроемкости конденсатора, электроемкость неизвестного конденсатора, неизвестной электроемкости конденсатора, Таблица результатов, проведения лабораторного практикума, определения неизвестной электроемкости, проведения лабораторных практикумов, емкость известного конденсатора, движком реохорда, исследовательский метод проведения, помощью конденсатора, электроемкости неизвестных конденсаторов, Результаты эксперимента, параллельное соединение конденсаторов, выполнении работ практикума, вычисления электроемкостей конденсаторов.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle