Компетентностный подход при решении качественных графических задач



Обучение в военном ВУЗе имеет свою специфику, так как образовательный процесс и несение воинской службы идут одновременно. Главной целью обучения в военном ВУЗе является создание в короткие сроки условий для формирования и развития общекультурных и профессиональных компетенций средствами аудиторных занятий и внеаудиторной самостоятельной работы, используя личностно-ориентированные технологии обучения. В современном ВУЗе проблема прочности знаний решается через индивидуализацию обучения, используя принцип разведения уровней. Личностно-ориентированное обучение строится на соответствии воспринимаемого учебного материала и индивидуальных особенностей обучающихся. Предполагается, что степень подачи учебного материала преподавателем превышает уровень воспроизведения обучающимися. Уровень подачи инвариантен, в то время как уровень воспроизведения учебного материала — от поверхностного до очень глубокого — должен соответствовать специфике мыслительной деятельности обучающегося, формируя компетенции «знать», «уметь», «владеть».

Физика — это наука о наиболее общих законах природы, которые проявляются в принципах работы различных видов техники и вооружения. Вследствие этого целями обучения физике являются повышение технической эрудиции, формирование знаний и умений для обеспечения изучения специальных дисциплин. Физика тесно связана с математикой, аппарат которой позволяет точно описать разнообразные физические закономерности, наглядно их представить при решении физических задач. Физические задачи классифицируются по многим признакам, в частности по характеру и методам исследований вопросов они подразделяются на качественные и расчетные. Остановимся на качественных задачах.

Качественными называются задачи, при решении которых устанавливают только качественную зависимость между физическими величинами [1, с. 24]. К ним относятся графические задачи, имеющие свою классификацию [2, c. 142].

Объектом исследования графических задач в физике являются графики функции одной физической величины от другой. В них понятие функции применяется для исследования и описания разных закономерностей физических величин, теоретического и эмпирического исследования процессов и явлений, решения практических задач.

График функции — это геометрическое место точек плоскости, абсциссы и ординаты которой связаны функцией, определяемой конкретной физической закономерностью.

Графики функции позволяют 1) наглядно отобразить наблюдаемые физические закономерности; 2) сопоставить результаты экспериментальных и теоретических исследований; 3) находить с достаточной точностью в области значений аргумента величину функции для аргумента, измерения которого не проводились; 4) делать графическую экстраполяцию функции вне области значений аргумента.

Использование графических задач при обучении физике предполагает реализацию межпредметных связей с курсом математики, электротехники, электроники, создает базу для освоения спецдисциплин. В качестве примера в таблице 1 приведен ряд математических конструкций отдельных физических закономерностей.

Таблица 1

Математические конструкции некоторых физических закономерностей

Ограничения для коэффициента k, представленные во второй строке таблицы 1, связаны с особенностями физических явлений.

Остановимся на применении графических задач на практических занятиях и в работах физического практикума на уровне воспроизведения, уровне установления связей и уровне рассуждений.

Компетенция «знать» заключается в знании обучающимися физических закономерностей по теме занятия и математических понятий (понятие функции и аргумента, области определения функции, знание классификации функций, умение определять масштаб при построении функции на координатной плоскости в области ее определения).

Компетенция «уметь» заключается во владении обучающимся физических закономерностей по теме занятия и математических понятий (нахождение значений функции по формуле определенного аргумента, определение значений аргумента по известному значению ее функции, умение строить графики заданных функций, составлять таблицы).

Компетенция «владеть» заключается во владении обучающимся физических закономерностей по теме занятия и математических понятий (умение извлечь интерпретировать информацию, представленную графически), а также умение их анализировать.

Практические занятия проводятся в целях выработки практических умений в анализе физических процессов и явлений, приобретения навыков в решении задач.

На уровне «знать», «уметь» задачи концептуально включают в себя основной теоретический материал. Их решение должно отражать фактическое и теоретическое знание обучающимся в пределах темы практического занятия:

1) нахождение физических величин, представленных на координатной плоскости. Например, определение параметров свободных незатухающих электромагнитных и механических колебаний, определение напряжения по векторной диаграмме последовательного колебательного контура;

2) переход от графической формы описания к аналитической. Например, написание закона движения материальной точки, уравнения зависимости напряжения на обкладках конденсатора колебательного контура от времени, запись закона Ома для амплитудных значений по векторной диаграмме параллельного колебательного контура;

3) установление характера изменения физической величины, не представленной на данной координатной плоскости. Например, по графику свободных незатухающих колебаний заряда на обкладках конденсатора колебательного контура определить моменты времени, в которые энергия электрического поля максимальна, а магнитного поля минимальна.

На уровне «владеть» задачи концептуально включают в себя основной теоретический материал. Их решение которых должно отражать фактическое и теоретическое знание обучающимся в пределах темы практического занятия и умение применять научный анализ:

1) нахождение физических величин, не представленных на координатной плоскости. Например, определение параметров свободных затухающих электромагнитных и механических колебаний, определение мощности в цепи переменного тока по векторной диаграмме последовательного и параллельного колебательных контуров;

2) определение характера изменения физической величины, не представленной в данной системе координат. Например, по графику зависимости свободных затухающих колебаний напряжения на обкладках конденсатора колебательного контура найти зависимость мощность в цепи переменного тока.

Другим видом аудиторных занятий являются лабораторные работы, которые проводятся в целях практического освоения курсантами научно-теоретических положений тем. Они способствуют овладению методологии прямых и косвенных измерений величин и привитию навыков работы с лабораторным оборудованием, аналитической и графической обработки результатов. На лабораторной работе решаются задачи разного уровня сложности.

На уровне «знать», «уметь» задачи концептуально включают в себя основной теоретический материал. Их решение должно отражать фактическое и теоретическое знание обучающимся в пределах темы лабораторной работы:

1) построение функциональной зависимости одной физической величины от другой на координатной плоскости по экспериментальным данным. Например, график зависимости дальности полета тела, брошенного под углом к горизонту, от угла бросания для экспериментальных значений S() без учета сопротивления среды в лабораторной работе «Изучение движения тела в гравитационном поле Земли»; построение векторной диаграммы напряжения для разных колебательных контуров при резонансе напряжений, а также в случаях емкостного и индуктивного характера нагрузки в лабораторной работе «Изучение электромагнитных колебаний»;

2) аналитическое решение с последующим построением на координатной плоскости функциональной зависимости одной физической величины от другой. Например, график зависимости дальности полета тела, брошенного под углом к горизонту, от угла бросания без учета сопротивления среды для теоретических значений в лабораторной работе «Изучение движения тела в гравитационном поле Земли»; график зависимости углового ускорения от момента внешних сил  = f(M) в лабораторной работе «Изучение вращательного движения абсолютно твердого тела»;

3) определение параметров физических величин по графическим зависимостям. Например, нахождение параметров свободных затухающих механических колебаний по виду функции x(t), определение напряжения по векторной диаграмме последовательного колебательного контура;

4) определение характера изменения физической величины, не представленной на данной координатной плоскости. Например, по графику зависимости силы тока идеального колебательного контура найти зависимости напряжения на обкладках конденсатора или определить моменты времени, при которых энергия магнитного поля максимальна, а также нахождение ширины пропускания и добротности колебательного контура по резонансным кривым в лабораторной работе «Изучение электромагнитных колебаний».

На уровне «владеть» задачи концептуально включают в себя основной теоретический материал. Их решение которых должно отражать фактическое и теоретическое знание обучающимся в пределах темы лабораторной работы и умение применять научный анализ:

1) построение на координатной плоскости функциональной зависимости одной физической величины от другой. Например, график траектории y(x) полета тела, брошенного под углом к горизонту, от угла бросания без учета сопротивления среды в лабораторной работе «Изучение движения тела в гравитационном поле Земли»;

2) установление неизвестной физической величины по тангенсу угла наклона касательной к графику функции в данной точке. Например, определение величины момента инерции маховика маятника Обербека в лабораторной работе «Изучение вращательного движения абсолютно твердого тела»; нахождение критического тока соленоида в лабораторной работе «Изучение электромагнитных явлений»;

3) определение физических величин, не представленных в данной системе координат. Например, установление относительной частоты появления по виду гистограммы в лабораторной работе «Изучение статистических распределений»; определение градиента потенциала электростатического поля в данной точке пространства в лабораторной работе «Моделирование электростатических полей»;

4) анализ причины различия между экспериментальными данными и имеющимися табличными значениями физических величин. Например, определение удельного заряда в лабораторной работе «Изучение электромагнитных явлений».

Таким образом, вектор применения компетентностного подхода при решении качественных задач на практических занятиях и лабораторных работах направлен на формирование знаний и умений физических закономерностей, допускающих графическое представление, с целью дальнейшего успешного освоения обучающимися специальных дисциплин.

Литература:

1. Каменецкий С. Е., Орехов В. П. Методика решения задач по физике в средней школе. М.: Просвещение, 1987. ˗ 336 с.
2. Бутырский Г. А. Классификация графических задач по физике и проблемы обучения их решению // Вестник Вятского государственного гуманитарного университета, 2010. Выпуск 1. Т. 3, с. 141 –146.