ISO БПИ – БГПА - БНТУ

Университет

Одно окно

Услуги

Обучение иностранных граждан

Работодателям

Вакансии

УНИВЕРСИТЕТ

Новости - Конференция МИДО

Максименко Н.В., Дерюжкова О.М. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ПРЕПОДАВАНИИ КУРСА «ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА»

 

УДК 53:002.6; 53:37.016

 

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ПРЕПОДАВАНИИ КУРСА «ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА»

Максименко Н.В., Дерюжкова О.М.

УО «Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины»,

г. Гомель, Беларусь, Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Как фундаментальная наука теоретическая механика была и остается одной из основополагающих дисциплин для углубленного изучения физических законов в рамках других курсов. Механика позволяет не только описывать, но и предсказывать поведение тел, устанавливая причинные связи в определенном, весьма широком, круге явлений. За долгие годы развития в теоретической механике были созданы собственные методы исследования и выработаны абстрактные модели реальных тел. Основой теоретической механики являются лагранжев и гамильтонов формализмы, опирающиеся на фундаментальные разделы математики – анализ, высшую алгебру, тензорный анализ, вариационное исчисление, теорию уравнений в обыкновенных и частных производных, аналитическую геометрию. Целью дисциплины «Теоретическая механика», читаемой студентам 2 и 3 курсов физического факультета ГГУ им. Ф. Скорины, является усвоение общих закономерностей механических движений материальных тел и механических (силовых) взаимодействий между ними, а также взаимодействий тел с физическими (тяготения, электромагнитными) полями. Задачами дисциплины «Теоретическая механика» являются:

- ознакомление студентов с основными методами теоретических и экспериментальных исследований;

- анализ уравнений движения системы взаимодействующих частиц в формулировках Ньютона, Лагранжа и Гамильтона;

- усвоение студентами математических методов изучаемых формализмов;

- овладение студентами основами механики сплошных сред;

- формирование умений и навыков построения физических моделей, решения прикладных задач.

Реализовать эти цели и задачи в реалиях нашего времени и в рамках отведенных часов (60 часов в первом семестре, 81 час во втором семестре) достаточно проблематично. Использование компьютерных технологий позволяет эффективно наладить учебный процесс: преподнести теоретический материал, организовать апробирование и самостоятельную творческую работу студентов, оценить уровень полученных знаний, провести коррекцию результатов учебной деятельности. При подаче информации не только речь преподавателя играет существенную роль, но и арсенал зрительных средств. Современные информационные технологии обладают всеми необходимыми возможностями. При этом важно учитывать психологические особенности восприятия информации в процессе обучения, ведь технические средства обучения имеют не основное значение, а прикладное.

Перечень компьютерных обучающих средств включает в себя электронные учебники; электронные лекции; контролирующие компьютерные программы; справочники и базы данных учебного назначения; сборники задач и генераторы примеров (ситуаций); предметно-ориентированные среды; компьютерные иллюстрации для поддержки различных видов знаний. Применение информационных технологий в преподавании предметов естественнонаучного цикла основано на широких возможностях вычислительных средств, компьютерных сетей и компьютерных обучающих программ. Для создания благоприятных условий обучения студентов естественнонаучным дисциплинам необходимо учитывать следующие принципы: доступность, адаптивность, систематичность и последовательность, компьютерная визуализация, прочность усвоения результатов обучения, обеспечение интерактивного диалога, развитие интеллектуального потенциала обучаемого и обеспечение обратной связи [1].

Изложение учебного материала дисциплины «Теоретическая механика» практически на протяжении всех занятия сопровождается применением информационных технологий. Лекция – традиционно ведущая форма обучения в вузе. Ее основная цель – формирование базиса для последующего усвоения студентами учебного материала. Лекция выполняет научные, воспитательные и мировоззренческие функции, вовлекает студента в творческую работу. Эффективность лекции может быть повышена за счет рационального использования технических средств, которые сокращают затраты времени на чисто техническую работу, связанную с воспроизведением и прочтением (надиктовыванием) плана лекции, рекомендуемой литературы, построением диаграмм, графиков, записью определений и т.д. Применение на лекциях демонстрационных средств повышает интерес студентов к изучаемому материалу, обостряет и направляет внимание, усиливает активность восприятия, способствует прочному запоминанию. Лекционный материал, изложенный в виде презентаций, содержит в основном краткие и наиболее важные данные по определенному разделу, теме курса и помогает быстро повторить пройденный материал и закрепить полученные знания. Так, использование мультимедиа на лекциях повышает качество обучения и позволяет удерживать внимание студентов.

Особое место компьютер занимает при проведении практических занятий по курсу «Теоретическая механика», где на первый план выступают конкретные механические системы и их взаимодействия. Например, при изучении темы «Малые колебания многомерных механических систем» необходимо решать дифференциальные уравнения движения, записанные в матричном или векторном виде. Это достаточно трудоемкий процесс. Использование компьютерных систем автоматизации вычислений (MathCAD, Mathematica, MATLAB и др.) значительно упрощает данную задачу и сокращает затраты времени, а небольшая анимация заменяет долгий анализ и физическую интерпретацию полученного решения (см. рисунок 1). Компьютерная визуализация позволяет представить в динамике, во временном и пространственном изменении, как реальные, так и виртуальные объекты, процессы, явления, а также их модели.

Рисунок 1 – Нормальные колебания двойного математического маятника

Мотивация к изучению дисциплины «Теоретическая механика» у студентов повышается и при подготовке домашних проектов в рамках самостоятельной управляемой работы студентов (СУРС). Преподавателем предлагаются темы и конкретные задачи, а технологию выполнения студенты выбирают сами, используя различные среды, редакторы, приложения MS Office. В дальнейшем необходимо оценить конечный результат. Важно чтобы используемый материал (схемы, диаграммы, текстовая информация, анимации, видео, иллюстративный графический материал) был логически выдержан и нес конкретную необходимую информацию.

Важную роль в изучении разделов дисциплины «Теоретическая механика» играет тестирование, обеспечивая обратную связь между студентом и преподавателем. На рисунке 2 представлен один из проверочных тестов.

Рисунок 2 – Тест по курсу «Теоретическая механика»

Тестирование обеспечивает значительную экономию времени преподавателя и позволяет быстро и объективно оценить реальные знания студента, а значит, может быть эффективно использовано студентом при самоподготовке к экзаменам и зачетам.

Рисунок 3 – Теоретическая механика – программы для подготовки и самообразования

В процессе обучения для закрепления и корректировки полученных знаний применяются различные программы для подготовки и самообразования (например, рисунок 3).

Одним из наиболее эффективных средств обучения являются интерактивные мультимедийные учебники, которые делают процесс обучения более продуктивным, индивидуальным, сокращают сроки обучения и в целом повышают его качество. Материал в учебнике подается с учетом особенностей человеческого воспроизведения и памяти. Одновременное представление информации в аудиальной и визуальной формах, с использованием всего богатства средств, представляемых компьютером, позволяет облегчить запоминание материала студентом. Интерактивность, то есть возможность для студента самому управлять скоростью и подробностью обучения, и наличие контрольных блоков, позволяет проверить, насколько студент усвоил информацию и в случае необходимости – провести работу над ошибками и на основании вышеизложенного позволяет использовать этот учебник для самостоятельного обучения [2]. По курсу «Теоретическая механика» такой учебник находится в разработке.

Сегодня студенты и преподаватели в любое время и в любой точке пространства имеют большие возможности обращаться к учебно-методическим материалам, обучающим мультимедийным комплексам не только своего факультета, университета, но и других ВУЗов Республики Беларусь и мира, также широко применяются Интернет-ресурсы. Помимо доступности учебного материала, общение преподавателя и студента, например, для получения индивидуальной консультации, возможно по электронной почте или Skype.

В результате использования информационных технологий в преподавании курса «Теоретическая механика» значительно повышается мотивация студентов к обучению, растет эффективность и качество самого образовательного процесса, активизируется познавательная деятельность студентов, углубляются межпредметные связи. При этом преподаватель имеет возможность реализовать принципиально новые формы и методы обучения; дополнить и усовершенствовать совместную деятельность со студентом. А у студента появляется доступ к нетрадиционным источникам информации, расширяются возможности для творчества, обретения и закрепления различных профессиональных навыков, повышается эффективность самостоятельной работы.

В Докладе ЮНЕСКО об основных направлениях деятельности в области образования и информатики после Первого Международного конгресса «Информатика и образование» указано, что важна не сама технология, а ее взаимодействие с обучением и ее роль в контексте системы образования в целом. Поэтому, компьютер, являясь мощным образовательным инструментом в руках знающего, профессионального преподавателя, никогда не заменит живое общение и не сможет претендовать на место самого преподавателя.

Литература

1. Волошина, М.С. Проблемы обучения естественнонаучным дисциплинам с использованием информационных технологий в высшей школе / М.С. Волошина, Н.В. Котова // Молодой ученый. – 2011. – № 4. – Т. 2. – С. 76–78 .

2. Пархоменко, Е. И. Применение современных информационных технологий в обучении студентов техническим дисциплинам / Е.И. Пархоменко // Проблемы и перспективы развития образования: материалы II международной научной конференции (г. Пермь, май 2012 г.). – Пермь: Меркурий, 2012. – С. 151–153.