Содержание курса общей физики, его объем, и структура составляет основные вопросы вузовской методики преподавания. Преподавание физики в технических вузах вызывает существенные трудности в связи с тем, что обширный и сложный материал необходимо изучить в сравнительно короткое время. Часы, отведенные на изучение курса, обычно делятся на три части: лекции 34 часа, лабораторные занятия 34 часа и практические занятия 34 часа. Таким образом, на выработку навыков решения физических задач, что обычно делается на практических занятиях, остается совсем мало времени.

Среди различных форм организации учебной работы по физике в вузе лекция является ведущей, доминирующей, формой, она выступает одновременно и как метод обучения. Необходимым условием эффективности преподавания лекционного курса физики является его направленность на развитие познавательной активности студентов. Лекция должна стимулировать формирование профессиональных интересов будущих специалистов, воспитывать у них сознательное отношение к процессу обучения, стремление к самостоятельной теоретической работе и всестороннему овладению курсом общей физики.

Опыт работы показывает, что материал лекции лучше усваивается студентами благодаря показу значительного числа нужных для лекции опытов, приборов, установок, моделей, таблиц, графиков, слайдов и т.п. Работа студента на практических и лабораторных занятиях является логическим продолжением работы, начатой на лекции, т.к. процесс решения задач и экспериментальная исследовательская работа в учебных лабораториях предоставляют благоприятные возможности для развития мышления и форсирования самостоятельности. Однако эти возможности реализуются не сами по себе, а лишь при соответствующей организации деятельности студентов на занятии и во внеаудиторное время.

Несомненно, при проработке материала лекции студенты встречают определенные трудности, поэтому консультационная помощь преподавателя весьма необходима. Но решающей предпосылкой для успешного освоения лекционного материала и успешной самостоятельной работы студентов во внеаудиторное время следует считать научно организованное проведение практических занятий в аудиторных условиях.

Практические занятия по физике в вузе - это наиболее активный вид занятий, но и наиболее трудоёмкий как для студентов, так и для преподавателей. Эффективное проведение занятий по решению задач предполагает: серьезную предварительную подготовку преподавателя; обязательную предварительную подготовку студентов, способность преподавателя поддерживать высокое умственное напряжение и активность студентов в течение всего занятия; возможность обеспечить плодотворную самостоятельную работу каждому студенту; возможность обеспечить индивидуальный подход и индивидуальное общение студентов и преподавателя во время занятия; стремление преподавателя вызвать у студентов потребность приобретать знания. Сложившаяся годами схема практического занятия: проверка домашнего задания, опрос по теоретическому материалу, решение задач, выдача домашнего задания. Центральным элементом этой общепринятой схемы является решение задач, осуществляемое в такой форме: один студент решает под руководством преподавателя задачу у доски, самостоятельность остальных студентов сводится к минимуму, так как большинство присутствующих ждут решения и списывают его с доски, повторяя те же ошибки, что и студент, решающий у доски.

Такой метод совершенно неприемлем, так как значительно снижает эффективность этого ценного вида занятий. Необходимо организовать работу так, чтобы все студенты выполняли ее самостоятельно и охотно. Так как количество часов, отведенных на решение задач, незначительно (17 часов в семестр), то необходимость поиска новых методов обучения становится очевидной. В этом направлении преподавателями физики технических вузов страны проводится большая исследовательская работа.

Курс общей физики в техническом вузе изучают, как правило, в 2-х, 3-х   или 4-х учебных семестрах.  Основными задачами курса физики являются:

-        создание основ теоретической подготовки в области физики, позволяющей будущим инженерам ориентироваться в потоке технической информации и обеспечивающей возможность использования физических принципов в тех областях, в которых они специализируются;

-        формирование научного мышления, в частности, правильного понимания границ применимости различных физических понятий и законов;

-        выработка приемов и навыков решения конкретных задач из различных областей физики, помогающих в дальнейшем решать инженерные задачи.

В Дагестанском государственном техническом университете (ДГТУ) студенты, обучающиеся по таким специальностям как электротехника, радиотехника, строительство, нефтегазовое дело, гидротехника, технология машиностроения и др. изучают физику в течение 2-х или 3-х семестров. Однако, есть специальности, где студенты по программе проходят физику в одном семестре. Это  инженерно-экономический факультет, транспортный факультет.  Для этих специальностей разработаны рабочие программы и согласно им составлены и  выпущены курсы лекций, а также методические указания к выполнению лабораторных работ. Курс лекций охватывает, в сжатой форме, весь материал по общей физике в техническом вузе в соответствии с государственными стандартами. Для этого во многих разделах лекционного курса приходится отказываться от подробного изложения основных законов и явлений  в физике, представляя их в конечном виде, отказываться также и от подробного описания многих примеров их практического использования. Ведь, при обучении физике в техническом вузе  кроме традиционно решаемых задач обучения и воспитания, должна быть поставлена и решена задача развития  технического мышления,  ибо физические законы и явления  есть основа    большинства технических систем. Как же все это дать студентам в одном семестре?

Практика обучения студентов специальности «Организация и безопасность движения» физике в ДГТУ показала, что в этом случае необходим специальный подход к ведению занятий. Во-первых, практические занятия необходимо вести сразу после лекционного, т.к. студенты, имея лекционный материал, пройденный только что, в состоянии лучше усвоить его с помощью преподавателя, чем самостоятельно дома; во-вторых, в целях эффективного использования времени проведения практического занятия преподавателю необходимо студентам привести примеры решение 1 – 2  задач с подробным объяснением. Ведь не секрет, что большинство студентов затрудняются решать задачу только по причине того, что не могут правильно представить себе условие задачи, на что уходит у студента до 80% времени, затраченного на решение задачи. Здесь нужна наглядность. Выполнение рисунка желательно давать практически ко всем задачам, даже там, где это не требуется, т.к. наглядность ускоряет решение задачи и дает навыки студентам для практического использования законов физики, рассматриваемых в данной задаче и усвоения теоретического материала. 

Например, проведение практического занятия после прочитанной лекции на тему  « Механика твердого тела»  лучше начинать с решения задачи:

На однородный вал массой  m1 =20 кг намотана нить, к концу которой привязали груз m2 = 1 кг. Определить ускорение груза, опускающегося под  действием силы тяжести. Трением пренебречь.

Задача не сложная и в данном случае можно было бы обойтись и без рисунка, представляя себе поступательное и вращательное движения. Однако не все студенты представляют себе вал, закрепленным в опорах, цилиндром, для которого момент инерции можно принять как:

J = (1/2) m r2

В то же время, желательно указать силы, действующие на данную систему. Наличие рисунка дает условию задачи наглядность, а воображению студента также и способы практического применения законов механики твердого тела. Студенты учатся правильно расставлять векторы сил, представить себе моменты сил, действующих на данную систему. Участвует также и зрительная память, которая усиливает запоминание материала.

Под действием силы тяжести вал начинает вращаться с ускорением ε.

Можно составить уравнение динамики поступательного движения груза m2 и вращательного движения вала массой m1 (обращаем сразу внимание студентов  на материал сегодняшней лекции). Единственный момент силы, действующий на  вал – это момент силы натяжения нити (указываем на то, что при наличии силы трения в опорах или других сил были бы дополнительные моменты сил, действующие на вал).

В проекции на ось 0Y уравнение поступательного движения груза  m2   имеет вид:

  ,   (1)

а уравнение вращательного движения вала массой  m1 : 

   или       ,   (2)

где  g - ускорение свободного падения.    

Искомое линейное ускорение а груза m2  связано с угловым ускорением ε вращения вала в нашем случае следующей зависимостью (напоминаем студентам, что кинематику вращения по окружности проходили на предыдущих лекциях)

а = εr  ,   (3)

Решая уравнения (1), (2) и (3) и, учитывая, что , имеем

Вектор момента силы совпадает с направлением вектора углового ускорения и направлен по оси вращения.

После решения задачи приводим примеры практического использования законов механики твердого тела, применяемых в данной задаче.  На этом же занятии студенты решают самостоятельно несколько задач на определение момента инерции тел различных форм, момента импульса, закона сохранения момента импульса системы.  Далее в течение 5 -10 мин каждому студенту нужно дать самостоятельно придумывать задачу  на любой из пройденных законов. К концу занятия студенты получают задание на дом для самостоятельной работы.

Практика преподавания физики для студентов специальности «Организация и безопасность движения» по данной схеме в 2006 – 2008 году показала, что успеваемость студентов повысилась на 15 – 20% по сравнению с предыдущими годами, когда лекционные и практические занятия проводились в разные дни недели. Закрепление материала пройденной лекции в тот же день на практическом занятии дает положительный результат.

Контроль усвоения студентами пройденного материала осуществляется в месяц один раз проведением контрольных работ  на знание ими основных законов физики и умение их использовать при решении практических задач.

Изучить физику на должном уровне в течение 1 семестра задача крайне сложная. Здесь необходимо, на наш взгляд, изменение общей программы по физике для таких специальностей и особый подход к методике преподавания, т.к. в основе нашей образовательной концепции лежит развитие уровня понимания физики.

А путь к этому проходит через школьную программу по физике. Если раньше в старших классах в течение одной недели преподаванию физики было отведено 5 часов, то теперь – всего 2 часа. Естественно, уровень понимания физики в вузе при таких условиях школьной подготовленности сильно падает. А это, в свою очередь, влечет за собой падение качества технического образования. В связи с этим  актуально изучение основных факторов, определяющих формирование специалиста, в частности выпускника технического вуза. Понятно, что основой для получения качественного технического образования является  знание физики, к сожалению оценивающееся  в последнее время все чаще по результатам тестирования, не учитывающим глубину понимания тестируемым предмета.

В методической литературе за последние годы приведены ряд методов проведения практических занятий по физике. Появились такие направления в методике, как программированное обучение, применение учебных автоматов, вычислительных машин и разных других технических средств. В последнее время повсеместно стали использовать проблемный подход к учебному материалу. Положение таково, что оптимальный вариант методики проведения практических занятий пока еще не найден. Такой вариант может быть найден, вероятно, постепенным обобщением данных, полученных в частных исследованиях.

Очевидно, что при проведении практических занятий по физике в техническом вузе обязательно необходим учет будущей специальности. Такой учет убеждает студентов в том, что физика - это фундамент их будущей профессии, повышая тем самым интерес к изучению физики. Проведение, таким образом, практических занятий по физике будет способствовать формированию творческого мышления, воспитанию у студентов потребности в самостоятельной работе.

Трудно переоценить значение лабораторных занятий при изучении курса общей физики в техническом вузе. Лабораторные занятия по физике - это опытный путь познания физических законов. Лабораторный практикум играет исключительно важную роль в учебной работе технического вуза, т.к. вырабатывает у студентов навыки экспериментирования, что очень важно для инженера.

Рецензенты:

Билалов Б.А., д.ф.-м.н., профессор, зам. заведующего кафедрой микроэлектроники Дагестанского государственного технического университета, г.Махачкала;

Устарханов О.М., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой строительных конструкций и гидротехнических сооружений Дагестанского государственного технического университета, г.Махачкала.