(18)
Знак и величина каждого слагаемого будут зависеть от состояния слоя.
В завершение следует отметить, что при устойчивой стратификации наблюдения обнаруживают сложный изрезанный профиль электропроводности атмосферы, обусловленный совокупным действием ионизаторов и электрического поля (Рис.9). Этим может объясняться появление профилей градиента потенциала типа У наряду с профилями типа С.
Таким образом, результаты эксперимента показывают, что наряду с положительным объёмным зарядом электродного эффекта земной поверхности, в нижней атмосфере при устойчивой стратификации наблюдаются слои отрицательного объёмного заряда, обусловленные изменением по высоте электропроводности атмосферы.
Рис.9. Вертикальные профили положительной и отрицательной удельных электропроводностей атмосферы и объёмной активности радона-222, усреднённые для разных типов высотного распределения градиента потенциала при устойчивой стратификации: а) для типа C; б) для типа Z; в) для типа У (август 2012, Федоровка Кашарского района).
2. Разработка методических рекомендаций по обсуждению электрического поля атмосферы при подготовке магистров по программе «Физическое образование»
2.1 Подходы к адаптации научного материала по атмосферному электричеству при разработке курса «Проблемы атмосферного электричества» в магистратуре
Физика, являясь ядром комплекса естественных наук и одной из фундаментальных составляющих человеческой культуры вообще, занимает лидирующую позицию в образовательном процессе на естественнонаучных факультетах педагогических вузов. Весь образовательный процесс в педагогическом университете направлен на формирование, обучение и воспитание будущих преподавателей и призван обеспечить прочный фундамент их естественнонаучного мировоззрения и формирование у них наиболее полной современной физической картины мира [23].
Брусник в работе [23] отмечает, что при ограниченном объеме часов аудиторных занятий, выделенных в рамках учебного плана на обучение физике в педагогическом вузе по государственным образовательным стандартам, ведется поиск таких форм и методов организации учебно-познавательной деятельности студентов, которые способствовали бы более эффективному и ускоренному формированию системы их предметных и методологических знаний.
На содержание курса физики для педвузов должны накладываться определенные условия. В него необходимо включать доступный студенту материал, составляющий основу системы фундаментальных знаний и способствующий развитию естественнонаучного мировоззрения, формированию достаточно завершенных представлений о современной физической картине мира. В курсе должны быть представлены темы, которые непосредственно могут пригодиться будущему учителю физики в его практической деятельности [23].
Поскольку большинство студентов не предполагает в будущем заниматься полноценной исследовательской деятельностью, для них менее важно овладение всем мощным аналитическим и вычислительным арсеналом современной науки. Вполне достаточно знать и понимать общие принципы применения этих методов.
Однако будущий педагог просто обязан хорошо представлять всю физическую картину мира в целом, и поэтому общие философские проблемы современной физики должны изучаться более углубленно. Учитель не может позволить себе быть узким специалистом в какой-то одной области, что иногда можно наблюдать в случае физика-исследователя. В этом находит свою реализацию принцип профессионально-педагогической направленности обучения. В настоящее время выходит достаточное количество научно-популярной литературы, которую читают школьники. Важную роль играют также интернет-ресурсы. А разобраться в том, что делается на переднем крае физики, ученикам бывает сложно, и они обращаются за помощью к своему учителю. Если преподаватель не ориентируется в должной мере в соответствующих вопросах, то он быстро потеряет свой авторитет.
В этой связи стоит упомянуть о тенденции сокращения общего количества часов, выделяемых на изучение курса общей и теоретической физики в вузе в целом. Поэтому многие основополагающие вопросы современной физики остаются за рамками программы курса для педагогических университетов. Решение данной проблемы видится во введении спецкурсов, ориентированных на изучение актуальных вопросов современной физики [23].
Дисциплина «М2.В1.2 Проблемы атмосферного электричества» относится к вариативному компоненту профессионального цикла дисциплин магистерской программы «Физическое образование» направления подготовки 050100 «Педагогическое образование».
Целями освоения дисциплины «Проблемы атмосферного электричества» являются формирование представлений о том, как проявляются законы электродинамики в природных процессах, и приобретение представлений об электрических свойствах атмосферы [24].
Для освоения дисциплины «Проблемы атмосферного электричества» используются знания, умения и способы деятельности, сформированные в ходе изучения дисциплин бакалавриата «Общая и экспериментальная физика», «Основы теоретической физики», и дисциплин магистратуры «Методология и методы научного исследования», «Современные проблемы науки и образования».
Освоение данной дисциплины позволит магистрантам познакомиться с современными представлениями об атмосферном электричестве, что поможет им расширить научный кругозор и повысить экологическую грамотность.
В УМК к дисциплине «Проблемы атмосферного электричества» отмечено, что изучение дисциплины направлено на формирование следующих компетенций будущего учителя физики:
– готовность использовать знания современных проблем науки и образования при решении профессиональных и образовательных задач (ОК-2);
– способность самостоятельно приобретать с помощью информационных технологий и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе, в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности (ОК-5);
– способность анализировать результаты научных исследований и применять их при решении конкретных образовательных и исследовательских задач (ПК-5);
– готовность самостоятельно осуществлять научное исследование с использованием современных методов науки (ПК-7).
Для решения задач адаптации научных данных для формирования указанных компетенций использованы следующие подходы:
1. Структурирование материала научных статей в виде тезисов и таблиц с целью отобрать основную важную информацию и логически её систематизировать
2. Опора на использование рисунков, диаграмм, иллюстраций с целью более эффективного освоения материала путём включения образного мышления и использования эмоционального воздействия образного ряда.
Родиошкина в своей статье [25] отмечает, что при разработке содержания учебного материала спецкурсов по физике целесообразно использование известных критериев, применяемых при обучении физике (преемственности содержания, опережающего введения информации и др.), и критериев, предложенных автором. К последним могут относиться уточненный критерий наличия межпредметных связей, согласно которому содержание спецкурсов по физике опирается не на «граничные», а на «внутренние точки» физических и технических теорий; критерий полноты содержания в пределах отведенного времени, что способствует в рамках ограниченного времени установлению взаимосвязи между физическими законами, явлениями и технологическими процессами; критерий комплексного рассмотрения физических основ функционирования приборов и устройств, предполагающий, что для создания полноценной картины работы устройства нужно проследить взаимосвязь всех физических явлений и законов.
Спецкурсы по физике в педагогическом вузе -- это учебные занятия цикла естественнонаучных дисциплин с педагогической направленностью, вводимые в рамках национально-регионального компонента Государственного образовательного стандарта. Национально-региональный компонент в содержании высшего образования способствует формированию деятельностной структуры личности; расширяет, углубляет и конкретизирует знания, предусмотренные федеральным компонентом. Это позволяет каждому вузу учитывать свою региональную специфику подготовки специалистов и усиливать именно ту федеральную дисциплину, которую он считает наиболее важной для, или вводить новые предметы, дополняющие по содержанию федеральный компонент.
В рамках национально-регионального компонента спецкурсы дают возможность успешнее реализовать профессиональную направленность обучения, способствуют углублению фундаментального курса физики и дальнейшему развитию умения применять полученные знания к объектам профессиональной деятельности будущих специалистов.
Ниже приводится использованный и успешно апробированный алгоритм построения комплекса спецкурсов по физике в педагогическом вузе.
1. Построить логическую структуру спецкурсов по физике, опираясь на фундаментальные физические знания и ориентируясь на современные научные труды и последние достижения в науке и технике.
2. Разработать систему принципов и критериев отбора содержания спецкурсов по физике для студентов педагогических вузов.
3. Опираясь на данную систему принципов и критериев, построить содержание отдельно взятого спецкурса по физике.
4. Определить методы, формы и средства обучения при преподавании спецкурсов по физике.
5. Разработать комплекс заданий к различным формам учебной деятельности (лекции, практические, самостоятельные работы и другие виды контроля и оценки знаний).
По мнению Родиошкиной [25], главная цель спецкурсов по физике -- научить студентов применять основные физические явления и законы к различным объектам профессиональной деятельности -- отражает тенденции развития педагогической отрасли социального заказа и личностного потенциала.
Содержание спецкурсов по физике определено содержанием учебного материала, которое включает в себя знания фундаментальные (физические законы, понятия, научные теории) и профессионально направленные (педагогический акцент), а также элементы научно-исследовательской деятельности. Отсюда преподавание спецкурсов по физике для студентов педагогических вузов осуществляется на двух различных уровнях. Так как одна из его целей -- усиление и расширение фундаментальных физических знаний студентов, первый уровень -- инвариантный (базовый), при этом ведущими принципами обучения являются принципы фундаментальности и наличия упорядоченных межпредметных связей. Но преподавание спецкурсов по физике для студентов педагогического вуза имеет и специфические цели --формирование видов деятельности, адекватных профессиональной деятельности преподавателя физики; формирование способности студентов к научно-исследовательской деятельности и др. Поэтому обучение на втором -- варьируемом (прикладном) уровне ориентировано на применение физических законов и явлений атмосферного электричества в объектах профессиональной деятельности, при решении педагогических задач и проблем. Содержание варьируемой части спецкурса по физике должно быть связано с содержанием профессиональной и специальной подготовки студентов, значит, построение дидактического процесса на втором уровне следует проводить на основе междисциплинарного подхода и принципа профессиональной направленности обучения [25].
В период обучения в магистратуре ярко выражен и научно-исследовательский компонент как подсистема профессионального становления. При изучении спецкурсов по физике она имеет вид системы усложняющихся задач, решение которых приводит к обогащению исследовательского опыта, личностного и профессионального самоопределения студентов.
2.2 Разработка структуры электронного пособия и методические рекомендации по использованию его в преподавании дисциплины по выбору «Проблемы атмосферного электричества»
Одной из целей данной работы была разработка цифрового ресурса изучения проблем атмосферного электричества в магистратуре с использованием современных информационных технологий.
Созданный цифровой ресурс состоит из следующих модулей: главная страница, презентации и другие рабочие материалы для преподавателя, методические рекомендации по изучению темы, тест-контроль по теме «Проблемы атмосферного электричества», глоссарий, примеры проведения лекционных и практических занятий, текущий и итоговый контроль знаний по данной тематике, самостоятельная работа студентов, результаты научных исследований студентов, необходимая литература, направленная на актуализацию и систематизацию знаний.
Главная страница ресурса представляет собой обложку, на которой обозначена тема и даётся указание на то, для кого предназначен ресурс, практическое значение изучения спецкурса, видеофрагменты электрических явлений в атмосфере.
Далее расположен блок примерного расписания занятий и рабочей программы.
Далее представлены презентации и другие учебно-методические материалы для учителя.
Также в ресурсе представлены примеры практических и лекционных занятий по данной тематике.
В разделе «Текущий контроль и итоговая аттестация» представлены контрольные работы, коллоквиумы, темы для рефератов, задания для самостоятельного изучения тематики.
Следующий блок содержит методические рекомендации по изучению дисциплины и учебно-методический комплекс.
В блоке «Терминология» рассматриваются основные понятия и термины работы.
В качестве закрепления материала используется контрольные тесты.
Все перечисленные материалы, разработанные доцентом Г.Г.Петровой, входят в учебно-методический комплекс к дисциплине по выбору «Проблемы атмосферного электричества» и размещены на цифровом кампусе ЮФУ [24].
В электронном ресурсе представлен также большой объём научно-исследовательской работы геофизической группы кафедры физики АПО ЮФУ. Использованные выпускные работы размещены на сайте геофизической лаборатории [26].