Предлагаемое учебно-методическое пособие по дисциплине «Проблемы атмосферного электричества» предназначено для достижения целей профессиональной подготовки учителя физики. Ресурс включает в себя совокупность средств обучения для наиболее успешного выполнения воспитательных и образовательных задач, сформулированных в программе дисциплины. Данный комплекс содержит материалы и дидактические средства, которыми могут пользоваться студенты и преподаватели в процессе обучения.
Для реализации компетентностного подхода программа по дисциплине «Проблемы атмосферного электричества» предусматривает использование в учебном процессе активных и интерактивных форм проведения занятий с применением информационных технологий, проблемных методов обучения.
В процессе изучения курса магистранты самостоятельно анализируют и систематизируют литературу по одной из проблем атмосферного электричества, составляют литературный обзор и делают по нему сообщение. По предложенной теме исследования они самостоятельно формулируют цель и задачи, подбирают и разрабатывают методику проведения исследования, выполняют экспериментальную работу, обрабатывают данные, анализируют полученные результаты и готовят о них доклады.
Текущий контроль качества усвоения знаний осуществляется в устной и письменной формах:
§ выполнение кратковременных тестов и контрольных работ;
§ выполнение заданий для самостоятельной работы по содержанию модуля;
§ самоанализ и анализ научно-исследовательских докладов.
По курсу осуществляется рейтинговый контроль, предполагающий диагностику на каждом занятии освоения магистрантами учебного материала и обсуждения научно-исследовательских работ.
Итоговая оценка включает рейтинговую сумму баллов, полученных магистрантами в течение семестра.
По мере создания ресурса мы внедряли его с целью апробации в учебный процесс. Данный спецкурс успешно апробировался у студентов магистратуры 62 группы в 2013-2014 годах, с использованием современных информационных технологий и данного методического электронного пособия.
Отмечено, что применение цифрового ресурса, презентаций, видеофрагментов вызвало у студентов неподдельный интерес и живой отклик. При зачётном тестировании больший процент правильных ответов выпадал именно на те вопросы, в объяснении которых и использовалось данное пособие.
В целом же опыт проведения лекционных и практических занятий по атмосферному электричеству с использованием цифрового пособия представляется нам положительным, и оно может быть полезно при проведении специальных курсов, индивидуальных занятий, самостоятельной работы студентов. С нашей точки зрения накопленный опыт необходимо использовать и в дальнейшем, продолжая его совершенствование.
Подводя итоги сказанному, можно сделать следующий вывод: освоение данной дисциплины позволит магистрантам познакомиться с современными представлениями об атмосферном электричестве, что поможет им расширить научный кругозор и повысить экологическую грамотность.
Кроме того, использование геофизических знаний магистрами на уроках физики в школе принесет несомненную пользу, позволяя конкретизировать учебный материал, способствуя более глубокому его усвоению, предупреждению формализма в знаниях учащихся по физике.
Заключение
В данной работе, были проанализированы результаты атмосферно - электрических измерений в приземном слое, которые проводились в комплексе с измерениями метеоэлементов и концентрации радона - 222 в приземном слое атмосферы в пунктах наблюдений Ростовской области в летние месяцы. Привлечение к исследованию экспериментальных данных пунктов Ростовской области весьма важно для отслеживания физического состояния атмосферного воздуха в регионе и в последующем для построения моделей электрических процессов в атмосфере.
Существует определенная зависимость физических параметров от термической стратификации атмосферы, которая влияет на характер пространственно-временных вариаций физических параметров. В частности, она в значительной мере определяет электрическую структуру приземного слоя через воздействие на процессы перемешивания, а значит - накопление или рассеивание радона вблизи земли. Вертикальные градиенты концентрации радона в атмосфере, образующиеся при устойчивой стратификации, обусловливают изменение электропроводности по высоте, следствием чего будет образование объемного заряда. Присутствие объемного заряда в слое вызывает пространственное изменение напряженности электрического поля. Итак, в случае эманирования земной поверхности термодинамика атмосферы опосредованно влияет на электрическую структуру приземного слоя.
Таким образом, электрическое поле в приземном слое атмосферы претерпевает сложные изменения по вертикали из-за совокупного действия электродного эффекта и наличия слоев объемного заряда иного происхождения.
Успешно решены поставленные цели и задачи данной работы.
1. Знакомство с современными представлениями об электричестве земной атмосферы и методами атмосферно-электрических измерений.
2. Проведение натурных измерений атмосферно-электрических и метеорологических характеристик в приземном слое.
3. Обработка и анализ экспериментальных данных, их интерпретация.
4. Адаптация научного материала по атмосферному электричеству для разработки ряда разделов курса «Проблемы атмосферного электричества» в магистратуре.
5. Разработка структуры электронного пособия «Проблемы атмосферного электричества».
6. Размещение информационного контента об атмосферном электричестве в разделах пособия.
Проведено исследование высотных профилей электрического поля в приземном слое атмосферы, на базе натурных измерений атмосферно-электрических и метеорологических характеристик.
Разработаны методические рекомендации по обсуждению явлений атмосферного электричества с магистрантами, обучающимися по программе «Физическое образование».
Разработано электронное пособие для дисциплины по выбору «Проблемы атмосферного электричества» в рамках магистерской программы «Физическое образование».
Полученные результаты могут быть использованы для дальнейшего развития исследований геофизической группы кафедры физики АПО ЮФУ, а также для разработки учебно-методических пособий по курсу общей физики и специальному курсу по проблемам атмосферного электричества.
Литература
1. Roble R.G. and Tzur I. The global atmospheric - electrical circuit // In: The Earth's Electrical environment, Studies in Geophysics, Ed. E. P. Krider and R. G. Roble, National Academy Press, USA. 1986. Pp.206-231.
2. Мареев Е.А., Трахтенгерц В.И. Загадки атмосферного электричества. // Природа №3 2007. С.18.
3. Wilson C.T.R. Investigations on lightning discharges and on electric field of thunderstorms. // Phil. Trans. R. Soc. London, Ser. A221, 1920, Р.73-115.
4. Rycroft M.J., Israelsson S., Price C. The global atmospheric electric circuit, solar activity and climate change.// Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 62, 2000. Pp. 1563-1576
5. Kasemir H.W. Zur Strцmungstheorie des luftelektrischen Feldes III. Der Austauschgenerator. // Arch.Met.Wien, 1956. A, 9. P.357-370.
6. Имянитов И.М., Чубарина Е.В. Электричество свободной атмосферы.// Гидрометеоиздат, 1965 г.
7. Петрова Г.Г. Вертикальные профили градиента электрического потенциала в различно стратифицированном приземном слое атмосферы. // Известия высших учебных заведений, Сев.- Кав. рег., Естест. науки, Спецвыпуск «Физика атмосферы», 2010 г, стр.77-81.
8. Петрова Г.Г. Оценка плотности объемного заряда по результатам измерений вертикальных профилей электрических характеристик в приземном слое атмосферы. // Известия высших учебных заведений, Сев.- Кав. рег., Естест. науки, №4 2010 г, стр. 56-63.
9. Чалмерс Дж. А., Атмосферное электричество. - Л.: Гидрометеоиздат,1974, - 421 с.
10. Тверской П. Н. Атмосферное электричество.// Л.: Гидрометеоиздат, 1949. 252 с.
11. Кашлева Л.В. Атмосферное электричество. Учебное пособие. СПб.: изд. РГГМУ, 2008. - 116 с.
12. Красногорская Н.В. Электричество нижних слоев атмосферы и методы его измерения. Л.: Гидрометеоиздат, 1972 г. 323 с.
13. http://ru.wikipedia.org/wiki/
14. Hoppel W.A. Theory of the electrode effect. // J.Atm.Terr.Phys., 1967. V.29, № 6. P.709-721.
15. Hoppel W.A., 1969. Electrode effect: comparison of theory and measurement, in: S.C.Coroniti and J.Hughes, Planetary Electrodinamics, 2.
16. Петров А.И., Петрова Г.Г., Панчишкина И.Н., Кудринская Т.В., Петров Н.А. Измерительный комплекс для исследования электричества приземного слоя атмосферы. // Известия высших учебных заведений, Сев.- Кав. рег., Естест. науки, №3 2010 г, стр. 47-52.
17. Имянитов И.М. Приборы и методы для изучения электричества атмосферы. М.: ГТТИ, 1957. 483 с.
18. Crozier W.D. Atmospheric electrical profiles below three meters. // J.Geoph.Res., 1965. 70. P.2785-2792.
19. Старостина О.П., Моисеев П.В. Экспериментальные исследования процессов формирования электрической структуры приземного слоя атмосферы. // Сборник тезисов, материалы Девятнадцатой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых учёных (ВНКСФ-19). Архангельск: Изд-во АСФ России. 2013. Стр.366-368.
20. Моисеев П.В., Старостина О.П. Экспедиционные исследования вертикального распределения градиента электрического потенциала в приземном слое атмосферы. // Сборник тезисов, материалы Двадцатой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых учёных (ВНКСФ-20). В 1 т.Т.1 - Екатеринбург - Ижевск: изд-во АСФ России. 2014. Стр.442-443.
21. Орленко Л.Р. Строение планетарного пограничного слоя атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1979. 270с.
22. Билалова В.Ф. Физические параметры приземного слоя атмосферы в зависимости от его термической устойчивости на основании экспериментальных данных. // Маг.диссертация, 2010. http://www.geophys-sfu.ru
23. О. В. Брусник. Методология формирования спецкурсов по общей физике на современном этапе // Вестник Томского государственного педагогического университета. - Научный журнал (Выпуск 8), 2013 г., с.29.
24. Петрова Г.Г. Учебно-методический комплекс учебной дисциплины «М2.В1.2 Проблемы атмосферного электричества» (на модульной основе с диагностико-квалиметрическим обеспечением). // http://incampus.ru/, 2013.
25. Родиошкина Ю.Г. Спецкурсы по физике в педагогическом ВУЗе как компонент национально-регионального образования // Интеграция образования . 2009. №4.
26. www.geophys-sfu.ru