Формирование исследовательских умений и навыков студентов как составной части профессиональной компетенции

Лабораторный практикум по дисциплинам естественнонаучного профиля занимает важнейшее место в формировании профессиональной компетенции инженера, так как формирует навыки и умения, необходимые для организации и проведения экспериментальных исследований. Анализ литературы, посвященной организации практикумов показывает, что ученые и педагоги стремятся создать образовательную технологию, которая в отличие от традиционных способов проведения лабораторных практикумов, позволит исключить формализм в выполнении работ практикума, который неизбежен при его выполнении строго по методическим указаниям.

Исследовательская ориентация учебного процесса при выполнении, обработке, анализе результатов, вычислении погрешностей и оценки достоверности результатов эксперимента учит студента сомневаться и проверять информацию, доказывать собственное мнение и отстаивать результаты. При этом активизируются познавательные способности студентов, развиваются умения и навыки исследовательской деятельности. Виртуальные лабораторные работы и модели не дают практических навыков работы с реальным оборудованием, при их выполнении нет неизбежно возникающей особой атмосферы сотрудничества преподавателя и студента.

В качестве одной из исследовательских работ, мы предлагаем студентам с помощью конденсатора с известной электроемкостью определить электроемкость неизвестного конденсатора и проверить законы параллельного и последовательного соединения конденсаторов с помощью «мостика Уинстона».

Студенту предлагается самостоятельно собрать мостик Уинстона из приборов: конденсаторы, реохорд, реостат, источник тока, гальванометр, набор проводников и провести эксперимент, подтверждающий закон параллельного и последовательного соединения конденсаторов (см. рисунок). На стадии теоретической части исследования с помощью правил Кирхгофа студент выводит формулу для экспериментального определения неизвестной электроемкости конденсатора по известной электроемкости конденсатора .

Идея, лежащая в основе экспериментальной части исследования: собираем мостик Уинстона с одним конденсатором неизвестно электроемкости и добиваемся нулевой разности потенциалов между точкой М и движком реохорда. Определив длины плеч реохорда, вычислим электроемкость неизвестного конденсатора , по известной электроемкости конденсатора .

С каждым конденсатором, включая их последовательно в цепь, проводим эксперимент и по формуле определения электроемкости неизвестных конденсаторов:

где - емкость неизвестного конденсатора, - емкость известного конденсатора, - правое плечо реохорда, - левое плечо реохорда.

Результаты первой части эксперимента по определению электроемкости двух конденсаторов представлены в таблице 1.

Таблица результатов №1

После измерений и вычисления электроемкостей конденсаторов и проверим соблюдение законов параллельного и последовательного соединения конденсаторов для этого соединяем их параллельно и подключаем в цепь в точках АМ, как подключали один конденсатор. Выше описанным способом добиваясь нулевой разности потенциалов между точками М и движком реохорда экспериментально определяем их электроемкость, как электроемкость одного конденсатора. Результаты эксперимента представлены в таблице 2.

Таблица результатов №2

Далее разбираем параллельное соединение конденсаторов и и соединяем их последовательно, подключив в цепь в точках АМ. Добиваясь нулевой разности потенциалов между точками М и движком реохора экспериментально определяем их общую электроемкость при последовательном соединении. Результаты эксперимента представлены в таблице 3.

Таблица результатов №3

Для проверки полученных результатов эксперимента используем формулы для вычисления электроемкости параллельно и последовательно соединенных конденсаторов. Для параллельного соединения:

,

где - теоретическое значение емкости батареи при параллельном соединении,

- экспериментальное значение емкости первого конденсатора, - экспериментальное значение емкости второго конденсатора.

Для последовательного соединения:

где - теоретическое значение емкости батареи при последовательном соединении,

- экспериментальное значение емкости первого конденсатора, - экспериментальное значение емкости второго конденсатора.

Полученные результаты эксперимента студент сводит в одну таблицу 4.

Таблица результатов №4

Сравнивая экспериментальное и теоретическое значения емкости конденсаторов при параллельном соединении, видим, что отклонение составляет:

Сравнивая экспериментальное и теоретическое значения емкости конденсаторов при последовательном соединении, видим, что отклонение составляет:

Анализ полученных результатов студентом приводит к выводу о допустимости и довольно высокой точности использования «мостика Уинстона» для определения неизвестной электроемкости конденсатора по известной электроемкости.

Наблюдение на протяжении нескольких семестров за поведением и реакциями студентов первого курса на свой первый, конечно не без участия преподавателя, научно-исследовательский опыт показало, что исследовательский метод проведения лабораторных практикумов активизирует познавательную деятельность и способствует созданию положительной мотивации, что, безусловно, сказывается на изучении дисциплины в целом. Студент на своем опыте осознает, что полученные знания являются средством для решения учебно-исследовательских, а затем реальных экспериментальных и практических задач.

В этом состоит ценность лабораторного практикума в техническом ВУЗ, он способствует формированию профессиональных компетенций инженера, деятельность которого заключается в решении технических задач, совершенствовании и внедрении новых технологий.

Необходимо отметить, что исследовательский метод проведения лабораторного практикума требует от преподавателя изучения индивидуальных особенностей и учебных возможностей студента, индивидуального руководства процессом деятельности студента на практикуме, перспективного планирования их деятельности. Невозможно и нет необходимости превращать весь процесс обучения в исследование, необходимо разумное сочетание исследовательского подхода и традиционного проведения лабораторного практикума. Особенность работы в лабораториях физики связана с постоянным индивидуальным общением преподавателя и студента, именно поэтому на лабораторном практикуме возможно, создать оптимальные условия для формирования исследовательских компетенций.

Литература:

1. Т.И. Трофимова. Курс физики в 2-х томах.- М.:Высшая школа, 1997.- Т.1.- 188с.