О проблеме повышения мотиваций студентов-биологов педагогического вуза в курсе общей физики

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

УДК 37.02                                          

Мотивация студентов является одной из центральных мест образовательных учреждениях в современном обществе. Ее актуальность обусловлена приоритетными направлениями развития и модернизации образования [1]. Мотивация является многофакторным явлением поскольку учебный процесс является сложным, влияние может оказывать не только отдельный персонал учебной деятельности, но и целый комплекс факторов. Например: устарела позиция преподавателя по отношению к студенту, неумение строить отношения с обучающимся, не сформированность у студента опыта самостоятельного приобретения знаний [2].

Цель исследования заключалась в изучении мотивации в курсе общей физики для студентов-биологов. Содержание образования, предлагаемое в школе и в вузе, катастрофически быстро устаревает. По- прежнему преобладает малоэффективные способы передачи знаний традиционными методами обучения, низкой учебной активностью студентов, не имеющих внутренней и внешней мотивации к овладению профессий [3].

Процесс обучения должен стать не просто преподаванием, а неким психологическим проектированием. Тогда целью этого проектирования является определение роли и ценности мотивации в процессе повышения качества обучения и определение способов управления качеством [4].

Педагоги не всегда могут четко констатировать, почему обучающихся не хочет учиться, какие стороны мотивации у него не сформированы, в каких случаях он не хочет учиться, а в каких преподаватели не научили его так организовать учебный процесс, чтобы мотивация к познавательной деятельности появилась и сформировалась приемы самостоятельного приобретения знаний и компетенций.

Анализ психолого-педагогических исследований по проблеме мотивации учебной деятельности показал наличие целого спектра концепций и теории структуры мотиваций [1]. Все эти теории мотивации являются достойными того, чтобы принимать их во внимание в процессе организации и осуществления образовательной деятельности.

Современная ситуация в школьном и педагогическом образовании требует организации эффективной профессиональной подготовки педагогических кадров нового типа в области теории и практики преподавания естественных наук, особенно акцентируя на их междисциплинарные связи (интегрированные курсы) [5–6].

Необходимо создать условия для освоения современного содержания образования, инновационных образовательных технологий, приемов и способов мотивации с помощью интегрированных подходов в изучении биологических объектов на основе законов физики. Чтобы воспитание и обучение шло эффективно, необходимо для каждого студента создавать особую профессионально — развивающую среду, которая установила бы равновесие между его возможностями самосовершенствования и потребностями в достижениях [7–8]. В такой среде студент не ориентирован на интеграцию готовых знаний, он готов на применение и приобретение новых знаний путем наблюдения за живой природой, на основе собственного опыта.

Однако, естественнонаучные знания, полученные учащимися в условиях среднего общего образования, рассматриваются весьма односторонне, с точки зрения лишь одной из наук. Например, в программах профильного обучения по биологии не привлекается материал из курса физики для объяснения влияния физических факторов на процессы жизнедеятельности организма, не изучается теплопроводность в живом организме, поверхностно изучается энергетика обмена веществ, не устанавливается должной связи между обменом веществ и калорийностью пищи при изучении пластического и энергетического обменов веществ [5, 9].

При изучении клеточной теории не делается акцента на то, что клетка — это открытая термодинамическая система, которая непрерывно превращает заключенную в органических веществах потенциальную химическую энергию в энергию «рабочих процессов» и отдает ее в окружающую среду в форме тепла [9].

Биология и физика — это фундаментальные естественные науки, входящие в структуру естественнонаучного познания, раскрывающие целостность познания реального мира. Их усвоение студентам составляет один из аспектов повышения качества естественнонаучного образования [10–11].

Основой для конструирования содержания модульного курса могут выступать темы или разделы курсов биологии и физики, имеющие общих объект исследования. Например, можно объединить содержание тем курсов биологии «Метаболизм» и физики «Термодинамика» в единый учебный модуль «Термодинамика биологических систем», который позволит выйти за пределы обычного монопредметного естественнонаучного образования. Источниками интеграции биологии и физики в учебном модуле служат: общий объект исследования — живой организм, общие понятие и законы термодинамической теории [5, 8].

В условиях предметного обучения данный учебный модуль позволит обеспечить:

• 1)    повышение качества естественнонаучного образования в условиях осуществления интеграции физики и биологии;

• 2)    формирование новых знаний учащихся на основе синергетической картин мира;

• 3)    повышение целостности естественнонаучных знаний включенных в программу по биологии и физике и развитие естественнонаучного мышления учащихся;

• 4)    удовлетворение индивидуальных потребностей учащихся в знаниях, представляющих ценность для их личностного развития, самоопределения в дальнейшей жизни, то есть акцентирование внимания учащихся на профессионально значимые знания и умения [5];

• 5)    практическую направленность биологических и физических знаний, т. е. формирование ключевых компетенций, направленных на умение применять полученные знания в различных жизненных ситуациях

В средней школе ученик на предметных уроках получает обширные знания по самым разным научным направлениям, приобретает разнообразные умения и навыки. Однако далеко не всегда результатом обучения является формирование целостной картины окружающего мира [6]. Чтобы достичь этой цели, необходима интеграция знаний. Рассмотрим, как это может осуществляться при преподавании биологии. Школьный курс биологии построен таким образом, что учителю, начиная с самых первых уроков, приходится прибегать к математическим, физическим, химическим, географическим понятиям и законам, объясняя явления природы [11].

Одновременно с этим, элементы знаний по биохимии или биофизике будут вполне уместны и на уроках физики и химии. Современное биологическое образование требует, чтобы уже в 6 классе при объяснении биологических явлений учитель использовал знания физических понятий и законов, которых у детей этого возраста нет. В результате, учителю биологии приходится самому объяснять физические процессы и явления [12]. Это создает серьезные трудности, но совершенно очевидно, что физическое обоснование биологических процессов — мощный фактор формирования научного мировоззрения. Достаточный багаж физических знаний, на которые может опереться учитель биологии, появляется у школьников в тому моменту, когда они начинают изучать анатомию, физиологию и гигиену человека. Поэтому в педагогических вузах, где идет подготовка будущих учителей биологии, должна быть интегрированные знании по физике и биологии [5, 7].

Необходимо отметить что недостаточно учебников профессионально направленного характера, отсутствуют и методические пособия для учителей, позволяющие эффективно интегрировать предметные знания. В результате, значительная часть знаний, получаемых студентами в курсе общей физики, оказывается оторванной от их практического применения. А ведь именно это позволяет педагогу сделать преподавание естественнонаучных дисциплин личностно значимым, через интерес к самому себе развить стремление к познанию нового, осознать тесную взаимосвязь законов физики, химии и биологии [6, 9].

Проводя аналогию между физическими процессами и жизнедеятельностью биологических систем, студент развивает умения анализировать, сравнивать и обобщать, расширяя тем самым границы познания. Наш опыт работы показывает, что наилучшая форма использования межпредметных связей — это интегрированные темы курса общей физики с биологией. На основании типовой программы по курсу общей физики нами разработана рабочая программа для студентов-биологов. При составлении программы необходимо учитывать то, что для биолога наиболее важным является практический аспект физики, т. е. наряду с изучением общих методов должны рассматриваться и более частные специальные методы, непосредственно связанные с реальными биологическими объектами [10]. Ниже приводится некоторые из них по разделам физики.

• I.    Механика

• 1.    Кинематика материальной точки. Сравнительные характеристики скоростей различных видов живых организмов..

• 2.    Момент силы и импульса. Центр масс системы. Момент инерции твердого тела. Основное уравнение динамики вращательного движения. Рычаг . Рычаги в живой природе. Простые механизмы в живой природе. Строения скелета и костной ткани (расположение трабекул в костной ткани, трубчатое строение костей, сводчатое строение стопы, физиологические изгибы позвоночника и др.),

• 3.    Сила трения. Сила трения и способы ее уменьшения в организме (строение и работа суставов, особенности строения плевральной оболочки, роль силы трения для растений);

• 4.    Упругие свойства твердых тел. Деформации и напряжения в твердых телах. Виды деформаций. Закон Гука. Модуль Юнга. Упругие свойства покровной, мышечной, костной ткани.

• 5.    Работа. Энергия. Закон сохранении энергии и импульса. Реактивное движения в живой природе. Роль реактивного движения для передвижения живых существ.

• 6.    Механика жидкостей и газов. Основы гидро и аэростатики. Законы Паскаля и

• Архимеда. Уравнение Бернулли. Вязкость жидкости. Формула Пуазейля. Аэродинамические свойства крыльев птиц. Основы гемодинамики. Физические методы исследования параметров гемодинамики.

• II.    Молекулярная физика

• 1.    Диффузия. Диффузия в организме человека: через клеточные мембраны, через стенки легочных альвеол и стенки капилляров. Роль осмоса для питании растений и в кровеносной системе человека

• 2.    Основы термодинамики. Понятие о состоянии системы, термодинамическом процессе и термодинамическом равновесии. Внутренняя энергия. Первый закон термодинамики. Теплоемкость газов. Тепловой баланс организма. Физическая терморегуляция биосистемы. Скорость метаболизма у людей и животных.

• 3.    Молекулярно-кинетическая теория жидкости .Движение молекул в жидкости. Поверхностное натяжение и капиллярные явления.

Смачивание и несмачивание в природе. Роль капиллярных явлений в живой природе. Питание корневой системы и растений.

• III.    Электричество и магнетизм

• 1.    Работа сил электростатического поля. Потенциал. Разность потенциалов.

• 2.    Постоянный электрический ток. Носители тока в газах, электролитах, полупроводниках, металлах. Плотность и сила электрического тока. Закон Ома в дифференциальной и интегральной формах. Условия его применимости. Закон Джоуля-Ленца. Электродвижущая сила.

Биопотенциалы клеток и органов. Физические основы ЭКГ.

Электропроводность живых организмов. Действие электрического тока на организм человека. Практическое применение действия электрического тока на организм.

• IV.    Оптика

• 1.    Геометрическая оптика.

• 2.    Интерференция света. Когерентные волны. Интерференция света в тонких пленках. Интерференция в живой природе. Радужная окраска перьев птиц, крыльев бабочек.

Законы геометрической оптики. Линза. Уравнение тонкой линзы. Оптическая система глаза: преломление светового луча роговицей и хрусталиком, возникновение изображения на сетчатке.

• V.    Атом и ядерная физика.

• 1.    Радиоактивность. Действие радиоактивного облучения на живые организмы. Действие радиоактивных излучений на органы человека.

Для закрепления пройденной теоретически темы предлагаем практические навыки, следующие задачи с биологическим содержанием:

• 1.    В состав артериальной крови человека входит 19 мл кислорода на каждые 100 мл крови, а состав венозной крови – соответственно 12 мл. Круговорот крови составляет 5 л в минуту. Сколько кислорода кровь приносит тканям за одну минуту, за час, за сутки?

• 2.    В организме человека масса крови составляет 8% от общей массы тела. Кровь содержит 85% воды. Сколько воды входит в состав крови человека массой 70 кг?

• 3.    За сутки в организме человека выделяется около 600–800 мл желудочного сока (плотность 1,065 г/см³). Концентрация в нем соляной кислоты 0,4–0,5%. Определите количество хлорида натрия, нужного для образования соляной кислоты в суточном и месячном объеме желудочного сока.

• 4.    В щитовидной железе содержится 0,12% йода. Масса щитовидной железы 40 г. Определите массу йода в щитовидной железе.

• 5.    В чем причина замедленного тока крови в капиллярах? Ответ: Усвоение питательных веществ требует медленного течения крови в тонких капиллярных сосудах. Артерии, разветвляясь на множество мелких сосудов, увеличивают свое суммарное сечение. Ответ: Чем больше сечение трубы, тем медленнее по ней течет жидкость.

• 6.    Почему основной скелет живого организма являются трубчатые кости? Ответ: Трубчатая кость, с одной стороны является достаточно прочной, а с другой стороны, легкой. Таким образом, она является оптимальной основой скелета.

• 7.    Осьминоги, каракатицы и кальмары движутся, наполняя полости водой и выталкивая водяные струи ритмично один за другим. Объясните причину движения моллюсков. Ответ: За счет реактивного действия.

• 8.    В теле взрослого человека имеется до 160 млрд капилляров. Благодаря этому каждая клетка через тканевую жидкость снабжается необходимыми питательными веществами и кислородом. Смачивает ли кровь стенки капилляров? Ответ. Не смачивает.

• 9.    Зубные врачи не рекомендуют есть очень горячую пищу. Почему? Ответ. Различные части зуба имеют разные коэффициенты расширения. При резком нагревании зуба в нем возникают напряжения, которые могут вызвать трещины в эмали.

Заключение

Использование методов межпредметной интеграции в курсе общей физики является процессом не только важным, но и трудоемким. Но, несмотря на возникающие трудности, за 3 года научно исследовательской работы реализации для мотивации межпредметной интеграции в процессе наблюдений за студентами получены следующие результаты:

• 1.    Обучающиеся на таких занятиях демонстрируют большую активность, в том числе и познавательную, нежели на обычных занятиях.

• 2.    Во время выполнения самостоятельной работы студенты проявляют инициативу в поиске дополнительного материала, которым делятся друг с другом

• 3.    Студенты чувствуют себя успешными, не боятся выражать свое мнение и проявлять свои интересы. У них обнаруживается развитие творческого потенциала к решению ряда профессионально-ориентированных задач.

• 4.    С каждым последующим занятием студенты быстрее находят взаимосвязи предметных областей, зачастую самостоятельно создавая проблемную ситуацию, которая используются для дальнейшей работы.