Нами предлагается относительно простое решение указанной проблемы, не претендующее на серьезную перестройку существующих курсов. Такое решение возможно в рамках семестрового специального физического практикума, состоящего из четырех–пяти лабораторных работ, который должен проводиться на третьем – четвертом курсе при интенсивном использовании современной вычислительной техники.
Особенностью таких работ является предоставляемая персональным компьютером возможность использования аналогово-цифровых преобразователей (специальных измерительных или звуковых) и сохранение в памяти достаточно длительных процессов для последующей математической обработки (например, построения фазовых траекторий, вычисления статистических показателей), которая позволяет ясно увидеть сущность явления и определить его теоретические характеристики.
В качестве примера такой лабораторной работы предлагается изучение больших колебаний физического маятника под действием момента, изменяющегося по гармоническому закону. В этом экспе-рименте на вал двигателя постоянного тока, устанавливается маятник, а через обмотки двигателя пропускается переменный ток, закон изменения которого синтезируется при помощи цифроаналогового преобразователя. Амплитуда и частота тока могут задаваться с высокой точностью и в широких пределах благодаря цифровому синтезу. Задача эксперимента состоит в регистрации закона движения маятника в памяти компьютера с последующей математической обработкой результатов, позволяющей получить фазовую кривую. В качестве сенсора углового положения маятника можно использовать промышленный (который можно извлечь из многих устройств) или самодельный (отпечатанный на прозрачной пленке) энкодер. Изменение параметров внешнего воздействия позволит пронаблюдать в данной механической системе переход от упорядоченных периодических или квазипериодических колебаний к хаосу.
Подобная работа может использовать двойной маятник, также обнаруживающий очень сложное поведение при воздействии момента силы, изменяющегося по гармоническому закону.
Кроме указанных работ, в спецпрактикум может быть включено изучение колебаний упругих систем с эйлеровой неустойчивостью. Такие системы могут быть реализованы при помощи упругой линейки, сжатой с двух сторон до возникновения двух устойчивых положений равновесия. Маленький магнит, установленный на линейке, и катушка с током, который может изменяться по закону, задаваемому программой, обеспечивают силовое воздействие. Закон движения регистрируется оптическим сенсором и шторкой, соединенной с линейкой и частично перекрывающей световой поток от светодиода. В этом эксперименте, варьируя амплитуду и частоту силового воздействия, можно наблюдать и регистрировать различные типы фазовых кривых вплоть до аттрактора Уэды.
Наблюдение нестабильности излучения лазерного диода при наличии внешнего резонатора – пример из физики лазеров. Эта лабораторная работа реализуется достаточно просто при помощи лазерного диода, эталона Фабри–Перо и фотоприемника. Осветитель с линзой и лазерным диодом (лазерная указка) устанавливается перпендикулярно к эталону Фабри–Перо при помощи механизма с шаровой опорой и двумя винтами. В результате заметная часть светового потока возвращается в торец лазерного диода. При правильном расположении лазера, линзы и эталона Фабри–Перо возникают хаотические колебания светового потока, которые регистрируются при помощи фотоприемника.
В заключение отметим, что описываемый практикум мог бы предоставить возможность хотя бы в какой-то степени противостоять так называемому «виртуальному эксперименту», получившему в последнее время широкое распространение.
Интегративный подход к проектированию содержания учебных дисциплин (на примере биохимии)
Е. Л. Грачева, Г. А. УрванцеваЯрославский государственный университет им. П. Г. Демидова
Формирование профессиональных компетенций выпускника как результат освоения основных образовательных программ тесно связано с проблемой интегрированного обучения, проявляющейся прежде всего в том, что предметно-дисциплинарная подготовка студентов не соответствует требуемой ориентации обучения на конечные результаты. Как правило, каждый преподаватель организует процесс изучения студентами своего предмета изолированно от других дисциплин. Однако такой подход в значительной степени препятствует комплексному применению приобретённых знаний при решении задач, которые встанут перед будущим специалистом в его профессиональной деятельности.
Как же обеспечить поэтапное формирование профессиональных компетенций в процессе обучения? Для этого необходимо определить вклад той или иной учебной дисциплины в итоговые результаты обучения, проанализировать взаимопроникновение и взаимосвязь содержания учебных предметов, обеспечить согласованность как рабочих программ дисциплин, так и технологий их практической реализации. Междисциплинарная интеграция в высшем профессиональном образовании как целенаправленное усиление междисциплинарных связей при сохранении теоретической и практической целостности учебных дисциплин с различных точек зрения рассмотрена в работах В. А. Далингера, В. Евстигнеева, М. В. Носкова, Н. Г. Худолей, О. В. Шемет, В. А. Шершневой [1]. Основы интеграции учебных дисциплин закладываются прежде всего в их содержании.
Междисциплинарная интеграция, однако, сталкивается с проблемой выявления и оценки междисциплинарных связей. Наиболее существенные связи, конечно, могут быть установлены на основе анализа учебно-методических документов. Однако они имеют, как правило, потенциальный характер. Необходимо учитывать и субъективную составляющую междисциплинарных связей, реализованных в обучении, определяемых особенностями их восприятия преподавателем и студентами. Раскрывая содержание дисциплины уже с позиций «субъективной реальности», преподаватель обогащает его [2]. Студент также воспринимает междисциплинарные связи на основе собственной системы эмоционально-ценностных отношений к дисциплинам с точки зрения важности для будущей профессии.
В последние десятилетия прослеживается усиление биохими-ческого подхода к решению многих проблем в физиологии человека и животных, физиологии растений, иммунологии, цитологии, гистологии. По образному выражению А. Н. Шамина, биохимию в системе естественных наук можно сравнить с замковым камнем свода, не дающим рассыпаться ему на отдельные блоки [3]. Биохимия входит в цикл «Биология клетки», интегрируя знания и умения, приобретенные студентам при изучении ряда химических и биологических дисциплин; является базовой, фундаментальной дисциплиной в биологическом и экологическом образовании
Виду вышесказанного при обучении биохимии студентов двух направлений подготовки: «Биология» 020400 и «Экология и природопользование» 022000 – мы, проектируя содержание учебной дисциплины, учитывали ее вклад в формирование общекультурных и профессиональных компетенций будущего специалиста на основе анализа ФГОС ВПО, рабочих программ других дисциплин, анкетирования преподавателей 35 дисциплин факультета биологии и экологии Ярославского государственного университета им. П. Г. Демидова и опроса выпускников факультета биологии и экологии на предмет их трудоустройства по специальности.
Процесс изучения биохимии условно разделен нами на два этапа. Первый посвящен преимущественно изучению состава, строения, структуры и свойств биологически важных соединений, в первую очередь белков, в том числе ферментов, нуклеиновых кислот. Второй этап изучение процессов метаболизма: обмена нуклеиновых кислот, белков, углеводов и липидов; взаимосвязи и регуляции обмена веществ в клетке и организме в целом, биоэнергетики. В каждом этапе выделили по три модуля, содержание каждого из которых отбиралось на основе принципов фундаментальности, проблемности, практической направленности с учетом результатов анкетирования преподавателей смежных дисциплин.
Обобщая результаты анкетирования, отметим, что выделенные модули оказались примерно одинаково значимыми для изучения связанных с биохимией дисциплин либо их отдельных разделов. Так, модуль «Обмен нуклеиновых кислот и белков» – основополагающий для изучения молеку-лярной биологии, генетики, токсикологии, эволюции клетки и ткани; модуль «Обмен углеводов» теснее других связан с физиологией растений; модуль «Обмен липидов» взаимосвязан с соответствующими разделами цитологии, биофизики, физиологии человека и животных, биотехнологии, рассматривающими, в частности, строение мембран, механизмы мембран-ного транспорта, технологии создания мембран с требуемыми свойствами.
Наибольшее число «точек пересечения» с другими естествен-нонаучными дисциплинами удалось выявить для взаимосвязанных модулей «Белки», «Ферменты» и, в несколько меньшей степени, модуля «Нуклеиновые кислоты». Их содержание лежит в основе современных физико-химических методов анализа: хроматографических, электрохимических, иммунохимических – и необходимо для понимания сути метаболических процессов. Различные модификации методов хроматографии, электрофореза, измерения ферментативной активности, ПЦР и ряда других, тесно связанных с биохимией, широко используются в лабораторной диагностике, в том числе клинических лабораториях, судебно-медицинской экспертизе, лабораториях экологического контроля и мониторинга источников загрязнения окружающей среды, пищевых, химических лабораториях. Это и лаборатории промышленных предприятий, в том числе активно развивающегося в Ярославской области фармацевтического кластера, и научно-исследовательские лаборатории, и аналитические центры.
