Автореферат (Подготовка будущего учителя физики в области нанотехнологии в профессиональном цикле дисциплин), страница 4

рис. 1).В рамках предлагаемой методической системы, студент не является пассивным исполнителем. Он осознает цели образовательного процесса и применяемые методы. Это создает условия для дальнейшего применения будущимучителем аналогичной методики в практике своей работы в школе.Рис.1. Система включения понятий нанотехнологии в образовательную среду школы и вузаВ содержании учебного материала курса физики и спецкурсов по нанотехнологии выделяются две составляющие – фундаментальная и профессионально-ориентированная. Фундаментальная физическая составляющая определяет законы, понятия и явления физической науки, знание которых необходимостудентам, чтобы на достаточно хорошем уровне изучать вопросы нанотехнологии.

Профессионально-ориентированная составляющая позволяет определитьграницы и глубину изучаемого материала и призвана внести вклад в профессионально-педагогическую подготовку будущего учителя.10Подготовка учителя физики в области нанотехнологии врамках курсов физического содержанияИнвариантнаячастьМолекулярнаяфизикаЭлектромагнетизмОптикаКвантоваяфизикаФундаментальнаяфизическая составляющаяПрофессиональноориентированная составляющаяВариативнаячастьСпецкурс«Нанотехнология»КурсовыеработыВыпускныекваллификационныеработыПроектная и исследовательскаядеятельностьРис.2 Модель методики подготовки будущего учителя физики в области нанотехнологии в профессиональном цикле дисциплин11На рисунке 2 представлена модель методики подготовки будущего учителя физики в области нанотехнологии в профессиональном цикле дисциплин.Специфика педагогического образования диктует свои критерии к отборуматериала по нанотехнологиям при обучении студентов – будущих учителей.Полнота и глубина знаний, разносторонние подходы к их получению, требуютглубокого изучения нанотехнологических терминов и понятий при обучениистудентов в педвузе.Определение критериев выбора необходимых, важных и дидактическиобоснованных структурных элементов содержания учебного материала по нанотехнологии позволяет произвести распределение их по направлениям изучения – инвариантной части, вариативной части.Инвариантная составляющая позволяет формировать у студентов представления о нанотехнологических понятиях, связанных или близких по смыслус фундаментальными физическими законами и явлениями.Вариативная часть даёт больше возможностей для изучения нанотехнологии.

Данная часть образовательной программы обучения студентов может бытьсоставлена с учётом специфики современного этапа развития науки и техники,специфики региона и ВУЗа. В рамках вариативной части можно читать студентам курсы нанотехнологической тематики.Студенты должны иметь представление и понимать основные ступенипознания и усвоения знаний и умений нанотехнологической тематики: 1) методические основания рассмотрения и критерии отбора материала из области нанотехнологии, 2) логические принципы и связь фундаментальных законов классической физики с объектами и понятиями сферы нано, 3) предметная дифференциация понятий нанотехнологии по соответствующим им дисциплинам иразделам современной науки, 4) возможности и направления проектирования исоздания новых устройств и объектов в сфере нанотехнологии.Модель подготовки студентов-физиков – будущих учителей в областинанотехнологии в профессиональном цикле дисциплин включает в себя пятьблоков (рис.

3):1.Теоретические основания. Процесс подготовки будущего учителя физики в области нанотехнологии в профессиональном цикле дисциплин осуществляется с учётом дидактических принципов и факторов, определяющих возможность и необходимость изучения конкретных вопросов нанотехнологии.Важными в этом случае являются подходы (компетентностный, личностный,деятельностный), принципы (фундаментальности и профессиональной направленности, научности, системности), факторы (наличие оборудования, активности и заинтересованности студентов).2.

Целевой блок. В целевом назначении методической системы фигурируют возрастание интереса студентов к нанотехнологии, увеличение объема,полноты, глубины и широты знаний о нанотехнологии, а также проектная деятельность студентов в области нанотехнологии.3.Содержательно-процессуальный блок.

Блок отражает работу, направленную на обучение студентов в области нанотехнологии в рамках инвариант12ной и вариативной частей программы обучения студентов. К инвариантнойчасти относят те дисциплины, в рамках которых можно знакомить студентов сосновами нанотехнологии (курс общей и экспериментальной физики). Вариативная часть включает в себя спецкурс «Нанотехнологии», курсовые, ВКР работы и проектно-исследовательские работы, посвящённые актуальным темам вобласти нанотехнологии.Теоретические основанияПодходы:Компетентностный,Личностный,ДеятельностныйНеобходимость всовременных условияхПринципы:Фундаментальности ипрофессиональной направленности.Научности.Системности.Факторы:Наличие оборудования;Число часов;Первоначальныйуровень интереса изнаний студентовЦелевой блокИнтерес студентовк изучению нанотехнологииПолученные знания студентов в области нанотехнологииУмение проводить проектноисследовательскую и научнуюработуСодержательно-процессуальный блокЭтапы подготовки студентовВыявление уровня первоначальной подготовки и интереса студентов в области нанотехнологииИнвариантная составляющаяВариативная составляющаяПодготовительныйМолекулярная физикаЭлектродинамикаОптикаКвантовая физикаСпецкурс «Нанотехнология»Курсовые работыПроектно-исследовательские работыВыпускные квалификационные работыОсновнойОбобщающийДиагностико-результативный блокРис.

3 Модель сопровождения процесса подготовки студентов в области нанотехнологии в профессиональном цикле дисциплин4. Этапы подготовки. На подготовительном этапе определяются направления подготовки и вопросы, которые нужно изучить. На основном этапе производится включение вопросов, понятий и принципов из области нано в инвариантной части. На последнем этапе на занятиях спецкурса и в учебноисследовательских работах проводится закрепление полученных знаний и уме13ний в области нанотехнологии и с помощью специально разработанных средствконтроля осуществляется проверка полученных знаний и умений студентов.5.

Диагностико-результативный блок. Диагностико-результативная составляющая методической системы позволяет оценить качество методики подготовки студентов в области нанотехнологии в профессиональном цикле дисциплин.В инвариантной части плана ВУЗа можно осуществлять подготовку в области нанотехнологии при изучении следующих дисциплин: молекулярная физика, электродинамика, оптика, квантовая физика.При изучении молекулярной физики предлагается рассматривать следующие основные явления и процессы из области нанотехнологии: нанокристаллические материалы, фуллерены, нанотрубки, нанокомпозиты, молекулярные нанотехнологии, механосинтез, ассемблер, супрамолекулярные системы.В качестве примеров можно приводить процессы самосборки молекулярныхсистем из отдельных атомов, создание нанокристаллов и другие явления.При изучении электродинамики среди основных вопросов курса могутбыть рассмотрены электрические и магнитные свойства наноматериалов.

Врамках данного курса вводятся основные понятия физики магнитных явлений всвязи со свойствами магнитных наночастиц, рассматривается влияние размерачастиц на магнитные свойства.При изучении дисциплины «Оптика» в состав вопросов, изучаемых студентами, вводятся некоторые термины и понятия из области нанотехнологии.Целесообразно рассмотреть особенности создания оптических датчиков и сенсоров, производство фотоумножителей, светодиоды и лазеры на двойных гетероструктурах, фотоприемники на квантовых ямах, устройства и приборы нанофотоники, фотонные кристаллы, элементы волоконной оптики, перспективысоздания фотонных интегральных схем.В разделе «Квантовая физика» можно рассмотреть следующие понятия иустройства: сканирующая туннельная микроскопия, атомно-силовая микроскопия, квантовая точка, квантовая яма, квантовый транзистор, процессы туннелирования частиц.Таким образом, изучение в разделах курса общей физики понятий изуровня нано позволит студентам более детально разбираться в структурных ифункциональных явлениях рассматриваемых в курсе классической физики иосуществить связь между законами и явления фундаментальной физическойтеории с понятиями сферы нанотехнологии.Осуществлять подготовку студентов-физиков – будущих учителей в области нанотехнологии в рамках вариативной части программы обучения, можно с помощью спецкурса «Нанотехнология».Целью освоения спецкурса «Нанотехнология» является формированиекомплекса базовых знаний и умений, позволяющих ориентироваться в терминологии и направлениях нанотехнологии как совокупности технологическихметодов, применяемых для изучения, проектирования и производства материалов, устройств и систем.14В процессе изучения материалов учебного курса предлагаются разнообразные формы работ: лекции, проектно-исследовательские работы, экскурсия,семинар.Проектно-исследовательские работы, выполняемые студентами по спецкурсу «Нанотехнология», предполагают самостоятельное проведение исследования, а также его анализ и защиту.

Для визуализации многих явлений можноиспользовать оборудование: 1) оптический микроскоп, 2) электронный микроскопы, 3) атомно-силовой и сканирующий туннельный микроскопы.Учебно-исследовательские и проектные работы по спецкурсу «Нанотехнология» студенты выполняют в два этапа: 1) выполнение работ в рамках обозначенных преподавателем тем и направлений с первоначально-выбранной траекторией исследования; 2) выполнение проекта, связанного с самостоятельнымвыбором темы, определением направления и задач исследования. На второмэтапе преподаватель выступает в роли тьютора и наставника при выполнениипроектно-исследовательской работы. Эти этапы позволяют включить студентовв выполнение работ разного уровня сложности.Примерный список проектно-исследовательских работ по спецкурсу:«Получение и анализ изображения на СТМ «NanoEducator» в полуконтактномрежиме», «Исследование эффекта лотоса», «Исследование механизма упругой ипластичной деформации наноструктур», «Эффект памяти формы», «Исследование влияния наночастиц серебра на рост и развитие бактерий» и др.Предложенные проектно-исследовательские работы можно проводить иво внеаудиторное время в рамках кружкового движения или проектной деятельности студентов.

Внеаудиторная деятельность позволяет уделить большевремени проекту, провести более полное исследование с последующей его защитой на конференции или подачи на конкурс проектов.В рамках вариативной части программы обучения студентов в ВУЗе,важная роль отводиться написанию курсовых и выпускных квалификационныхработ студентов. Тематика курсовых и ВКР работ составляется таким образом,чтобы в ней достаточно полно были освещены темы, связанные с нанотехнологией.При формировании знаний о нанотехнологии можно встретиться с трудностями, аналогичными тем, которые характерны для разделов курса физики опроцессах в микромире.Данные трудности можно преодолеть путём применения мультимедиа ресурсов, создания различных моделей физических процессов и явления, а такжеиспользования интерактивных образовательных технологий.Можно указать три вида средств ИКТ, применяемых при обучении студентов-физиков, будущих учителей, основам нанотехнологии: 1) средства интерактивных технологий, 2) различные среды программирования для визуализации и моделирования нанотехнологических процессов, 3) интернет-ресурсы вобласти нанотехнологии.Интерактивная доска и программное обеспечение для создания интерактивных уроков позволяет осуществлять подготовку студентов в области нано15технологии с помощью визуальных средств создания изображений, анимации,видеофайлов и контрольно-проверочных материалов.В ходе исследования созданы материалы для интерактивной доски всреде Smart Notebook, которые могут быть применены при подготовке студентов в области нанотехнология:а) инвариантная часть – лекция «Нанотехнология в мире молекул», интерактивная лекция «Нанотехнология в курсе электродинамики», интерактивнаялекция «Нанотехнология и оптика», интерактивная лекция «Нанотехнология иквантовая физика»б) вариативная часть – вводная лекция к спецкурсу «Нанотехнология»,интерактивная лекция с элементами контроля «Фундаментальные основынанотехнологии», материал к практическому занятию «Виды и свойствананоструктур», интерактивная лекция к занятию «Способы получения исинтеза наноструктур» и другие материалы.Использование интерактивных средств и объектов в презентацияхпозволяет привлечь внимание студентов к расматриваемому объекту,использовать анимации, видио и графические модели.В связи с принципиальной ненаблюдаемостью нанотехнологических объектов или дороговизной оборудования, средства моделирования и визуализацииявляются порой единственной возможностью для более детального изучения ирассмотрения процессов сферы нанотехнология.В работе представлены возможности моделирования нанотехнологических процессов и явлений по различным разделам курса общей физики.В рамках методической системы разработаны и представлены графические и видео-модели нанотехнологических процессов и явлений.