03 сентября 2017г.
Обсуждается роль физико-математической компоненты в знаниевом поле студентов экологического профиля в техническом вузе. Отмечены существенные недостатки в преемственности естественнонаучных знаний на различных этапах обучения. Обобщен опыт преподавателей, стремящихся к улучшению качества подготовки специалистов-экологов.
Ключевые слова: физико-математическая компонента в техническом вузе; экологический профиль в образовании; пропедевтика; специальные курсы в вузе; индивидуальные проекты.
В связи с запросом общества на экологические знания, достоверные прогнозы состояния и развития экологической обстановки, а также меры, направленные на исправление плохой экологической ситуации, на рынке труда все большим спросом пользуются специалисты в области охраны окружающей среды. Для качественного мониторинга окружающей среды, прогнозирования экологической обстановки, деятельности в области инновационных технологий для очистки воздуха, воды и почвы от производственных отходов, переработки мусора специалистам необходимы глубокие знания по физике и математике. К сожалению этому не способствует наметившаяся в последние годы тенденция к уменьшению количества часов, отводимых для изучения физики и математики, как в средней, так и в высшей школах. Поэтому в настоящей статье предлагаются некоторые меры по улучшению физико-математической подготовки студентов экологического профиля ТвГТУ.
Разработанные программы по курсу общей физики в ТвГТУ для студентов, обучающимся по направлениям «Техносферная безопасность», «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии», «Природообустройство и водопользование», предполагают связь с такими дисциплинами как «Промышленная экология», «Процессы и аппараты защиты окружающей среды», «Процессы и аппараты химической технологии», «Экологический мониторинг», «Очистка промышленных сточных вод», «Инженерная защита окружающей среды» и др.
Почему основательные знания по физике и математике необходимы экологам? Рассмотрим, например, понятие градиента скалярного поля, который изучают в курсах математики и физики (скажем, при изучений явлений переноса [1]). Движущей силой любого процесса переноса является градиент какой-либо скалярной функции. Так, градиент температуры является движущей силой процесса переноса тепла. Для изучения понятия градиента нужно владеть математическим аппаратом (иметь представление о частных производных, правилах векторного сложения) и понимать физический смысл величин, входящих в уравнения переноса. А в общем можно сказать, что удовлетворительные модели процессов, происходящих в природе, можно создать на основе уравнений математической физики в частных производных. Предметом же экологии являются процессы, происходящие в природе при ее взаимодействии с человеком, и следовательно, для описания этих процессов и создания их адекватных моделей необходимо владеть соответствующим базисом физико-математических знаний.
Однако, в связи с сокращением в школе часов по изучению физики (в большинстве школ всего 2 часа в неделю) и математике студентами-первокурсниками довольно плохо воспринимаются лекционные курсы по физике и математике в вузе [3], что порождает такое негативные явление как отставание студентов не только по физике и математике, но и по специальным дисциплинам при дальнейшем обучении. Таким образом, реальностью являются значительные трудности, возникающие при переходе учащихся от школы к вузу. К тому же количество часов вузовской программы по физике сократилось в среднем примерно в 1,5 раза по сравнению с 90-ми годами прошлого века.
Для улучшения качества подготовки специалистов-экологов мы предлагаем следующие направления деятельности, прошедшие апробацию на кафедре общей физики ТвГТУ:
1. проведение пропедевтических занятий по физике на первом курсе;
2. выполнение индивидуальных проектов в области экологии школьниками старших классов, планирующих поступать на соответствующие направления в технические вузы;
3. укрепление междисциплинарных связей путем разработки и внедрению в процесс обучения спецкурсов по физике, связанных с процессами переноса «Специальные главы (разделы) физики», «Теплофизика», «Уравнения математической физики», «Основы гидродинамики тепло- и массообменных процессов»;
4. привлечение студентов к учебной научно-исследовательской работе (УНИРС) по физическим основам тепло- и массопереноса с участием в студенческих конференциях;
5. разработка электронного курса по математическим основам физики;
6. включение физико-математических основ в магистерскую научно-исследовательскую работу, проводимую на выпускающих кафедрах.
Отметим, что пропедевтический курс физики позволил вчерашним школьникам лучше адаптироваться к вузовской программе, повысить восприятие на лекциях теоретического материала и более качественно выполнять самостоятельные работы и домашние задания [3].
Что касается индивидуальных проектов школьников, то ряд учащихся уже работают над проектами «Экспериментальное измерение коэффициента вязкости различных жидкостей», «Определение коэффициента теплопроводности изоляционного материала методом трубы», «Определение влажности воздуха в различных помещениях» [4]. Могут быть также предложены следующие темы проектов:
«Измерение экологических показателей проб воды», «Измерение экологических показателей донных отложений», «Балансовые расчеты производственных процессов» и др. Конечно проект – это продукт деятельности одного человека, однако, точечная работа с наиболее способными и заинтересованными людьми дает эффект распространения экологических знаний среди учащихся и включение в работу над проектами новых участников, а также способствует профессиональной ориентации.
Ранее на кафедре была создана теплофизическая лаборатория [2], которая в настоящее время используется студентами при изучении указанных ранее спецкурсов и УНИРС. В качестве примера успешной исследовательской работы студентов в этом направлении приведем работы, которые были опубликованы в сборнике трудов студенческой научной конференции [5, 6]. Проведенные в них исследования были тесно связаны с актуальным во время их выполнения учебным процессом, что существенно повысило мотивацию и качество освоения материала.
Успешным примером включения физико-математических основ в магистерскую научно- исследовательскую работу является магистерская диссертация студента специальности ЭРП Кириллова А.М. «Оценка радиоэкологической ситуации на родниках Тверской области», выполненной на кафедре «Природообустройство и экология», где был проведен анализ радиоактивного загрязнения некоторых водных источников Тверской области с использованием методов радиометрии, гамма-спектроскопии и методов математической статистики, выполненная в 2016 г.
Cписок литературы
1. Иванов, Г.Н.. Процессы переноса теплоты: учебное пособие/ Г.Н. Иванов, С.Р. Испирян, И.В. Кривенко. Тверь: Тверской государственный технический университет, 2017. 160 с.
2. Испирян, Р.А. Тепло- и массообмен в химико-технологических процессах: методические указания к лабораторным работам/ Р.А. Испирян, А.В. Клингер. Калинин: КПИ, 1990. 32 с.
3. Испирян, С.Р. Опыт проведения пропедевтического курса физики в вузе / С.Р. Испирян,И.В. Кривенко // Перспективы развития науки в области педагогики и психологии: сборник научных трудов по итогам IV международной научно-практической конференции. Челябинск: Инновационный центр развития образования и науки, 2017. (в печати)
4. Кривенко, И.В. Элементы пропедевтического курса физики в тесной связи с экспериментом/ И.В. Кривенко, С.Р. Испирян, М.О. Касерес// Саморазвивающаяся среда технического вуза: научные исследования и экспериментальные разработки:материалы Всероссийской научно-практической конференции : в 3 ч.. Тверской государственный технический университет (Тверь, 15 апреля 2016 г.) .Тверь:ТвГТУ, 2016. С.194-199
5. Мальков, Д.В. Моделирование процесса теплопроводности в тонком стержне/ Д.В. Мальков, В.В. Иванов// Прикладные аспекты научных исследований студентов Тверского государственного технического университета: материалы тезисов докладов внутривузовской студенческой научно-практической конференции, приуроченной ко Дню российской науки. Ч. I. Тверь: ТвГТУ, 2014. С. 71-73 (работа выполнена под рук-вом Кривенко И.В., Испирян С.Р.)
6. Осипов, Р.А. Исследование распределения температуры в тонком стержне, нагреваемом внутренним источником тепла/Р.А. Осипов, О.Н. Ершова//Прикладные аспекты научных исследований студентов Тверского государственного технического университета: материалы тезисов докладов внутривузовской студенческой научно-практической конференции, приуроченной ко Дню российской науки. Ч. I. Тверь: ТвГТУ, 2014. С. 79-80 (работа выполнена под рук-вом Кривенко И.В., Иванова Г.Н.)
