МЕТОДИКА ВЫСТРАИВАНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕЖПРЕДМЕТНЫХ СВЯЗЕЙ ПРИ ПРЕПОДАВАНИИ НЕКОТОРЫХ РАЗДЕЛОВ ФИЗИКИ РАДИОВОЛН В ВЫСШИХ ТЕХНИЧЕСКИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЯХ

A METHODOLOGY OF FORMING AND USING INTERSUBJECT COMMUNICATIONS WHEN TEACHING CERTAIN PHYSICS SECTION OF RADIO WAVES IN HIGHER TECHNICAL INSTITUTIONS

Ludmila Nilova

associate Professor of Cherepovets Higher Military Engineering School of Radio Electronics,

Russia, Cherepovets

Svetlana Shevchenko

candidate of Physical and Mathematical Sciences, Associate Professor of Cherepovets Higher Military Engineering School of Radio Electronics,

Russia, Cherepovets

Gulnara Shaydulina

senior Lecturer of Cherepovets Higher Military Engineering School of Radio Electronics,

Russia, Cherepovets

АННОТАЦИЯ

В работе предлагается сущность и механизм реализации методики использования межпредметных связей при преподавании нескольких дисциплин, касающихся волновых процессов и физики радиоволн обучающимся Череповецкого высшего военного инженерного училища радиоэлектроники.

ABSTRACT

The essence and the mechanism for the realization of methodology usage of intersubject communications are offered in teaching certain disciplines related to physics of wave processes and radio waves to students of Cherepovets Higher Military Engineering School of Radio Electronics.

Ключевые слова: физика колебаний и волн, радиофизика, интерференция, дифракция, межпредметные связи.

Keywords: the physics of vibrations and waves; radio physics; interference; diffraction; intersubject communications.

Важность межпредметных связей при преподавании технических дисциплин в ВУЗАХ была очевидна всегда, но в настоящее время с учетом внедрения в учебный процесс ФГОС ВПО (ВО), эта проблема вышла на качественно новый уровень. Мало того, что межпредметное обучение повышает уровень мотивации обучающихся при овладении знаниями и умениями на занятиях по физике, без него невозможно формирование целого ряда компетенций, предусмотренное требованиями современных стандартов. Межпредметное обучение способствует формированию навыков критического мышления (анализа, синтеза и применения полученных знаний, оценки результатов) и так называемых межпредметных понятий, то есть таких, полное представление о которых невозможно дать обучающимся на занятиях какой-либо одной дисциплины.

Постоянное отсутствие взаимосвязи между различными учебными дисциплинами, дублирование учебного материала в курсах различных кафедр, а также отсутствие военно-профессиональной направленности в рабочих программах по физике для военных вузов – все это приводит к снижению эффективности образовательной деятельности, заключающееся в отсутствии понимания обучающимися цели изучения физики в военном училище. В результате, в ходе освоения учебной дисциплины «физика», у обучающихся слабо формируются компетенции, позволяющие применять полученные знания, умения и навыки для решения комплексных (прикладных) задач, связанных с будущей специальностью. Это не позволяет обучающимся использовать знания, полученные из учебной дисциплины, для объяснения физических процессов, рассматриваемых в других дисциплинах.

Если мы хотим, чтобы наши обучающиеся научились решать комплексные интеллектуальные задачи, способствующие их наилучшей подготовке к условиям реальной жизни, а не были замкнуты в рамках одной учебной дисциплины, нам необходимо самим расширять учебные задачи своего предмета, ориентируя его на современные требования.

Решать данную проблему в военном вузе путем изучения небольших спецкурсов прикладного характера, требующих выделения учебного времени, неприемлемо. В этих условиях проблема повышения военно-прикладной направленности курса физики может быть решена путем перестройки методики проведения занятий с введением вопросов и примеров, непосредственно связанных с практическими потребностями кафедр училища и требованиями к специалисту – выпускнику.

Первостепенное значение в практической реализации межпредметных связей дисциплин училища, в данном случае имеют связи физики с профилирующими дисциплинами. Проведем анализ того, при преподавании каких разделов волновой физики имеет смысл провести пропедевтику понятий курса радиоволн и как методически более успешно это сделать. В качестве примера возьмем курс «Электродинамика и распространение радиоволн», преподаваемый на старших курсах уже в рамках профессионального цикла. В частности, при изучении в рамках курса физики темы «Кинематика волновых процессов» целесообразно рассматривать на лекции вывод формулы напряженности электрического и магнитного полей изотропного излучателя в однородной среде для свободного пространства, диэлектрической среды, среды с проводимостью и среды со свободными зарядами. Использование уравнений Максвелла в дифференциальной форме дает возможность ввести понятие комплексной диэлектрической проницаемости. Для ионизированного газа действительная часть ее описывает явление дисперсии, мнимая часть – поглощение электромагнитной волны. Теоретические выкладки позволяют обратить внимание на то, что величина ε ионизированного газа меньше 1 (среда является оптически менее плотной, чем вакуум). При приеме радиостанций, работающих на длинных волнах в зимнее время, можно наблюдать сигналы радиоэха с периодом 1 с. Это объясняется тем, что в области, где ε ≈ 0, происходит полное внутреннее отражение электромагнитной волны с групповой скоростью, близкой к нулю. В результате чего и возникают секундные задержки в распространении сигнала.

На практическом занятии по данной теме процессы, связанные с образованием стоячих и бегущих волн при наличии неоднородностей, удобно рассматривать на примере системы: передатчик – фидер – антенна. При равенстве импедансов выхода передатчика, фидера и антенны вся система работает в согласованном режиме, в ней устанавливается режим бегущей волны. Если имеет место отражение волн, то кроме бегущей волны появится стоячая волна. В пределе при коэффициенте отражения, равном единице в системе устанавливается режим стоячей волны, и такая система не передает энергию волн в антенну.

По теме «Интерференция волн» в качестве примера, иллюстрирующего явление интерференции, на практическом занятии рассматривается отражение радиоволн от неровностей земной поверхности. При падении волн на совершенно ровную поверхность происходит зеркальное отражение, т. е. вся энергия отраженной волны движется в одном направлении. Если поверхность земли неровная, то радиоволны отражаются в различных направлениях, в том числе обратном. Кроме того, по данной теме имеет смысл рассмотреть принципы организации антенны с изменяемой диаграммой направленности.

При расчете радиотрасс, работающих на земном луче, важную роль играет первая зона Френеля. По теме «Дифракция волн» на практическом занятии можно рассмотреть задачу о распространении радиоволн над поверхностью, имеющей препятствие высотой h (холм или горная гряда). Если в пределы препятствия попадает одна центральная зона Френеля, то волны огибают препятствие, и возможность установления радиосвязи определяется только параметрами приемно-передающей аппаратуры.

При таком подходе к организации обучения основные разделы физики становятся более интересными для обучающихся.

Для создания у обучающихся более полной и целостной картины изучаемых процессов и создания так называемого «задела на будущее», имеет смысл проведение совместных интегрированных занятий преподавателями различных кафедр уже на первом курсе в рамках преподавания дисциплины «физика». Форма этих занятий может быть любая – от проблемной лекции до проектного практического или лабораторного занятия. Такие занятия позволят обучающимся более полно оценить роль физики в их будущей профессии, что обеспечивает неформальный подход к изучаемому материалу и повышает заинтересованность.

Таким образом, реализация принципа межпредметных связей способствует систематизации, а, следовательно, глубине и прочности знаний, помогает дать обучающимся целостную картину мира. При этом повышается эффективность обучения и воспитания, обеспечивается возможность сквозного применения знаний, умений, навыков, полученных на занятиях по разным дисциплинам. Учебные дисциплины в известном смысле начинают помогать друг другу. Следуя принципу межпредметных связей, в котором содержатся важные резервы совершенствования учебно-воспитательного процесса, мы можем более точно определить роль наших дисциплин в овладении обучающимися своей профессией.

Cписок литературы:

1. Грудинская Г.П. Распространение радиоволн: учеб. пособие. – М.: Высшая школа, 1975. – 280 с.
2. Андреева Н.В., Нилова Л.И. Лекции по физике. Теория поля и распространение электромагнитных волн: учеб. пособие – Череповец: ЧВИИРЭ, 2001. – 68 с.
3. Смирнова М.А. Теоретические основы межпредметных связей: учеб. пособие. – М., Просвещение, 2006. – 204 с.