ПРОЕКТНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ПО ФИЗИКЕ В КОЛЛЕДЖЕ КАК СРЕДСТВО РЕАЛИЗАЦИИ МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫХ СВЯЗЕЙ

COLLEGE PHYSICS PROJECT ACTIVITIES AS A MEANS OF REALIZING INTERDISCIPLINARY CONNECTIONS

Elena Zalozhnykh

Teacher of Physics at the Yekaterinburg College of Economics and Technology,

Russia, Yekaterinburg

Gali Yusupov

Master of production training at the Yekaterinburg College of Economics and Technology,

 Russia, Yekaterinburg

Olga Nadeeva

Candidate of Pedagogical Sciences, Associate Professor at the Ural State Pedagogical University, teacher of Physics at the Yekaterinburg College of Economics and Technology,

Russia, Yekaterinburg

АННОТАЦИЯ

Статья посвящена проектной деятельности студентов-первокурсников, обучающихся на технические специальности. Показано, как использовать схему поиска объекта учебного исследования на основе междисциплинарных связей физики. Описан опыт совместной работы преподавателей со студентами при выполнении проекта межпредметного характера с демонстрацией физических процессов на действующей модели конденсатора холодильного аппарата. Отмечено, что проектная деятельность с техническими объектами стимулирует обучающихся к участию в различных конкурсах по физике и конкурсах профессионального мастерства.

ABSTRACT

The article is devoted to the project activities of first-year students studying for technical specialties. It is shown how to use the scheme of searching for the object of educational research based on interdisciplinary connections of physics. The experience of teachers and students working together on an interdisciplinary project with a demonstration of physical processes using an existing refrigeration condenser model is described. It is noted that project activities with technical facilities encourage students to participate in various physics competitions and professional skills competitions.

Ключевые слова: колледж, технические специальности, межпредметные связи физики и спецдисциплин, схема поиска объекта учебного исследования, проектная деятельность, действующая модель технического устройства.

Keywords: college, technical specialties, interdisciplinary relations of physics and special disciplines, the search scheme for the object of educational research, project activity, current model of technical device.

Обучение в колледжах осуществляется преимущественно на базе основного образования. Выпускники девятых классов поступают в колледж для получения специальности и часто негативно относятся к изучению предметов общеобразовательного цикла за 10–11 класс на первом курсе. Отсюда и возникло решение мотивировать студентов к изучению школьных дисциплин с акцентом на будущую специальность через учебную и проектную деятельность.

Так, в нашем колледже при составлении календарно-тематического планирования по физике для первого курса, учитываются требования программы обучения проводить часть практических занятий с профессиональной направленностью (https://cloud.mail.ru/public/2ucw/FiwdquYUf). Кроме того, по учебному плану студентам технических специальностей предлагается в течение первого года обучения выполнение учебного проекта по физике, или математике, или информатике (дисциплина ежегодно меняется).

В 2022/2023 уч. году проекты по физике были определены по техническим специальностям 09.02.07 «Информационные системы и программирование». Учитывая результаты нашего исследования [10], относящиеся к указанной выше специальности и к специальности 15.02.06 «Монтаж, техническая эксплуатация и ремонт холодильно-компрессорных и теплонаносных машин и установок (по отраслям)», можно утверждать, что большинство студентов этих профилей обучения не обладают систематическими знаниями по физике, не занимались в технических кружках. Вследствие этого многие из первокурсников не готовы к самостоятельному выбору темы проекта по физике и планированию своей деятельности по его выполнению в течение длительного срока. Если навыки проектной деятельности у обучающихся не были сформированы в основной школе, то и будучи студентами-первокурсниками колледжа они не смогут успешно выполнить учебный проект. Преподавателю физики необходимо особенно на начальном этапе: во-первых, провести занятие, на котором даются основы проектно-исследовательской деятельности; во-вторых, оказать помощь при выборе темы проекта с учетом знаний по курсу физики, индивидуальных интересов и способностей студента; в-третьих, ориентироваться на профиль технической специальности.

В монографии «ФГОС и изучение физики в школе: о научной грамотности и развитии познавательной и творческой активности школьников» достаточно подробно описаны, в частности, рекомендации для школьных учителей по организации проектной деятельности учащихся. Авторы отмечают, что «проектная деятельность развивает умения и способности школьников самостоятельно под руководством учителя исследовать и анализировать разнообразные физические явления и свойства объектов, объяснять принципы работы и характеристики приборов и устройств. Цель ученического проекта по физике является получение значимого для учебного процесса продукта, который может быть использован на уроке учителем или учащимися» [8, C. 160].

Обобщение опыта работы по организации проектной деятельности в средних общеобразовательных школах привело к разработке схемы поиска объекта учебного исследования [5, С. 207], которая облегчает выбор направления учебного проекта по физике, его темы, обсуждение содержания и плана действий обучающегося. Пример использования предложенной нами схемы в обучении школьников показан в коллективной монографии [6]. Как видно из схемы, ее применение целесообразно и для первокурсников. Так, учитывая интересы обучающихся по другим дисциплинам общеобразовательного цикла (химия, история, иностранный язык, технология и др.), им предлагается, например, следующие учебные проекты: исследовать физико-химические свойства жидкостей, используемых в быту (родители по инициативе дочери-студентки добровольно купили датчик для исследования прозрачности растворов); провести занимательные опыты по физике, описанные в книге на английском языке, или определить длину волны микроволновой машины с помощью различных  продуктов питания.

С другой стороны, для студентов колледжа изучение протекания физиче-ских явлений и процессов или применение физических законов в технических объектах в соответствии с их техническим профилем должно стать позитивным мотивом выполнения учебного проекта. Это в средней общеобразовательной школе проведение физического эксперимента в релейном лифте девятиэтажного дома для старшеклассницы – нестандартная ситуация [7]. Для студента колледжа проект становится профессионально ориентированным (физика и техника), поэтому такая деятельность способствует повышению уровня знаний студента по определенным разделам курса физики, развитию исследовательских умений, формированию политехнического мышления.

Одновременно, ввиду отсутствия или недостаточного развития знаний и умений по профилю у первокурсников при выполнении учебного проекта технического содержания расширяются представления будущей специальности, дополняя на первом курсе специальную дисциплину «Введение в специальность». «Информатики» должны понимать, что важны не только знания различных программ для персонального компьютера, необходимо разбираться в принципах действия его отдельных узлов для обеспечения непрерывной работы. Поэтому им можно предложить, например, исследование, посвященное проблемам системы охлаждения персонального компьютера [9, C. 224-227].

Будущим техникам среднего звена холодильно-компрессорных и теплонасосных машин и установок предлагаем «увидеть» связь физики со специальностью через рассмотрение тепловых или электрических явлений и процессов в бытовых холодильниках или кондиционерах. Так, в 2023 году группе первокурсников было предложено участие в Региональном конкурсе инновационных техникообразовательных проектов школьников «УРАЛ-ИННОВА» на базе института математики, физики, информатики и технологий Уральского государственного педагогического университета.

Преподавателем физики и мастером производственного обучения колледжа была организована совместная работа по реализации проекта по физике, в котором акцентирована связь дисциплины с их будущей специальностью. Поэтапная работа со студентами по проекту представлена в таблице 1.

Кратко опишем некоторые ее виды.

Таблица 1.

Система работы преподавателей со студентами по проекту

Группа студентов-первокурсников из трех человек подбиралась по нескольким критериям: дружеские отношения, взаимопомощь, хорошее знание физики, интерес к технике, желание приобрести знания и умения по будущей профессии. Для участия в конкурсе студентам предлагалось изготовить на базе мастерской колледжа какую-либо действующую модель технического устройства.

Учитывая отсутствие у обучающихся опыта проектной деятельности и специальных знаний по устройству бытового холодильника, им было предложено изготовить действующую модель конденсатора холодильного агрегата. Название проекта «Изменение агрегатных состояния вещества с использованием холодильной машины» отражает межпредметные связи физики со спецдисциплиной «Введение в специальность»

Студентам предлагались индивидуальные задания в поиске информации в печатных источниках и в Интернете по теме проекта [1; 2; 3; 4]. Студенты заранее должны были изучить устройство бытовой холодильной машины, понять, какие физические процессы происходят внутри холодильного контура, а затем проконсультироваться с преподавателями. Для них были организованы внеурочные теоретические и практические занятия в мастерских и консультации в кабинете физики по темам: «Молекулярная физика», «Термодинамика», «Законы постоянного тока».

На рисунке 1 представлена блок-схема действующей модели конденсатора холодильной машины, изготовление которой осуществлялось в мастерской.

Рисунок 1. Блок-схема действующей модели конденсатора холодильной машины

Однако, в мастерской (лаборатории) «Холодильная техника и системы кондиционирования» студенты для выполнения учебного проекта первоначально должны были научиться работать с материалами и инструментами, необходимыми для их обработки (таблица 2).

Таблица 2.

Оборудование и материалы для выполнения учебного проекта

Для понимания междисциплинарных связей физики и технических дисциплин кратко опишем принцип действия установки.

Основным компонентом действующей модели холодильной установки является компрессор (1). Компрессор откачивает пары хладагента из испарителя (2), сжимает его. В результате сжатия происходит нагрев газа, после чего газ попадает в конденсатор (3). В конденсаторе происходит теплообмен между горячим хладагентом и более холодной водой, которая в свою очередь нагревается, а пары хладагента остывая переходят в жидкое состояние. Это соответствует фазовому переходу газ – жидкость. 

В дальнейшем жидкий хладагент проходит через фильтр-осушитель (4) и дросселирующее устройство. В нашем случаи это капиллярная трубка (5). Диаметр капиллярной трубки подобран таким образом, что молекулы жидкости, проходя по внутреннему сечению, «ощущают» на себе трение, в результате чего падает давление и происходит закипание жидкости (дросселирование). 

В дальнейшем парожидкостная смесь попадает в испаритель. В испарителе происходит кипение жидкости за счет теплоты, поступающей от более теплой воды, находящейся в ванночке испарителя. В результате чего образуется пар. Это соответствует фазовому переходу жидкость – пар. Пар, в свою очередь, откачивается компрессором, и, таким образом, процесс повторяется.

Так как испаритель и конденсатор модели выполнены из пластиковых полупрозрачных трубок, то процессы испарения и конденсации хладагента хорошо визуально наблюдаются. Поэтому действующую модель конденсатора холодильной машины можно использовать для наблюдения изменений агрегатных состояний вещества. Кроме того, со студентами полезно обсудить зависимость температуры кипения хладагента от давления в системе.

Под руководством мастера производственного обучения студентами были выполнены следующие виды работ:

1. Изготовление корпуса установки.

2. Установление емкости (контейнеры).

3. Установка компрессора.

4. Пайка необходимых медных труб для соединения с пластиковой трубой.

5. Изготовление из пластиковой трубы испарителя, конденсатора.

6. Соединение вместе всех частей системы (компрессор, испаритель фильтр-осушитель, капиллярная трубка, конденсатор).

7. Вакуумирование системы.

8. Заправка хладагентом.

9. Выполнение электромонтажных работ.

10. Пробный запуск.

В ходе выполнения практических работ студенты получали как групповые, так и индивидуальные задания, например, по электромонтажным работам (зачистка провода, установка наконечников).

Наибольшие затруднения студенты испытывали при изготовлении модели, что в большей степени связано с отсутствием опыта работы с инструментами. В частности, соединение медных трубопроводов между собой выполняется при помощи пайки твердым припоем. Установка для пайки состоит из специальной горелки, в которой горячим газом является пропан, а окислителем кислород. Температура плавления припоя составляет 620 градусов, что существенно ниже температуры плавления меди. Практическими навыками работы с горелкой студенты овладевают при изучении дисциплины «Введение в специальность» в конце учебного года. Изготовление действующей модели конденсатора холодильника по описываемому проекту требовало этих умений намного раньше. Поэтому преподаватель демонстрировал студентам, участвующим в конкурсе, как с помощью горелки правильно и безопасно осуществить пайку трубопровода – очень важной части устройства.

Перед началом запуска модели конденсатора холодильной машины студенты под наблюдением наставника заполняли систему хладагентом марки R134 A, естественно соблюдая требования техники безопасности (работая в очках и перчатках). Затем заливалось необходимое количество воды в оба контейнера. После включения установки нужно выжидать время, чтобы пошел процесс охлаждения.

В результате видно, как закипает хладагент в испарителе, превращаясь из жидкого состояния в газообразное состояние (фазовый переход: жидкость – газ). Затем наблюдаем конденсацию хладагента – превращение из газообразного состояния в жидкость (фазовый переход: газ – жидкость). Таким образом, отмечаем изменение агрегатных состояний хладагента в действующей модели, что актуализирует знания учащихся по физике. После окончания всех демонстраций при помощи станции-эвакуатора хладагент откачивается в мастерской.

После завершения практической части работы, коллективно обсудив протекающие в модели физические процессы, студенты самостоятельно подготовили текст стендового доклада и отрепетировали выступление по защите проекта с преподавателем физики.

На конкурсе в УрГПУ для защиты проекта студенты оформили выставочный стенд, на котором была расположена действующая модель конденсатора холодильной машины, фотографии процесса ее изготовления.

На защите посетители и, конечно, члены конкурсной комиссии – эксперты задавали студентам вопросы по выполненному ими проекту следующего типа:

1. Какую часть модели установки сделали сами? Как делали и какие инструменты использовали?

2. Какие физические процессы можно наблюдать при работе данной установки?

3. Что происходит с давлением в процессе работы модели конденсатора холодильной машины?

4. Где можно данную установку использовать?

В итоге в 2023 г. на Региональном конкурсе инновационных техникообразовательных проектов школьников «УРАЛ-ИННОВА» в категории «Студенты» проект первокурсников «Изменение агрегатных состояния вещества с использованием холодильной машины» с представлением действующей модели конденсатора холодильного агрегата занял первое место. Позже в конце первого курса и на втором курсе на занятиях по спецдисциплинам и в мастерской (лаборатории) участники описанного проекта помогали в обучении своих сокурсников.

В 2024 г. проект «Использование теплового насоса для эффективного отопления помещений», реализованный другими студентами первого курса, стал победителем в номинации «Лучший энергетический проект».

Важно отметить, что студенты на занятиях в мастерской испытывали позитивные эмоции от новизны процесса: работали с новыми инструментами при изготовлении узлов модели, осваивали новые виды деятельности. Также они приобрели опыт публичного выступления по защите своего проекта, получили положительные эмоции, когда посетители конкурса интересовались их работой. Кроме того, они сами видели проекты других участников и могли сравнивать преимущества и недостатки моделей, узнали, в каких направлениях идут исследования.

Таким образом, использование метода проектов на основе межпредметных связей в подготовке будущих техников целесообразно и необходимо: для формирования самостоятельности в учении, развития творческих черт личности, устойчивой мотивации к изучению нового в профессии, а также умений взаимодействовать с членами группы в практической деятельности, участвовать в деловом общении с людьми, как своего возраста, так и старшего поколения.

В процессе такой работы студенты учатся анализировать процесс подготовки, выполнения задуманного проекта и его результаты, выявляя плюсы и минусы деятельности. А также, если проектно-исследовательская работа имеет продолжение, обучаются намечать пути усовершенствования изготовленного продукта, улучшения экспериментальной или практической деятельности.

Таким образом, на занятиях по физике важно использование междисциплинарных связей при изучении теории, выполнении некоторых лабораторных работ и решении задач на профориентационной основе. При изучении теории это могут быть физические понятия и величины, процессы и законы, знание которых необходимо для понимания принципа действия технического устройства. На лабораторных работах это овладение измерительными приборами, аналоги которых изучаются на спецдисциплинах и используются техниками при наладке холодильного оборудования или кондиционеров.

Во внеурочной работе по физике с будущими техниками наиболее перспективна организация проектной деятельности, другие конкурсы межпредметного характера. При реализации внеурочной работы особенно важно наладить взаимодействие преподавателей общеобразовательной и специальных дисциплин, мастера производственного обучения. По результатам нашей работы с первокурсниками опубликована статья [10].

При этом заметим, что для повышения интереса современных школьников к техническим профилям важна материально-техническая база высокого уровня не только по спецпредметам, но и по физике. Надеемся, что реализация планов колледжа по оснащению кабинета физики современным оборудованием будет реализована в 2027-2028 гг.  Тем самым повысятся возможности преподавателя физики в организации проектной деятельности студентов.

Реализация межпредметных связей физики и спецдисциплин на занятиях и во внеурочное время – систематическая работа преподавателей. Она улучшает отношение студентов к занятиям по общеобразовательной дисциплине и повышает их мотивацию к овладению технической специальностью. Это, в свою очередь, стимулирует обучающихся к участию в различных конкурсах по физике и конкурсах профессионального мастерства.

Список литературы:

1. Виды испарителей в холодильнике. Режим доступа: URL: https://megavtogal.com/kuhnya/vidy-isparitelej-v-holodilnike.html?ysclid= mf3rheye 1g15086324&utm_referrer (дата обращения: 27.11.2025)
2. Дмитриева В. Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования / В. Ф. Дмитриева. 2-е изд., стер. – М. : Академия, 2017. –– 448 с.
3. Изучающим основы холодильной техники / Под общей редакцией Л. А. Акимовой. – М., 1996. –– 144 с.
4. Мякишев Г. Я. Физика. 10 класс : учеб. для общеобразоват. организаций : базовый и углубл. уровни / Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Сотский ; под ред. Н. А. Парфентьевой. — 6-е изд., перераб. и доп. — М. : Просвещение, 2019. — 432 с. : ил. — (Классический курс).
5. Надеева О.Г. Поиск темы проектной работы при организации исследовательской деятельности старшеклассников по физике / Преподавание естественных наук (биологии, физики, химии), математики и информатики в вузе и школе: материалы VII междунар. науч.-практ. конф., 29 октября 2014 г., Томск, Россия / Томский гос. пед. ун-т. – Томск, 2014. –– С. 205-210.
6. Надеева О.Г., Аверина С.Г., Юлаева О.В. Проектная деятельность школьников. Проблемы и решения (монография, Гл.1) / Проектная и исследовательская деятельность в образовательном процессе современной школы: Монография / Под ред. С.Д. Якушевой. – Новосибирск: Изд. АНС СибАК, 2017. –– 164 с.
7. Парыгина А. Домашняя физическая лаборатория на базе релейного пассажирского лифта / А. Парыгина // Материалы региональной научно-исследовательской конференции школьников и студентов по естественнонаучному, математическому и технологическому направлениям: [22-23 апр. 2014 г., Екатеринбург, Россия] / Урал. гос. пед. ун-т. – Екатеринбург: [б.и.], 2014. –– С. 59–65.
8. Разумовский В. Г., Майер В. В., Вараксина Е. И. ФГОС и изучение физики в школе : о научной грамотности и развитии познавательной и творческой активности школьников: монография. – М. ; СПб. : Нестор-История, 2014. –– 208 с.
9. Сборник тезисов участников III Всероссийской научно-практической конференции «СТУДЕНТ. ВРЕМЯ. НАУКА»: материалы III Всероссийской научно-практической конференции «Студент. Время. Наука» в рамках реализации плана-графика Совета директоров учреждений среднего профессионального образования Свердловской области на 2025/2026 учебный год (27 февраля 2026 года) – Серов: ГАПОУ СО «Серовский техникум сферы обслуживания и питания», 2026. –– 230 с.
10. Юсупов Г.В., Заложных Е.О. Проблемы обучения техническим специальностям студентов колледжа и пути их решения. – Новосибирск: СибАК, 2025. –– С. 66-78.