Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого» Кафедра общей и экспериментальной физики УТВЕРЖДАЮ Директор ИЭИС, профессор ____________Б.И. Селезнев “___”___________2013 г. Учебная практика (механика) Дисциплина по направлению подготовки 050100.62 - Педагогическое образование Профили - Физика и информатика Рабочая программа СОГЛАСОВАНО РАЗРАБОТАЛ Начальник УМУ доцент кафедры ОЭФ __________Е.И. Грошев ____________Н.П.Самолюк «___»__________2013 г. «___»____________2013 г. Принято на заседании кафедры ОЭФ Зав. кафедрой ОЭФ ____________ В.В. Гаврушко «____»_________2013 г. 2 Содержание Цели практики Задачи практики Место учебной практики в структуре ООП ВПО Формы проведения учебной практики Место и время проведения учебной практики Компетенции студента (выпускника), формируемые в результате прохождения учебной практики 7. Содержание практики 3 3 4 4 7.1 Трудоемкость дисциплины и формы аттестации 6 7.2. Этапы практики 8. Образовательные технологии 9. Формы промежуточной аттестации 10. Учебно-методическое и информационное обеспечение учебной практики по дисциплине 10.1. Основная литература 10.2. Дополнительная литература 10.3. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля по этапам практики 10.4. Программное обеспечение и Интернет-ресурсы 11. Материально-техническое обеспечение учебной практики 14. Приложение А Технологическая карта дисциплины 15. Приложение Б. Критерии оценки качества освоения студентами дисциплины 16. Приложение В Карта учебно-методического обеспечения дисциплины 7 7 8 1. 2. 3. 4. 5. 6. 5 6 10 10 11 11 13 13 14 15 15 3 1. Цели практики В соответствии с требованиями ФГОС к уровню подготовки, бакалавр по направлению «050100.62 - Педагогическое образование Профили - Физика и информатика» должен демонстрировать углубленные знания по физике. Он должен свободно владеть фундаментальными разделами физики, необходимыми для решения научно-педагогических задач. Для успешного усвоения курса общей физики вводятся учебные практики. Первым разделом в соответствии с историей развития физики является механика. Поэтому первая учебная практика студентов – это практика по механике. Этот раздел физики и практические навыки, полученные при его изучении, является базой для изучения других разделов. В связи с этим цели практики формулируются следующим образом: закрепление теоретических знаний, полученных при изучении раздела «Механика» и курса «Основы физики»; развитие и накопление специальных навыков по работе с измерительными приборами; изучение и разработка отчетных документов для решения отдельных задач по месту прохождения практики; ознакомление с содержанием основных работ и исследований, выполняемых в лабораториях по месту прохождения практики; изучение особенностей строения, состояния, и функционирования конкретных лабораторных установок и систем; усвоение приемов, методов и способов обработки, представления и интерпретации результатов проведенных практических, лабораторных и расчетно - графических исследований; Для достижения этих целей студенты должны решить следующие учебные задачи: Сформировать навыки работы с измерительными приборами Сформировать навыки проведения экспериментов и обработки их результатов Сформировать навыки подготовки отчетов по результатам проведенных экспериментов Сформировать навыки, необходимые при защите результатов практических, лабораторных и расчетно – графических работ Решение данных задач приведет к более глубокому и осознанному пониманию механики и поможет при изучении других разделов физики. 2. Задачи практики В соответствии с требованиями стандарта направления в процессе прохождения учебной практики по физике «Механика» перед студентами ставятся следующие задачи: 4 Изучить устройство основных приборов, правила их применения, технику безопасности при работе с приборами; Научиться проводить математическую обработку результатов прямых и косвенных измерений, освоить навыки построения графиков по экспериментальным данным и составлять отчеты по их результатам; Приобрести навыки выполнения расчетно-графических работ и составления отчетов по их результатам; Научиться вести лабораторный журнал текущей работы и освоить правила работы с документацией учебной и научной лаборатории 3. Место учебной практики в структуре ООП ВПО Учебная практика по физике «Механика» является обязательной дисциплиной и входит в вариативную часть профессионального цикла (Б.5.1) дисциплин ООП подготовки бакалавров по направлению «050100.62 Педагогическое образование Профили - Физика и информатика». Учебная практика предназначена для студентов первого курса бакалавриата (2-й семестр) и опирается на знания, полученные в ходе изучения дисциплин «Физика», «Математика», «Информатика и ИКТ» на предыдущем уровне образования, курса «Основы физики», который изучался в первом семестре. В процессе учебной практики студенты используют знания раздела «Механика», который изучается в том же семестре, что и учебная практика. Кроме того, учебная практика по механике опирается на знания по высшей математике, которые изучены в первом семестре и изучаются во втором семестре. Знания, полученные в процессе прохождения учебной практики по механике, используются при изучении всех остальных разделов курса общей физики, при изучении курсов «Электродинамика», «Оптика» и «Электрорадиотехника», а также при изучении курсов по теории и методике обучения физике или методике обучения физике. 4. Формы проведения учебной практики Дисциплина «Учебная практика (механика)» проводится как лабораторная практика на базе учебных лабораторий механики, методики обучения физики и на базе компьютерного класса или компьютеров, имеющихся в лабораториях и на кафедре общей и экспериментальной физики. Кроме того, для выполнения заданий практики будет использовано демонстрационное оборудование кафедры и электрические измерительные приборы. 5 5. Место и время проведения учебной практики «Учебная практика (механика)» проводится на базе учебных лабораторий механики (ауд. 1409, 1411). Для выполнения расчетнографических заданий будет использован компьютерный класс (ауд. 1421). При изучении электроизмерительных приборов и установок будет использовано оборудование лаборатории электричества и молекулярной физики. При изучении вопросов, связанных с техникой безопасности при работе с оборудованием, будет использовано демонстрационное оборудование и оборудование по методике преподавания физики. Практика проводится в распределенном режиме. В процессе выполнения заданий практики студенты обеспечиваются подробными консультациями преподавателей кафедры, за которыми закрепляется данная дисциплина, а также консультациями инженеров, работающих с оборудованием, соответствующим заданиям. 6. Компетенции студента (выпускника), формируемые в результате прохождения учебной практики В соответствии с компетентностной моделью выпускника, изложенной в ООП направления подготовки бакалавра по направлению «050100.62 Педагогическое образование Профили - Физика и информатика», студент, изучивший курс «Учебная практика (механика)» должен освоить следующие специальные (СК) компетенции. 1) знание концептуальных и теоретических основ механики, ее места в курсе общей и экспериментальной физики и общей системе наук и ценностей, истории развития механики и ее современного состояния (СК-1); 2) владение навыками организации и постановки лабораторного, демонстрационного, компьютерного эксперимента в лабораториях механики (СК-3); 3) владение методами теоретического анализа результатов наблюдений и экспериментов по механике и методами решения задач по механике, а также приемами компьютерного моделирования, связанного с решением задач механики (СК-4). В результате изучения студент должен: знать: 6 - концептуальные и теоретические основы механики, ее место в курсе общей и экспериментальной физики, историю развития и становления механики, ее современное состояние; уметь: - планировать и осуществлять учебный и научный эксперимент в лабораториях механики, организовывать экспериментальную и исследовательскую деятельность; оценивать результаты эксперимента, готовить отчетные материалы о проведенной исследовательской работе; - анализировать информацию по механике из различных источников с разных точек зрения, структурировать, оценивать, представлять в доступном для других виде; - приобретать новые знания по механике, используя информационные и коммуникационные технологии; современные владеть: - методологией экспериментальных исследований в области механики; - методами обработки экспериментальных данных; - правилами работы в лаборатории и методами организации безопасной работы в лабораториях учебного и научного назначения. - правилами выполнения и оформления расчетно–графических работ. 7. Содержание практики 7.1 Трудоемкость дисциплины и формы аттестации Трудоемкость дисциплины «Учебная практика (механика) и формы аттестации представлены в таблице 1. Таблица 1. Трудоемкость дисциплины «Учебная практика (механика) и формы аттестации Учебная работа (УР) Всего Полная трудоемкость дисциплины в зачетных единицах (ЗЕ) 3 Распределение трудоемкости по видам УР в 108 Распределение по семестрам 2 3 108 7 академических часах (АЧ): аудиторная СРС аудиторная внеаудиторная - внеаудиторная СРС Аттестация: - отчеты по отдельным видам заданий 7.2. 24 24 84 84 Дифференцированный зачет Этапы практики Этапы практики представлены в таблице 2. Таблица 2. Этапы практики «Учебная практика (механика)» 3 4 Проведение измерений и наблюдений с помощью лабораторного и демонстрационного оборудования Выполнение расчетно-графической работы по теме «Колебания и волны» Сроки выполнения Письменный отчет по результатам контрольных измерений Контрольной задание по построению и обработке графиков Письменные отчеты по результатам косвенных измерений Контрольная работа по заданиям расчетнографической работы 1–4 недели 5–8 недели 2 Техника безопасности при работе в лабораториях. Измерения. Измерительные приборы. Погрешности измерений Построение графиков по результатам измерений и обработка графической информации Отчетность 9 – 13 недели 1 Содержание задания 14 – 18 недели Номер этапа и формы отчетности 8. Образовательные технологии Образовательный процесс по дисциплине «Учебная практика (механика)» строится на основе комбинации образовательных технологий. Интегральную модель образовательного процесса по дисциплине формируют технологии методологического уровня: модульно - рейтинговое, 8 контекстное обучение, развивающее и проектное обучение, элементы технологии развития критического мышления. Реализация данной модели предполагает использование следующих технологий стратегического уровня (задающих организационные формы взаимодействия субъектов образовательного процесса), осуществляемых с использованием определенных тактических процедур: – практические (моделирование; работа в малых группах, обсуждение конкретных ситуаций); – активизации познавательной деятельности (постановка проблемных задач, составление плана их решения и самостоятельное выполнение этого плана); – самоуправления (самостоятельная работа студентов) (работа с источниками по темам дисциплины, моделирование процессов, решение практических задач, создание словаря терминов по материалам модулей, написание эссе по проблеме, подготовка презентаций по темам домашних работ). Рекомендуется использование информационных технологий при организации коммуникации со студентами для представления информации, выдачи рекомендаций и консультирования по оперативным вопросам (электронная почта), использование мультимедиа-средств при проведении лабораторных и практических занятий. Формы проведения лекционно-практических представлены в таблице 3 (рекомендуемые). занятий по дисциплине 2 Сроки выполнения Техника безопасности при работе в лабораториях. Измерения. Измерительные приборы. Погрешности измерений 1–4 недели 1 Содержание задания Построение графиков по результатам измерений и обработка графической информации 5–8 недели Номер этапа Таблица 3. Формы проведения занятий по дисциплине «Учебная практика (механика)» Форма проведения Лекция. Лабораторная работа. Вычислительный практикум с использованием компьютеров Практическое занятие с применением графических редакторов 4 14 – 18 недели 3 Проведение измерений и наблюдений с помощью лабораторного и демонстрационного оборудования Выполнение расчетно-графической работы по теме «Колебания и волны» 9 – 13 недели 9 Лабораторные работы и обработка результатов измерений с помощью компьютеров Практические занятия по построению графической информации, полученной в результате вычислений 8. Формы промежуточной аттестации Для оценки качества усвоения курса используются следующие формы контроля: – текущий: контроль выполнения практических аудиторных и домашних заданий, работы с источниками. –рубежный: учет суммарных результатов по итогам текущего контроля за соответствующий период; – семестровый: осуществляется посредством зачета преимущественно по итогам работы в семестре и суммарных баллов за весь период изучения дисциплины. Технологическая карта дисциплины с оценкой различных видов учебной деятельности по этапам контроля приведена в приложении В (рекомендуемые). Критерии оценки качества освоения студентами дисциплины: – пороговый («оценка «удовлетворительно») – 75 - 100 баллов. – стандартный (оценка «хорошо») – 101 – 130 баллов. – эталонный (оценка «отлично») – 131 – 150 баллов. Критерии оценки знаний представлены в таблице 4. Таблица 4. Критерии оценки знаний студентов по дисциплине «Учебная практика (механика)» Критерий В рамках формируемых компетенций студент демонстрирует 10 пороговый знание и понимание теоретического содержания курса с незначительными пробелами; несформированность некоторых практических умений при применении знаний в конкретных ситуациях, низкое качество выполнения учебных заданий (не выполнены, либо оценены числом баллов, близким к минимальному); низкий уровень мотивации учения; стандартный Полное знание и понимание теоретического содержания курса, без пробелов; недостаточную сформированность некоторых практических умений при применении знаний в конкретных ситуациях; средний уровень мотивации учения; эталонный полное знание и понимание теоретического содержания курса, без пробелов; сформированность необходимых практических умений при применении знаний в конкретных ситуациях, высокое качество выполнения всех предусмотренных программой обучения учебных заданий; высокий уровень мотивации учения. Виды отчетности по результатам отдельных этапов практики представлены в таблице 2. Итоговая аттестация – дифференцированный зачет – проводится по результатам выполнения и представления отчетов по всем этапам практики. 10. Учебно-методическое и информационное обеспечение учебной практики по дисциплине 10.1. Основная литература 1. Физические основы механики: сборник лабораторных работ /сост. Т.П.Смирнова; НовГУ им. Ярослава Мудрого. – Великий Новгород, 2008. – 128 с. 2. Первичные представления об измерениях, измерительных приборах и методах определения погрешностей измерений: учеб.- метод. пособие по физическому практикуму/ сост. Н.П.Самолюк, НовГУ им Ярослава Мудрого. – Великий Новгород, 2011 – 79 с. 3. Методическое пособие по выполнению расчетно – графической работы / сост. Н.П.Самолюк – электронный вариант. 4. Зайдель А.Н. Ошибки измерений физических величин: учеб. пособие. Издательство: Лань СПб, 2005. – 112 с. 5. Механика. Сборник лабораторных работ по общему курсу физики. /Сост. З.С. Бондарева, Р.П. Воронцова, Ф.А. Груздев, Г.Е. Коровина, Н.А. Петрова, НовГУ им. Ярослава Мудрого. – Новгород, 2000. – 53 с. 11 10.2. Дополнительная литература 6. Савельев И. В. Курс общей физики. В 5 книгах. Книга 1. Механика. АСТ Астрель, 2008. – 336 с. 7. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Том 1. Механика. Физматлит/МФТИ, 2005. – 559 с. 8. Лабораторный практикум по физике. Т.1 / под ред. А.Д.Гладуна. М.: Издво МФТИ, 2004. 9. Алешкевич В.А., Деденко Г.Г., Караваев В.А. Механика. М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 480 с. 10.3. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля по этапам практики 1. Что называется измерением? Что значит измерить некоторую величину? Как аналитически записывается результат измерения? 2. Сформулируйте основные задачи метрологии. 3. Назовите и поясните основные характеристики измерительного прибора. 4. Что называется ценой деления шкалы измерительного прибора? Что показывает цена деления? Как определяется цена деления? Какова единица цены деления? 5. Что называется чувствительностью измерительного прибора? Что показывает чувствительность? Какова единица чувствительности? Как связаны цена деления и чувствительность? 6. Какие операции необходимо выполнить при измерении любой физической величины? 7. Какие измерения называются прямыми? Какие измерения называются косвенными? Приведите примеры прямых и косвенных измерений. 8. Что понимается под истинным значением величины? Приближенным значением величины? Действительным значением величины? 9. Что характеризуют средним значением и стандартным квадратичным отклонением? Как эти величины оценивают исходя из экспериментальных результатов? 10. Что понимается под погрешностью измерения? Что называется абсолютной погрешностью? В каких единицах выражается абсолютная погрешность? Что показывает абсолютная погрешность? 11. Как записывается результат физического измерения? 12. Что называется относительной погрешностью? Что показывает относительная погрешность? В каких единицах выражается относительная погрешность? 12 13. Что называется точностью измерения? Что показывает точность измерения? В каких единицах выражается точность измерения? 14. Какие погрешности называются случайными? Каковы особенности причин случайных погрешностей? Как можно уменьшить случайные погрешности? Приведите примеры причин возникновения случайных погрешностей. 15. Какие погрешности называются систематическими? Назовите причины систематических погрешностей и их виды. 16. Как количественно оценивают приборную погрешность? 17. Что такое промахи? Каковы критерия определения некоторого результата измерения как промаха? 18. Как определяется абсолютная погрешность при прямых измерениях? 19. Какие положения лежат в основе статистической теории погрешностей? 20. Как определяется измеряемая величина и абсолютная погрешность измерения в статистической теории погрешностей? 21. Как определяется среднеарифметическое значение измеряемой величины? 22. Какие измерения называются равноточными, и какие измерения называются неравноточными? Приведите примеры равноточных и неравноточных измерений. 23. Что называется среднеквадратичной погрешностью? Как определяется среднеквадратичная погрешность? Почему среднеквадратичная погрешность точнее определяет абсолютную погрешность, чем среднее значение разброса результатов измерений? 24. Что такое доверительный интервал? Зачем он вводится при статистической обработке погрешностей? 25. С какой целью в окончательный результат многократного измерения вводят коэффициент Стьюдента? 26. Каким образом находят суммарную погрешность окончательного результата измерения, учитывающую приборную погрешность? 27. Как определяются абсолютная и относительная погрешности при косвенных измерениях? Привести пример определения таких погрешностей. 28. Какие цифра числа называются значащими цифрами? Приведите примеры. 29. Какая форма записи числа называется нормальной? Запишите в нормальной форме числа, заданные преподавателем и назовите значащие цифры в этих числах. 30. Сформулируйте и покажите на примерах правила округления чисел. 31. Как определяется критерий округления числа, полученного по формуле, в которую входят величины, полученные при прямых измерениях. Продемонстрируйте округление на примере. 13 32. Как определяется абсолютная погрешность фундаментальных постоянных? Покажите на примере. 33. Как определяется погрешность табличных величин или величин, значения которых указаны без погрешности, с которой они измерены? 34. Как строятся графики функциональных зависимостей по экспериментальным данным? 35. Продемонстрируйте применение метода наименьших квадратов на примере нахождения линейной зависимости. 36. Перечислите основные требования к ведению лабораторного журнала и оформлению научного отчета. 37. Поясните, что такое нониус и как производятся измерения с помощью приборов с нониусами (штангенциркуль, микрометр) 38. Сформулируйте правила взвешивания на технических весах 39. Как определяется абсолютная и относительная погрешность при измерении массы на технических весах? 40. Что называется классом точности прибора? 41. Как определяется относительная и абсолютная погрешность при измерении с помощью электроизмерительных приборов. 42. Пояснить графики кинематических характеристик гармонических колебаний. 43. Пояснить графики зависимости от времени энергетических характеристик гармонических колебаний. 44. Выполнить задание на сложение колебаний одного направления с одинаковыми частотами. 45. Выполнить сложение взаимно перпендикулярных колебаний. 46. Записать уравнение затухающих колебаний. 47. Что называется декрементом, логарифмическим декрементом, временем релаксации? 48. Что называется коэффициентом сопротивления и коэффициентом затухания? 49. Как связан коэффициент затухания с временем релаксации? 50. Пояснить графики зависимости смещения и амплитуды от времени при затухающих колебаниях 10.4 . Программное обеспечение и Интернет-ресурсы Для выполнения работ учебной практики достаточно программ, которые входят в комплект обычного персонального компьютера. 11. Материально-техническое обеспечение учебной практики Для выполнения заданий практики необходимы классические измерительные приборы – штангенциркули и микрометры, а также 14 измерительные объекты. Такими измерительными объектами может быть моток проволоки, разные сопротивления, разного размера цилиндры и другие. Необходимо иметь технические весы. Все приборы и устройства должны быть снабжены технической документацией. Кроме того, необходимо иметь электроизмерительные приборы и персональные компьютеры и калькуляторы. Все это оборудование имеется на кафедре общей и экспериментальной физики. Приложение А Технологическая карта дисциплины «Учебная практика (механика)» по направлению подготовки 050100.62 - Педагогическое образование Профили - Физика и информатика Трудоемкость дисциплины: 3 ЗЕ = 150 баллов. Трудоемкость дисциплины представлена в таблице 5. «Учебная практика (механика)» Таблица 5. Трудоемкость дисциплины в баллах Виды учебной работы Оценка выполнения в баллах 1 2 Техника безопасности при работе в лабораториях. Измерения. Измерительные приборы. Погрешности измерений Построение графиков по результатам измерений и обработка графической информации Проведение измерений и наблюдений с помощью лабораторного и демонстрационного оборудования Выполнение расчетно-графической работы по теме «Колебания и волны» 0 - 25 0 -50 0 - 25 0 -50 15 Приложение Б. Критерии оценки качества освоения студентами дисциплины: Критерии оценки качества освоения студентами дисциплины: – пороговый («оценка «удовлетворительно») – 75 - 100 баллов. – стандартный (оценка «хорошо») – 101 - 125 баллов. – эталонный (оценка «отлично») – 126 – 150 баллов. Приложение В Карта учебно-методического обеспечения дисциплины «Учебная практика (механика)» по направлению подготовки 050100.62 Педагогическое образование Профили - Физика и информатика Всего часов – 108, из них лекций – 0, практических занятий – 0, лабораторные работы – 0, аудиторная СР – 24, внеаудиторная СР – 84. Обеспечивающая кафедра – «Общей и экспериментальной физики» Обеспечение дисциплины литературой представлено в таблицах 7 и 8. 1. Физические основы механики: сборник СРС лабораторных работ /сост. Т.П.Смирнова; НовГУ им. Ярослава Мудрого. – Великий Новгород, 2008. – 128 с. 2. Первичные представления об измерениях, СРС измерительных приборах и методах определения погрешностей измерений: учеб.метод. пособие по физическому практикуму/ сост. Н.П.Самолюк, НовГУ им Ярослава Мудрого. – Великий Новгород, 2011 – 79 с. 3. Методическое пособие по выполнению СРС 100 50 10 На кафедре ОЭФ имеются все учебники и Примечания пособия в печатном и электронном виде Библиографическое описание издания (автор, наименование, вид, Вид место и год издания, кол. стр.) занятия Кол. экз. в библиотеке Таблица 6. Обеспечение дисциплины учебными изданиями. 16 расчетно – графической работы / сост. Н.П.Самолюк – электронный вариант. 4. Зайдель А.Н. Ошибки измерений СРС физических величин: учеб. пособие. Издательство: Лань СПб, 2005. – 112 с. 5. Механика. Сборник лабораторных работ по СРС общему курсу физики. /Сост. З.С. Бондарева, Р.П. Воронцова, Ф.А. Груздев, Г.Е. Коровина, Н.А. Петрова, НовГУ им. Ярослава Мудрого. – Новгород, 2000. – 53 с. 10 100 2 3 1. Рабочая программа по курсу «Учебная практика (механика)». Авт.\ сост. Н.П.Самолюк, НовГУ, Великий Новгород, 2013 – 16 с. 1 Примечания Количество экземпляров в библиотеке 1 (на кафедре) Библиографическое описание издания (автор, наименование, вид, место и год издания, кол. стр.) Вид занятия Таблица 7. Обеспечение дисциплины учебно-методическими изданиями «Учебная практика (механика)» по направлению подготовки 050100.62 Педагогическое образование Профили - Физика и информатика 4 1) СРС 1) 2. Методическое пособие по СРС 10 выполнению расчетно – графической работы / сост. Н.П.Самолюк – электронный вариант. 1) Все учебники и пособия в достаточном количестве имеются на кафедре в печатном и электронном виде