В соответствии с важнейшими приоритетами современной образовательной политики Казахстана в предлагаемой статье рассматриваются возможные пути совершенствования учебно-воспитательного процесса, достижения одной из главных целей – повышения качества образования. Ведущей идеей приняты инновационные подходы, которые раскрываются при обучение физике на конкретных примерах с акцентом на значимость и связи изучаемого программного материала не только со стратегией развития нашей страны, но и для прогресса в научной сфере, например в космологии.
Интеграционные процессы, происходящие на разных уровнях современной цивилизации, не обошли и сферу образования, о чем свидетельствует Лиссабонская конвенция, Болонская декларация, приверженцами которых стали не только европейские государства, но и Казахстан. Интеграция системы высшего образования Казахстана в мировое образовательское пространство – один из долговременных стратегических приоритетов и его реализация потребовала масштабных реформ в образовании как среднего, так и высшего.
Новые концептуальные подходы предполагают развитее таких школ и вузов, которые сумеют эффективно влиять на позитивное социально-экономическое продвижение общества, в них главный акцент делается на развитие личности, его мышления в эмоционально-эстетической, волевой, интеллектуальных сферах, раскрытию творческого потенциала человека, его политической социализации, качеств, которые должны проявляться в любой сфере его профессиональной деятельности.
А введение в научный оборот понятия «человеческой капитал» стало также чрезвычайно важным фактором в изменении взглядов на образование, стала ясна главная миссия образования. Понимание значимости образования и образовательного уровня граждан страны, как стратегического ресурса любого государства, стало еще одним важнейшим стимулом реформирования как среднего, так и высшего образования, его адаптации к интеграционным процессам, к быстрому темпу изменений в обществе и приведения в соответствие системы образования стратегическим планам социального и экономического развития страны.
Одним из приоритетов в новой образовательной политике РК [1, 2] обозначено – повышение качества обучения. И, естественно, это требует совершенствования учебно-методического и научного обеспечения образовательного процесса, создания необходимых условий для разработки, апробации и внедрения инновационных проектов, повышающих качество обучения.
Как известно, в эпоху «перестроек» на всем постсоветском пространстве произошел резкий спад интереса у молодежи ко всем естественным наукам, в особенности к фундаментальным и прикладным, что наблюдается и ныне, и как следствие кадровый вакуум не только в индустриально-производственной сфере, но и в других жизненно важных отраслях развивающейся экономики страны.
Необходимость, актуальность решения проблемы подготовки и формирования компетентного кадрового потенциала страны, особенно инженерно-технических специальностей, очевидна. И также, очевидно, что решение этой проблемы следует начинать с развития познавательного интереса учащихся ко всем естественным наукам, и прежде всего к физике – основы всех инженерно-технических наук, и начинать необходимо со школьной скамьи. Для развития интереса, в частности к физике, помимо социально-экономических перемен, необходимы новые инновационные подходы к обучению физике в школе и вузе [3]
«Инновационное обучение»- процесс и результат такой учебной и образовательной деятельности, которая стимулирует вносить инновационное изменение в существующую культуру, социальную среду, и связан с творческим поиском на основе имеющегося опыта и тем самым с его обогащением.
Реализация инновационных подходов на конкретном предметном уровне нам представляется как вариативность и содержания, и методических приемов при обучении в частности, физике [4, 5]. И как нам видится, сегодня одним из эффективных подходов по развитию и формированию познавательного интереса к фундаментальной науке физике является системная актуализация практической значимости изучаемых физических законов и явлений, для осознания учащимися их несомненной важности не только для всей цивилизации, но и для каждой личности в сфере их будущей профессиональной деятельности.
И действительно, как показывает многолетний опыт обучения учащихся физике, познавательный интерес к физическим законам и явлениям существенно повышается при обосновании их важности в практической деятельности. В особенности, если делается акцент на связи этих законов со стратегическими задачами развития нашей страны. Это способствует также более глубокому и серьезному пониманию факта возрастающей востребованности специалистов с фундаментальным, естественнонаучным образованием в настоящем и в будущем, что ведет к формированию жизненных и профессиональных стратегий учащихся.
Рассмотрим несколько конкретных примеров инноваций в различных темах курса физики в школе и вузе.
1. Изучение закономерностей движения жидкости и газов, в теме: «Механика жидкостей и газов» – актуализируется раскрытием значимости этой темы, обоснованием её связи со стратегическим направлением развития нашей страны – нефтегазовой отраслью. Необходимость знания закономерностей движения жидкости и газа по трубам при их перекачке из нашей страны и через нашу страну мотивирует познавательный интерес к изучаемой теме, пониманию таких физических характеристик как вязкость, сила сопротивления, аэродинамический коэффициент, числа Re, критические значения: υкрит., Reкрит. и др.
А как известно, знания и понимание – основа для развития умений использовать их при решении конкретных практических задач, например, оценить одну из слагаемых уравнения Бернулли – динамическое давление, соответствующее определенной критической скорости υкр, при этом необходимо, прежде, определить возможные значения υкр , самому студенту выбрав исходные данные, близкие к реальным для нашей страны. Формирование умений и навыков к самостоятельной, творческой деятельности одна из важнейших составляющих в системе обучения физике в школе и вузе.
2. Еще одна тема «Электрический ток в жидкостях» (в частности, электролиз, 
), известная студентам из школьного курса физики всегда увязывается нами с бурно развивающейся металлургической промышленностью в нашей стране (Усть-Каменогорск, Жезказган, Темиртау), имеющей адекватно огромные ресурсные потенциалы. Информация о громадных «электролитических ваннах», в которых благодаря электролизу получаются чистые металлы, и которые имел возможность видеть твой преподаватель, с большим интересом и любопытством воспринимаются студентами, поскольку и здесь акцент делается на то, что это очень практически важная составляющая развития нашей страны в настоящем и в будущем. Разумеется, мы подчеркиваем и то, что данная тема имеет множество других существенно важных направлений применения: энергетика, экология, искусство, архитектура и т.д.
3. Понятие о вакууме и эффузионные процессы в сильно разряженных газах привлекают внимание студентов, когда обосновываешь их значимость и применение, например, для обогащения урана, по запасам которого мы занимаем четвертое место в мире и его реализация тоже важнейшая стратегическая составляющая экономики нашей страны – это во-первых.
Во-вторых, как еще одна мотивация интереса к изучаемой теме, нам представляется обоснованный акцент по применению вакуумных установок при решении чисто прагматических задач, например, в технологических процессах пищевой отрасли для упаковки продуктов, и как известно, сегодня вакуумные упаковки продуктов находят все более широкое распространение.
В-третьих, что представляет исключительную важность – это использование вакуумных технологий в медицине для создания необходимых термо-барометрических условий в лечебных барокамерах и др.
Далее следует отметить, что у многих студентов оказалось весьма примитивное представление о вакууме, что следовало из их ответов на лаконичный вопрос преподавателя: Что такой вакуум?
Научное определение понятия вакуум требовало знакомство с такими характеристиками движения газовых молекул, как эффективный диаметр dэф, эффективное сечение σ = πd2эф, длина свободного пробега 
и других общих характеристик термодинамической системы, от которых зависит величина длины свободного пробега λ. Таким образом, выстраивается цепочка мотивов, стимулов для изучения предлагаемой темы, в которой важной физической величиной оказывается длина свободного пробега газовых молекул.
Следующий вопрос: Какой закон, известный из школьного курса физики, может быть использован для измерений давления сильно разреженных газов? – предполагает активизацию мыслительной деятельности учащихся, стимулирование поисковой познавательной деятельности.
Не менее важны для развития творческого потенциала учащихся задания проблемного, и разумеется, поискового характера: определить уровень давления разреженного газа в мм.рт.ст. для различных значений λ (исходные данные выбрать самому), какова при этом концентрация n молекул газа?
Многолетний опыт общения со студенческой молодежью, позволяет утверждать, что проблемы космологии, его загадки, все неизведанное, вызывают неподдельный интерес учащихся и могут служить основанием для актуализации значимости физических теорий и законов в решении проблем космологии, и как следствие мотивации интереса к фундаментальной науке – физике.
Вспомним, что космология – астрофизическая теория структуры и динамики изменения Метагалактики, включающая в себе и определенное понимание свойств всей Вселенной. Отметим, что в космологии наиболее общепринятой является модель расширяющейся Вселенной, построенная на основе общей теории относительности (ОТО) и релятивистской теории тяготения, созданной А. Эйнштейном в 1916 г. И как известно, эта модель подтвердилась в 1929 г. благодаря открытию Э.П. Хабблом «Красного смещения» – сдвига спектральных линий в сторону более длинных, красных волн, для всех далеких источников света, что и подтвердило (на основе эффекта Доплера) их удаление от наблюдателя. Наблюдаемый сдвиг спектральных линий объясняется проявлением эффекта Доплера: если источник света удаляется со скоростью J от наблюдателя, то длина волны излучаемого света увеличивается от значения λ0 до λ: λ0 = c∙T, λ = (c + J)T, где Т – период колебания световых волн и тогда:
(1)
Z – называют «красным смещением» [4].
Эффект Доплера – изменение частоты и длины волн, регистрируемых приёмником, вызванное движением их источника или движением приёмника. Эффект назван в честь австрийского физика К. Доплера, который впервые описал этот эффект в 1842 г. и как, нам представляется, оказался фундаментальной физической закономерностью для обоснования стандартной модели расширяющейся Вселенной. Актуальность и современность рассмотрения именно этого эффекта определяется, в частности, присуждением Нобелевской премии по физике в 2011 г. за открытие возрастания скорости расширения Вселенной.
В астрофизике исследуется весь диапазон электромагнитных волн на основе спектрального анализа, который позволил обнаружить «красное смещение». Здесь логически обоснованным, как нам представляется, будет рассмотрение следующих примера и задачи.
1. Определим с какой скоростью удаляется от нас галактика Туманность Волопаса, если для нее принятая длина волны составляет λ = 447 нм. Учитывая, что в астрофизике наиболее часто регистрируют спектр поглощения кальция, а именно середину дуплета спектральной линий однократно ионизированного кальция, для которой: λ0 =395 нм из (1) имеем:
[1:79] (2)
Относительное «красное смещение» для одной из галактик составляет 0,001. Приближается илиудаляется галактика по отношению к земному наблюдателю?
Определите смещение для голубой линии водорода λ0 =486,1 нм и скорость движения галактики по лучу зрения в направлении наблюдателя.
3. Из формулы для второй космической скорости
(3)
учитывая, что = 6,67∙10-11 Н∙м2/кг2, рассчитать J2 для Солнца и астероида Икара, приняв соответственно М и R:
а) Мс = 1,99∙1030 кг и Rс = 6,96∙108 м;
б) МИ = 4,38∙1012 кг и RИ = 0,75∙103 м.
Ответ: 618 км/с; 0,88 м/с.
4. Из анализа формулы (3) для J2 и полученных числовых результатов очевидно, что с ростом отношения М/R растёт J2. Для постоянной массы М это будет происходить при уменьшений R, т.е. при сжатии тела. Но увеличению J2 (и соответственно, уменьшению R) препятствует предел скорости. Последняя, согласно СТО, не может быть больше скорости света с = 2,99∙108 м/с ≈ 3,0∙108м/с.
Соответсвующий предельный радиуса Rг при J = с называется гравитационным радиусом, а сфера радиуса Rг – сферой Шварцшильда, из (3) получим: Rг = 2G М/с2, откуда можно определить Rг для Солнца и Rг для Земли. Ответ: 2,95 км; 8,86 мм.
5. Гипотетическое тело, сжатое до размеров сферы Шварцшильда, называется «коллапсаром», или «чёрной дырой». В земных условиях такие объекты не могут существовать и их соотносят с некоторыми, пока точно не установленными объектами дальнего космоса. Следует напомнить, что коллапсар не может быть непосредственно обнаружен, так как никакие материальные носители, обладающие массой и энергией, не могут вырваться из его пределов наружу. Внешние же носители поглощаются им «безвозвратно», отсюда и название – «чёрная дыра» – предполагаемая в них плотность вещества ρp ≈ 5∙1096 кг/м3. Формула для Rг не ставит никаких ограничений (ни сверху, ни снизу) для массы М. Но в земных условиях может быть определен нижний предел для массы М, т.е. Мmin, обусловленной максимальной плотностью вещества, известной в земных условиях, это плотность ядер атомов: ρяд ≈ 1017 кг/м3.
6. Выведите формулу для гравитационной плотности (т.е. плотности однородного шара, ограниченного сферой Шварцшильда) и рассчитайте значение ρгр для Солнца.
Ответ: 2·1019 кг/м3.
Согласно ОТО, при 1,4Мс < Мз < 3Мс в процессе «безудержного» сжатия сгоревших звезд образуются нейтронные звёзды, которые, однако, не являются коллапсарами. А при Мз > ЗМс образуются истинные коллапсары, или «чёрные дыры». Здесь Мс – масса Солнца, Мз – масса звезды. Таким образом, ОТО позволяет предполагать существование во Вселенной «черной материи», которая является предметом усиленных поисков астрофизиков.
В заключении отметим, что предлагаемый нами здесь фактический материал обычно воспринимается учащимися с большим интересом и может быть использован и на лекциях, и на семинарских, и на лабораторно-исследовательских занятиях, и как задания для самостоятельной работы на любом уровне обучения физике. И, как нам представляется, подобные элементы инноваций, в частности обновление содержания при обучении физики, должны способствовать развитию познавательного интереса учащихся ко всем фундаментальным наукам.
Библиографическая ссылка
Лигай М.А., Ермекова Ж.К., Стукаленко Н.М. ВАЖНЕЙШИЕ ПРИОРИТЕТЫ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПОЛИТИКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН И ВОЗМОЖНЫЕ ПУТИ И РЕАЛИЗАЦИИ // Международный журнал экспериментального образования. – 2015. – № 11-5. – С. 715-718;URL: https://expeducation.ru/ru/article/view?id=8844 (дата обращения: 21.11.2024).