В соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта в компетентностном формате при изучении дисциплины «Физика, математика» у студентов медицинского вуза должна сформироваться общепрофессиональная компетенция (ОПК-7) – готовность к использованию основных физико-химических, математических и иных естественнонаучных понятий и методов при решении профессиональных задач.
Основной целью изучения дисциплины является формирование у студентов-медиков системных знаний о физических свойствах и физических процессах, протекающих в биологических объектах, в том числе в человеческом организме, необходимых для освоения других учебных дисциплин (таких как физиотерапия, рентгенология, функциональная диагностика и ряд других) и формирования профессиональных врачебных качеств.
Цель исследования – выявить особенности практико-ориентированных комплексных заданий для формирования и последующего контроля сформированности общепрофессиональной компетенции студентов.
Материалы и методы исследования: педагогический анализ публикаций последних лет о применении практико-ориентированных заданий для формирования и контроля компетенций студентов; обобщения и выводы на основе педагогического опыта работы авторов со студентами первого курса медицинского вуза.
Проблема формирования профессиональных компетенций студентов медицинских специальностей связана с недостаточным исходным уровнем знаний физики значительной части студентов для успешного усвоения программного материала, неумением выделять главное, систематизировать изучаемый материал, а также с отсутствием у них мотивации к изучению физики, пассивностью и незаинтересованностью студентов в изучаемой дисциплине [1, 2].
Анализ исследований показывает, что одним из способов реализации требований ФГОС ВО в компетентностном формате является применение практико-ориентированных комплексных заданий (компетентностно-ориентированных заданий). Авторы приводят различные определения практико-ориентированных заданий, отмечают их особенности.
Практико-ориентированный подход не является абсолютно новым подходом в образовании и используется при изучении многих дисциплин – математики, физики, биологии, химии, иностранного языка и т.д.
Под практико-ориентированными заданиями рассматриваются задания из повседневной жизни, связанные с формированием практических навыков, в том числе с использованием элементов профессиональной деятельности.
На основе анализа исследований выделим особенности практико-ориентированных заданий, которые отличаются от стандартных предметных заданий [3, 4]:
– значимость (познавательная, профессиональная, общекультурная, социальная) результата, мотивирующая обучающихся;
– формулировка условий задания в виде сюжета, ситуации, проблемы, решаемых на основе знаний различных разделов математики, других наук или практики;
– представление информации и данных в графической форме или интерпретацией результата в виде рисунка, таблицы, графика, диаграммы и т.д.;
– нестандартная структура ответа на задание, которая предполагает умение находить геометрические характеристики, выполнять вычисления по формулам, проводить сравнение, аргументировать результаты.
Практико-ориентированные комплексные задания способствуют формированию у студентов практических умений и навыков и выполняют не только контролирующую, но и формирующую функцию [5].
Использование практико-ориентированных комплексных заданий позволяет:
– оценить уровень сформированности необходимых компетенций обучающихся;
– повысить мотивацию студентов к изучению предмета;
– формировать у обучающихся способность к самостоятельному овладению знаниями и выбору способов деятельности.
Целью компетентностно-ориентированных заданий является организация деятельности обучающегося, а не воспроизведение. Эти задания базируются на знаниях и умениях, которые требуют от молодых людей умения применять накопленные знания в стандартных и нестандартных ситуациях их практической и будущей профессиональной деятельности, т.е. погружают студентов в решение практико-ориентированных, жизненных задач [6].
Результаты исследования и их обсуждение
Таким образом, проведенный анализ исследований позволяет выделить общие признаки практико-ориентированных заданий:
– формируют практические умения и навыки;
– задействуют различные разделы дисциплин;
– создают позитивную мотивацию для освоения учебного материала;
– способствуют формированию необходимых компетенций обучающихся;
– позволяют осуществлять контроль формирования компетенций.
Применительно к использованию практико-ориентированных комплексных заданий при изучении физики в медицинском вузе предлагаем следующее определение.
Практико-ориентированные комплексные задания – задания, которые проверяют не только знание теоретического материала (явлений, формул, законов физики), умение применять математические методы решения задач, но и работу с графическими объектами (рисунками, схемами, диаграммами, спектрами, графиками и т.п.).
В таблице представлены комплексные задания для студентов первого курса, применяемые на практических занятиях при изучении медицинской физики.
В правой колонке выделены следующие составляющие общепрофессиональной компетенции: т) – теоретическая основа задания, м) – математическая составляющая, п) – профессиональная составляющая.
Практико-ориентированные комплексные задания для студентов по дисциплине «Физика, математика»
|
№ п/п |
Содержание задания |
Необходимые знания, умения и навыки при выполнении задания |
|
Задания с графическим условием |
||
|
1 |
На графике изображена кривая порога слышимости. Какая из указанных точек соответствует звуку, не слышимому человеком? наиболее тихому слышимому звуку? наиболее громкому звуку? Чем отличается восприятие звука: точек 1 и 2; точек 1 и 3; точек 2 и 4; точек 3 и 4? Ответ объяснить.
|
т) знание понятия «порог слышимости», кривая порога слышимости, физические характеристики звука; м) умение сравнивать; аргументировать ответ, определять остроту слуха; п) понимание физиологических характеристик звука и их связи с физическими |
|
2 |
Труба состоит из трех участков одинаковой длины. В ней течет вязкая несжимаемая жидкость (рис.). Построить график зависимости давления жидкости от расстояния, пройденного жидкостью по этой трубе.
|
т) знание формулы Гагена–Пуазейля; м) умение находить геометрические характеристики объектов; выполнять вычисления по формулам; п) понимание, что зависимость среднего давления от расстояния от сердца можно объяснить на основании закона Гагена–Пуазейля |
|
3 |
Найти: ЭДС источника тока ξ, сопротивление поляризации Rпол., если сопротивление проводимости Rпров = 6 Ом, используя данные графика общего тока i(t) в эквивалентной электрической схеме тканей организма
|
т) знание эквивалентной электрической схемы тканей организма и роли ее элементов; знание «особых» точек на графике полного тока; закон Ома; м) вычисление по формуле закона Ома; п) понимание процессов, происходящих в тканях под действием постоянного тока; электрические характеристики (сопротивление) и свойства (проводимость и поляризация) биологической ткани |
|
4 |
На сновании графика зависимости импеданса от частоты тока z(ω) для живой ткани определить сопротивление поляризации и проводимости Rпол. и Rпров.
|
т) знание эквивалентной электрической схемы тканей организма и роли ее элементов; знание «особых» точек на графике импеданса; м) умение осуществлять математические действия; п) понимание зависимости импеданса от частоты тока для живой ткани; умение сопоставлять теоретический график с экспериментальным |
|
5 |
На основании графика зависимости силы порогового импульсного тока от длительности импульса определить реобазу и хронаксию
|
т) знание графика зависимости силы порогового импульсного тока от длительности импульса; знание определений реобазы и хронаксии; м) умение графически определять реобазу и хронаксию; п) понимание, какие характеристики и показатели возбудимости органа или ткани можно определить с помощью реобазы и хронаксии |
|
Задания с интерпретацией результатов в графическом виде |
||
|
6 |
К вязкому элементу S = 2 кв. ед., h = 4 ед. прикладывается сила F, график изменения которой представлен на рисунке. Определить относительную деформацию ε в моменты времени: 1) t = 0 с; 2) t = 3 с; 3) t = 9 с;
|
т) знание формулы относительной деформации для вязкой модели; знание свойств вязкой модели (наличие остаточной деформации); м) умение осуществлять математические действия; строить графики; п) понимание, что исследование механических свойств тканей нельзя моделировать только с помощью идеальных моделей, почему в реальных моделях величина остаточной деформации становится меньше |
|
7 |
В современных оптических микроскопах апертурный угол достигает 70о. Найти предел разрешения и разрешающую способность такого микроскопа для λ0 = 555 нм, к которой глаз наиболее чувствителен. Объектив безыммерсионный (сухая система). Оценить полученный результат, сравнив его с а) толщиной мембраны lm ≈ 10 нм; б) диаметром эритроцита d ≈ 8 мкм; в) пределом разрешения электронного микроскопа ze ≈ 10-10 м. Сравнить lm и ze. Изобразить примерный вид мембраны, эритроцита в оптическом и электронном микроскопе |
т) знание формул и смысла понятий «разрешающая способность», «предел разрешения» для оптического прибора; м) вычисления по формуле Аббе; сравнение численных значений, представленных в различных порядках (нм, мк); умение интерпретировать результаты; п) чувствительность глаза к волнам различной длины; обращение к опыту работы студентов с микроскопическими объектами и электронограммами; понимание ограниченности разрешающей способности приборов из-за дифракции |
|
8 |
На какую величину изменится минимальная длина волны (коротковолновая граница) в спектре тормозного рентгеновского излучения при увеличении напряжения в рентгеновской трубке с 100 кВ до 150 кВ? Как при этом изменится проникающая способность излучения (жесткость)? Нарисовать спектры тормозного рентгеновского излучения при различных напряжениях в трубке |
т) знание формулы границы тормозного рентгеновского излучения; вид и особенности спектра тормозного рентгеновского излучения; м) умение осуществлять математические действия; строить спектры; п) понимание, как влияет увеличение напряжения на проникающую способность (жесткость излучения) |
|
9 |
Какой оптической силы очки должен носить человек, если, читая книгу в очках, он располагает ее на расстоянии 25 см, а сняв очки – на расстоянии 12,5 см (мышечное напряжение глаз считать в обоих случаях одинаковым)? Каким дефектом зрения страдает человек, какие линзы он носит? Построить изображение с учетом масштаба, указать свойства изображения |
т) знание расстояния наилучшего зрения, формулы собирающей линзы, связи оптической силы с фокусным расстоянием; м) умение осуществлять математические действия; строить изображение; п) понимание, какие аберрации присущи человеческому глазу, каким образом их можно устранить |
|
10 |
В эквивалентной электрической схеме ткани организма Rпр = 10 Ом, Rпол = 30 Ом. Определить, к чему стремится импеданс живой биологической ткани при ω → 0 и ω → ∞. Построить график z(w), отметить на оси ординат вычисленные точки |
т) знание эквивалентной электрической схемы тканей организма и роли ее элементов; знание «особых» точек на графике импеданса; м) умение осуществлять математические действия; п) понимание зависимости импеданса от частоты тока для живой ткани |
Выводы
Опыт применения практико-ориентированных комплексных заданий позволяет сделать следующие выводы:
– обсуждаемые задания вызывают интерес при изучении физики, создают позитивную мотивацию для освоения учебного материала, позволяют моделировать образовательные ситуации для активизации самостоятельной деятельности, что способствует формированию составляющих общепрофессиональной компетенции;
– применение практико-ориентированных комплексных заданий в учебном процессе возможно как с целью формирования необходимой компетенции, так и с целью оценки ее сформированности;
– наибольшие затруднения у студентов при выполнении представленных заданий вызывают анализ и интерпретация полученных результатов, на этом этапе необходима методическая, тщательно продуманная помощь преподавателя.