STEM підхід у навчанні фізики майбутніх інженерів: вивчення явища електромагнітної індукції

Автор(и)

  • Iryna Slipukhina National Aviation University
  • Alla Bovtruk National Aviation University
  • Serhiy Mieniailov National Aviation University
  • Serhiy Maximov National Aviation University
  • Volodymyr Kalenchenko National Aviation University

DOI:

https://doi.org/10.18372/2306-1472.76.13167

Ключові слова:

STEM, загальна фізика, електромагнітна індукція, інженерний метод, комп’ютерно орієнтована система фізичного експерименту, науковий метод, цифровий вимірювальний комплекс, STM32

Анотація

Постановка проблеми. Актуальність впровадження STEM підходу у вивченні курсу загальної фізики визначається необхідністю формування компетенцій проведення практико орієнтованих досліджень вже з молодших курсів: науковий та інженерний методи пізнання дійсності формують у майбутніх інженерів наукову і техніко-технологічну картини світу. Аналіз попередніх досліджень. Явище електромагнітної індукції– комплексна і складна тема з курсу загальної фізики; яка водночас має широке практичне застосування. Сучасний натурний фізичний експеримент є універсальним засобом для набуття майбутніми фахівцями відповідних дослідницьких компетенцій; комп’ютерно орієнтована система фізичного експерименту ефективно формує загальнонаукові і професійні навички майбутніх інженерів. Метою роботи було дослідження дидактичних особливостей використання наукового та інженерного (STEM) методів дослідження у вивченні майбутніми інженерами явища електромагнітної індукції у курсі загальної фізики. Методи: застосовано теоретичні і емпіричні методи наукового дослідження: методи аналізу і моделювання; педагогічний експеримент; обсерваційні і праксиметричні методи для визначення дієвості; ефективності і практичної придатності методичної системи. Результати і дискусія. Вивчення явища електромагнітної індукції з використанням компютерно орієнтованої системи фізичного експерименту демонструє етапи наукового методу дослідження; який починається з формулювання проблеми; побудови теоретичних моделей; продовжується висуненням гіпотези з подальшою експериментальною перевіркою; опрацюванням експериментальних даних; їх інтерпретацією; пошуком додаткової інформації; коригуванням експерименту; висуненням нових гіпотез і їх подальшою перевіркою STEM підхід у дослідженні ЕМІ було реалізовано відповідно до інженерного методу дослідження здійснювалось через етапи проектування; до яких входять: мозковий штурм; висування способів реалізації установки; підбір матеріалів; створення дослідного зразка та його багаторазове випробування. Висновки.Застосування різних підходів; орієнтованих як на наукове дослідження у рамках компютерно орієнтованої системи фізичного експерименту; так і на інженерний метод з використанням STEM навчання виявили практичну придатність; дієвість та ефективність: реалізація поставленої мети потребувала залучення і розвитку різного рівня компетенцій від алгоритмізованих дій до творчого підходу у випадку самостійного створення експериментальної установки. Виявлено; що за своїм змістом і метою STEM є інженерним методом у навчально-науковому дослідженні. Розробки і подальшого розвитку потребують організаційно-педагогічні умови реалізації методичної системи навчання фізики майбутніх інженерів з використанням STEM.

Біографії авторів

Iryna Slipukhina, National Aviation University

Doctor of Pedagogical Sciences; Associate Professor.

Department of the Educational and Research Institute of Information and Diagnostic Systems of National Aviation University

Education: National Pedagogical Dragomanov University (1991).

Research area: theory and methods of teaching physics in high school.

Alla Bovtruk, National Aviation University

PhD; Associate Professor.

Physics Department of the Educational and Research Institute of Information and Diagnostic Systems of National Aviation University

Education: Kiev State Pedagogical Gorky Institute (1971).

Research area: theory and methods of teaching physics in high school

Serhiy Mieniailov, National Aviation University

PhD; Associate Professor.

Physics Department of the Educational and Research Institute of Information and Diagnostic Systems of National Aviation University

Education: Kiev State Pedagogical Gorky Institute (1976)

Research area: Theory and methods of teaching physics in high school

Serhiy Maximov, National Aviation University

Associate Professor.

Physics Department of the Educational and Research Institute of Information and Diagnostic Systems of National Aviation University

Education: Kiev Institute of Civil Aviation Engineers (1979).

Research area: radio-electronics; theory and methods of teaching physics in high school

Volodymyr Kalenchenko, National Aviation University

student of the Educational and Research Institute of Airnavigation; electronic and telecommunications of National Aviation University

Education: student

Research area: radio-electronics

Посилання

World Economic Forum / System Initiatives https://www.weforum.org/system-initiatives (accessed 30.07.2018)

st Century Skills Map; Partnership for 21st century Skills [Online]. Available at: https://www.actfl.org/sites/default/files/CAEP/AppendixCAlignmentFramework21stCentury.pdf. (accessed 30.07.2018)

STEM-education. [Online]. Available at: https://teach.com/what/teachers-know/stem-education/. Accessed on: July; 12; 2017 (accessed 30.07.2018)

Polikhun N. I.; Slipukhina I. A.; Chernecjkyj I. S. (2017) Pedahohichna tekhnolohiya STEM yak zasib reformuvannya osvitn'oyi systemy Ukrayiny [STEM Pedagogical Technology as a Means to Reform the Ukrainian Educational System]. Osvita ta rozvytok obdarovanoyi osobystosti [Education and Development of Gifted Personality]; No. 3 (58); pp. 05-09. (in Ukrainian)

Trump Ivanka; Training for the Jobs of Tomorrow/ July 17; 2018 / The Wall Street Journal/. Available at: https://www.wsj.com/articles/training-for-the-jobs-of-tomorrow-1531868131 (accessed 30.07.2018)

Robinson K.; Aronica L. (2015) Creative Schools: The Grassroots Revolution That's Transforming Education. Viking Publ.; 320 p.

The New Ukrainian School [Online]. Available at: http://mon.gov.ua/Новини%202017/02/17/book-final-eng-cs-upd-16.01.2017.pdf. (accessed 31.07.2018)

Chernetskyi I. S.; Slipukhina I. A. (2015) Doslidnytska diialnist studentiv u konteksti vykorystannia naukovoho y inzhenernoho metodiv [Research activity of students in the context of the use of scientific and engineering methods] Vyshcha osvita Ukrainy: Teoretychnyi ta naukovo-metodychnyi chasopys. – Higher Education in Ukraine: Theoretical and Scientific Methodical Journal; no. 3. – Ann. 1. –pp. 216-225.

Guisasola J.; Zuza K. and Almudi J.-M. (2013) An analysis of how electromagnetic induction and Faraday's law are presented in general physics textbooks; focusing on learning difficulties. Eur. J. Phys; Vol. 34; pp.1015-1024. doi:10.1088/0143-0807/34/4/1015

Etkina E.; Karelina A. and Ruibal-Villaselor M. (2008) How long does it take? A study of student acquisition of scientific abilities. Phys. Rev. Spec. Top.; no 4; 020108 doi: 10.1103/PhysRevSTPER.4.020108

Homopolar generator. Available at: https://www.revolvy.com/page/Homopolar-generator. (accessed 30.07.2018)

Slipukhina І. A. ; Chernecjkyj I. S. ; Mjenjajlov S. M.; Rudnycjka Zh. O. Matejik Gh. D. (2016) Suchasnyy fizychnyy eksperyment u dydaktytsi STEM oriyentovanoho navchannya [A modern physical experiment in STEМ-based teaching didactics] Zbirnyk naukovykh prats' kam"yanets'-podil's'koho natsional'noho universytetu imeni Ivana Ohiyenka [Collection of scientific works of the Kamyanets-Podilsky National University named after Ivan Ogienko]; issue 22; pp. 325-328. (in Ukrainian).

Fourier education [Electronic Resource]. – Available at: http://fourieredu.com/2014–bett–awards/ (accessed 30.07.2018)

PHYWE. Universyty experiments. Induced voltage pulse and Faraday's law of induction with Cobra4 Xpert-Link / Available at: https://www.phywe.com/en/induced-voltage-pulse-and-faraday-s-law-of-induction-with-cobra4-xpert-link.html# (accessed 30.07.2018)

PHYWE. Physics Laboratory experiments. Induction impulse. (2008); P. 193/ Available at: http://www.phywe-es.com/index.php/fuseaction/download/lrn_file/phywe-tess-phy-lep-en.pdf (accessed 30.07.2018)

STEM-laboratoriia MANLab [STEM-laboratory MANLab]. Available at: http://stemua.science. (accessed 30.07.2018)

Kucheruk I. M.; Horbachuk I. T.; Lutsyk P. P; (za red. Kucheruka I. M.) (2001) Navchalnyi posibnyk dlia studentiv vyshchykh tekhnichnykh i pedahohichnykh zakladiv osvity [A manual for students of higher technical and pedagogical educational institutions]. Kyiv Technics; Vol. 2: Electricity and magnetism. – 452 s.

ACS712. Available at: http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/168326/ALLEGRO/ACS712.html (accessed 30.07.2018)

Simple DC Voltage Sensor; VDC 25V. Available at: https://robotdyn.com/simple-dc-voltage-sensor-vdc-25v.html (accessed 30.07.2018)

LM393. Available at: http://www.ti.com/product/lm393?DCM=yes&HQS=TI-null-null-alldatasheets-df-pf-SEP-wwe&DCM=yes# (accessed 30.07.2018)

DSO Shell DIY Kit User Manual Rev. 07 Available at: https://www.jyetech.com/Products/LcdScope/UserManual_Shell_new.pdf (accessed 30.07.2018)

LM2596 SIMPLE SWITCHER® Available at: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm2596.pdf (accessed 30.07.2018)

Kalenchenko V. R. (2017) Kompiuterno-oriientovana systema dlia laboratornykh doslidzhen z fizyky na bazi mikrokontrolera STM32 [Computer-based system for laboratory research on physics based on STM32 microcontroller ]// “Polit 2017; 2018”. Suchasni problemy nauky: Tezy dopovidei KhVII mizhnarodnoi naukovo-praktychnoi konferentsii molodykh uchenykh i studentiv. “Flight 2017; 2018”. Modern problems of science: Abstracts of the reports of the XVIII International Scientific and Practical Conference of Young Scientists and Students. Kyiv; p. 96. Available at: http://aki.nau.edu.ua/wp-content/uploads/%D0%A2%D0%B5%D0%B7%D0%B8.pdf (accessed 30.07.2018)

Downloads

Опубліковано

23.11.2018

Як цитувати

Slipukhina, I., Bovtruk, A., Mieniailov, S., Maximov, S., & Kalenchenko, V. (2018). STEM підхід у навчанні фізики майбутніх інженерів: вивчення явища електромагнітної індукції. Вісник Національного авіаційного університету, 76(3), 107–116. https://doi.org/10.18372/2306-1472.76.13167

Номер

Том 76 № 3 (2018)

Розділ

Професійна освіта

Ліцензія

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з такими умовами:

  1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.

  2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.

  3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).