Застосування середовища Mathcad у загальному курсі фізики при підготовці фахівців інженерних спеціальностей

Abstract

UK: У статті розглянуто методичний підхід до розв’язання задач під час вивчення теми «Гармонічні коливання» у курсі загальної фізики із застосуванням програмного пакету Mathcad при підготовці фахівців інженерних спеціальностей. У процесі дослідження теоретично проаналізовано наукову літературу, вивчено досвід використання методик навчання. Методологічною основою дослідження є комплексний підхід, що поєднує традиційні форми навчання та навчання з використанням програмного пакету Mathcad. Наведено наочний принцип навчання і подачі інформації на прикладі двох задач для демонстрації можливостей програмного пакету Mathcad на заняттях у закладах вищої освіти. Розглянуті приклади задані у загальному вигляді без числових розрахунків, при доповнені їх цифровими значеннями та змінюючи початкові умови можна збільшити кількість можливих завдань на базі наведених шаблонів. Методичний підхід впроваджено у навчальний процес. У результаті спостереження за заняттями узагальнено й систематизовано отримані результати. Розв’язування наведених завдань за допомогою комп’ютерного моделювання пропонується доповнювати аналітичним розв’язком задля порівняння та перевірки отриманих результатів. Впровадження у навчальний процес запропонованого методичного підходу демонструє підвищення мотивації студентів до освоєння дисципліни в цілому; набуття студентами навичок використання комп’ютерних програм для розв’язування професійно-орієнтованих задач; представлення навчального матеріалу в наочному вигляді; економія навчального часу тощо. Розв’язування задач прикладного змісту спонукає студентів до самостійного встановлення міжпредметних зв’язків природничо-математичних і спеціальних дисциплін на різних рівнях та сприяє перенесенню знань із однієї галузі науки в іншу. Використаний підхід спонукає студентів самостійно моделювати коливні процеси для дослідження роботи різних пристроїв та конструкцій. Використовуючи розглянуту методику розв’язання наведених прикладів у середовищі Mathcad, студенти можуть освоїти не тільки математичні компетенції, а й додатково, пов'язані з обробкою інформації, отримати навички аналізу та пошуку оптимальних рішень, що притаманне інженерним спеціальностям. RU: В статье рассмотрен методический подход к решению задач при изучении темы «Гармонические колебания» в курсе общей физики с применением программного пакета Mathcad при подготовке специалистов инженерных специальностей. В процессе исследования теоретически проанализирована научная литература, изучен опыт использования методик обучения. Методологической основой исследования является комплексный подход, сочетающий традиционные формы обучения и обучения с использованием программного пакета Mathcad. Приведен наглядный принцип обучения и подачи информации на примере двух задач для демонстрации возможностей программного пакета Mathcad на занятиях в учреждениях высшего образования. Рассмотренные примеры заданы в общем виде без числовых расчетов, при дополнении их цифровыми значениями и изменяя начальные условия можно увеличить количество возможных задач на базе приведенных шаблонов. Методический подход внедрен в учебный процесс. В результате наблюдения за занятиями обобщены и систематизированы полученные результаты. Решение указанных задач с помощью компьютерного моделирования предлагается дополнять аналитическим решением для сравнения и проверки полученных результатов. Внедрение в учебный процесс предложенного методического подхода демонстрирует повышение мотивации студентов к освоению дисциплины в целом; приобретение студентами навыков использования компьютерных программ для решения профессионально-ориентированных задач; представления учебного материала в наглядном виде; экономии учебного времени и т. п. Решение задач прикладного содержания побуждает студентов к самостоятельной установки межпредметных связей естественно-математических и специальных дисциплин на разных уровнях и способствует переносу знаний из одной области науки в другую. Использованный подход побуждает студентов самостоятельно моделировать колеблющиеся процессы для исследования работы различных устройств и конструкций. Используя рассмотренную методику решения приведенных примеров в среде Mathcad, студенты могут освоить не только математические компетенции, но и дополнительно, связанные с обработкой информации; получить навыки анализа и поиска оптимальных решений, что присуще инженерным специальностям. EN: The article discusses a methodological approach to solving problems when studying the topic «Harmonic oscillations» in the course of general physics using the Mathcad software package when training specialists in engineering specialties. In the course of the research, the scientific literature was theoretically analyzed, the experience of using teaching methods was studied. The methodological basis of the research is an integrated approach that combines traditional forms of teaching and learning using the Mathcad software package. An illustrative principle of teaching and presenting information is given on the example of two tasks to demonstrate the capabilities of the Mathcad software package in the classroom in higher education institutions. The considered examples are given in general form without numerical calculations, when supplemented with numerical values and changing the initial conditions, it is possible to increase the number of possible tasks based on the given templates. The methodical approach is introduced into the educational process. As a result of observation of the lessons, the results obtained were summarized and systematized. It is proposed to supplement the solution of these problems with the help of computer modeling with an analytical solution for comparing and checking the results obtained. The introduction of the proposed methodological approach into the educational process demonstrates an increase in students' motivation to master the discipline as a whole; the acquisition by students of the skills of using computer programs to solve professionally oriented problems; presentation of educational material in a visual form; saving study time, etc. Solving problems of applied content encourages students to independently establish intersubject connections in natural-mathematical and special disciplines at different levels and contributes to the transfer of knowledge from one field of science to another. The approach used encourages students to independently model oscillating processes to study the operation of various devices and structures. Using the considered methodology for solving the above examples in the Mathcad environment, students can master not only mathematical competencies, but also additionally related to information processing; to gain the skills of analysis and search for optimal solutions, which is inherent in engineering specialties.