Опыт подготовки ИТ специалистов в рамках образовательного направления «Прикладные математика и физика»

Опыт подготовки  ИТ специалистов в рамках  образовательного  направления  «Прикладные математика и физика»

А.С.Чирцов, В.М.Микушев, В.П.Марек

Санкт-Петербургский государственный университет,

Псковский государственный университет

            Направление Прикладные математика и физика появилось в российском образовательном пространстве более 15 лет назад. Основной целью создания такого направления явилось сохранение традиций российского элитарного образования в области физико-математических наук, сочетающего фундаментальную подготовку по этим дисциплинам с приобретением обучаемыми компетенций, направленных на практику решения конкретных задач, начиная с их формулировок и построения грубых моделей и заканчивая количественными расчетами  и принятием оптимальных решений. Учитывая современный интерес физики к сложным, нелинейным и неравновесным системам, плохо поддающимся описаниям с помощью аналитических методов, в рамках развиваемого на Физическом факультете СПбГУ варианта реализации направления было принято решение о необходимости организации углубленного изучения дисциплин, связанных с  информационными, мультимедийными и телекоммуникационными технологиями. По сравнению с учебными планами традиционных для классических университетов направлений «Физика» и «Радиофизика» число часов на указанные дисциплины было увеличено  не менее чем на 32 на каждом из семестров бакалавриата [1]. В результате количество аудиторных занятий по связанным с компьютером дисциплинам в бакалавриате Прикладные математика и физика составило 96 часов на каждый семестр. Дополнительные часы полностью отведены для практической и самостоятельной работы студентов над индивидуальными проектами по темам и проблемам, естественным образом возникающим в рамках изучения фундаментальных курсов физики и математики.

            Блок обязательных дисциплин бакалавриата направления Прикладные  математика и физика содержит два параллельных набора дисциплин (модуля), ориентированных как на обучение программированию, так и на профессиональное использование программных пакетов и сред (дающее, как правило, более качественный конечных результат при решении конкретных проблем поисково-расчетного типа). В приведенном в Табл. 1 списке приведены указанные блоки дисциплин вместе с номером семестра и часами, отводимыми на их изучение. Помимо указанных модулей  к связанным с компьютерными технологиями  дисциплинам следует отнести теоретические курсы по численным методам и обзорный курс по архитектуре ЭВМ.

                                                                                                                                  Таблица 1

Основные дисциплины реализуемого на направлении Прикладные математика и физика блока, связанного с информационными и компьютерными технологиями (в скобках приведено число часов на изучение дисциплины).

            Самостоятельная работа организуется под руководством тьютеров, назначаемых кафедрами, реализующими подготовку студентов по направлению прикладные математика и физика. Выбор тем курсовых работ по физике с обязательным использованием возможностей информационных, мультимедийных, телекоммуникационных и т.д. технологий. Списки предлагаемых студентам тем курсовых работ формируются сопровождающими обучение кафедрами и преподавателями, ведущими курсы физики и математики. Предлагаемые преподавателями для студентов младших курсов темы, как правило, ориентированы на создание оригинальной мультимедийной обучающей продукции, включаемый в электронные сборники, предназначенные для сопровождения преподаваемых на образовательном направлении дисциплин основного физико-математического профиля [2]. Допускается и приветствуется работа студентов по темам, предлагаемым ими в самостоятельном порядке, особенно – поисковые работы по новым вариантам использования современных компьютерных технорлогий в инрересах учебно-научного процесса. Так же приветствуется организация цепочек связанных дуг с другом курсовых работ по одному общему проекту, переходящих в итоговую бакалаврскую работу.

            Курсовые работы представляются и защищаются студентами на организуемых в масштабах учебных групп мини-конференциях, выступление на которых в обязательном порядке должно сопровождаться мультимедийной презентацией. Работы, претендующие на высокие оценки (6 и выше по 10-бальтной шкале) в обязательном порядке представляются и докладываются на организуемой в масштабах одного курса мини-конференции, утверждающей выставляемую оценку и дающей рекомендацию к представлению претендующих на отличные оценки (8 и выше) докладов на ежегодную студенческую конференцию, обеспечивающую публикацию тезисов и рекомендующую доклады по лучшим работам к представлению на конференции более высокого уровня и к опубликованию в периодической печати. На 5-7 семестрах мини-конференции первой и второй ступеней проводятся на английском языке, тезисы публикуются на двух языках.

            После окончания бакалавриата по направлению Прикладные математика и физика выпускники, как правило, продолжают обучение в магистратуре указанного направления и на иных магистерских программах, требующих от обучаемых активной поисковой работы с использованием численного моделирования  или иных вариантов использования информационных технологий. Несмотря на то, что основной задачей образовательного направления является подготовка будущих специалистов в области прикладной и фундаментальной физики, заменая доля выпускников магистратур и даже бакалавриатов направления принимает многочисленные приглашения от фирм и компаний переходят к активной профессиональной деятельности в области информационных технологий. Фундаментальная базовая подготовка в   области фундаментальных наук, составляющих базис ИТ, а так же приобретенная ими практика решения конкретных задач позволяет им занимать ведущие позиции в коллективах, занятых поисковыми разработками требующими поиска нестандартных оригинальных подходов.

В качестве примера представляется полезным проследить одну из наиболее удачных индивидуальных образовательных траекторий, реализованных в период с 2007 по 2011гг.

1 семестр: Создание интерактивных обучающих тестов по темам «Интегрирование уравнений движения» и «Релятивистская динамика» [3].

2 семестр: Исследование собственных и вынужденных колебаний в системе из нескольких (n=2, 3, 4, 5) связанных линейных одномерных осцилляторов [4].

3 семестр:  Создание интерактивных мультимедийных ресурсов по теме «Сверхпроводимость» [5].

4 семестр: Создание анимированной лекции и учебного видеофильма по теме «Сверхпроводимость» [5].

5 семестр: Создание мультимедийного описания дорогостоящего измерительного комплекса на базе фемтосекундного лазера [6].

6 семестр: Численное моделирование пучковых и плазменных экспериментов по изучению столкновительного перемешивания различающихся по спину высоковозбужденных короткоживущих состояний атомов гелия [7].

7 семестр: Изучение возможностей использования технологий создания стереоскопических изображений для визуализации процессов, адексатно описываемых в многомерных пространствах [8].

8 семестр: Использование систем высокопроизводительных и облачных вычислений для моделирования эффектов, приводящих к гистерезису подъемной силы в система «постоянный магнит + высокотемпературный сверхпроводник» [9].

В настоящее время аналогичная образовательная программа готовится к реализации на базе Псковского государственного университета [10]. В отличие от рассмотренного варианта в новой программе подразумевается возможность организации компьютерных практик на базе задач, связанных с более широким набором дисциплин: физикой, математикой, инженерной подготовкой, экономикой, историей, геологией, географией, туризмом, литературой. Такой подход, с одной стороны, расширит круг подразделений университета, заинтересованных в реализации программы, в другой – создаст благоприятные условия для развития междисциплинарных исследований и соответствующих им новых образовательных программ.

ЛИТЕРАТУРА

1. Чирцов А.С.  Прикладные математика и физика – опыт организации элитарного направления интенсивного обучения на физическом факультете СПбГУ//В сб. «Физика в системе современного образования» (ФССО-05)- матер. VIII межд.конф. 29мая – 3июня 2005. СПб // Изд. РГПУ им.Герцена, ISBN5-93-682-220-0-6, с. 142-144
2. Чирцов А.С. Серия электронных сборников мультимедийных материалов по курсу общей физики: новые подходы к созданию электронных конструкторов виртуальных физических моделей с простым удаленным доступом. // Компьютерные инструменты в образовании. СПб. 2010. N 6, C. 42 – 56.
3. Марек В.П., Чирцов А.С. Использование мультимедийных ресурсов для организации самостоятельной работы студентов при реализации на Физическом факультете СПбГУ новых образовательных стандартов // В сб. «Материалы XVМежд. Конф. «Современное образование: содержание, технологии, качество» 22 апреля 2009г.»,  Т.1, СПб, 2009, С.219-221.
4. Марек В.П. Использование возможностей мультимедиа и компьютерного моделирования для создания иллюстраций по курсу общей физики // В сб. «Тезисы докладов молодежной научной конференции “Физика и прогресс” 18-20 ноября 2009 г.», Санкт-Петербург, С. 137.
5. Марек В.П., Чирцов А.С. Использование возможностей мультимедиа и компьютерного моделирования для организации самостоятельной работы студентов и их подготовки к работам физ. практикумов // В сб. «Материалы Х Межд. Конф. «Физика в системе современного образования» (ФССО-09)», СПб, 31 мая- 4 июня 2009г., Т.2, СПб, 2009, С. 193-195;
6. Marek V. Development of multi-media descriptions for laboratory sessions with a usage of the femtosecond laser // Всб. «Conference abstracts of International Student Conference “Science and Progress”», St.Petersburg – Peterhof, November, 15-19, 2010. p. 116.
7. Марек В.П., Чирцов А.С. Использование возможностей мультимедиа и компьютерного моделирования для организации самостоятельной работы студентов и их подготовки к работам физ. практикумов // В сб. «Материалы Х Межд. Конф. «Физика в системе современного образования» (ФССО-09)», СПб, 31 мая- 4 июня 2009г., Т.2, СПб, 2009, С. 193-195.
8. Марек В. П.,  Микушев С. В., Смирнов А. Г.,Чирцов А. С. Возможности использования технологий стереоскопических 3D-визуализаций в компьютерных моделях для сопровождения преподавания курсов физики// Компьютерные инструменты в образовании. Вып. 2, 2011г, С. 39 – 57.
9. Абутин М.В., Марек В.П.,Микушев С.В., Чирцов А.С.  Новые варианты использования информационных и мультимедийных технологий для реализации непрерывного высшего профессионального образования. // Физическое образование в ВУЗах т. 18, №1, 2012г., С.  109 – 126
10. Заявки на проекты для Стратегии развития Псковского государственного университета. [Электронный ресурс]  / Псковский государственный университет: [сайт]. URL:  http://pskgu.ru/event/E808AE74F4AD6F9614552E1FB470BEB0 (дата обращения: 20.03.2012).