Почему стоит любить физику

Дорогие ребята! Всем вам известно, что физика считается одной из самых интересных и в то же время самых сложных наук. Она окружает нас на каждом шагу, без нее невозможен технический прогресс. Почему же физика так увлекательна? Как проявляется ее многогранность? Какие направления в физике сейчас наиболее востребованы и перспективны? Как перестать бояться сложностей на пути ее изучения и стать высококлассным ученым-физиком? Обо всем этом и многом другом расскажет Николай Иванович Юмагулов, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой физико-математического образования факультета информационных технологий и математики Нижневартовского государственного университета.

Физика - многогранная наука. Что делает ее привлекательной для школьника или студента?

– Физика – это наука, которая рассказывает нам, как устроен окружающий нас мир. Благодаря физике мы понимаем, почему светит солнце, почему небо голубое, как летают самолеты, плавают корабли и многое другое.

Многогранность физики заключается в том, что для нее характерно разнообразие изучаемых объектов, начиная от микромира, в котором изучаются молекулы, атомы, элементарные частицы, до мегамира, охватывающего вопросы возникновения Вселенной. Спектр изучаемых вопросов охватывает механические, тепловые, электромагнитные, оптические, квантовые и ядерные явления. При этом в физике активно применяются различные подходы и методы исследований: математическое моделирование при описании явлений, компьютерное моделирование при анализе различных процессов и экспериментальное исследование.

И самое главное, открытия в области физики нашли широкое применение в различных областях науки и техники: медицине, производстве, связи, машиностроении, материаловедении, вычислительной технике и компьютерах. Для кого-то физика - это возможность объяснить явления окружающего мира, ответить на вопросы: что, почему и как? Для других - возможность применить знания на практике, понять принцип работы различных механизмов и электронных устройств. В настоящее время существует множество интересных познавательных ресурсов, таких как книги, видеофильмы, передачи, выставки, музеи и интернет-ресурсы. Участие обучающихся в конкурсах, проектах, в поиске решений физических задач дает возможность проявить творчество.

И, конечно, область применения физических знаний весьма многообразна: робототехника, электроника, машиностроение, биофизика, астрономия и т.д. Именно многогранность физики делает её привлекательной для школьников и студентов, где каждый сможет найти для себя что-то интересное.

Как справиться с трудностями, возникающими при изучении физики? Существует ли ключ к ее пониманию?

– Всем известно, что именно преодоление трудностей помогает развиваться человеку. При изучении физики могут возникнуть трудности, требующие математических навыков, логического и абстрактного мышления.

Наверное, не существует единого «ключа», способствующего пониманию физики, но можно выделить основные принципы, лежащие в его основе. А трудности могут возникать из-за слабой математической подготовки, непонимания фундаментальных законов и базовых принципов, недостатка практических навыков, формального подхода или заучивания теории.

Для преодоления возникающих трудностей, в первую очередь, необходимо устранить пробелы в физических и математических знаниях. Во-вторых, изменить подход к изучению физики. От формального заучивания необходимо перейти к пониманию физических терминов, определений, законов. При возникновении вопросов не бояться спрашивать преподавателя, обсуждать вопросы с одноклассниками. Решение задач – это прекрасная возможность закрепления изученного материала. Применение рисунков, графиков, диаграмм, объяснение материала своим товарищам способствуют более глубокому осмыслению темы. Физика – это экспериментальная наука. Поэтому выполнение лабораторных работ, проведение экспериментов, использование программного обеспечения симуляции физических процессов также способствует изучению и пониманию физики. И, самое главное, необходимо поддерживать интерес и мотивацию: ставить цели, достигать их, каким-то образом поощрять себя, посещать кружки, просматривать увлекательные видеофильмы и передачи, читать занимательную литературу.

Какие профориентационные мероприятия для школьников, способствующие развитию интереса к изучению физики и пониманию ее роли в различных отраслях науки и деятельности человека, проводятся в НВГУ?

– В Нижневартовском государственном университете проводится достаточно много различных профориентационных мероприятий с учащимися общеобразовательных учреждений (школы, СПО), родителями и даже с учителями.

Одним из направлений является формирование профориентационного образования, обеспечивающего рост числа качественно подготовленных школьников, ориентированных на работу в сфере высокотехнологичных производств отраслей экономики как нашего города, так и страны в целом. Данное направление осуществляется через открытие профильных классов, привлечение внимания школьников и их родителей к олимпиадам, конференциям, создание научно-образовательных технологических площадок (творческих групп, лабораторий), организацию и проведение мероприятий в университете. К примеру, вуз участвует в реализации дополнительных образовательных программ по физике, математике и информатике в Роснефть-классах Лицея №1 им. А.С.Пушкина. В течение многих лет в стенах университета проводятся занятия физико-математической студии по математике, физике и информатике. Содержание занятий направлено на предпрофильную инженерную подготовку школьников, подготовку к ЕГЭ. В лаборатории физики НВГУ проходят занятия с изучением отдельных тем для обучающихся школ г. Нижневартовска. Организуются и проводятся олимпиады НВГУ для школьников по физике, математике с последующим разбором заданий.

В течение учебного года проходят различные экскурсии по НВГУ с посещением лабораторий университета, в том числе лаборатории физики, а также демонстрационных экспериментов. В университете и на факультете проводятся Дни открытых дверей, где осуществляется знакомство с преподавателями, с реализуемыми направлениями подготовки, с материально-технической базой. 

В период Молодежного научного форума «Дни студенческой науки» проводятся мастер-классы, открытые занятия, игры, на Всероссийской студенческой конференции НВГУ организуется для школьников и студентов СПО работа секции «Математика. Физика. Информатика».

На выбор будущей профессии сегодняшних школьников также влияет мнение родителей и учителей. В этом учебном году в стенах факультета информационных технологий и математики НВГУ провели заседание методического объединения учителей-физиков, знакомство с новыми лабораториями. Несомненно, личность самого учителя способствует развитию познавательного интереса школьников к изучению физики.

Какие навыки и компетенции необходимо иметь высококлассному специалисту-физику? 

– Высококвалифицированного специалиста-физика отличают, в первую очередь, глубокие предметные знания. Это понимание не только основных принципов и законов физики, но и отдельных разделов, непосредственно касающихся тематики научных исследований, таких как квантовая механика, физика твердого тела и другие.

Во-вторых, важны математические навыки, необходимые для решения физических задач, проведения расчетов и вычислений, а также оценки полученных результатов. Навыки математического моделирования явлений, умение решать дифференциальные уравнения и использовать знания статистики необходимы для описания и исследования физических процессов.

Не стоит забывать и про навыки проведения научного исследования, которые включают в себя умение строить и оценивать гипотезы, планировать и проводить эксперименты, анализировать информацию и измеренные данные, интерпретировать полученные результаты и формулировать обоснованные выводы. Современный специалист должен владеть навыками использования цифровых инструментов. Навыки работы с программами численных расчетов (программами аналитических вычислений, построения графиков и верстки математических текстов) значительно упрощают процесс исследования.

Важную роль играют коммуникационные навыки, а именно: умение четко излагать свои мысли устно и письменно, способность представлять результаты исследований на конференциях и публиковать статьи в научных журналах. Проектные и командные навыки будут полезны в работе с другими учеными при решении общих поставленных задач, при участии в грантовой деятельности.

Какие направления в физике сейчас наиболее востребованы и перспективны для трудоустройства?

– Наиболее востребованные научные направления в физике определяются запросами общества. Среди них:

1) Нанофизика, которая занимается изучением физических свойств материалов и объектов на наноуровне. Результаты исследований используются для разработки новых материалов, устройств и систем, которые могут применяться в различных областях, от электроники и медицины до энергетики и окружающей среды.

2) Материаловедение и физика материалов, которая занимается разработками новых материалов с уникальными свойствами (сверхпроводники, графен и другие двумерные материалы). Данное направление активно используется в электронике, энергетике и строительстве.

3) Астрофизика. Исследования космоса охватывают вопросы изучения экзопланет, черных дыр, темной материи.

4) Энергетика. На сегодняшний день очень актуальны исследования в области возобновляемых источников энергии (солнечная энергия, ветровая энергия) и новых методов хранения энергии (например, аккумуляторы).

5) Биофизика, медицинская физика. Исследования в биофизике ориентированы на использование физических принципов для изучения биологических систем. Это направление активно развивается в медицине, фармацевтике и биотехнологиях. Разработки в области изучения воздействия физических процессов на окружающую среду и создания соответствующих технологий вносят существенный вклад в решение экологических проблем. В условиях активного внедрения цифровых двойников для анализа сложных процессов, на рынке труда особенно ценятся физики, обладающие уникальным сочетанием навыков программирования, разработки алгоритмов обработки данных, машинного обучения и владение методами вычислительных расчетов.

Вы занимаетесь уникальными научными исследованиями уже много лет. Расскажите, пожалуйста, подробнее о своих научных открытиях и о том, как они могут изменить мир.

– Область моих научных интересов охватывает вопросы разработки и проектирования измерительных генераторов, обеспечивающих заданный энергетический режим воздействия на энергозависимые объекты. Получение объективной и достоверной информации является необходимым условием при проведении различных исследований. При проектировании и разработке технических средств измерений необходимо учитывать их особенности взаимодействия с объектами исследований. К ним относятся такие параметры физического воздействия, как место воздействия, длительность, определенность вносимого возмущения и другие факторы.

В диагностике особое внимание уделяется оценке электрических параметров как одному из наиболее перспективных методов. Электрические параметры легко структурируются в базы данных и поддаются дальнейшей обработке, а также удобны для передачи, хранения и воспроизведения, что делает их незаменимыми для проведения анализа и моделирования. Одним из перспективных направлений является применение их в медицине.

Измерение удельной электрической проводимости и сопротивления биологических тканей используется в биоимпедансной и электропунктурной диагностике. Полученные результаты работы будут способствовать развитию средств диагностики состояния организма и физиотерапевтического воздействия на него.

Как стать выдающимся ученым-физиком? Какова ваша формула успеха? Какие практические советы Вы дали бы молодым людям, которые хотят связать свою жизнь с наукой?

– Чтобы стать выдающимся ученым-физиком и в принципе любым высококвалифицированным специалистом, одного желания мало. Нужно понимать: чтобы стать выдающимся в своем деле, необходимо упорно трудиться, иметь талант и немного удачи. Ученых-физиков отличает наличие теоретической базы в области физики и математики, умение проводить как теоретическую, так и практическую исследовательскую деятельность. Ученый не может состояться без апробации полученных результатов исследования в различных конференциях, конкурсах, без участия в грантовой деятельности и в научных проектах. Также важны личностные навыки и качества ученого: критическое мышление, креативность, воображение, умение общаться, решать задачи, планирование, самодисциплина, упорство, труд и увлеченность делом.

Дорогие ребята! Если вы хотите посвятить свою жизнь физике и добиться успеха в этой области, то я бы посоветовал:

• Читать как можно больше литературы о предметной области, расширять кругозор, следить за последними достижениями в вашей области.
• Изучать математику и уметь применять эти знания для описания явлений природы, закономерностей физических процессов.
• Не бояться сложных и нестандартных задач, уметь оценивать задачу с разных позиций. Этому способствует участие в различных олимпиадах, конкурсах, выполнение проектов, посещение кружков, начиная со школы.
• Участвовать в исследовательской деятельности, ставить эксперименты, проводить анализ полученных результатов, оценивать погрешности измерений.
• Развивать личностные качества и навыки.
• Поддерживать интерес и мотивацию. Для этого нужно выбрать интересное для вас направление исследовательской деятельности.