авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 9 | 10 || 12 |

«Министерство образования и науки Российской Федерации Научно-методический совет по физике Минобрнауки РФ Российская академия наук Московский государственный университет ...»

-- [ Страница 11 ] --

Литература 1. Казанцев А.К., Киселев В.Н., Рубвальтер Д.А., Рудевский О.В. NBIC – технологии: Инновационная цивилизация XXI века. – М.: ИНФРА – М, 2012. – 384 с.

2. Новоселов К.С. Графен: материалы Флатландии: Нобелевские лекции по физи ке-2010 // Успехи физических наук, 2011. Т. 181, № 12. С. 1299–1311.

Организационно-педагогические условия управления самостоятельной работой студентов - заочников по физике средствами дистанционной оболочки Moodle © Л. А. Переведенцева Карельская государственная педагогическая академия (Петрозаводск, Россия) perevedencevala@yandex.ru Подготовка компетентного специалиста - будущего учителя, обла дающего способностью решать поставленные задачи в различных условиях, приобретать новые знания и умения, обладать творческой активностью в принятии решений и выработке стратегий действий, в современной России является приоритетной задачей высшей школы. Условием, способствую щим решению этой задачи, является усиление роли специально организо ванной самостоятельной учебной деятельности студентов на основе учета индивидуальных особенностей каждого из них в процессе обучения в педа гогическом вузе.

Общеобразовательные школы России остро нуждаются в учителе принципиально нового стиля мышления, владеющего современной методо логией, совершенной педагогической технологией. Процесс внедрения но вых образовательных стандартов требует усиление внимания на практиче ское применение теоретических знаний, получаемых студентами в вузе. В связи с этим, технологическая подготовка студентов к будущей профессио нальной деятельности должна играть важную роль в системе высшего педа гогического образования.

Основной акцент в системе дистанционного обучения приходится на самостоятельную деятельность обучающихся.

Анализ учебного процесса в вузах показывает, что одним из его не достатков является несовершенство организации самостоятельной учебной деятельности студентов, недостаточный уровень владения ими навыками самостоятельного учебного труда на различных этапах обучения. Требуют улучшения организация и контроль этой важнейшей части учебного про цесса, не полностью решены вопросы эффективного обучения студентов рациональной методике самостоятельной работы.

Самостоятельная работа в высшей школе рассматривается с одной стороны, как система организационно-педагогических условий, обеспечи вающих руководство самостоятельной деятельностью студентов, а с другой – как вид деятельности, стимулирующий активность, самостоятельность, познавательный интерес обучаемых.

Цель исследования состояла в том, чтобы выявить организационно педагогические условия управления самостоятельной работой студентов педагогического вуза в процессе дистанционного обучения.

Анализ научно-педагогической литературы показывает, что в насто ящее время существуют различные подходы к определению термина «орга низационно-педагогические условия». Е. И. Козырева дает следующее определение: организационно-педагогические условия - это совокупность объективных возможностей, обеспечивающая успешное решение постав ленных задач [1]. Условие составляет ту среду, обстановку, в которой воз никают, существуют и развиваются те или иные причины (факторы). В пе дагогике под условиями обычно понимают составные части или характери стики среды, в которой развивается обучающийся, а процесс обучения зави сит от внешних и внутренних условий [2]. К внешним условиям относят:

кадры, обеспечение образовательных учреждений высоким качеством учеб ной деятельности;

педагогическое мастерство, отбор оптимальных методов обучения и т.д.

Внешние условия всегда преломляются через индивидуальные осо бенности личности, мотивацию, способности, интеллект, интересы, харак тер, культурный, духовный, нравственный уровень обучающихся, которые составляют внутренние условия обучения.

К организационно-педагогическим условиям, необходимым для управления самостоятельной работой студентов педагогического вуза в процессе дистанционного обучения, мы отнесли:

- диагностический подход к процессу дистанционного обучения студентов;

- формирование у студентов установки на эффективную учебно познавательную деятельность в процессе дистанционного обучения;

- подготовленность преподавателей к управлению самостоятельной ра ботой студентов педагогического вуза в процессе дистанционного обучения.

Благодаря развитию Интернета и современных методов общения и обмена данными, становится возможным создавать и применять в обучении новые способы обучения, такие как электронные конспекты, тесты, анкеты, виртуальные лаборатории и т.д. Одним из вариантов использования таких методов и технологий является пакет Moodle – представляющий собой си стему управления содержимым сайта, специально разработанный для со здания качественных online-курсов преподавателями.

В стандарте высшего образования нового поколения организация са мостоятельной работы студентов впервые выделена в качестве отдельного объекта стандартизации. В контексте реализации образовательных стандар тов важным направлением является создание информационно образовательной среды поддержки управляемой самостоятельной работы студентов.

Для организации самостоятельной работы студентов-заочников фа культета технологии и предпринимательства Карельской государственной педагогической академии нами было разработано электронное методиче ское пособие по курсу «Оптика и атомная физика» в системе Moodle (http://moodle.kspu.karelia.ru/course/view.php?id=615).

Следует отметить, что среда Moodle позволяет не только формиро вать материал для самостоятельного изучения студентами, но и развивать у студентов понимание и потребность в систематической самостоятельной работе.

Реализация условия диагностического подхода к процессу обучения студентов возможна за счет разработки большого количества заданий раз нообразных по содержанию, форме выполнения и степени сложности, с учетом выявленных в результате применения комплекса диагностических методик, индивидуальных особенностей студентов. При реализации данно го подхода студент выбирает из предложенных заданий те, которые соот ветствуют его личностным особенностям, выбирает режим учебной работы и прорабатывает учебный материала в собственном темпе.

Выполнение этого условия осуществляется за счет гибкой системы контроля, включающей в себя различные формы и методы контроля, их выбор осуществляется, исходя из особенностей студента. Это обеспечивает получение объективной картины знаний и умений обучающихся, предостав ляет возможность своевременно корректировать процесс самостоятельной учебной деятельности студентов в зависимости от полученных результатов.

Формирование у студентов установки на эффективную учебно познавательную деятельность в процессе дистанционного обучения воз можно за счет положительной мотивации, развития учебной самостоятель ности, раскрытия внутреннего потенциала каждого студента, вооружения студентов средствами и инструментами для грамотной самоорганизации собственной учебной деятельности.

Реализация условия подготовленности преподавателей к управлению самостоятельной работой студентов педагогического вуза в процессе дистан ционного обучения возможна за счет назначения начинающим преподавате лям кураторов из числа опытных педагогов, способных оказать эффективную помощь в освоении основных форм, методов дифференциации обучения ди станционно;

за счет создания профессионально-ориентированных электрон ных программ, обучающих систем и других дидактических материалов.

Литература 1. Козырева Е.Н. Педагогические условия повышения уровня педагогической культуры сельского учителя: Автореф. канд. пед. н. Новосибирск, 2001. 20 с.

2. Педагогика / Под ред. П.И. Пидкасистого, В.И. Журавлева. – М.: Российское педагогическое агентство, 1995. 638 с.

Преемственность в формировании компетенций у студентов (бакалавров, магистрантов) на учебных и педагогических практиках по физике © М. В. Потапова, И. С. Карасова Челябинский государственный педагогический университет (Челябинск, Россия) potapovamv@cspu.ru ФГОС ВПО устанавливает требования к качеству подготовки специ алиста (бакалавра, магистра). Он обеспечивает гарантии качества образова ния, заключающиеся в разработке и применении объективных процедур оценки уровня знаний и умений, способов владения ими в совокупности, определяющими компетенции выпускника. ФГОС ВПО сформулировал требования к качеству подготовки специалиста через систему компетенций:

общепрофессиональных (ОПК), общекультурных (ОК), профессиональных (ПК). Однако он не выделил дидактического инструментария, для их изме рения и оценки результатов обучения.

ФГОС ВПО для бакалавриата и ФГОС ВПО для магистратуры связа ны между собой единой методологической основой как два уровня высшего образования. Эта связь может быть реализована в условиях компетентност ного подхода. Подход как философская категория содержит три составля ющие – парадигмальную, синтагматическую и прагматическую.

По сути своей они раскрывают методологию процесса познания. Ба зовую парадигму компетентностного подхода в обучении студентов педвуза составляет онтология описания способности и готовности будущих учите лей осуществлять профессиональную деятельность в образовательном учреждении. Синтагматическая составляющая компетентностного подхода раскрывает способы доказательства, методы познания объективно суще ствующих преемственных связей между отдельными видами компетенций.

Прагматическая составляющая компетентностного подхода описывает це левой и ценностный компоненты использования элементов синтагмы, пара дигмы и предписаний для отслеживания способности и готовности осу ществлять профессиональную деятельность в образовательном учреждении.

Установить преемственные связи между компетенциями, формируе мыми у бакалавров и магистрантов на разных видах практик можно, ис пользуя метод матриц. Осуществим анализ структуры и содержания всех видов практик по направлению подготовки – педагогическое образование, для квалификации – бакалавр, по профилю – физика, математика;

для ква лификации – магистр;

по профилю – физическое образование;

для квалифи кации – магистр, по профилю – естественнонаучное образование.

Учебный план подготовки учителя физики и математики (совмещен ные профили) предусматривает четыре вида учебных практик: пропедевти ческая по физике, математике и педагогике;

по теории и методике обучения физике и математике;

оборудование школьного кабинета физики, практика в учреждениях дополнительного образования. На учебных практиках, пре имущественно, формируются ОПК и ОК компетенции, на педагогических – ПК-1, ПК-2;

ПК-3, ПК-4 (Табл. 1).

Таблица Структура учебных и педагогических практик по направлению «Педагогиче ское образование», квалификации – бакалавр, профилям – физика и математика Число № Виды практик Курс недел Модуль Компетенции п/п ь Учебная пропедевти ческая практика по теории и методике ОПК-1;

ОПК- 1 1 2 I обучения физике, ОК-9;

ОК- математике и педаго гике Учебная практика по теории и методике ОК-1;

ОК- 2 2 1 II обучения физике и ОК- математике Учебная практика «Оборудование ОПК-1;

ОК- 3 3 1 III школьного физиче- ОК-4;

ОК- ского кабинета»

Учебная практика в учреждениях допол- ОК-3;

ОК- 4 2 1 IV нительного образова- ПК-6;

ПК- ния Педагогическая прак ПК-1;

ПК- тика в основной шко 5 4 6 V ПК-4;

ПК- ле Педагогическая прак- ПК-1;

ПК- 6 5 6 VI тика в старшей школе ПК-3;

ПК- ФГОС ВПО, как отмечалось выше, не содержит дидактического ин струментария, позволяющего измерять и оценивать результаты обучения.

Фонды измерительных средств, включающие методики, критерии оценива ния, типовые задания, тесты, позволяют оценить умения практикантов, приобретённые компетенции. Ситуативные профессионально ориентированные задания, индивидуальные творческие проекты, направленные на выявление способности и готовности студентов решать профессиональные задачи, позволяют проверить сформированность выделенных компетенций.

На педагогической практике проверяется готовность и способность студента (бакалавра, магистранта) использовать знания и умения в своей практической деятельности. Поэтому при определении коэффициента сформированности профессиональной компетенции у студента практиканта, можно использовать только владениевый уровень усвоения знаний и умений (0,36).

В заключение отметим, что преемственность в выборе способов ат тестации студентов (бакалавров, магистрантов) позволяет отследить их профессиональные качества в динамике, от практики к практике.

Исследовательский эксперимент по волновой оптике в уровневой подготовке преподавателей физики А. Рогожникова1,2, К. Г. Никифоров © О.

Приднестровский государственный университет им. Т. Г. Шевченко (Тирасполь, Молдова) Калужский государственный университет им. К. Э. Циолковского (Калуга, Россия) kgn@kspu.kaluga.ru Главная цель новой концепции образования, построенной на компе тентностном подходе, – преодоление разрыва между результатами обучения и требованиями практики. Функциональные задачи (профессиональные компетенции), которые педагог будет реализовывать в своей профессио нальной деятельности, определяют требования к его компетентностям, не обходимым для осуществления образовательного процесса [1].

Одним из наиболее эффективных инструментов формирования про фессиональной компетентности в сфере педагогического образования явля ется исследовательский эксперимент. Его применение на занятиях по физи ке способствует развитию исследовательской компетентности, мышления и творческих способностей будущих бакалавров по профилю «физика (физи ческое образование)» [2].

Нами разработан лабораторный практикум по волновой оптике в ви де исследовательских экспериментов [3]. В него входят работы «Изучение изображающих свойств планарного волновода», «Создание и исследование радужных голограмм Бентона», «Изучение эффекта Тальбота», каждая из которых является небольшим научным исследованием.

Общими целями данного лабораторного практикума являются:

– ознакомление с основными физическими понятиями, лежащими в основе изучаемых оптических явлений и эффектов, с историей их открытия и возможностями практического применения;

– развитие познавательного интереса посредством изучения учебно го материала, умения творческого анализа и организации самостоятельной работы;

– формирование убежденности в ценности научных знаний;

развитие эстетического подхода к изучению Физического мира.

В соответствии с принципами исследовательского обучения, разра ботанные нами лабораторные практикумы (исследовательские эксперимен ты) включают ряд типовых этапов: постановка проблемы;

изучение теории, посвященной данной проблематике;

подбор методик исследования и прак тическое овладение ими;

проведение эксперимента и анализ его результа тов;

формулирование собственных выводов.

Так, целью работы «Изучение изображающих свойств планарного волновода» является экспериментальное исследование процесса передачи изображения через многомодовое волокно. Определяется показатель пре ломления материала волновода и производится расчет его параметров;

из готавливается планарный волновод, рассчитывается оптическая схема вво да–вывода изображения в волновод, экспериментально исследуются харак теристики изображения и разрешающая способность волновода.

Выбор темы работы «Создание и исследование радужных голограмм Бентона» обусловлен широким использованием голограмм как принципи ально нового средства хранения, обработки и представления информации.

Формулируется задача экспериментального исследования процесса записи голограммы одноступенчатым методом и восстановления изображения бе лым светом. Анализируются виды голограмм, преимущества и недостатки различных методов голографической записи, исследуется запись гологра фического изображения при различных положениях базовых элементов оптической схемы.

Остановимся более подробно на работе «Изучение эффекта Тальбо та». Эффект Тальбота – ярко демонстрирующий волновую природу света эффект саморепродукции периодического объекта – после создания лазеров стал предметом интенсивного изучения [4]. Эффект состоит в том, что изображение периодического объекта, освещенного монохроматической плоской волной, самовоспроизводится на некотором расстоянии от объекта без помощи каких-либо оптических систем. Возникновение изображения затем периодически повторяется – саморепродуцируется – по пути распро странения фронта волн.

Перед началом эксперимента перед студентами ставится задача: про анализировать литературные данные о природе и характеристиках эффекта Тальбота, о способах его визуализации, о возможностях его практического применения;

экспериментально исследовать процесс саморепродукции на периодических объектах. Метод наблюдения эффекта Тальбота студенты выбирают после изучения научной литературы.

В практическую часть данной работы входит: изготовление шаблонов периодических объектов;

расчет и монтаж оптической схемы для наблюдения эффекта Тальбота с использованием гелий-неонового лазера;

расчет расстоя ний, на которых возможно наблюдение плоскостей саморепродукции;

полу чение изображения этих плоскостей на различных расстояниях.

Практикум строится на переходе от одного задания к другому с углублением в физическую сущность изучаемых явлений, что повышает уровень познавательной активности студентов.

Применение исследовательского эксперимента по разделу «Волновая оптика» на занятиях по физике способствует развитию исследовательской деятельности, творческих способностей и мышления учащихся – будущих бакалавров и магистров педагогического образования по профилю «физика (физическое образование)».

Литература 1. Козырев В.А., Радионова Н.Ф., Тряпицына А.П. Компетентностный подход в педагогическом образовании. – СПб: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2005.

2. Рогожникова О.А., Никифоров К.Г. Исследовательское обучение физике в ба калавриате и магистратуре педагогического образования // Вестник Калужского универ ситета. 2011. № 1. С. 82–87.

3. Рогожникова О.А., Никифоров К.Г. Содержательный аспект исследовательско го обучения физике в бакалавриате педагогического образования // Физика в системе современного образования: материалы XI Международной конференции. Волгоград, 19- сентября 2011 г. – Волгоград: Изд-во «Перемена», 2011. – Т. 1. – С. 367-370.

4. Case W.B., Tomandl M., Deachapunya S., Arndt M. Realization of optical carpets in the Talbot and Talbot-Lau configurations // Optics Express. 2009. Vol. 17, № 23. P. 20966– 20974.

Электростатика: старые заблуждения и новые решения © В. А. Саранин Глазовский государственный педагогический институт (Глазов, Россия) val-sar@yandex.ru Электростатика – классический раздел науки об электричестве. Ка залось бы многолетние исследования в этой области не оставили белых пя тен и нерешенных проблем. Тем не менее, оказалось возможным указать задачи и проблемы, которые либо слабо освещены в широкой научной пе чати либо им дается не совсем правильная трактовка. Приведем некоторые из них.

1. Количественные измерения в электростатике немногочисленны.

В работах [1, 2] для измерения электростатической силы, действующей в системе двух проводящих заряженных шаров, использован электростатиче ский динамометр, представляющий собой заряженный шарик на вращаю щемся стержне (физический маятник) и миллиметровую шкалу. В дальней шем такой динамометр был использован для измерения силы электрическо го изображения в проводящих и диэлектрических пластинах [3, 4].

Рис. 1. Отклонения от закона Кулона (прямая 1), наблюдавшиеся в эксперименте при взаимодействии двух шаров (точки) и теоретический расчет (кривая 2) [1] 2. Оказалось, что такой физический маятник (или висящий на нити заряженный шарик) около вертикальной проводящей пластины можно оха рактеризовать как новый физический объект бистабильный электростати ческий маятник с бифуркационными свойствами: при одном и том же набо ре параметров он может иметь два устойчивых и одно неустойчивое поло жения равновесия, при другом наборе у него вообще может не быть устой чивых положений равновесия [4, 5].

Рис. 2. Фото двух устойчивых положений равновесия электростатического маятника, реализующиеся при одном и том же наборе параметров (напряжение на шарике 15 кВ) [4, 5] 3. В ряде задачников как вузовских, так и школьных в задачах о за рядке или перезарядке при соприкосновении двух проводящих шаров счи q / q R1 / R2, которое на самом деле тается справедливым равенство 1 справедливо лишь на бесконечно большом расстоянии между шарами, либо может быть выполненным для одинаковых шаров. Это же равенство в [6, 7] неправомерно использовалось при объяснении электрического разряда с острия, которое моделировалось соприкасающимися большим и маленьким шарами. В работах [4, 8] указаны правильные подходы к решению соответ ствующих задач.

4. Считается, например, что притяжение одноименно заряженных тел это некое редкое исключение, как правило, такие тела отталкиваются.

Однако проведенные исследования, результаты которых изложены в [1, 4], показали, что для проводящих тел (например, шаров или сфер) это неспра ведливо: во всей области параметров (отношение радиусов шаров и отно шение их зарядов) лишь относительно узкая область соответствует отталки ванию, тогда как в обширной области параметров на близких расстояниях возможно притяжение одноименно заряженных шаров.

5. Заряженная частица внутри плоского конденсатора часто заме няется точечным зарядом. Оказывается такое приближение в некоторых случаях принципиально неприменимо. Эти случаи установлены в работе [4].

6. В системе двух проводящих одноименно заряженных шаров напряженность поля на одном из их ближайших полюсов (например, на полюсе первого шара) может претерпевать реверс – то есть у положительно заряженного шара напряженность поля у его поверхности будет направлена внутрь шара. Но самое интересное, что при этом по величине она может превосходить величину напряженности на ближайшем полюсе второго ша ра [4].

7. Во многих книгах по физике указывается напряженность поля, необходимая для электрического (искрового) пробоя сухого воздуха при нормальных условиях в системе плоских электродов в 30 кВ/см. Однако, как показано, например, в работе [9] (см. также [4]) пробой может наступать уже при 26 кВ/см.

Литература 1. Саранин В.А. Теоретические и экспериментальные исследования взаимодей ствия двух проводящих заряженных шаров / В.А. Саранин, В.В. Майер // УФН. – 2010. – Т. 180, N 10. – С. 1109–1117.

2. Майер В.В. Учебное исследование электростатического взаимодействия как средство развития экспериментальных умений студентов / В. В Майер, В.А. Саранин, Е.И.

Вараксина, А.Б. Федоров // Физическое образование в вузах. – 2011. – Т. 17, № 2. – С. 123– 135.

3. Саранин В.А. Экспериментальное и теоретическое исследование электриче ских изображений в различных системах / В.А. Саранин, А.Б. Федоров // Физическое об разование в вузах. – 2011. – Т. 17, № 2. – С. 23–29.

4. Саранин В. А. Метод электрических изображений в задачах и экспериментах:

монография / В.А. Саранин. – Изд. 2-е, испр. и доп. – М.-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2012. – 128 с.

5. Саранин В.А. Электростатические осцилляторы / В.А. Саранин // УФН. – 2012. – Т. 182, N 7. – С. 749–758.

6. Фейнман Р. Фейнмановские лекции по физике. Т. 5. Электричество и магне тизм / Р.Фейнман, Р. Лейтон, М. Сэндс. – М.: Мир, 1977. – С. 131.

7. Суорц Кл. Э. Необыкновенная физика обыкновенных явлений. Т. 2 / Кл. Э.

Суорц. – М.: Наука, 1987. – С. 173.

8. Саранин В. А. К задаче об электрической зарядке двух шаров при их сопри косновении / В.А. Саранин, О.Е. Данилов // Физическое образование в вузах. – 2008. – Т.

14, № 4. – С. 20–25.

9. Саранин В.А. Напряженность электрического поля заряженных проводящих шаров и пробой воздушного промежутка между ними / В.А. Саранин // УФН. – 2002. – Т.

172, N 12. – С. 1449–1454.

Экспериментальная авторская программа по электрорадиотехнике при подготовке бакалавров педагогического образования (профиль «физика») © В. Д. Сёмаш Московский педагогический государственный университет (Москва, Россия) witold44@mail.ru Данная программа разработана в МПГУ в ответ на вызовы нашего времени: полный переход на двухуровневую систему высшего профессио нального образования на фоне бурного развития цифровых средств связи и технологий.

Ее экспериментальный характер обусловлен новым подходом к по рядку изложения изучаемого материала и его распределения по видам учебной деятельности.

Временно сохранено традиционное (пусть и не очень удачное) название дисциплины – «Электрорадиотехника». Материал сгруппирован в пять разделов: 1. Основы электротехники, 2. Общие вопросы преобразова ния электрических сигналов, 3. Радиотехника аналоговых сигналов, 4. Циф ровая радиоэлектроника, 5. Приборы твердотельной электроники и науко емкие технологии.

Такой набор изучаемых вопросов представляет собой сочетание тра диционных для подготовки учителей физики дисциплин «Электротехника»

и «Радиотехника» и разработанной в РГПУ им А.И. Герцена для бакалавров педобразования дисциплиной «Физическая электроника».

При разработке программы мы отказались от традиционного для технических вузов группирования материала, когда сначала изучаются все электронные приборы, потом все усилители, все генераторы и т.д., а ис пользовали методический прием, когда изучение тех или иных устройств осуществляется по «мере необходимости». Например, полупроводниковые диоды и тиристоры рассматриваются уже в первом разделе, транзисторы – во втором. А вот изучение других твердотельных приборов, например, дио дов Шоттки, гетеропереходов и т.п., рассматриваются в отдельном разделе.

Другой пример: генераторы гармонических колебаний изучаются в связи с необходимостью получения колебаний несущей частоты, а первое знаком ство с генераторами негармонических колебаний происходит при обсужде нии темы «развертывающие устройства в телевидении».

В данном сообщении нет возможности привести содержательную часть программы целиком. Поэтому ограничимся перечнем «нововведений».

В первом разделе наряду с традиционным изучением устройств по лучения, передачи и использования электрической энергии особое внима ние уделено вопросам электробезопасности и энергосберегающих техноло гий. В перечень электродвигателей добавлены шаговые и инверторные. Ра бота выпрямителей рассматривается чисто феноменологически при помощи графоаналитического анализа вольтамперных характеристик диодов и нагрузки. Но уже здесь вводится понятие рабочего участка и выбора режи ма работы диода для выпрямления переменного и стабилизации постоянно го напряжений. В то же время обсуждение спектра напряжения после его выпрямления и расчет параметров фильтров перенесены во второй раздел, как пример нелинейного преобразования и применения линейных пассив ных цепей.

Во втором разделе вводится понятие спектрального состава сигна лов, обсуждаются основные виды преобразования сигналов – линейные и нелинейные, характеристики линейных цепей и деление цепей на пассив ные и активные. Там же изучаются основные типы транзисторов, их пара метры и эквивалентные схемы, возможность работы в линейном и нелиней ном режимах.

Третий раздел является наиболее насыщенным. Вначале рассматри вается одноканальная система передачи информации, например, в телефо нии и проводном радиовещании. Добавлена тема «электроакустика, стерео фония и цветомузыка», что всегда вызывает большой интерес у студентов.

Затем обсуждается проблема многоканальности, обосновывается необходи мость и виды модуляции, рассматриваются устройства генерации гармони ческих сигналов, принципы построения модуляторов и детекторов. Убраны конкретные схемотехнические решения, например, базовая и коллекторная модуляции. Добавлены однополосная модуляция и модуляция с подавлени ем несущей. А далее традиционно – детекторные приемники, приемники прямого усиления и супергетеродинные, но на уровне блок-схем и сравне ния их характеристик. Рассмотрены также приемники прямого преобразо вания сигналов. В теме «телевидение» обсуждаются вопросы построения телевизионных стандартов, особенности приемного тракта и развертываю щих устройств, элементы колориметрии, особенности уплотнения сигналов в различных системах цветного телевидения и построения тракта сигналов цветности системы СЕКАМ, а также кратко устройство цветных кинеско пов. В теме «радиосвязь» рассматриваются особенности использования ра диоволн различных диапазонов, антенные устройства, проведено сравнение помехоустойчивости различных видов модуляции.

Изучение материала четвертого раздела начинается с обсуждения различных видов импульсной модуляции, помехоустойчивости систем им пульсного кодирования, принципов работы аналоговоцифровых и цифро аналоговых преобразований. Вычислительная техника рассматривается как частный случай логических преобразований импульсных сигналов. В тему «устройства ввода и вывода информации» включены принципы действия плазменных и жидкокристаллических панелей, а также сенсорных экранов.

В устройства памяти – магнитная запись, в том числе с использованием эффекта гигантского магнитосопротивления, компакт-диски и флэш память. Обсуждается матричный принцип построения и адресации экранов и схем памяти, а также основные направления повышения быстродействия цифровых устройств.

Наконец, в пятом разделе рассматриваются приборы, не вошедшие в предыдущие разделы: приборы с зарядовой связью, фильтры на поверх ностно-акустических волнах, уже упоминавшиеся диоды Шоттки и гетеро переходы, солнечные элементы, различные типы цифровых логических устройств и т.п. Кратко излагаются технологические основы микро- и наноэлектроники.

Даже в таком кратком изложении впечатляет объем материала, пред лагаемого рассматриваемой программой для изучения. Освоить его, даже на уровне основных принципов работ и идей, можно только при правильном сочетании различных видов учебной деятельности и активной самостоя тельной работы студентов. Мы широко используем «интегрированные»

формы обучения. Это сочетание лекций и выполнения фронтальных лабо раторных работ, защит лабораторных работ и семинаров. Подробней о та ких формах обучения планируется доложить на 13-й Международной учеб но-методической конференции «Современный физический практикум».

Разработанная программа является базовой при подготовке бакалав ров образования по профилю «физика», а также при пятилетнем бакалаври ате по профилям «физика и иностранный язык» и «физика и информатика».

В последнем случае, по-видимому, можно рекомендовать основы микро электроники и вычислительной техники выделить в отдельную дополни тельную дисциплину.

Демонстрационный эксперимент как средство контроля знаний учащихся © М. С. Тагиров, Р. В. Даминов Казанский (Приволжский) федеральный университет (Казань, Россия) Murat.Tagirov@ksu.ru;

rdaminov@nm.ru Характерной особенностью курса физики, выделяющей его среди естественнонаучных дисциплин, является наличие в нем огромного парка средств наглядного обучения, значительную часть которого составляют демонстрационные опыты. Однако реалии таковы, что в большинстве учеб ных заведений физике сегодня учат преимущественно «книжно-меловым»

способом, когда изучаемые опытные физические явления и факты учащим ся представляются не в реально осязаемых опытах, а в виде текстов и ри сунков на страницах учебников и задачников, либо в изложениях препода вателя на аудиторной доске. Проблему экспериментального обеспечения не решают и интенсивно внедряемые в учебный процесс разнообразные муль тимедийные средства. Компьютеры вкупе с проекторами, интерактивными досками и другими «умными» и полезными гаджетами все же не являются эквивалентной заменой реально осязаемым физическим приборам и наблю даемым с их помощью физическим явлениям. Поэтому наращивание арсе нала средств наглядного обучения, разработка новых методик и технологий обучения естественнонаучным дисциплинам вообще и физике, в частности, - одна из актуальных задач как радеющего за свою профессию преподавате ля, так и всего педагогического сообщества.

Среди используемых форм обучения физике и форм контроля физи ческих знаний, пожалуй, наиболее эффективной педагоги сегодня признают решение учебных задач, поскольку при этом обучаемый показывает не только приобретенные им знания, но и умение творчески применить эти знания в конкретике представленной в задаче ситуации. Поэтому организа ция в ученическом коллективе обстановки творческого вдохновения, в ко торой реализуется и развивается творческий потенциал каждого обучаемо го, - вот та цель которую педагог должен ставить, собираясь на занятие.

В этом отношении курс физики существенно выигрывает у других естественнонаучных дисциплин, поскольку обладает мощным средством активации первичного, чувственного этапа познания через наблюдение ре зультатов учебно-демонстрационных опытов (экспериментов). Современная методика обучения физике рассматривает демонстрационные опыты пре имущественно в качестве наглядных иллюстраций изучаемых объектов:

фундаментальных физических законов, применений явлений физики на практике, действующих на физических принципах машин и механизмов и прочих физических аспектов. Результат же эксперимента призван убедить учащихся в реальности существования изучаемого ими объекта, причем сами учащиеся при этом являются лишь пассивными наблюдателями де монстрируемых им эффектов.

Однако дидактический потенциал демонстрационных эксперимен тов, существенно глубже и обширнее и может быть использован для дости жения иных методических целей. Чуть более десяти лет назад авторами была предложена концепция так называемого демонстрационного колло квиума – своеобразной формы занятий с группой учащихся, позволяющей преподавателю не только создать в аудитории атмосферу творческого учеб ного процесса, необходимую для успешного решения учебных задач, но еще осуществить при этом тотальный контроль использования приобретен ных учащимися знаний и умений.

Сама идея такого использования демонстрационных опытов в учеб ном процессе не нова и применяется, например, в качестве средства органи зации на занятиях проблемных ситуаций, когда изложение новой темы кур са физики предваряется демонстрацией связанного с этой темой явления.

Объяснение же наблюденного эффекта преподаватель предлагает сделать самим учащимся. Известен также опыт использования физических демон страций в качестве экспериментальных задач на разного уровня олимпиадах и конкурсах.

Технология проведения демонстрационного коллоквиума такова. В начале занятия, завершающего изучение очередного раздела курса физики, учащимся демонстрируют до десяти заранее приготовленных эксперимен тов по темам этого раздела. Отобранные для коллоквиума эксперименты должны отличаться необычностью и занимательностью производимого эф фекта, быть динамичными и привлекательными, а их результат должен быть нетривиальным и, по возможности, неожиданным. При этом физиче ские и технические принципы, на которых основываются демонстрируемые эффекты, не должны «лежать на поверхности», а быть «закамуфлирован ными» и неочевидными. Наконец, есть еще одно обязательное условие – данной группе учащихся эксперименты демонстрируются впервые.

Все комментарии преподавателя по поводу экспериментов касаются лишь конструкций экспериментальных установок и манипуляций с ними.

Демонстрация каждого последующего эксперимента завершается вопросом типа: «Почему вращается диск?», «Почему тонет модель?», «Почему изме няется цвет пленки?» и т.п. По окончании демонстрации, длящейся до 20 минут, учащимся предлагается в течение последующего часа решить продемонстрированные им экспериментальные задачи и дать на них раз вернутые ответы.

Ответы должны быть индивидуальными, выполнены в письменной форме и содержать ссылки на известные учащимся физические принципы и закономерности, которыми обусловлены результаты экспериментов. Более того, с целью упорядочения ответов и объективности последующей их оценки преподавателем, эти ответы предлагается написать в виде одной фразы, подобно тому, как принято описывать суть технических решений в патентах, в части, называемой формулой изобретения. Данное требование направлено на выработку у учащихся навыка к четкости, лаконичности и при этом достаточной емкости изложения своих догадок и мыслей об увиденном.

В поисках ответов учащиеся могут свободно пользоваться принесен ными с собой на коллоквиум учебниками и справочниками, а также исполь зовать возможности беспроводного Интернета. Более того, каждый уча щийся может по завершении демонстрации подойти к столу с эксперимен тальными установками и рассмотреть их вблизи, потрогать интересующие его детали и самостоятельно (или с помощью преподавателя) повторить представленные ранее эксперименты. Собранные в конце занятия письмен ные ответы затем анализируются и оцениваются преподавателем в зависи мости от их полноты и правильности. Поскольку уровень сложности реше ния разных задач различен, то и максимальные оценки, проставляемые за их правильные решения, могут отличаться.

Имея многолетнюю практику проведения демонстрационных колло квиумов в Казанском федеральном университете для студентов разных спе циальностей, а также для учащихся старших классов общеобразовательной школы, авторы убеждены, что данный вид занятий является не только эф фективным механизмом промежуточного контроля знаний учащихся, но и эффективным средством мотивации их к изучению физики. В порядке раз вития данной методики, наряду с дальнейшим экстенсивным наращиванием парка качественных экспериментальных задач, разрабатываются и внедря ются в учебный процесс еще и количественные экспериментальные задачи.

В процессе решения таких задач учащиеся должны не только качественно объяснить наблюдаемые эффекты, соотнеся их с известными физическими закономерностями, но дать при этом еще и требуемые количественные оценки, например, определить коэффициент трения, вычислить показатель преломления и т.п., как это принято при решении учебных текстовых задач.

Кинематические секреты старинных игр. Городки © Е. М. Тетелева, С. Р. Богданов Карельская государственная педагогическая академия (Петрозаводск, Россия) katerina_teteleva@sampo.ru;

sergey.r.bogdanov@mail.ru Развитие системно-деятельностного и компетентностного подходов обычно увязывается с внедрением и использованием новых педагогических технологий. При этом гораздо меньше внимания уделяется другой стороне вопроса – отбору нового содержательного материала, «заточенного» под использование этих технологий. Между тем, именно этот материал во мно гом определяет мотивационный потенциал новых подходов;

его источни ком могут служить, например, актуальные социально значимые естествен нонаучные проблемы или факты и явления, хорошо известные учащимся из повседневной жизни. Должным образом дидактически переработанный, этот материал может составить основу учебных модулей, включающих множество открытых задач, ориентированных на проектную учебно-исследовательскую деятельность учащихся, индивидуальную или в малых группах.

Особенного внимания заслуживают такие из этих модулей, которые связаны с объектами и явлениями естественного окружения. Часть занятий при этом может быть организована вне стен класса, на открытом воздухе, и это также – весьма слабо задействованный в современной российской шко ле ресурс. Важно отметить, что для проведения таких занятий не требуется дополнительное дорогостоящее оборудование, вовсе не обязательно ис пользовать атомный микроскоп, GPS навигатор или iPhone.

Богатым источником содержательного материала для построения подобных модулей могут служить традиционные игры, знакомые большин ству студентов хотя бы по их уличным вариантам. Примером может слу жить старинная игра «Городки», которая может служить не только привле кательным контекстом, но и основой для разработки открытых учебных модулей по некоторым разделам механики.

Один из таких модулей может быть ориентирован на достаточно сложную кинематическую тему «сложение поступательного и вращательно го движений». Здесь изучение движения биты и расчет траектории любой из ее точек может послужить хорошей иллюстрацией использования прин ципа независимости перемещений. Но задача при этом действительно оказы вается весьма открытой и имеющей много вариантов постановки и решения.

Так, в простейшем (но на практике – экзотическом) случае «кистево го» броска указанная траектория представляет собой циклоиду. В действи тельности техника броска, схематически представленная на рис. 1, гораздо более сложна и индивидуальна. В то же время при всем многообразии ее вариантов всегда оказываются задействованными также локтевой и плече вой суставы. Соответственно, более реальная постановка задачи предпола гает учет вращения относительно этих двух дополнительных осей.

Соответствующие несложные расчеты позволяют более точно пред ставить закон движения произвольной точки А биты:

(1) Здесь l, 2R, r – расстояние до эффективной оси вращения, длина би ты и расстояние от точки A до центра C биты соответственно.

x 2R пле предпле чо C би- y r чье та Рис. Формулы (1) позволяют построить траекторию произвольной точки биты, а также представить картину ее движения в целом (один из типичных вариан тов представлен на рис. 2).

Рис. Полученные формулы и графики – не конечный результат, но лишь содержательная стартовая точка. Они позволяют не только стать более удачным игроком. На их основе можно сформировать целый пакет расчет ных и экспериментальных индивидуальных заданий, уточняющих и углуб ляющих первоначальные выводы. Этот пакет может включать:

- расчеты оптимальных размеров городошной площадки, включая расстояния до кона и полукона;

- расчеты оптимальных расстояний для удачного броска с кона и по лукона;

- изучение движения неоднородной биты и влияние смещения поло жения центра масс на ее траекторию;

- выработка рекомендаций по технике броска при работе с любой из 15 городошных фигур;

- расчет минимального размера ворот, которые может проскочить бита, не задев препятствий;

- анализ и обоснование известных городошных «секретов», касаю щихся правил прицеливания, выбора размеров биты и техники броска;

- анализ полета бит необычной формы, например, дугообразной или в форме крестовины.

Приведенный список – далеко не полный. Причем, как показал даже первый опыт апробации этого учебного модуля, некоторые предложения по его продолжению и уточнению были сформулированы самими студентами в процессе работы над индивидуальными заданиями.

Учебная модель специализации студентов в предметной области при освоении физики © Д. С. Ханин, С. Д. Ханин Российский государственный педагогический университет им. А. И. Герцена (Россия, Санкт-Петербург) sinklit@mail.ru В работе, доложенной авторами на предыдущей конференции, была развита аргументация в пользу специализации будущих учителей физики в определенной предметной области и намечены подходы к ее осуществле нию [1]. В настоящей работе предлагается и обосновывается модель специ ализации студентов в процессе обучения физике.

Ведущими идеями, определившими построение и содержание пред ставляемой модели, явились следующие.

1. Специализация студентов в определенной предметной области вы ступает как цель учебной деятельности и как ее средство, способствующее мотивации обучающихся к физическому образованию, формированию у них более глубоких знаний, освоению методов получения (добывания) зна ний, приобретению опыта применения знаний и умений в проблемных си туациях, развитию познавательной самостоятельности.

2. Специализация студентов – процесс, осуществляемый в течение длительного времени (в идеале, на протяжении всего учебного процесса) согласованно с целевыми установками физического образования и развити ем познавательных возможностей обучающихся на различных его этапах, обеспечивающий в своем развертывании необходимую динамику познава тельной деятельности и ее продуктивность.

3. В основу построения процесса специализации студентов в пред метной области должен быть положен деятельностный подход, предпола гающий поэтапное освоение необходимых знаний, методов их получения, опыта практического применения полученных знаний.

4. Деятельность обучающихся во всех ее видах и на всех этапах про цесса специализации детерминируется решаемой проблемой, а системооб разующим фактором деятельности является направленность на результат, выступающий как ее мотив и ценность.

5. Содержательное и технологическое обеспечение реализации моде ли специализации должно отвечать требованиям предметного формирова ния методологической культуры в ее современной форме, универсальных исследовательских умений, опыта организации собственной и коллективной поисково-познавательной деятельности.

Будучи средством подготовки к самостоятельной творческой дея тельности, реализуемая в соответствии с предлагаемой моделью специали зация в учебном процессе имеет отличия от специализации в профессио нальной среде после окончания вуза. Если в последней учебная, научная и проектная деятельность осуществляются параллельно, практически едино временно, базируясь на соответствующих стартовых возможностях подго товленного специалиста, то в процессе обучения эти виды деятельности осуществляются во времени последовательно так, что на младшей ступени вузовского обучения студент овладевает, главным образом, необходимыми понятиями и представлениями, подходами к получению знаний, а их при менение в научной и практико-ориентированной деятельности относится преимущественно на старшую ступень обучения – в настоящее время на старшие курсы бакалавриата и магистратуру.

Если информационной основой специализации после окончания вуза являются, главным образом, оригинальные материалы, отражающие пред шествующий опыт в изучаемой области и смежных с ней областях деятель ности, то процесс специализации в обучении, наряду с использованием ори гинальных источников, с необходимостью требует дидактически преобра зованных материалов, создания специальных методических разработок.

Важное место здесь занимают проблемные задачи [2, 3], решение которых представляет определенные трудности (теоретические и/или практические), требует исследовательского подхода и приводит обучающихся к освоению новых для них, значимых для изучаемой области знаний и способов дея тельности.

На первом этапе процесса специализации посредством решения про блемных задач (их циклов) могут формироваться базовые понятия и пред ставления, на втором этапе – знания об аналитических возможностях экспе риментальных методов исследования, умения выбора, при необходимости построения и анализа физических и математических моделей, на третьем этапе – опыт соотнесения фундаментальных знаний и умений с запросами науки и практики, конструктивного воплощения принимаемых решений. В качестве проблемных задач, в зависимости от преследуемых целей, могут выступать качественные, расчетные, экспериментальные (решаемые по средством натурного и/или вычислительного эксперимента) задачи. Наряду с основной, связанной собственно со специализацией студентов в опреде ленной предметной области функций, решение таких задач существенно расширяет познавательный опыт обучающихся. Если в учебном процессе они сталкиваются главным образом с задачами, которые можно решить как нужно в дидактических целях, то здесь они приобретают опыт решения актуальных задач, которые решить нужно в практических целях, как можно – с использованием самостоятельно выбранных, адекватных поставленной задаче подходов и методов.

Предлагаемая учебная модель специализации, как представляется авторам, применима при обучении студентов в вузах разных направлений.

Отвечая по своему предметному содержанию направлениям научной рабо ты в вузе, реализация в соответствии с предлагаемой моделью специализа ции студентов на уровне физического образования в технических вузах мо жет способствовать снятию известной оппозиционности специальных ка федр по отношению к общефизическим. В классических университетах (как и в технических) реализация модели может способствовать развитию си стемы подготовки профессиональных исследователей.

Не менее важна роль специализации как средства исследовательско го обучения и при подготовке педагогических кадров, что определяется рядом причин. Во-первых, присущим педагогической деятельности творче ским характером, готовность к чему наилучшим образом формируется в процессе исследований. Во-вторых, востребованностью исследовательской подготовки педагога в силу направленности образования на освоение уча щимися методов и методологии исследовательской деятельности. В третьих, выработкой в процессе исследовательской деятельности ключевых для профессиональной деятельности педагога качеств: потребности к не прерывному самообразованию, индивидуального когнитивного стиля, кри тически-рефлексивного мышления, инициативности, способности к нестан дартным решениям, организации коллективного творчества. Наконец, от крывающимися возможностями обеспечения конкурентоспособности педа гога в научных исследованиях в предметной области, где, как показывает исторический опыт, ему под силу самые высокие достижения (достаточно сказать, что базовым педагогическое образование было у А. Эйнштейна и Д.И. Менделеева). Существенное значение имеет тот факт, что специализа ция будущих учителей, осуществляемая в соответствии с предлагаемой мо делью, отвечает задаче их целостной исследовательской подготовки [4].

Важно отметить, что приобретение студентами в процессе специализации глубоких знаний в определенной предметной области может позволить ис пользовать последнюю как базовую при освоении методики и технологий обучения физике, выработке индивидуального стиля преподавания и соб ственных педагогических инноваций.


Литература 1. Ханин Д.С., Ханин С.Д. Специализация студентов в проблемном поле пред метного материала при подготовке педагогических кадров по физике // Физика в системе современного образования (ФССО-11): материалы XI Междунар. конф. Волгоград, 2011.

Т. 1. С. 384–387.

2. Бордовский Г.А., Ханин Д.С. Формирование основных понятий и представле ний физики конденсированного состояния вещества в задачах и примерах общего курса физики // Физика в системе современного образования (ФССО-03): материалы 7-ой Меж дунар. конф. СПб, 2003. Т. 1. С. 37–39.

3. Ханин Д.С., Хинич И.И. Циклы задач оценочного характера при обучении физике диэлектриков и полупроводников в педагогическом вузе // Известия Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена: Научный журнал:

Естественные и точные науки: Физика.- СПб., 2009. № 11(79). С. 144–153.

4. Хинич И.И. Научно-методическое обеспечение целостности и продуктивно сти в исследовательском обучении физике при подготовке педагогических кадров: Моно графия. – СПб.: Санкт-Петербург XXI век, 2009. – 231с.

Экспериментальное решение задач при специализации студентов в предметной области © Д. С. Ханин Российский государственный педагогический университет им. А. И. Герцена (Россия, Санкт-Петербург) sinklit@mail.ru Как отмечалось в работах [1, 2], эффективным средством специали зации студентов в определенной предметной области, отвечающим пресле дуемым специализацией целям, является решение проблемных задач. Од ним из основных типов таких задач являются задачи, требующие экспери ментального решения [3].

В части интеллектуального развития личности будем исходить из определения данного одним из основоположников отечественной психоло гии С.Л. Рубинштейном: «Ядро же собственно интеллекта, составляет спо собность выделить в ситуации её существенные для действия свойства в их связях и отношениях и привести своё поведение в соответствие с ними».

Тем самым СЛ. Рубинштейн подчеркивает, что формами проявления интел лекта являются и мыслительный процесс, и предметная деятельность. От сюда следует, что поисковую экспериментальную деятельность следует рассматривать как функционирование интеллекта.

Сказанное подтверждается проведённым в работе анализом задей ствованности на различных этапах экспериментального решения проблем поисково-исследовательской деятельности составляющих основу интеллек та мыслительных операций: анализа, синтеза, обобщения, абстрагирования, переноса сравнения.

Процесс экспериментального решения проблемы с необходимостью включает в себя значимые для развития интеллекта действия, в том числе:

анализ проблемной ситуации;

формирование центральной идеи (замысла, принципа, способа) ее решения;

реализацию идеи, достижение результата с помощью найденного метода;

критический анализ полученного решения и, при необходимости, его коррекцию.

Предметный опыт экспериментального исследования способствует приобретению таких принципиально важных для личности когнитивных качеств как:

целенаправленности;

конструктивности, проявляющейся в планировании содержания и организации;

последовательности в выполнении запланированных действий;

за вершенности, состоящей в результативности действия.

Востребованными оказываются творчество и интуиция, критичность и гибкость мышления;

прививается тяга к исследованию, формируется научный ум.

Реализуя в ходе эксперимента собственный метод, студент чувствует ответственность за результаты эксперимента, практически оценивает каж дое свое действие, гибко реагирует на складывающуюся в эксперименте ситуацию, при необходимости уточняя и даже изменяя выбранную методи ку решения задачи. Все это дает студенту опыт последовательной деятель ности, в которой адекватный путь к цели, как правило, полностью проясня ется лишь тогда, когда цель уже достигнута.

В отношении опыта деятельности будем придерживаться его опреде ления данного И. Я. Лернером в его теории содержания образования. Ха рактеризуя состав содержания, И. Я. Лернер выделяет, наряду со знаниями, опыт осуществления способов деятельности, опыт творческой деятельности и опыт эмоционально-чувственного отношения к окружающему миру. В этой связи отметим, что содержание и процесс экспериментального реше ния проблем научного поиска создаёт важные предпосылки для приобрете ния студентами необходимого опыта, в том числе:

новизну, стимулирующую познавательный интерес и творческую деятельность востребованность нестандартных решений, создающую умственное напряжение, проявляющееся в эмоциональном возбуждении разнообразие способов деятельности, широкий спектр используе мых методов и средств, системность в осуществлении деятельности, ре зультативность (продуктивность) деятельности Будучи преимущественно самостоятельным, экспериментальное ре шение проблемных задач даёт обучающимся опыт овладения методами и средствами поисково-исследовательской деятельности, направленной на получение новых (во всяком случае, субъективно), значимых для науки и практики знаний, и, таким образом, реализации компетентностного подхода в обучении.

Возвращаясь к методике освоения обучающимися проблематики фи зики конденсированного состояния [1, 3], которая, в силу своей распростра ненности, является вероятной областью предметной специализации, отме тим, что она предоставляет широкий спектр задач, требующих своего экс периментального решения. К основным задачам и преследуемым их реше нием целям относятся следующие:

1. Характеризация объекта исследования, направленная на установ ление строения объекта (элементного, химического, фазового составов, атомной и электронной структуры) в зависимости от условий формирова ния, свойств материалов, в том числе, интересных для практики функцио нальных свойств, параметров, техническую диагностику (оценку качества и надёжности).

2. Установление поведения структуры и свойств объекта в зависи мости от внешних условий, направленное на накопление фактологического материала, подлежащего дальнейшему анализу, и позволяющее выявить интересные для науки и практики эффекты.

3. Установление взаимосвязи структуры и свойств изучаемого объ екта, направленное на выявление структурно-чувствительных свойств объ ектов, развитие представлений об их природе, разработку методов необхо димого изменения свойств, в том числе улучшение существующих и дости жение новых функциональных свойств физических материалов, разработку физических методов их диагностики.

4. Установление физических процессов, ответственных за свойства изучаемого объекта (механизмов протекающих в них явлений), направлен ное на развитие его физики и расширение возможности получения материа лов и структур с заданными свойствами.

Важно отметить, что указанные задачи образуют систему. Так, уста новление физических процессов, отвечающих за структурно чувствительные свойства изучаемого объекта требуют его характеризации и знания определённых закономерностей и, наоборот, наличие обоснованных представлений о механизмах физических явлений способствует расшире нию возможностей экспериментальной характеризации и проливает свет на полученные закономерности. Обладая системным качеством, каждая из отмеченных задач, таким образом, может представлять предмет эффектив ного в рассматриваемом аспекте учебного и научного экспериментального исследования в процессе специализации обучающегося.

Литература 1. Ханин Д.С., Ханин С.Д. Специализация студентов в проблемном поле пред метного материала при подготовке педагогических кадров по физике // Физика в системе современного образования (ФССО-11): материалы XI Междунар. конф. Волгоград, 2011.

Т. 1. С. 384–387.

2. Ханин Д.С., Ханин С.Д. Учебная модель специализации студентов в предмет ной области при освоении физики // Физика в системе современного образования (ФССО 13): материалы XII Междунар. конф. Петрозаводск, 2013.

Сидоров И.В., Ханин Д.С. Развитие познавательных возможностей студентов по средством освоения методов экспериментального решения задач // Физика в системе современного образования (ФССО-11): материалы XI Междунар. конф. Волгоград, 2011.

Т. 1. С. 373–375.

Вариативный подход в организации лабораторного практикума по физике в педвузе © И. И. Худякова, О. В. Чистякова Российский государственный педагогический университет им. А. И. Герцена (Санкт-Петербург, Россия) ii-x@yandex.ru Познание природы начинается с эксперимента [П. Л. Капица. Экспе римент, теория, практика. М. Наука. 1977. С. 353]. Начиная с 60-ых годов прошлого столетия, в нашей стране при обучении физике в школах и вузах большое внимание уделялось использованию физического эксперимента. В очень многих школах в разных городах страны имелись хорошо оборудо ванные физические кабинеты, в вузах на кафедрах общей физики на одном из первых мест стояло совершенствование демонстрационного и лабора торного эксперимента. Особенно большое внимание уделялось физическо му эксперименту на физических факультетах университетов и педагогиче ских вузов. Таким образом, был накоплен большой опыт в организации проведения лабораторных занятий со студентами в курсе общей физики.

Ранее на одно занятие в лабораторном практикуме по физике в педвузе отводилось 3–4 часа. По новому ФГОС для разных циклов и направлений на лабораторный практикум отводится различное число часов, которое варьируется в широком диапазоне (от 4 до 1 часа в неделю). Возни кает вопрос, как наиболее рационально использовать весь имеющийся в наличии хорошо апробированный физический эксперимент и как состав лять методическое обеспечение лабораторного практикума. Мы считаем, что для студентов физических специальностей нельзя сводить лаборатор ный эксперимент к фронтальному выполнению всеми студентами одинако вого лабораторного задания, полезен метод вариативных заданий, который позволяет использовать более полно материальную базу учебной лаборато рии, учитывать число часов, выделяемых на дисциплину по конкретному циклу, и индивидуальные особенности студента.


В соответствии с вышеизложенным нами разработано методическое пособие по организации и проведению лабораторных работ по волновой оптике. Это пособие включает 6 лабораторных работ по волновой оптике:

«Дисперсия света», «Поляризация света», «Интерференция света», «Интер ферометры», «Дифракция света«, «Дифракционная решетка».

Для обеспечения возможности продуктивной самостоятельной рабо ты студентов каждая лабораторная работа содержит достаточно обширные сведения из теории, библиографический список и перечень заданий, вклю чающих как демонстрационный, так и расчетный эксперимент, кроме того все работы снабжены тестами для получения допуска к выполнению лабо раторной работы.

Перед выполнением лабораторной работы студент дома или в часы самоподготовки в лаборатории знакомится с методическими указаниями, оформляет конспект с перечнем возможных заданий, соответствующих ри сунков и рабочих формул. На занятии получает тест для сдачи допуска к выполнению работы. Один из тестов к лабораторной работе по волновой оптике по теме «Интерференция света» в качестве примера приведен ниже.

Тест 9-1.

I. В задании к опыту «кольца Ньютона» используется формула D2 D k m. Что в этой формуле обозначено буквами (1) Dk и Dm, 4R k m (2) R, (3) (k-m)? Выберите правильный ответ: (предлагаются варианты воз можных ответов) II. Изменится ли, как и почему изменится интерференционная карти на в опыте Юнга, если (4) увеличить расстояние между щелями, играющи ми роль когерентных источников света, (5) отодвинуть экран от источника света, (6) увеличить степень монохроматичности излучения, (7) зеленый фильтр заменить красным, (8) увеличить ширину первой щели?

Составить ответ из двух частей, используя предложенные ниже ва рианты.

А) Интерференционная кар- а) уменьшается простран тина расширится ственная когерентность из Б) Интерференционная карти- лучения на сожмется б) увеличивается длина цуга В) Уменьшится количество волн, значение которой наблюдаемых порядков ин- определяет предельную оп терференции, интерференци- тическую разность хода ин так как онная картина может полно- терферирующих лучей стью исчезнуть в) уменьшится ширина ин Г) Увеличится количество терференционной полосы наблюдаемых порядков ин- г) не зависит от рассматрива терференции емых выше условий Д) Интерференционная кар- д) увеличивается ширина тина не изменится интерференционной полосы После сдачи теста студент получает от преподавателя номера зада ний, которые надо выполнить. Число и сложность заданий определяются преподавателем в соответствии с отведенным по программе числом часов на дисциплину и уровнем подготовки студента.

Так, в лабораторной работе «Интерференция света» представлено заданий, из них 5 носят демонстрационный характер:

1. Продемонстрировать на экране интерференцию света с помощью бипризмы Френеля.

2. На оптической скамье, снабженной окулярным микрометром, по интерференционной картине, полученной с помощью бипризмы Френеля, измерить длину волны зеленого света.

3. Используя He-Ne – лазер ( = 0.63 мкм) и тест-объект в виде стеклянной подложки с зеркальным непрозрачным покрытием и с выпол ненными по специальной фотолитографической технологии двойными штрихами (рис. 9), продемонстрировать интерференцию света от двух ще лей (Опыт Юнга).

4. Получить интерференционную картину от двух щелей с наименьшим расстоянием d (ряд А, № 1) и с наибольшим d (ряд А, № 36).

Измерить в обеих картинах ширину интерференционной полосы b. По фор муле (25) найти расстояние d между щелями.

5. Продемонстрировать аудитории интерференционный опыт Поля с пластинкой слюды. В качестве источника света использовать ртутную лампу.

6. Продемонстрировать большую временную когерентность лазер ного излучения на примере интерференции лучей сферической волны, от раженных от толстой плоскопараллельной пластинки.

7. Используя комбинацию плоскопараллельной пластинки и линзы (из школьного набора), продемонстрировать на школьной оптической ска мье кольца Ньютона в проходящем и отраженном свете. Объяснить наблю даемое различие картин.

8. Определить по кольцам Ньютона радиус кривизны линзы. В за дании «кольца Ньютона», получаемые с помощью микроскопа, фокусиру ются на матрицу Веб-камеры, подключенной к компьютеру.

Демонстрационный эксперимент введен для того чтобы при выпол нении лабораторной работы больше внимания уделялось пониманию физи ческой природы и закономерностей исследуемого явления природы, а также приобретались полезные для будущего физика (учителя физики) умения и навыки. В частности, при выполнении демонстрационного интерференци онного эксперимента обращается внимание на условия наблюдения интер ференционной картины, зависимости качества картины от степени моно хроматичности излучения (временной когерентности), от размеров источ ника (пространственной когерентности), от соотношения интенсивности интерферирующих лучей.

Из перечня предлагаемых заданий не сложно выбрать подходящую комбинацию заданий, которую заинтересованный в получении знаний сту дент может выполнить в течение 2-ух часового занятия.

Следует заметить, что, к сожалению, в большинстве своем студенты начальных курсов не умеют рационально использовать отведенное им на выполнение лабораторной работы время. Занятие надо организовывать так, чтобы студент после выполнения необходимых измерений сосчитал конеч ный результат, оценил вместе с преподавателем или лаборантом степень его надежности и при необходимости уточнил результаты некоторых прямых измерений. Желательно приучить студента результаты измерений сразу записывать в таблицу в рабочей тетради, лучше карандашом, чтобы при исправлении ошибок было меньше «грязи».

Оптические иллюзии, как объект изучения в курсе истории физики © А. А. Чернышова, В. А. Ильин Московский педагогический государственный университет (Москва, Россия) minjar@mail.ru В жизни мы часто встречаемся с ошибками зрения, называемыми оптическими иллюзиями. Их существование невозможно адекватно объяс нить без знаний свойств света, законов его распространения и понимания устройства глаза, как физического прибора. Другими словами, знания физи ки необходимы для объяснения таких явлений наряду со знаниями психоло гии и физиологии зрения.

Оптические иллюзии целесообразно разделить на три категории. Ил люзии первого рода связаны с несовершенствами глаза: аберрациями, даль тонизмом, близорукостью, дальнозоркостью и астигматизмом. Иллюзии второго рода зависят от оптических свойств среды (в основном, воздуха).

Наконец, третий род - намеренно созданные иллюзии (от неправильных восприятий геометрических размеров предмета до иллюзии трехмерного изображения);

чаще всего они встречаются в изобразительном искусстве.

Рассказ об оптических иллюзиях, на наш взгляд, целесообразно включить в курс истории физики в раздел, где излагается история оптики, либо как специальный курс. Учитывая связь оптических иллюзий с пробле мами изобразительного искусства и архитектуры, эта тема хорошо совпада ет с гуманитарной частью истории физики.

Изучение оптических иллюзий следует начать с краткого обзора фи зики зрения, истории изучения глаза и его функционирования. В этой части необходимо сказать о аберрациях (сферической и хроматической) и изуче нии этих явлений. Иллюстративным материалом могут служить иллюзии первого рода, например иррадиация (рис. 1) (белые фигуры на черном фоне кажутся увеличенными по сравнению со своими настоящими размерами и, как бы, захватывают часть темного фона), которая возникает из-за прису щей хрусталику, как линзе, сферической аберрации.

Зрение – главный поставщик информации об окружающем мире.

Первые работы в этом направлении восходят к ученым античности (Евклиду, Архимеду, Аристотелю и др.) [1]. В период средневековья (осо бенно на Арабском Востоке) значительно продвинулось изучение особен ностей глаза. Отметим сочинение Абу Али ибн аль-Хайсама (Альхазена) «Сокровище оптики» [2]. Значительная часть сочинения посвящена чуде сам, иллюзиям и галлюцинациям;

она содержит большое количество любо пытных наблюдений.

Рис. Большое влияние на средневековые оптические исследования оказал польский ученый-физик Вителло (Вителлий). В частности, в его трактате приведено «учение о метеорах или атмосферная оптика (описание Солнца, радуги, гало, миражей и других иллюзий второго рода. Эти явления широко изучались.

Например, мерцание звезд объясняется искривлением световых лу чей в потоках холодного и горячего воздуха, а радуга – яркий пример опти ческой иллюзии: мы видим объект, который на самом деле не существует.

Ее возникновение объясняется преломлением лучей во взвешенных в воз духе каплях воды. Первым правильно объяснил радугу великий француз ский ученый Рене Декарт в 1637 году (рис. 2).

Рис. Наиболее интересными нам представляются иллюзии третьего рода, в связи с их многообразием и частым использованием в изобразительном искусстве. В качестве примера удобно привести анаморфоз (умышленно искаженное изображение предмета, которое при известных условиях пре вращается в понятную картину). В эпоху Возрождения художники Италии, ввели анаморфоз в высокое искусство росписи соборов. Для того чтобы увидеть правильное изображение, достаточно было взглянуть на роспись под определенным углом. Существует также анаморфные изображения, которые нужно рассматривать с помощью зеркал разнообразной формы (рис. 3).

При изучении истории оптических иллюзий затрагиваются целый ряд тем геометрической оптики (распространение света в оптических сре дах, построение изображений в линзах, аберрации линз, зеркала с необыч ной кривизной поверхности). Это позволяет, включив лекции об оптических иллюзиях в курс истории физики, продемонстрировать на этом примере этапы становления оптики, а также то, как науки гуманитарного и есте ственнонаучного циклов естественным образом дополняют друг друга.

Рис. На основе сказанного выше создано несколько мультимедийных лекций по истории физики. Следует отметить, что оптические иллюзии в живописи – существенно более широкая тематика, выходящая далеко за рамки анаморфоза. Главное в них – задача построения трехмерного изобра жения из изображения в плоскости. Здесь невозможно обойтись без теории перспективы, которая непосредственно связана с математикой и физикой зрения. Неудивительно также, что художники ХХ века широко использова ли в своих произведениях подходы, основанные на оптических иллюзиях.

Некоторые направления модернистской живописи (например, оп-арт) пол ностью основаны на них. Оп-арт – сокращённый вариант от optical art – оптическое искусство) – художественное течение второй половины ХХ века использующее различные оптические иллюзии, основанные на особенно стях восприятия плоских и пространственных фигур.

Исследования сущности оптических иллюзий и истории их изучения – достаточно актуальные задачи. Это позволяет, с одной стороны, глубоко понять оптические законы, по-новому взглянуть на положения физиологи ческой оптики и оптики атмосферы, а с другой – увидеть, как работают фи зические законы в достаточно далеких от этой науки областях, таких, например, как изобразительное искусство. Полезно также сказать, что та кая тема, как оптические иллюзии, может быть полезна для изучения и про сто интересна не только студентам-физикам, но также и тем, кого интересу ет изобразительное искусство.

Литература 1. Ильин В.А. История физики. М.: «Академия». 2003.

2. Храмов Ю.А. История физики. Киев: «Феникс». 2006.

Простая модель распространения электромагнитной волны © Г. А. Чижов Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова (Москва, Россия) gachizhov@msn.com Современные концепции образования требуют формирования навы ков построения и анализа моделей сложных явлений, являющихся предме том современной физики. К сожалению, в учебной литературе необходи мый материал представлен достаточно скудно, и практически отсутствуют необходимые примеры. Построение простых моделей способствует разви тию творческого потенциала, и во многих случаях существенно снижает требования к математическому аппарату. При этом выводы, получаемые на основе анализа таких моделей, могут далеко выходить за рамки рассмотре ния конкретного процесса.

Иллюстрацией такого подхода может служить пример анализа до статочно сложного явления – распространения электромагнитной волны в длинной линии, связывающий источник – гальванический элемент с ЭДС и нагрузку – резистор с сопротивлением R. Линия образована идеальными параллельными проводниками длиной l, как изображено на рисунке.

При замыкании ключа, расположенного около источника, в линии распространяется с постоянной скоростью V электромагнитная волна, пред ставляющая собой скачкообразное возникновение постоянного электриче ского и магнитного поля за фронтом волны. Свойства этих полей можно описать с помощью закона индукции Фарадея и закона сохранения энергии и импульса. За фронтом волны на проводниках линии накапливаются заря ды, создающие постоянное поле, а текущий по ним ток образует магнитное поле.

b b` c I v B E d R a a` d Рис.

Если емкость проводников всей линии С, а индуктивность - L, то за время t после замыкания ключа фронт волны пройдет расстояние x Vt и на проводниках линии между фронтом волны и источником окажется за x V V C t It. Ток заряда линии I CU, сопро q CU ряд l l l вождается возникновением магнитного поля, а меняющийся магнитный V Ф LI t поток создает в контуре ЭДС индукции l инд Ф LI V LCU V, которая «компенсирует» ЭДС t l l источника инд 0. Отсюда получаем время распространения фрон l та волны от источника к нагрузке LC. Если проводники ли V нии находятся в веществе с диэлектрической и магнитной проницаемостью,, то емкость и индуктивность линии увеличивается, а скорость волны V /.

уменьшается: V A q x q x U Работа батареи переходит в энергию W WL WC A, что приводит к переносу энер возникших полей q x гии волной от источника к нагрузке. Учитывая, что WC, сразу WC для любой конфигурации полей.

же получим WL Если плотность энергии электрического и магнитного полей одина кова и поля занимают одинаковый объем, то они связаны соотношением B 0 0 E. В однородном поле поток вектора магнитной индукции BdVt, а напряжение между пластинами U Ed, поэтому закон индукции Фарадея и закон Ома приводят к соотношению BV E. Вме сте с законом сохранения энергии это приводит к скорости волны в линии V 1/ 0 0 c, независимо от конфигурации полей. Поэтому в ко аксиальной линии скорость волны также равна скорости света.

Волна в линии переносит не только энергию, но и импульс. Опреде лим силы, действующие на проводник длиной d, соединяющий источник с проводниками линии. Он находится в магнитном поле и испытывает дей ствие внутренней силы Ампера F IBd, которая за время t меняет им пульс системы тел (проводники, источник, нагрузка), приводя к движению Ft IBd u t, где М – масса центра масс этой системы со скоростью M M системы тел. Это нарушение закона сохранения импульса системы тел можно исправить, вводя импульс поля волны Р, пропорциональный энергии поля P Mu IBdt qBd qU 0 0 W /c.

Следствием закона сохранения импульса системы тел является тео рема о сохранении положения центра масс. Его перемещение за время t с W x ut / постоянным ускорением равно. За это время вол 2Mc новой фронт переместится на x ct и центр области, занятой полем, сме стится на x /2. Положение центра масс останется неизменным, если предположить, что постоянное поле между проводниками обладает массой m, определяемой условием M x mx /2. Эти рассуждения приводят к mc 2.

предположению о связи энергии поля с массой W Когда фронт волны достигнет резистора нагрузки, в нем возникнет ток, и сила Ампера в нагрузке скомпенсирует действие силы Ампера в ис точнике. При этом ускорение центра масс системы тел обратится в нуль. Но скорость центра масс системы тел и импульс в этот момент не равны нулю.

Чтобы избежать противоречия с законом сохранения механического им пульса, следует признать, что постоянные поля, а не волна в линии, перено сят импульс P Mu W /c от источника к нагрузке.

Положение центра масс системы тел не изменится только в том слу чае, если предположить, что масса резистора нагрузки будет расти пропор IUt A m 2. Таким образом, законы сохранения ционально времени c2 c механики Ньютона будут выполняться, если перенос энергии от источника к нагрузке сопровождается увеличением ее массы, на величину, пропорцио нальную полученной энергии. Энергия может накапливаться в нагрузке в любой форме – теплового движения молекул, химической энергии аккуму лятора, механической энергии тела, приводимого в движение электродвига телем, но увеличение массы нагрузки всегда будет пропорционально накоп ленной энергии. Таким образом, мы приходим к фундаментальному выводу о связи массы тела с его энергией, независимо от ее формы. Этот вывод, полученный при анализе частной задачи, помогает усвоить один из важ нейших результатов теории относительности Эйнштейна.

Напомним, что соотношение между массой и энергией было получе но О. Хевисайдом в 1890 г., т. е. за 15 лет до появления специальной теории относительности.

Литература 1. Болотовский Б. М. Оливер Хевисайд, Москва: Наука, 1985.

Инновационные аспекты преподавания физики и истории физики в педагогическом вузе © Т. А. Ширина, В. А. Ильин Московский педагогический государственный университет shirina_ta@mail.ru;

minjar@mail.ru С начала XXI века в России осуществляется интенсивный процесс модернизации образования. Одним из ведущих направлений реализации государственной образовательной политики является подготовка педагоги ческих кадров, способных к профессиональной деятельности в условиях перехода общества на инновационные пути развития.

Активное включение России в процесс формирования единого евро пейского образовательного пространства существенно актуализировало инновационные процессы в университетском образовании. При этом, в частности, возникает вопрос о том, какие конкретные инновационные тех нологии являются наиболее эффективными в области естественнонаучного образования, в том числе и физического [1, 2].

Инновационные программы – одна из главных новаций современно го образования. Именно они позволяют модернизировать образование, сде лать его личностно ориентированным, расширяют возможности обучения.

При этом инновационный характер программ может выражаться по разному. Одно направление инновационной деятельности – тематические инновации, т. е. расширение тематики основных физических курсов, вклю чение в процесс обучения сведений о новейших физических открытиях, изобретениях, исторических фактах. Другое направление – совершенство вание методики, в основном за счет использования компьютерных техноло гий. При этом, как правило, тематические инновации предшествуют инно вациям методическим. Оба указанных направления используются в работе, результаты которой изложены в данной статье.



Pages:     | 1 |   ...   | 9 | 10 || 12 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.