Физическое образование
в вузах
Издательский Дом Московского Физического общества
Номер 3, 2004
Редколлегия журнала "Физическое образование в вузах"
Главный редактор
Крохин Олег Николаевич - академик, Московский инженерно-физический
институт (государственный университет), Физический институт им. П.Н.
Лебедева РАН, Москва, Россия.
Заместители Главного редактора
Гладун Анатолий Деомидович - Московский физико-технический институт
(государственный университет), Долгопрудный Московской области, Россия.
Николаев Владимир Иванович - Московский государственный
университет им. М.В. Ломоносова, Центр переподготовки научно-педагогических
кадров МГУ,
Москва, Россия.
Суханов Александр Дмитриевич - Российский университет дружбы народов, Российский
научный центр физического образования, Москва, Россия.
Шапочкин Михаил Борисович - Московский энергетический институт (технический
университет), Московское физическое общество, Москва, Россия.
Редакционная коллегия
Кудрявцев Николай Николаевич - Московский физико-технический институт
(государственный университет), Долгопрудный Московской области, Россия.
Колесников Юрий Леонидович - Санкт-Петербургский государственный институт точной
механики и оптики (технический университет), Санкт-Петербург, Россия.
Лебедев Юрий Анатольевич - Объединённое физическое общество РФ, Москва, Россия.
Песоцкий Юрий Сергеевич - Российское научно-производственное объединение
"Росучприбор",
Москва, Россия.
Рудой Юрий Григорьевич - Российский университет дружбы народов, Москва, Россия.
Светозаров Владимир Владимирович - НТЦ "ВЛАДИС", Московский инженерно-физический
институт (государственный университет), Москва, Россия.
Спирин Геннадий Георгиевич - Московский авиационный институт (технический университет),
Москва, Россия.
Трухин Владимир Ильич - Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова,
Москва, Россия.
Чернышев Виктор Викторович - Военный авиационный технический университет, (Военно-воздушная
инженерная академия им. Н.Е. Жуковского), Москва, Россия.
Ответственный секретарь
Калачев Николай Валентинович - Физический институт им. П.Н. Лебедева
РАН, Московское физическое общество, Москва, Россия.
Техническая редакция
Березин Павел Дмитриевич - Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН,
Москва, Россия.
Черткова Ирина Николаевна - Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Москва,
Россия.
╘ Издательский дом МФО, 2004 г.
Физическое образование в вузах
Т. 10, N 2, 2004
Содержание
3 Введение
В.И. Николаев
5 Четыре типовых вопроса по физике
В.И. Николаев
10 Об успешности обучения студентов
И.А. Мамаева
17 Истоки успешного поиска решений задач физики
Б.Ф.Абросимов
31
Условие эквивалентности формулировок второго закона термодинамики
П.Д. Нагорный
41 Вращение интерферометра в движущейся среде
П.А. Попов
49
Использование специальной теории относительности для решения задач
в курсах общей физики и астрономии
К.В. Бычков, А.С. Нифанов, И.М. Сараева
60
Сочетание традиционных и современных компьютерных
технологий в лабораторном практикуме
Н.Н. Безрядин, Т.В. Прокопова, Е.М. Агапова, Л.В. Васильева
67
Динамическая стабилизация релей - тейлоровской
неустойчивости и динамическое равновесие
А.А. Иванов мл., Г.В. Поволоцкая
76 О направлениях обучения с использованием компьютеров
В.Г. Суппес, М.Д. Старостенков, Е.А. Дудник
83
Физика в профессиональном образовании специалистов
биологических и технологических направлений
В.И. Алексеев, А.С. Скобун
88
Особенности лабораторного практикума по курсу медицинской и биологической
физики
А.И. Сирота, А.Н. Волобуев, М.Н. Шаталаева
121
Использование ядерного реактора и ускорителей заряженных частиц в социальной
сфере
В.В. Ларионов, В.С. Скуридин
125 Аннотации
Physics in Higher Education
T. 10, N 2, 2004
The contents
3 Introduction
V.I. Nikolaev
5 Four Type Questions on Physics
V.I. Nikolaev
10 About Successfulness of Training Students
I.A. Mamaeva
17
Sources of a Successful Search of Problems Solutions of Physics
B.F. Abrosimov
31
Condition of Equivalence of The Formulations the Second Law of a Thermodynamics
Pavel D. Nagornyy
41 Rotation of Interferometer in Moving Media
P.A. Popov
49
Using of Special Theory of Relativity in Solving of Some Problems, Considered
in General Physics and Astronomy Courses
K.V. Bychkov1, A.S. Nifanov2, I.M. Saraeva2
60
Combination Traditional and Modern Computer Technology in Laboratory Practical
Work
N.N. Bezryadin, T.V. Prokopova, E.M. Agapova, L.V. Vasilyeva
67
Dynamic Stabilization of Rayleigh-Taylor Instability and the Corresponding
Dynamic Equilibrium
A.A. Ivanov jr., G.V. Povolotskaja
76 The Basic Directions of Computer Training
V.G. Suppes, M.D. Starostenkov, E.A. Dudnik
83
Physics in Professional Education of Specialists in Biological and Technological
Field
V.I. Alexeev, A.S. Skobun
88
Features of a Laboratory Practical Work at the Rate of Medical and Biological
Physics
A.I. Sirota, A.N. Volobuev, M.N. Shalaeva
121
Use of a Nuclear Reactor and Charged Particle Accelerators in Social Sphere
V.V. Larionov, VS. Skuridin
125 Abstracts
Введение
Уважаемые читатели!
Очередной номер журнала "Физическое образование в вузах" содержит статьи
по актуальным вопросам преподавания физики и проблемам организации физического
образования в вузах и других учебных заведениях страны. Статьи распределены,
как обычно, по основным разделам журнала.
В первом разделе публикуются статьи по концептуальным и методическим
вопросам преподавания общего курса физики. Эти статьи (всего их шесть)
касаются как общих, так и конкретных аспектов преподавания физики. В
статье В.И. Николаева "Четыре типовых вопроса по физике", адресованной
как преподавателям, так и студентам, развивается идея о системном подходе
к "конструированию" учебных вопросов по общему курсу физики. Статья И.А.
Мамаевой посвящена вопросам диагностики результатов обучения студентов
и, в частности, роли в ней двух конкретных методов - рейтинговой системы
и контрольного "среза" знаний - при идентификации студентов по уровням "успешности обучения" и выявлении причин их неуспеваемости. В статье
Б.Ф. Абросимова обсуждается одна из сложнейших проблем преподавания физики
- о путях формирования у студентов умения искать и находить решение физической
задачи. Статья П.Д. Нагорного посвящена вопросу об условии эквивалентности
различных формулировок второго закона термодинамики - на примере известных
формулировок Томсона и Клаузиуса. В статье П.А. Попова рассматривается
вопрос о том, каким будет видоизменение наблюдаемой интерференционной
картины в опыте Майкельсона, вызванное однонаправленным вращением интерферометра
или же собственным движением наблюдателя вокруг прибора в ходе проведения
опыта. В статье К.В. Бычкова, А.С. Нифанова и И.М. Сараевой предлагаются
задачи для семинарских занятий по специальной теории относительности
в курсе общей физики - на темы "Эффект Доплера" и "Преобразование электрического
и магнитного полей".
В разделе "Современный лабораторный практикум по физике" представлены
две статьи. В статье Н.Н. Безрядина и др. рассказывается об опыте применения
в учебном процессе учебно-методического комплекса, в котором сочетаются
натурный эксперимент и компьютерный вариант лабораторного практикума.
А.А. Иванов мл. и Г.В. Поволоцкая описывают лабораторную работу, в которой
изучаются условия динамической стабилизации неустойчивости Релея - Тейлора
на поверхности двух соприкасающихся жидкостей, для раздела "Термодинамика
и молекулярная физика" практикума.
В статье В.Г. Суппеса, М.Д. Старостенкова и Е.А. Дудник из раздела "Методика
аудио-, видео- и компьютерного обучения", где анализируются тенденции
последних лет в компьютерном обучении, описан ряд компьютерных лабораторных
работ по физике твердого тела, которые могут быть использованы в технических
и педагогических вузах при изучении курса физики.
Последние три статьи номера относятся к разделу "Связь общего курса физики
с другими дисциплинами". В.И. Алексеев и А.С. Скобун обсуждают в своей
статье вопрос о роли и месте физики, как учебной дисциплины, в профессиональном
образовании специалистов нефизических направлений - в сравнении со сложившейся
системой образования для специалистов-физиков. В статье А.И. Сироты,
А.Н. Волобуева и М.Н. Шаталаевой, в которой весьма обстоятельно обсуждаются
учебные цели и задачи лабораторного практикума по курсу медицинской и
биологической физики, описывается целый ряд лабораторных установок для
такого практикума. Общий вопрос о связи курса физики с другими дисциплинами
обсуждается в статье В.В. Ларионова и В.С. Скуридина на конкретном примере
- в связи с использованием ядерного реактора и ускорителей заряженных
частиц в социальной сфере.
Напоминаем вам, дорогие читатели, что редколлегия журнала "Физическое
образование в вузах" ждет от вас новых статей по проблематике журнала,
отзывов о его работе и предложений по ее улучшению.
Ответственный редактор В.И. Николаев
Четыре типовых вопроса по физике
В.И. Николаев
МГУ им. М.В.Ломоносова, физический факультет
Описана концепция преподавания физики, основанная на четырех типовых
учебных вопросах, главное предназначение которой - помочь учащимся сформировать
устойчивые навыки системного подхода при изучении физики. Развиваемые
положения иллюстрируются многочисленными конкретными примерами этих четырёх
типовых вопросов. Статья адресована преподавателям вузов, а также студентам,
учителям физики, школьникам старших классов.
Об успешности обучения студентов
И.А. Мамаева
Костромская государственная сельскохозяйственная академия
156530, Кострома, Караваево, учебный городок
e-mail: eva@nw.ksaa.edu.ru
Провести диагностические исследования успешности обучения студентов
позволяют два вида оценок успешности обучения- рейтинговая система и
контрольный "срез" знаний. Диагностика успешности обучения студентов не только идентифицирует
студента по уровням успешности обучения, но и позволяет анализировать
причины успешности обучения или неуспеваемости студентов.
Истоки успешного поиска решений задач физики
Б.Ф. Абросимов
Филиал Уфимского государственного нефтяного технического университета
(УГНТУ), г. Стерлитамаке.
В работе представлены результаты психолого-методологического анализа
поиска решений задач физики продуктивным мышлением. Выявлены структура
системы оперативной информации, роль обобщений и образного мышления.
Отмечены особенности психологии мышления и методологии поиска решений
задач. Это дает четкие ориентиры для процесса обучения, в основе
которого заложено формирование умения искать решения задач.
Условие эквивалентности формулировок второго закона термодинамики
П.Д. Нагорный
Чернобыльский центр по проблемам ядерной безопасности, радиоактивных
отходов и радиоэкологии
02090, Киев, Харьковское шоссе, 17. E-mail:
PNagorny@icc.gov.ua
Показано, что эквивалентность формулировок второго закона термодинамики,
данных Томсоном и Клаузиусом, формулировке этого закона в виде
закона возрастания энтропии не является безусловной. Найдено
условие эквивалентности
этих формулировок.
Вращение интерферометра в движущейся среде
П.А. Попов
Московский технический университет связи и информатики
Показано, что равноплечий интерферометр Майкельсона в режиме однонаправленного
вращения обнаруживает свойство однонаправленного смещения интерференционной
картины. Показано также, что перемещение наблюдателя или регистрирующего
устройства вокруг прибора при выполнении опыта приводит к удвоению углового
периода смещения картины, фиксируемого в протоколе, по сравнению со смещением,
рассчитанным в инерциальной системе отсчета.
Использование специальной теории относительности
для решения задач в курсах общей физики и астрономии
К.В. Бычков1, А.С. Нифанов2, И.М. Сараева2
1Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга
2Физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова
Предлагаются задачи для решения со студентами младших курсов на темы "эффект Доплера", "преобразование магнитных и электрических полей". Приведенные
решения не требуют сложного математического аппарата.
Сочетание традиционных и современных компьютерных технологий в лабораторном
практикуме
Н.Н. Безрядин, Т.В. Прокопова, Е.М. Агапова, Л.В. Васильева
Воронежская государственная технологическая академия
Обсуждается опыт работы кафедры физики технологической академии по
формированию учебно-методического комплекса, сочетающего натурный учебный
эксперимент
и максимально приближенный к нему компьютерный вариант лабораторного
практикума. Виртуальный эксперимент рассматривается как методическое
указание на электронном носителе, предназначенное для подготовки студентов
к выполнению лабораторной работы на приборном макете. Предлагается вариант
адаптационного, восстанавливающего школьные знания, обучения в рамках
данного учебно-методического комплекса.
Динамическая стабилизация релей-тейлоровской неустойчивости и динамическое
равновесие
А.А. Иванов мл.1), Г.В. Поволоцкая2)
1) Московский физико-технический институт
2) Российский научный центр "Курчатовский институт", ИВТЭМ
123182 Москва, пл. Курчатова, 1.
e-mail: pov@ard.kiae.ru
Предлагается лабораторная работа по динамической стабилизации релей-тейлоровской
неустойчивости на поверхности двух жидкостей. Экспериментально стабилизацию
можно получить, например, в системе, состоящей из водного раствора иодида
калия (плотность
ρ = 1,6
г/см3) в качестве тяжелой жидкости и масла (вязкость
14010-3Па·с,
плотность ρl=0,9
г/см3), в качестве легкой жидкости. Параметрические резонансы
при этом оказываются подавленными, но их можно наблюдать при использовании
масла с более низкой вязкостью.
О направлениях обучения с использованием компьютеров
В.Г. Суппес, М.Д. Старостенков, Е.А. Дудник
Кузбасская государственная педагогическая академия
Алтайский государственный технический университет
Рубцовский индустриальный институт
В работе на основании анализа публикаций последних лет выявлены основные
направления компьютерного обучения. Предложен ряд компьютерных лабораторных
работ по физике
твердого тела. Данные работы могут быть использованы при изучении курса
физики в технических вузах, а также в педагогических вузах для специальности "физика
и физика-информатика".
Физика в профессиональном образовании специалистов
биологических и технологических направлений
В.И. Алексеев, А.С. Скобун
Дальневосточный государственный технический университет рыбного хозяйства
Обсуждаются проблемы структуры и содержания естественно-научных дисциплин
и, в частности, физики, роль Государственного образовательного стандарта
и внедрения
Единой методической системы вуза. Подчеркнуто различие значимости физических
знаний в деятельности специалистов-физиков и других направлений специализации,
заключающейся в направленности первых на предмет, а вторых ?на объект
профессиональной деятельности.
Особенности лабораторного практикума по курсу медицинской и биологической
физики
А.И. Cирота, А.Н. Волобуев, М.Н. Шаталаева
Самарский государственный медицинский университет
443089, Самара, ул. Чапаевская,89
volobuev@samaramail.ru
Обсуждаются цели и задачи лабораторного практикума по медицинской и
биологической физике. Дается краткое описание лабораторных установок,
разработанных
и изготовленных на кафедре медицинской и биологической физики Самарского
государственного
медицинского университета.
Использование ядерного реактора и ускорителей заряженных частиц в социальной
сфере
В.В. Ларионов, В.С. Скуридин
Томский политехнический университет
E-mail: larionov@fnsm.tpu.edu.ru
В Томском политехническом университете на исследовательском ядерном
реакторе ИРТ-Т в течение ряда лет на основе облучения молибдена-99 потоком
нейтронов
1,7·1014
н/см2с, а также при облучении теллура и золота дейтронами на
циклотроне, осуществляется производство фармакологических препаратов,
что имеет важное
социальное значение. Сведения об этом могут быть полезны при чтении лекции
по общей физике (ч. 2, 3) и для курса "Концепция современного естествознания".
Four Type Questions on Physics
V.I. Nikolaev
M.V. Lomonosov Moscow State University, Faculty of Physics
The conception of teaching physics on the basis of four type study
questions is described. Its main predestination is to help students
to form the
stable habits of the system approach to studying physics. The statements
of the
conception being discussed are illustrated by numerous concrete examples
of these four
type questions. This paper is addressed to teachers of universities
and colleges, students, and to school pupils of elder classes as
well.
About Successfulness of Training Students
I. Mamaeva
KSAA
156530, Kostroma, Karavaevo campus, KSAA
Е-mail: eva@nw.ksaa.edu.ru
Analysis of successfulness of training students should take into account
both successfulness of execution of educational activities and successfulness
of forming knowledge and skills. Two systems of evaluating - The Rating
system and control scanning of knowledge (SREZ) make it possible to
carry out some diagnostic investigation of successfulness of training
students.
Diagnostics of successfulness not only define the level of successfulness
but also let us analyses the reasons of their success or failure. The
results of diagnosing successfulness of training the students of the
faculty of electrification and automation of agricultural production
KSAA in 2000 and 2002 show the deterioration of successfulness.
Sources of a Successful Search of Problems Solutions of Physics
B.F. Abrosimov
The Branch of Ufa State Oil Technical University
In the article the results of psychological and methodological analysis
of problems solutions of physics by productive thinking are presented.
The structure of operative information system, the role of generalizations
and image thinking are revealed. The peculiarities of psychology thinking
and the methodology of the search of problems solutions are noted.
This gives clear orienting to the physics teaching process, the aim of
which
is to form the ability of searching problems solutions.
Condition of Equivalence of the Formulations the Second Law of a
Thermodynamics
Pavel D. Nagornyy
Is shown, that the equivalence of the formulations of the Second Law
of a thermodynamics, given by Tomson and Klauzius, and the formulation
of this Law as the Law of increase of an entropy is not unconditional.
The condition of equivalence of these formulations is found.
Rotation of Interferometer in Moving Media
P.A. Popov
Moscow Technical University of Communications and Informatics
It is shown that Michelson interferometer with equal arms in unidirectional
rotation mode has the property of unidirectional displacement of its
interferential picture. It is shown also that observer or registering
device rotation around the interferometer (during the experiment) leads
to two-fold increasing of the angle period of picture displacement
receipted by observer in comparison with theoretically calculated in
the inertial
system of readings.
Using of Special Theory of Relativity in Solving of Some Problems, Considered
in General Physics and Astronomy Courses
K.V. Bychkov1 , A.S. Nifanov2 , I.M. Saraeva2
1P.K. Sternberg State Astronomy Institute
2Moscow State University
We propose several fundamental physics problems to be solved by first
and second year university students, such as Doppler effect and transformations
of electric and magnetic fields. The given solutions do not require
complicate mathematics.
Combination Traditional and Modern Computer Technology in Laboratory
Practical Work
N.N. Bezryadin, T.V. Prokopova, E.M. Agapova, L.V. Vasilyeva
Voronezh State Technology Academy
The Presented experience of the functioning the pulpit physicists to
technological academy on shaping scholastic-methodical complex, combining
scholastic experiment and greatly approximate to him computer variant
of the laboratory practical work. The Virtual experiment is considered
as methodical instruction on electronic carrier, intended for preparing
student to performing the laboratory work on instrument model. It is
offered variant restoring school knowledge of the education within
the framework of given scholastic-methodical complex.
Dynamic Stabilization of Rayleigh -Taylor Instability
and the Corresponding Dynamic Equilibrium
A.A. Ivanov jr.1), G.V. Povolotskaja 2)
1) Moscow Institute of Physics and Technology.
2) Russian Research Center "Kurchatov Institute ", Moscow, Russia
A new practical work on dynamic stabilization of Rayleigh-Taylor instability
is proposed. The instability takes place at the border surface of two fluids;
the system is stabilized in the state of the corresponding dynamic equilibrium.
One can obtain this stabilization experimentally, e.g., by arranging a system
consisting of an aqueous solution of potassium iodide (KI, the density
ρh =
1,6 g/см3) as a heavy fluid and an oil (viscosity 140, density
density ρl=0,9
g/см)
as a light fluid. Parametric resonances in this case turn out to be suppressed,
however, they can be observed with an oil of a lower viscosity.
The Basic Directions of Computer Training
V.G. Suppes, M.D. Starostenkov, E.A. Dudnik
Kuzbass State Pedagogical Academy
In work on the basis of the analysis of the publications of last years
the basic directions of computer training are revealed. A number(line)
of computer
laboratory works on physics of a firm body is offered. The given works can
be used at study of a rate of physics in technical high schools, and also
in pedagogical high schools for a specialty " physics and physics - computer science
".
Physics in Professional Education of Specialists in Biological and Technological
Field
V.I. Alexeev, A.S. Skobun
Far Eastern State Technical Fisheries University
The problems of natural science disciplines, and physics in particular,
the role of State educational standard and the introduction of high educational
institution Common methodological system are discussed. The difference in
significance
of physical knowledge in the activities of specialists in physics and specialists
in other fields of specialization is underlined, which lies in the fact that
the first group of specialists is directed towards the subject of professional
activities whilst the second group of specialists is directed towards its
object. It is shown that there is no need for creation educational disciplines
special
in content for each of non-physics discipline as learning the section of
object system analysis in the beginning of the course will let any specialist
ground
the need of understanding of the physical functional object subsystems interactions.
Features of Laboratory Practical Work at the Rate of Medical and Biological
Physics
A.I. Sirota, A.N. Volobuev, M.N. Shalaeva
The Samara State Medical University,
volobuev@samaramail.ru
The purposes and tasks of a laboratory practical work on medical and
biological physics are considered. The brief description of laboratory
installations developed and made on faculty of medical and biological
physics Samara State Medical University is given.
Use of a Nuclear Reactor and Charged Particle Accelerators in Social
Sphere
V.V. Larionov, V.S. Skuridin.
In Tomsk polytechnic university on research nuclear reactor IRT-T for
a number of years on the basis of an irradiation of a molybdenum-99 the
neutron flux 1,7x1014 n/sm2∙s, and also at an irradiation of a tellurium
and gold by deuterons on a cyclotron, is realized production radiopharmaceuticals
that has important social importance. The Information about this can
be useful when reading the lectures on the general physics (p. 2, 3)
and for course "The Concept of modern natural sciences ".
|