Том 15, номер 2, 2009 ISSN 1609 - 3143
Физическое образование в вузах
Издательский Дом Московского Физического общества
Редколлегия журнала «Физическое образование в вузах» Совет журнала Крохин Олег Николаевич — главный редактор, академик РАН, проф. НИЯУ МИФИ, зам. директора ФИАН. Редакционная коллегия Гороховатский Юрий Андреевич — зав. каф. РГПУ им. А.И. Герцена, проф. Ответственный секретарь Калачев Николай Валентинович — зам. ученого секретаря ФИАН, доцент. Техническая редакция Березин Павел Дмитриевич — руководитель РИИС ФИАН. Издательский дом МФО, 2009 г.
Физическое образование в вузах Physics in Higher Education The contents 3 The Great Physicist of XX Centuries – Louis de Broglie Физическое образование в вузах 119991, Москва В-333, Телефоны: (499)132-66-51
Уважаемые коллеги! Издательский дом Московского Физического общества продолжает подписку на журнал “Физическое образование в вузах”. Учредителями журнала являются Министерство образования и науки РФ, Московское Физическое общество и МАРПУТ. Редколлегию журнала составили видные ученые-специалисты в области физического образования России и Минобороны РФ. Наш журнал двуязычный (принимаются статьи на русском и английском языках) и распространяется в странах СНГ. Главный редактор журнала: академик Российской академии наук, профессор МИФИ, зам. директора Физического института им. П.Н. Лебедева РАН О.Н. Крохин. Данный журнал является единственным, охватывающим все актуальные вопросы преподавания физики в вузе, и, как мы надеемся, он станет главным средством общения кафедр физики вузов стран СНГ. Web страница журнала в сети Интернет: http://pinhe.lebedev.ru Основные разделы журнала УСЛОВИЯ ПОДПИСКИ
Великий физик ХХ века – Луи де Бройль Статья посвящена анализу научного наследия Нобелевского лауреата по физике, одного из создателей волновой механики Луи де Бройля. Труды де Бройля в силу ряда причин долгие годы остаются неизвестными широкому кругу физиков и специалистов смежных областей. Московский государственный университет печати приступает к изданию на русском языке избранных научных трудов Луи де Бройля в 4-х томах, которое позволит получить более полное представление о великом физике ХХ века, чья научная судьба может служить образцом неустанного поиска истины. О двух ударах в механике Ключевые слова: абсолютно неупругий удар, абсолютно упругий удар. Обсуждается вопрос о различных вариантах трактовки понятий «абсолютно упругий удар» и «абсолютно неупругий удар» в курсе механики. Анализируются возможные причины ошибок, которые делают студенты и школьники при решении задач на тему об этих двух разновидностях удар. Обращается внимание на недопустимость произвола при формировании понятийного аппарата в рамках физики как учебной дисциплины. Преподавание физики в американских вузах Ключевые слова: физика, преподавание физики в вузе, система высшего образования, американский университет, США. В статье описывается система американского высшего образования. Особое внимание уделяется преподаванию физики студентам-бакалаврам. Об основных задачах физического образования
в техническом университете Уфимский государственный авиационный технический университет Ключевые слова: физика, образование, методики обучения, современные образовательные технологии, базовая и профессиональная компетентности, самостоятельная работа студентов, балльно-рейтинговая система контроля, качество обучения, учебно-методический комплекс дисциплины «Современная физика». В статье обобщены тенденции развития и сформулированы основные задачи физического образования в техническом университете. Опыт проектно-ориентированного обучения студентов электротехнического института ТПУ Томский политехнический университет, 634050, Томск, проспект Ленина, 30 Ключевые слова: проектно-ориентированное обучение, компьютеризированная аудитория, обратная связь, примеры проектов, этапы обучения. В порядке обмена опытом в статье приведены результаты проектно-ориентированного обучения на практических занятиях в компьютеризованных аудиториях с обратной связью. Рассмотрены конкретные примеры проектов, этапы обучения, управленческие схемы. Компьютеризованная лабораторная работа «Изучение акустического излучения металлами при механической деформации и наводораживании» Томский политехнический университет Ключевые слова: акустическая эмиссия, механическая деформация, наводораживание металлов, амплитуда излучения, энергия акустических волн, компьютерные технологии обучения. Цель работы – определение энергии упругих механических волн (акустической эмиссии) в диапазоне частот от 20 КГц до 2 МГц, возникающих при механической деформации и наводораживании металлов. В работе измеряется также длительность и амплитуда звукового сигнала. Роль методологических знаний при организации лабораторных занятий по физике Ключевые слова: организация учебного процесса, формирование лабораторных маршрутов, комплектация лабораторных работ, методологический принцип. Анализируется роль методологических знаний при организации учебного процесса в физическом практикуме. Обосновывается вывод о том, что в основу формирования лабораторных маршрутов и комплектации лабораторных работ должен быть положен методологический принцип, понимаемый как организация деятельности во взаимосвязи структуры, методов и средств деятельности. Использование компьютерных лабораторных работ для изучения динамики нелинейных колебательных процессов Ключевые слова: нелинейные процессы, лабораторные компьютерные работы, наглядность абстрактных моделей, нелинейный осциллятор, автоколебательные системы, бифуркации, динамический хаос, устойчивость нелинейных систем, Представлены разработанные компьютерные лабораторные работы для освоения основных понятий динамики нелинейных колебательных процессов. В них использована Flash-анимация – технология, которая при относительной простоте предоставляет широкие возможности для создания интерактивных иллюстраций разнообразных явлений. В работах использованы как аналитические модели (линейный осциллятор с затуханием, автоколебательная система, модель Лоренца), так и численная (логистическое уравнение Ферхюльста). Последовательное выполнение заданий лабораторных работ позволяет студентам получить наглядные представления о таких понятиях, как аттракторы, бифуркации, устойчивость нелинейных систем, фрактальные структуры, динамический хаос. Специальный физический практикум для магистров по программе «Физика оптических явлений» Ключевые слова: специальный физический практикум, моделирование физических процессов, обработка данных. Рассматриваются некоторые аспекты методики проведения специального физического практикума магистерской программы «Физика оптических явлений», обучение по которой организовано на базе кафедры оптики и спектроскопии Воронежского госуниверситета. Практикум предусматривает как изучение теоретических основ и экспериментальных методов люминесцентного анализа вещества, так и применение специализированного программного обеспечения для моделирования изучаемых физических процессов и обработки данных, полученных в результате выполнения учебно-исследовательского эксперимента. Лабораторный практикум по физике с применением языка-посредника в условиях гуманитаризации физического образования Ключевые слова: лабораторный физический практикум, язык-посредник, гуманитаризация физического образования. В статье показана значимость лабораторного практикума по физике при обучении с применением языка-посредника, а также особенности его организации в условиях гуманитаризации физического образования. Приведены примеры упражнений и задач, которые могут быть использованы как средство создания личностно-значимых ситуаций в рассматриваемых условиях обучения. Постановка фундаментального физического эксперимента в школьных условиях Ключевые слова: преподавание физики в средней школе, исторические эксперименты в обучении физике, проектная деятельность учеников, повторение опыта Физо по определению скорости света. Рассматривается организация проектной и исследовательской деятельности учеников по постановке исторических опытов (структура, последовательность работы, результаты) на примере фундаментального опыта Физо по определению скорости света. Личностно-ориентированный подход при проведении фронтальных лабораторных работ в основной школе Ключевые слова: личностно-ориентированный подход, фронтальные лабораторные работы, разноуровневые тетради, учебно-методический комплекс, индивидуальные особенности школьника. В статье рассмотрена возникающая при изучении физики в основной школе проблема, связанная с выполнением лабораторных работ и физического практикума. Показана эффективность использования личностно-ориентированного подхода в обучении. Раскрыто совершенствование учебно-методического комплекса, позволяющего организовать индивидуально работу каждого школьника с учетом его особенностей, склонностей и интересов.
Роль и содержание физического эксперимента в курсе общей физики для специальностей информационно-математического направления университетов (раздел «Оптика и атомная физика») Ключевые слова: оптимизация учебного поцесса, комплекс, компьютерные методы в образовании, моделирование, лекционные демонстрации. Статья посвящена изложению подхода к преподаванию курса общей физики для специальностей информационно-математического направления, основанного на применении лабораторных установок производства фирмы Phywe Systems для реализации лекционных демонстрационных экспериментов как в режиме реального времени, так и в виртуальном варианте (видео или flash-анимация). В качестве примеров приведены разработанные сценарии ряда лекционных демонстрационных экспериментов. Педагогическое проектирование и создание электронных образовательных ресурсов по физике Ключевые слова: педагогическое проектирование, электронные образовательные ресурсы, физика. В статье автор актуализирует проблему подготовки студентов педагогических вузов к деятельности по педагогическому проектированию и созданию электронных образовательных ресурсов, предназначенных для применения в процессе обучения физике в школе. Приводится краткое описание процесса обучения студентов. Лабораторный практикум по электромагнетизму и электротехнике на базе миниатюрного стенда МЭЛ Ключевые слова: лабораторный практикум, электромагнетизм, электротехника и электроника, миниатюрная электротехническая лаборатория (МЭЛ), аналого-цифровой преобразователь, программная среда LabVIEW. Разработана переносная «Миниатюрная электротехническая лаборатория МЭЛ» (20 различных лабораторных работ по разделу «Электромагнетизм» в курсе общей физики и электротехническим дисциплинам). В МИРЭА освоено производство МЭЛ. Исследована работа устройств для сбора экспериментальных данных (серийных – USB+9215A и USB+9201 фирмы National Instruments и оригинальной скоростной (до 1 Мбайт/с) многофункциональной микропроцессорной платы, разработанной в университете «Дубна»). С использованием программной среды LabVIEW разработан ряд комбинированных виртуальных приборов (VIMEL+1, VIMEL+AC, VIMEL+DC, VIMEL+GRAF) для совместной работы с МЭЛ. VIMEL+1 регулирует усиление в каналах, отображает форму сигналов и их спектры, измеряет амплитуду, частоту, разность фаз и т.д. Оснащение МЭЛ модулем аналогового ввода и виртуальным прибором VIMEL+1 позволяет отказаться от применения стандартных мультиметров и осциллографов при проведении лабораторного практикума на базе миниатюрной электротехнической лаборатории МЭЛ. Физический практикум в отсутствие кабинета физики Ключевые слова: выездные школы; внеклассная работа; нетрадиционные лабораторные работы Рассматриваются вопросы проведения альтернативного физического практикума – на природе, во внеурочной и внеклассной работе. При наличии кабинета физики альтернативный практикум может быть дополнительным. Организация проведения учебно-исследовательских работ и специализированного физического практикума в Высшей школе физиков им. Н.Г. Басова МИФИ-ФИАН Ключевые слова: научно-исследовательская работа студентов, специализированные физические практикумы, научно-педагогический потенциал. Анализируется опыт работы Высшей школы физиков им. Н.Г. Басова МИФИ- ФИАН. Особое внимание уделено практике использования научной базы ФИАН для проведения научно)исследовательской работы студентов и впоследствии преддипломной и дипломной практики студентов с акцентом на индивидуальный план для каждого студента. Представлены также результаты организации проведения специализированных практикумов для студентов Высшей школы физиков с использованием педагогического потенциала базовых кафедр факультета и научно-педагогического потенциала сотрудников Физического института им. П.Н. Лебедева РАН.
The Great Physicist XX Centuries – Louis de Broglie Keywords: Wave mechanics, quantum mechanics, Schrodinger equation, corpuscular and wave structure of matter and radiation, de Broglie wavelength, law phase of harmony. The article is devoted the analysis of a scientific heritage the one of founders of wave mechanics (the Nobel Prize in physics 1929) Louis de Broglie. Works de Broglie for a variety of causes many long years remain unknown to wide sections of physicists and experts of adjacent areas. The Moscow State University of the Printing Arts begin the edition in Russian the selected proceedings of Louis de Broglie who will allow to receive a fuller appreciation about the great physicist of the XX-th century, whose scientific destiny can serve as the sample of indefatigable search of true. Оn Two Types of Impacts in Mechanics Keywords: absolutely elastic and absolutely inelastic impact. The question on various versions of treatment of “absolutely elastic impact” and “absolutely inelastic impact” in mechanics is discussed. The article analyses the probable causes of mistakes made by students and school pupils during the process of decision of tasks on the topic connected with these two impacts. The attention is paid to the statement that arbitrary is inadmissible when forming the notations system in physics as an educational branch. Teaching Physics at American Universities Keywords: physics, teaching physics at the universities, system of higher education, American university, the USA.
Main Problems of Education in Physics at Technical University Keywords: physics, education, training methods, modern educational technologies, base and professional competencies, student’s independent work, point-rating system of check-up, quality of training, teaching materials in the course “Contemporary Physics” In this article tendencies of development are generalized and the main problems of education in physics at technical university are formulated. Project Competent Learning of Physics in the Institute of Electrical Engineering of Tomsk Polytechnic University Keywords: project oriented learning, example of project, lecture-hall computed, interactive communication, line learning. Methods of organization and realization seminars on physics in the Institute of Electrical Engineering of Tomsk Polytechnic University are presented. Computerized Laboratory Work on the Investigation of Acoustic Emission Produced by Different Objects Keywords: acoustic emission, mechanical deformation, hydrogen pickup of metals, energy elastic waves, information technology fields The paper presents a concise description of a new laboratory work on the General Physics Course. Investigated were mechanical elastic waves (acoustic emission) appeared at deformation and hydrogen pickup of metals within the frequency range from 20 kHz to 2 MHz. The duration and energy of acoustic mission as well its amplitude have been measured. The implementation of this laboratory work in the educational process has become possible due to the latest achievements in the information technology fields.
The Role of Methodological Knowledge in Laboratory Works in Physics Keywords: architecture of educational process, creation of laboratory paths, the complete equipment of laboratory operations, methodological principle. The role of methodological knowledge in laboratory works is analyzed. The conclusion is made that methodological principal must be the foundation of laboratory trajectory and the topic of laboratory works. Use of Computer Laboratory Works for Studying Dynamics of Nonlinear Oscillatory Processes T.Ja. Dubnishcheva, A.D. Rozhkovsky Keywords: nonlinear oscillatory processes, computer laboratory works, clearness of abstract and analytical models, nonlinear oscillator, self-oscillatory system, bifurcations, dynamic chaos. The developed computer laboratory works for study of the basic concepts of dynamics of nonlinear oscillatory processes are presented. There is among them Flash-animation-technology which, at relative simplicity, represents most ample opportunities for creation of interactive illustrations of various phenomena. In works are used both analytical models – linear oscillator with losses, self-oscillatory system and Lorentz’s model, and numerical one – logistical Ferhust’s equation. Consecutive performance of the laboratory work tasks allows to students to receive evident representations about such concepts as: attractors, bifurcations, the stability of nonlinear systems, fractal structures and dynamic chaos. Special Physical Practicum for Magistracy Trained as to Program «Physics of Optical Phenomenon» Keywords: Special physical practical work, simulation of physical processes, a data handling. In this article are considered some aspects of the methodology of arranging special physical practicum as to magisterial program «Physics of optical phenomenon» which is found on the basis of the chair of optics and spectroscopy in Voronezh State University. Practicum hypothesizes as studies of theoretical bases and the experimental approaches of the luminescence analysis of substance, so and applying of specialized software for modeling of studied physical processes and processing of data received as a result the carrying out of educational-exploratory experiment.
The Peculiarities of Physics Laboratory Training Organization with Application of Interim Language in the Conditions of Humanitarization of Physical Education Keywords: laboratory physical practical work, intermediate language, humanitarization of physical education The significance and the peculiarities of Physics laboratory training organization with application of interim language in terms of the conditions of humanitarization of physical education are shown in the article. The personally significant situations could be created by means of exercises and problems the examples of which are given in the article. The Organization of Fundamental Physical Experiments in School Conditions Keywords: teaching physics at High schools, historical experiments in teaching physics, student’s project, repeating the Fizeau‘s experiment on the determination of light speed. Examination of organization of project and researching activities of pupils in the context of carrying out historical experiments: structure, sequence of work, results by the example of fundamental experiment of Fizeau of speed of light‘s finding out. The Personal-Oriented Approach and the Execution of Frontal Laboratory Works in the Secondary School Keywords: the personal-oriented approach, frontal laboratory works, notebook of a different level, educational-methodical complex, students’ personal qualities. This article deals with the problem appearing during the study of physics in the secondary school, and is connected with the execution of laboratory works and the course of practical physics. Also the efficiency of the use of the personal - oriented approach in the education is shown. It reveals the improvement of the educational and methodical system, which allows organizing individual work of each student taking into account The Role and Content of Physical Experiment in General Physics’ Course for The Specialties of Information-Mathematical Direction of Universities (Section «Optics And Atomic Physics») Keywords: optimization of the scholastic process, complex, computer methods in education, modeling, lecture demonstrations. This article is devoted to the approach to teaching of general physics’ course for the specialties of information-mathematical direction, based on application of laboratory facilities produced by Phywe Systems to implement lecture demonstration experiments in real time and in virtual form (video or flash-animation). As examples the developed scripts of some lecture demonstration experiments are resulted. Teaching Pedagogical Design and Making of Physics Digital Educational Resources Physical Department’s Students at the Pedagogical Universities Keywords: pedagogical design, digital educational resources, physics. The article is dedicated to the problem of preparation of students to the pedagogical design and creating of the digital educational resources for physics education at school. Also you can find the short description of each stage of the process of educating of students on this subject. The Laboratory Practical Studies on Electromagnetism and Electrotechnical Disciplines with Using Virtual Measuring Instruments and LabVIEW Programmed Medium Keywords: Laboratory practical studies, Electromagnetism, Electrotechnic and electronics, Miniature electrotechnical laboratory (MEL), Analog-to-digital converter, Microprocessing board for control and experimental data collection. The portable “Miniature electrotechnical laboratory MEL” is developed and contains 20 various laboratory works on electromagnetism part of general physics and electrotechnical disciplines. The combined virtual apparatus VIMEL-1 for joint functioning with MEL is developed with Lab VIEW programmed medium. VIMEL-1 regulates the channels amplification, reflects signals shape and spectrum, measures an amplitude, frequency, wave phase difference etc. MEL equipment with analog lead-in module and with virtual apparatus VIMEL-1 makes it possible to refuse from standard multimeters and oscillographs, when a laboratory practical study with MEL is carrying out. Physics Practical Work for the Lack of Laboratory Keywords: exit schools; out-of-class operation; nonconventional laboratory operations The questions of carrying out extracurricular alternative laboratory works in physics in the open air are being under consideration. If having a well-equipped physics laboratory these extracurricular activities can be optional. Conducting Architecture Education-research Operations and Specialized Physical Practical Work in the N.G. Basov Higher School of Physicists of MEPhI-FIAN Keywords: Research work of students, specialized physical practical works, scientific and pedagogical potential. The operational experience of the Higher School of Physicists of N.G. Basov of MEPhI-FIAN is parsed. The special attention is given practice of usage of scientific baseline FIAN for conducting of research work of students and subsequently predegree and degree practice of students with accent on the individual schedule for each student. Results of architecture of conducting of specialized practical works for students of the Higher School of physicists with usage of pedagogical potential of base chairs of faculty and scientific and pedagogical potential of employees of Physical institute of P.N. Lebedev of the Russian Academy of Sciences are presented also.
|