Том 16, номер
4, 2010 ISSN 1609 - 3143
Физическое образование
в вузах
Издательский Дом Московского Физического общества
Совет журнала
Крохин Олег Николаевич - главный редактор, академик РАН, проф. НИЯУ МИФИ, доктор физико-математических наук, руководитель отделения квантовой радиофизики ФИАН
Гладун Анатолий Деомидович - заместитель главного редактора, зав. каф. МФТИ (ГУ), проф.,
доктор физико-математических наук
Николаев Владимир Иванович - заместитель главного редактора, проф. МГУ им. М.В. Ломоносова,
директор ЦПНПК при МГУ, доктор физико-математических наук
Суханов Александр Дмитриевич - заместитель главного редактора, проф. РУДН, директор Центра естественнонаучного образования Минобрнауки РФ при РУДН., доктор физико-математических наук
Шапочкин Михаил Борисович - заместитель главного редактора, председатель Правления МФО, проф.,
доктор физико-математических наук
Колесников Юрий Леонидович - проректор СПбГУ ИТМО, проф., доктор физико-математических наук
Кудрявцев Николай Николаевич - ректор МФТИ (ГУ), член-корреспондент РАН, проф., доктор физико-математических наук
Трухин Владимир Ильич - декан физфака МГУ им. М.В. Ломоносова, проф., доктор физико-математических наук
Редакционная коллегия
Ответственный секретарь
Калачев Николай Валентинович - старший научный сотрудник отдела ученого секретаря ФИАН, доцент МГТУ им. Н.Э. Баумана и Финансового университета, кандидат физико-математических наук
Гороховатский Юрий Андреевич - зав. каф. РГПУ им. А.И. Герцена, проф., доктор физико-математических наук
Завестовская Ирина Николаевна - зам. декана Спецфака МИФИ, доц., кандидат физико-математических наук
Калашников Николай Павлович - зав. каф. НИЯУ МИФИ, проф., доктор физико-математических наук
Лебедев Владимир Сергеевич - зав. каф. МФТИ (ГУ), проф., доктор физико-математических наук
Лебедев Юрий Анатольевич - зам. Председателя Правления Объединённого физического общества РФ, доктор физико-математических наук
Песоцкий Юрий Сергеевич - ген. директор ООО "Марпут", проф., доктор педагогических наук
Пурышева Наталия Сергеевна - зав. каф. МПГУ, проф., доктор педагогических наук
Салецкий Александр Михайлович - зав. каф. МГУ им. М.В. Ломоносова, проф., доктор физико-математических наук
Спирин Геннадий Георгиевич - зав. каф. МАИ (ГТУ), проф., доктор физико-математических наук
Рудой Юрий Григорьевич - проф. РУДН, доктор физико-математических наук
Чернышев Виктор Викторович - зав. каф. ВА им. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина, проф., кандидат технических наук
Техническая редакция
Березин Павел Дмитриевич - руководитель РИИС ФИАН.
Алексеева Татьяна Валерьевна - инженер РИИС ФИАН.
Алексеева Татьяна Викторовна - редактор РИИС ФИАН.
Издательский дом МФО, 2010 г.
Физическое образование в вузах
Т. 16, N 4, 2010
Содержание
3 Президенту России Д.А. Медведеву
5 Нужна ли в России физика инженеру?
А.Д. Гладун, Г.Г. Спирин
11 Квантовая механика и оптика:
I. Математическое обоснование оптических аналогий некоторых квантовых явлений
С.В. Гапоненко, С.В. Жуковский, В.Н. Хильманович
26 Метод виртуальных проектов при изучении основ квантовой механики в техническом университете
А.В. Баранов
35 Нормирование макроскопического электрического заряда
П.М. Меднис
45
Изучение свойств магнетиков при помощи метода Монте-Карло
С.А. Безносиков, А.М. Толстик
53 О методах определения параметров электрической цепи, используемых в лабораторном практикуме "Электричество" НИЯУ МИФИ
Е.Н. Аксенова, Н.Н. Взоров, А.Н. Долгов, Е.Е. Земсков, В.Н. Игнатов,
Н.П. Калашников, К.А. Липатов, Ю.Д. Лысак, А.Ю. Матрончик, Б.Н. Мещерин,
С.В. Облизина, М.В. Пентегова, В.Д. Попов, Е.П. Потанин, В.И. Ростокин,
В.В. Самедов, Т.А. Семенова, В.Б. Соколов, В.Ф. Федоров, А.В. Шутов
58 Разработка трехмерного компьютерного практикума по физике для обучения студентов технических вузов с использованием Интернет-технологий
О.Н. Третьякова
75 Вопросы модернизации физического практикума с учетом требований компетентностного подхода
О.В. Плотникова, В.К. Суханова
82 Изучение магнитного поля Земли в новом лабораторном практикуме кафедры физики МИСиС.
Часть 1. Теория и экспериментальная установка
С.М. Курашев
93 Формирование интеллектуальной компетентности будущих военных авиационных инженеров в процессе обучения физике
О.В. Вдовиченко
103 Актуальные проблемы преподавания естественнонаучных дисциплин в условиях открытого образования
Н.В. Калачев, А.Н. Ланских
109 Аннотации
115 Реклама
Physics in Higher Education
V. 16, N 4, 2010
The contents
3 To the President of Russia D.A. Medvedev
5 Is Necessary in Russia Physics for Engineer?
A.D. Gladun, G.G. Spirin
11 Quantum Mechanics and Optics: I. Mathematical Background of Optical Analogies to Certain Quantum Phenomena
S.V. Gaponenko, S.V. Zhukovsky, V.N. Khilmanovich
26 Virtual Projects Method in the Basics of Quantum Mechanics at the Technical University Study
A.V. Baranov
35 The Normalization of the Macroscopic Electric Charge
P.M. Mednis
45 The Study of the Properties of Magnetics by Monte_Carlo Method
S.A. Besnosikov, A.M. Tolstik
53 Methods of Determining Electrical Network Parameters Used in "Electricity" Laboratory Workshop in National Research Nuclear University "MEPHI"
E.N. Aksenova, N.N. Vzorov, A.N. Dolgov, E.E. Zemskov, V.N. Ignatov, N.P. Kalashnicov,
K.A. Lipatov, Yu.D. Lysak, A.Yu. Matronchik, B.N. Mesherin, S.V. Oblizina,
M.V. Pentegova, V.D. Popov, E.P.Potanin, V.I.Rostokin, V.V. Samedov, T.A. Semenova,
V.B. Sokolov, V.F. Fedorov, A.V. Shutov
58 3_D Computer Physical Practical Work Development for the Education Technical University Students by Using Internet_Technology
O.N. Tretiyakova
75 Issues of Practical Physics Modernization in Accordance with the Requirements of the Competency Building Approach
O.V. Plotnykova, V.K. Suhanova
82 Studying Earth’s Magnetic Field in the New Laboratory Workshop of Department of Physics MISIS.
Part 1. Theory and experimental equipment
S.M. Kurashev
93 Intellectual Competence Organization of Future Military Air Engineers in the Process of Physics Education
O.V. Vdovichenko
103 The Vital Problems of the Teaching of Natural_Science Disciplines under the Conditions for the Open Education
N.V. Kalachev, A.N. Lanskikh
109 Abstracts
115 Information
Письмо
Президенту России
Д.А. Медведеву
Глубокоуважаемый Дмитрий Анатольевич!
К Вам обращаются участники Международной школы-семинара по проблеме "Физика в системе высшего и среднего образования России". Школа-семинар прошла 28-30 июня 2010 г. на базе трех московских вузов (МФТИ, МИФИ и МАИ), по инициативе Межрегионального общественного движения "Физика и образование" (председатель движения академик РАН О.Н. Крохин).
Участников школы-семинара серьезно волнует, что физика, как одна из основных интеллектообразующих дисциплин естественнонаучного блока находится в настоящее время в глубоком кризисе. Хочется верить, что это временно и общество осознает что ключевой фигурой страны на стадии ее модернизации должен стать не менеджер и экономист, а все таки инженер. Только инженер, вооруженный современными естественнонаучными и техническими знаниями является основным проводником научно-технического прогресса. В основе фундаментального образования инженера значительное место занимает физика. Без ее глубокого изучения инженеру практически невозможно работать в новых областях техники и технологии.
Несмотря на то, что на протяжении последних 20 лет постоянно говорится о фундаментализации российского образования и инженерного, в частности, на практике реализуется тенденция вытеснения учебной дисциплины "физика" на обочину образовательного процесса.
Об этом свидетельствует следующее:
– альтернативой "физике" по результатам ЕГЭ Минобрнауки поставило "информатику";
– т.к. профильные классы в России составляют не более 7% от общего их числа, то основная часть школьников изучают физику на базовом уровне (2 часа в неделю);
– российские школьники практически не умеют решать задачи – их этому не учат;
– в планах дальнейшего реформирования образования предполагается, что физика базового уровня в 10 и 11-х классах будет изучаться в рамках интегрированного курса "Естествознание" (вместе с химией и биологией); естествознанию выделяется всего 3 часа в неделю;
– критерии проверки результатов ЕГЭ минимизированы до предела. Например экзамен считается успешным, если учащийся правильно ответил на 8 очень простых вопросов из части А, предполагающей выбор ответа; это создает иллюзию благополучия с обучением физики в России;
– контрольные проверки показывают, что три четверти школьников, поступивших в технические вузы, школьной физики не знают, не учат физике и в вузе;
– в среднестатистическом техническом вузе физика читается 2-3 семестра с объемом аудиторной нагрузки около 200 часов, слабого школьника за это время не научишь;
– в стандартах 3-его поколения объем часов на изучение физики, как правило, претерпевает дальнейшее сокращение, хотя, казалось бы, что бакалавриат предполагает фундаментализацию образования.
В обществе произошло отчуждение от физики и естествознания. Профанация преподавания физике в школе привела к тому, что в представлении школьников физика – это нечто очень сложное, непонятное и никому не нужное. Это подтверждается фактами. Если на физику в рамках ЕГЭ в 2010 году пришло 177 тысяч школьников, то на обществознание вместе с историей 500 тысяч. Отношение государства к физике показывает, что естественнонаучная компонента образования отходит на второй план. По нашему мнению, потеря приоритета естественнонаучной составляющей образования лишает Россию быть в числе высокоразвитых технологичных государств.
Нам представляется, что в сложившейся ситуации государство могло бы сделать первый шаг в правильном направлении: ввести, наряду с математикой и русским языком, обязательный ЕГЭ по физике.
Очевидно, что это решение будет неоднозначно встречено в обществе, вместе с тем оно необходимо, т.к. внесет позитивные тенденции в развитие российского образования.
Участники Международной школы-семинара по проблеме
"Физика в системе высшего и среднего образования России"
Зам. председателя Межрегионального
общественного движения "Физика и образование"
Г.Г. Спирин
Нужна ли в России физика инженеру?
Гладун А.Д., профессор МФТИ,
Спирин Г.Г., зав. кафедрой физики МАИ,
заместитель председателя общественного движения "Физика и образование"
Становится общим местом суждение о низком качестве российского образования и инженерного, в частности. Так, это или не так? Мы будем говорить об учебной дисциплине "физика", которую преподаем много лет. Результат, с большой степенью вероятности можно экстраполировать на естественнонаучное образование в целом и, конечно, на инженерное образование.
Начнем со школы. Сейчас физику на базовом уровне в 10-11-х классах средней школы изучают примерно 90% школьников. Классы с продвинутым, профильным уровнем формируются с большим трудом и существуют, в основном, в больших городах. Базовый уровень – это два урока в неделю. Естественно, за это ограниченное время научить школьника физике невозможно. Например, на решение задач, без которых обучение неэффективно, у учителя просто не хватает времени. Кстати, в недрах Рособрнауки зреет новый проект, в соответствии с которым физика будет изучаться в рамках интегрированного курса естествознания (физика, химия, биология). На все это планируется выделить три урока в неделю.
Теперь о ЕГЭ – основной траектории поступления в вуз. Отметим, что контрольно-измерительные материалы по физике (КИМ-ы) – достаточно добротный продукт. КИМ)ы состоят из трех частей А, В и С. Часть А содержит 25 достаточно простых вопросов, на каждый из которых предлагается четыре варианта ответов, часть В содержит, в основном, 5 одно-двухходовых задач, на которые нужно дать численный ответ, часть С включает шесть задач, которые нужно решить со всеми выкладками. Уровень и объем заданий части С примерно соответствует письменному экзамену по физике в среднем техническом вузе лет двадцать назад. В целом заявка на ответственный государственный экзамен по физике сделана серьезная. Рассмотрим, далее, итоги ЕГЭ по России. При оценке работ в баллах надо было учесть два обстоятельства: с одной стороны не испортить статистику и не уронить имидж страны, как высокообразованной державы, а, с другой стороны, не провалить набор в технические вузы.
В этой связи требования к учащимся были предельно минимизированы. Так, минимальное число правильно выполненных заданий должно быть не менее половины от общего числа заданий соответствующих базовому уровню. Таких заданий шестнадцать, поэтому, чтобы сдать единый государственный экзамен, надо было правильно угадать, например, лишь восемь ответов в части А. (Это за три с половиной часа!) Подход к оценкам был сверхлиберальным. Надо честно признать, что те 47,6 % школьников, которые в стобальной системе набрали 34-50 баллов, в привычной пятибальной системе получили бы двойки. Те же 29,2 % школьников, набравшие 51-60 баллов, балансируют между двойкой и тройкой. Ни те, ни другие, а это 80%, физики не знают и к учебе в техническом вузе не подготовлены.
Учащихся набравших более 70 баллов всего 5,6% и вероятнее всего они ушли на физфаки университетов, МФТИ, МИФИ и другие физические специальности.
Что касается технических вузов, то брак в наборе 2010 года очевиден – по крайней мере, три четверти студентов первокурсников поступили в вуз, практически не зная физики. Минобрнауки такая ситуация, по-видимому, не тревожит. Чего стоит его решение альтернативой физики в качестве вступительного экзамена поставить информатику. Так что среди абитуриентов, поступивших в технические вузы, есть такие, кто физику вообще не сдавал. Об их знаниях говорить не приходится. Набор в технические вузы провален и это в то время, когда делается ставка на модернизацию страны, т.е. науку, промышленность, в первую очередь. Проблема не только в том, что школьники не помнят какие-то формулы или формулировки каких)то законов. Она намного глубже. У школьников не формируется (а это делается в юности) причинно)следственный количественный тип мышления. Физика – основная интеллектообразующая дисциплина. Она организует мозги в правильном направлении. Она трудна, она многим дискомфортна, она создает проблемы (физкабинеты, демонстрации, лабораторные работы). Проще оттеснить ее на обочину образовательного процесса, превратить ее во второразрядную, не нужную большинству дисциплину. На фоне принижения физики, как основной компоненты естественно)научного образования идет процесс "дебилизации" молодежи.
Может быть мы излишне драматизируем ситуацию и то большинство школьников, которые не знают физики, но хотят стать инженерами, получат необходимые знания в вузе. Однако, по тому объему, который выделен в последние годы в учебных планах вузов на физику этого не случится. Действительно, в среднем техническом вузе физика читается в течении трех семестров с объемом аудиторной нагрузки около 200 часов. Это лишь в полтора раза больше школьной физики на базовом уровне. За это время слабый школьник должен освоить с применением определенного математического аппарата все разделы общей физики, начиная от физических основ механики и кончая ядерной физикой. Ноша для него непосильная. Ситуация еще более усугубляется с переходом на двухуровневое обучение. Хотя вначале картина представлялась в оптимистичных тонах: бакалавр-инженер за четыре года получает фундаментальное образование, т.е. хорошо знает физику, математику, общетехнические дисциплины. А в отрасли, в соответствии с ее запросами, его доучивают узкой специальности. Но такая реформа требовала ликвидации большинства специальных кафедр. На это не решились. И теперь, то чему студентов учили 5 или 5,5 лет теперь будут учить за 4. Курс физики и дальше пострадает – в стандартах 3-его поколения он сокращается еще на 25-30%.
Слабых студентов надо отчислять. Но отчислять надо много и на это администрация вуза никогда не пойдет – студентов за уши тянут от сессии до сессии. Я говорил о физике, но она хорошо коррелирует почти со всеми общетехническими дисциплинами (теоретическая механика, электротехника, сопромат и др.). Сетование на плохих студентов у всех одинаковые. В целом идет процесс девальвации инженерного образования. Истоки этого крайне негативного процесса надо искать в школе. В обществе произошло отчуждение от физики и естествознания. Профанация преподавания физики в школе привела к тому, что в представлении школьников физика, по большому счету, никому не нужна. Тем более, что она сложная и непонятная. Это подтверждается фактами. Если на физику в рамках ЕГЭ в 2010 году пришло 177 тысяч школьников, то на обществознание вместе с историей около 500 тысяч.
Состояние набора на инженерные специальности тревожит общественность. По словам главы Комиссии общественной палаты по образованию Ярослава Кузьминова это "вызывает серьезные опасения". Он отмечает, что средний балл здесь ближе к "тройке", чем к "четверке", а то и приближается к "двойке" (точнее говорить ближе к "двойке", чем к "тройке"). Далее Кузьминов говорит: "Вероятность освоения вузовских программ такими студентами низка. А отсюда альтернатива: либо вузы не будут "тащить" их, и тогда многих придется отчислять, либо им все же дадут дипломы, и в экономику придут плохие специалисты" (Покажите, хоть одного ректора, который отважится ополовинить набор).
Отношение государства к физике показывает, что естественнонаучная компонента образования отходит на второй план, хотя очевидно, что потеря приоритета этой составляющей образования лишает Россию быть в числе высокоразвитых технологичных государств.
Разрушение образования и науки в России, по-видимому, будет продолжаться. Это объективный процесс, обусловленный неверием чиновников самого высокого ранга в возможности российской науки и образования (все сделано на Западе, а что нам нужно, купим за нефть и газ).
В основу реформы российского образования была положена идея "элективности", т.е. свобода выбора изучаемых дисциплин. Возобладало намерение следовать американской школе. А что в США?
В послевоенные годы средняя школа в США претерпела ряд реформ. Стимулом для первой был запуск советского искусственного спутника Земли в 1957 г. В 1961 году был опубликован доклад Национальной ассоциации образования, в которой по советскому образцу намечался резкий поворот в сторону политехнизации школьного образования. Однако, уже в 1970 году, в разгар компании за гражданские свободы, цели образования были скорректированы. Школьникам было предоставлено больше свободы в выборе предметов обучения, а количество обязательных предметов было уменьшено в школах многих штатов до трех – язык и литература, математика, социальные науки. Средний срок преподавания математики снизили при этом до года, физикой занималось 16% учащихся, алгеброй – 31%. Вот почему уже в 1983 году правительственная комиссия опубликовала доклад "Нация в опасности", в котором было предложено увеличить число обязательных предметов до пяти и существенно сократить элективность обучения. Однако и это, по мнению американского руководства, не дало желаемого результата. Поэтому, в 2000 году был опубликован доклад Национальной комиссии США по преподаванию математики и естественных наук в XXI веке под названием "Пока еще не поздно". В этом докладе в очередной раз отмечался низкий уровень естественнонаучного образования большинства школьников в средних школах США. Комиссия отметила, что "60% всех новых рабочих мест в начале XXI столетия требуют квалификации и знаний, которыми обладают только 20 % рабочей силы". Комиссия предложила новый перечень мер по поднятию уровня американского среднего образования. Груз "элективности" сбросить нелегко, но движение в этом направлении продолжается. В частности, состояние американского образования, тревожит нынешнего президента США Б. Обаму. Вот выдержки из его книги "Дерзость надежды" "Ученики старших классов показывают худшие знания по математике и естественным наукам, чем их зарубежные сверстники. Половина подростков не имеют понятия об элементарных дробях, половина девятилетних не умеют ни делить, ни умножать и хотя количество поступающих в высшие учебные заведения в целом повысилось, только двадцать два процента абитуриентов достаточно подготовлены, чтобы пройти курс английского языка, математики и естественных наук". Можно сказать, что мы идем по следам американского образования – только 20-25% школьников могут учиться в технических вузах России, осваивая их программы. А в какую сторону будет двигаться американское образование? В настоящее время интерес американских специалистов в области образования переключился на Японию. За исторически короткие сроки Япония достигла выдающихся научных и технологических успехов в основном благодаря своей системе образования.
В отличие от США, где одним из основных принципов образования является разделение детей по способностям, в Японии, начиная с начальной школы детей не разделяют по потокам. По мнению японских педагогов, чем меньше говорится о способностях и больше о необходимости приложения усилий, тем больше вы способствуете упрочению в детях мнения, что ключ к успеху доступен каждому. В японской школе, как нигде, действует принцип: образование – это работа. Отсюда следует высокая интенсивность учебного процесса. Если в США учебный год составляет 180 дней, то в Японии – 240. В Японии действует единый для всех школ учебный план, и элективность практически отсутствует. Более того, там реализуется система полной идентичности школ, что обеспечивает гарантированное конституцией равноправие граждан в получении образования. Естественнонаучные предметы с первого по десятый классы в Японии, в отличие от США являются обязательными. А что с реформой образования в России? Современная российская школа подвергается реформированию поверхностно, директивно, без глубокого анализа, минуя общественное мнение страны. Практически не использован опыт старой русской дореволюционной школы, сохранявшей свое влияние вплоть до хрущевских реформ. Перманентные реформы выработали у педагогов стойкий иммунитет и равнодушие. Школа цивилизованной страны (у нас есть основание надеяться на это) призвана по большому счету передавать новым поколениям достижения культуры – гуманитарной, естественно)научной. Выхолащивая содержание культуры, заменяя его, востребованными рынком "компетенциями", мы делаем общество беззащитным перед вызовами XXI века. Трудно надеяться, что в ближайшие годы в России будет возможен отход от принципа "элективности" в обучении. Это плохо, и дело не только в том, что в ближайшие годы будет провален набор в технические вузы и страна делающая ставку на модернизацию получит слабых, не отвечающих современным стандартам образования, инженеров. Проблема глубже. Российское общество испытывает дефицит естественнонаучной образованности. Он начинается с высших эталонов власти, когда управленцы, а не профессионалы рулят целыми наукоемкими отраслями, физичными по своей сути, а заканчивается массовой школой, где физика, как основная интеллектообразующая дисциплина, становится второразрядным предметом. Общество дистанцированное от познания природы становится беззащитным от мистицизма (в России сейчас действуют 800 000 оккультных деятелей). Под угрозу ставится образовательная безопасность нации. Развитие физики показывает, что она является безусловной фундаментальной основой, как техники, так и естествознания, в целом. В частности, физика отдает биологии (развитие которой подобно взлету) не только тончайшее и точнейшее лабораторное оборудование, но и собственный стиль мышления. Наукоемкие инновации, определяющие коренные изменения в сфере производства, спрятаны в недрах естествознания. Добыть их без глубоких познаний в области естественных наук невозможно. Практически важной задачей образования на данный момент является качественная подготовка инженеров. Без энергичных, образованных инженеров и ученых, никакие "Сколково" не помогут модернизации страны. 80% абитуриентов технических вузов, не знающих физику – это сигнал бедствия. Министерство видит решение проблемы в расширении профильных классов, но эта траектория обучения близка к насыщению. Мерой, которая могла бы повернуть вектор образования в сторону приоритета естественнонаучной составляющей, было бы придание физике статус обязательной дисциплины. Мера эта чрезвычайно непопулярна. Очевидно, что новый статус должен повлечь за собой увеличение числа часов на физику в массовой школе. Можно предвидеть жесткие возражения чиновников от образования: появляются новые дисциплины, а время обучения школьника ограничено. Но делать что-то нужно. А впрочем, можно и не делать, а оставить все как есть. Но куда мы придем?
P.S. 27 сентября этого года в эфире телеканала NBC Б. Обама предложил увеличить школьникам и студентам академический год на месяц. Кроме того, он собирается нанять 10 тысяч высококлассных преподавателей, которые за два года должны улучшить ситуацию с образованием американских школьников. Основное внимание будет уделяться математике и естественным наукам.
УДК 378.016:53
Квантовая механика и оптика: I. Математическое обоснование оптических аналогий некоторых квантовых явлений
Гапоненко Сергей Васильевич, Институт физики им. Степанова НАН Беларуси (руководитель лаборатории нанооптики, профессор, доктор физ.-мат.наук) г. Минск, Беларусь (220072, пр. Независимости 68), (E-mail: s.gaponenko@ifanbel.bas-net.by),
Жуковский Сергей Владимирович, Институт физики им. Степанова НАН Беларуси (лаборатория нанооптики, научный сотрудник, кандидат физ.-мат.наук),г. Минск, Беларусь,
Хильманович Валентина Николаевна, Гродненский государственный медицинский университет, кафедра медицинской и биологической физики, преподаватель, г. Гродно, Беларусь (E-mail: valentina-gr@yandex.ru)
Рассматриваются оптические аналогии ряда задач квантовой механики, обусловленные изоморфизмом уравнений Шредингера и Гельмгольца. Приводятся к одинаковому виду формулы квантовой механики и волновой оптики для распространения, отражения, прохождения и туннелирования квантовых частиц и электромагнитных волн.
Ключевые слова: оптические аналогии; волновая оптика; квантовая механика; изоморфизм уравнений Шредингера и Гельмгольца; туннелирование.
УДК 372.853
Метод виртуальных проектов при изучении основ квантовой механики в техническом университете
Александр Викторович Баранов
Новосибирский государственный технический университет
630092 Новосибирск, пр. К. Маркса 20, НГТУ
E-mail: baranovav@ngs.ru
Обсуждается применение метода виртуальных проектов как дополнительного способа организации учебной деятельности при изучении основ квантовой механики в техническом университете. В качестве примера приводится описание реализации студентами второго курса проекта "Интерференция электронов на двух щелях".
Ключевые слова: виртуальный проект; основы квантовой механики; интерференция электронов; двухщелевой эксперимент.
УДК 530.145; 537.1
Нормирование макроскопического электрического заряда
П.М. Меднис
Новосибирский государственный педагогический университет, кафедра общей и теоретической физики. Россия, 630126, Новосибирск, Вилюйская 28, E-mail: pmednis@inbox.ru
Решена задача о виде потенциала электростатического поля двух контактирующих металлических сфер различных радиусов. Найдены: электрическая емкость системы, распределение плотности зарядов на поверхностях сфер в квадратурах, общие заряды на каждой сфере и сила взаимного отталкивания сфер. Предложены: лабораторный эксперимент, позволяющий по известной силе отталкивания сфер определять их заряды и потенциалы, нормированные определенными параметрами системы, а также лабораторный эксперимент по наблюдению явления электрострикции, учитывающий деформацию сдвига.
Ключевые слова: потенциал; контактирующие металлические сферы; распределение заряда; сила взаимодействия.
УДК 537.621; 004.942
Изучение свойств магнетиков при помощи метода Монте-Карло
Станислав Андреевич Безносиков, Александр Михайлович Толстик
Томский государственный университет
E-mail: tolstik@phys.tsu.ru
В данной работе рассматривается применение метода Монте-Карло для создания нескольких учебных компьютерных экспериментов по изучению свойств магнетиков: переходу ферромагнетик – парамагнетик, процессам намагничивания различных магнетиков в магнитных полях и гистерезисным явлениям в ферромагнетиках.
Ключевые слова: компьютерный эксперимент, магнетик, ферромагнетик, модель Изинга, метод Монте-Карло, метод Метрополиса, гистерезис, магнитный домен.
УДК 537(076.5)
О методах определения параметров электрической цепи, используемых в лабораторном практикуме "Электричество" НИЯУ МИФИ
Елена Николаевна Аксенова, Николай Николаевич Взоров, Александр Николаевич Долгов, Евгений Евгеньевич Земсков, Владимир Николаевич Игнатов, Николай Павлович Калашников, Константин Андреевич Липатов, Юрий Дмитриевич Лысак, Алексей Юрьевич Матрончик, Борис Николаевич Мещерин,
Светлана Васильевна Облизина, Муза Вячеславовна Пентегова, Валерий Дмитриевич Попов, Евгений Петрович Потанин, Виктор Иванович Ростокин, Виктор Витальевич Самедов, Татьяна Алексеевна Семенова, Валерий Борисович Соколов, Виталий Федорович Федоров, Александр Валерьевич Шутов
Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" 115409 г. Москва, Каширское ш.,31, кафедра общей физики
E-mail: elen-aksenova@yandex.ru ;
n.vzorov@mail.ru ; gunarovna@mail.ru;
suffice@rambler.ru ;
vignatv@rambler.ru ;
kalash@mephi.ru ; lipatov.k@mail.ru;
LYBO=LYSA@yandex.ru ;
matronchik2004@mail.ru ; meshcherin@gmail.ru;
Oblizina@mail.ru ;
penteg@yandex.ru ;
Vdpopov@mephi.ru ; potanin@imp.kiae.ru;
vrostokin@stream.ru ;
v=samedov@yandex.ru ; kotsem@voxnet.ru;
VBSokolov@MEPHI.RU ;
fvf48@yandex.ru ; avt614729@mail.ru
Приводится краткое описание новых лабораторных работ, поставленных с использованием оборудований фирм PHYWE и ВЛАДИС. Основное внимание уделено работам, в которых определяются параметры электрической цепи. Выделены наиболее распространенные резонансный метод и метод мостовой схемы. Рассматриваются и другие методы, например, определение параметров цепи по изучению переходных процессов.
Ключевые слова: лаборатория электричества, приборы и оборудование, параметры электрической цепи, индуктивность, емкость, сопротивление, резонансный метод, измерительный мост, мостовой метод.
УДК 53:371
Разработка трехмерного компьютерного практикума по физике для обучения студентов технических вузов с использованием Интернет-технологий
Ольга Николаевна Третьякова
Московский авиационный институт (государственный технический университет)
E-mail: tretiyakova_olga@mail.ru
Статья посвящена разработке компьютерного 3D-моделирования лабораторного физического практикума, который может быть использован для дистанционного обучения студентов технического вуза благодаря применению Интернет-технологий.
Ключевые слова: компьютерный лабораторный физический практикум, Интернет-технологии, компьютерное 3D-моделирование, дистанционное обучение физике, программный комплекс, компьютерная база данных.
УДК 53:37.01.
Вопросы модернизации физического практикума с учетом требований компетентностного подхода
Ольга Васильевна Плотникова,
Валентина Константиновна Суханова
Тихоокеанский государственный экономический университет, Россия, 690091, Владивосток, Океанский пр., 19, кафедра физики,
E-mail: plotnikova_ov@psue.ru
Целью статьи является определение способов формирования ключевых компетентностей на материале конкретной учебной дисциплины – физики. Рассматриваются возможности физического практикума для решения этой задачи и направления его модернизации.
Ключевые слова: ключевые компетенции, физический практикум.
УДК 53:007;53:331.108;53:372.8
Изучение магнитного поля Земли в новом лабораторном практикуме кафедры физики МИСиС. Часть 1. Теория и экспериментальная установка
Сергей Михайлович Курашев
Национальный исследовательский технологический университет МИСиС
119049, Москва, В-49, Ленинский пр-т, д.4, МИСиС
E-mail: sku@starnet.ru
Изложение проводится максимально приближенно к тексту студенческого описания работы нового лабораторного практикума, созданного на кафедре физики МИСиС на базе оборудования фирмы-производителя PHYWE (Германия).
Ключевые слова: магнитное поле Земли, Земной магнетизм, склонение магнитного поля Земли, вертикальная составляющая магнитного поля Земли, горизонтальная составляющая магнитного поля Земли, магнетометр, катушки Гельмгольца, датчик Холла.
УДК 378.6.0707-057.36
Формирование интеллектуальной компетентности будущих военных авиационных инженеров
в процессе обучения физике
Ольга Владимировна Вдовиченко
ГОУ ВПО "Ставропольский государственный университет"
355009 г. Ставрополь, ул. Пушкина 1
E-mail: vdowichenko-O@yandex.ru
В статье показана необходимость формирования интеллектуальной компетентности будущих военных авиационных инженеров. Обосновано понятие интеллектуальной компетентности. Представлена методика, цели, формы, средства развития интеллектуальной компетентности будущих военных авиационных инженеров. Проанализированы результаты констатирующего эксперимента, описан обучающий эксперимент. Сформулированы выводы.
Ключевые слова: интеллектуальная компетентность; будущий военный авиационный инженер; профессионально важные качества; техническое мышление; логическое мышление, профессиональная мобильность; профессионально направленные физико-технические задачи.
УДК 004.9
Актуальные проблемы преподавания естественнонаучных дисциплин в условиях открытого образования
Николай Валентинович Калачев, Анатолий Николаевич Ланских
Финансовый университет при Правительстве Российской Федерации, 125993 Москва, Ленинградский проспект, 49
E-mail: nkalachev@fa.ru , oei@fa.ru
Описаны методы преподавания естественнонаучных дисциплин (математики) на факультете открытого образования Финансового университета при Правительстве Российской Федерации, приведено описание образовательного портала, обобщен опыт работы авторов со студентами заочного и дистанционного отделений.
Ключевые слова: образовательный портал, преподавание естественнонаучных дисциплин, заочное и дистанционное отделения.
Abstracts
Abstracts 109
Quantum Mechanics and Optics: I. Mathematical Background of Optical Analogies to Certain Quantum Phenomena
S.V. Gaponenko1, S.V. Zhukovsky1, V.N. Khilmanovich2
1 B.I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Sciences of Belarus
Minsk, Belarus
220072, Nezavisimosti Ave 68, E-mail:
s.gaponenko@ifanbel.bas-net.by
2 Grodno State Medical University, Grodno, Belarus, E-mail: valentina_gr@yandex.ru
Optical analogies are considered for a number of problems of quantum mechanics arising from similarity of Schroedinger and Helmholtz equations. Formulas of quantum mechanics and wave optics are reduced to the same forms for propagation, reflection, transmission and tunneling of quantum particles and electromagnetic waves.
Key words: optical analogies, wave optics, quantum mechanics, isomorphism of Schrödinger and Helmholtz equations, tunneling.
Virtual Projects Method in the Basics of Quantum Mechanics at the Technical University Study
A.V. Baranov
Novosibirsk State Technical University, Department of General Physics, Russia, 630092 Novosibirsk, K. Marx Prospekt 20, NSTU
E-mail: baranovav@ngs.ru
Using of the virtual projects method as an additional way of organizing educational activities in the basics of quantum mechanics at the Technical University study is discussed. The project "Electron interference at double slits" as an example of implementation by the second-year students is presented.
Key words: virtual project; basics of quantum mechanics; electron interference; double slit experiment.
The Normalization of the Macroscopic Electric Charge
P.M. Mednis
Novosibirsk State Pedagogical University Russia, 630126, Novosibirsk, Vilyuy 28
E-mail: pmednis@inbox.ru
The problem concerning the form of the electrostatic field potential of the two contacting metallic spheres for the case of different radiuses is solved. The electrostatic capacity of the system, the distribution of the surface charge densities in the quadrature form, the full charges contained on the spheres and the interaction pushing force of the spheres are found. For the interaction pushing force known the laboratory experiment, which aim was to find the charges and potentials normalized by defined parameters given, is considered. Also, the laboratory experiment to observe the electrostriction phenomenon taking into account the shift deformation is suggested.
Key words: potential, contacting metallic spheres; charge density distribution; interaction force.
The Study of the Properties of Magnetics by Monte-Carlo Method
S.A. Besnosikov, A.M. Tolstik
Tomsk State University
E-mail: tolstik@phys.tsu.ru
In this paper we discuss the application of Monte-Carlo method for working of same computer experiments for study of the properties of magnetics: the phase transformation ferromagnetic - paramagnetic, the processes of magnetization of several magnetics in magnetic field, the hysteresis phenomena in ferromagnetic.
Key words: computer experiment, magnetic, ferromagnetic, Ising’s model, Monte-Carlo method, method of Metropolis, hysteresis, magnetic domain.
Methods of Determining Electrical Network Parameters Used in "Electricity" Laboratory Workshop in National Research Nuclear University "MEPHI"
E.N. Aksenova, N.N. Vzorov, A.N. Dolgov, E.E. Zemskov, V.N. Ignatov, N.P. Kalashnicov, K.A. Lipatov, Yu.D. Lysak, A.Yu. Matronchik, B.N. Mesherin, S.V. Oblizina, M.V. Pentegova, V.D. Popov, E.P.Potanin, V.I. Rostokin, V.V. Samedov, T.A. Semenova, V.B. Sokolov, V.F. Fedorov, A.V. Shutov
National Research Nuclear University "MEPHI" 115409 Moscow Kashirskoye road 31
E-mails: elen-aksenova@yandex.ru
n.vzorov@mail.ru gunarovna@mail.ru,
suffice@rambler.ru
vignatv@rambler.ru kalash@mephi.ru, lipatov.k@mail.ru
LYBO-LYSA@yandex.ru
matronchik2004@mail.ru
meshcherin@gmail.ru Oblizina@mail.ru,
penteg@yandex.ru
Vdpopov@mephi.ru
potanin@imp.kiae.ru
vrostokin@stream.ru
v-samedov@yandex.ru
kotsem@voxnet.ru VBSokolov@MEPHI.RU, fvf48@yandex.ruavt614729@mail.ru
A summary of new laboratory works established with the use of PHYWE and VALDIS equipment. Much attention is paid to electrical network parameters measurement works. Routine methods of resonance and bridge circuit are emphasized. Other methods like determining electrical network parameters by transient process analysis are also considered.
Key words: electricity laboratory, equipment, electrical network parameters measurement works, inductance, capacity, resistor, resonance method, Comparison Bridge, bridge method.
3-D Computer Physical Practical Work Development for the Education Technical University Students by Using Internet-Technology
O.N. Tretiyakova
Aviation Institute (State Technical University), Department Physics,
E-mail: tretiyakova-olga@mail.ru
The description of 3D-modeling a computer practical work is stated in article. This computer practical work could be used for distance education tasks of the technical university students by means of computer Internet-technology.
Key words: computer physics practical work, Internet-technology, computer 3D-modeling, distance education in physics, the software, and computer information base.
Issues of Practical Physics Modernization in Accordance with the Requirements of the Competency Building Approach
O.V. Plotnykova, V.K. Suhanova
Pacific State University of Economics, 19, Okeanskiy prospect, Vladivostok, 690091, Russia, e-mail: plotnikova-ov@psue.ru
The purpose of this article is to define the ways of forming key competences on the basis of the physics training material. The article considers the opportunities of physics practical work to solve this task and the trends of its modernization.
Key words: key competences, physics practical work.
Studying Earth’s Magnetic Field in the New Laboratory Workshop of Department of Physics MISIS Part 1. Theory and Experimental Equipment
S.M. Kurashev
National University of Science and Technology “MISIS” (MISIS)
MISIS, 4, Leninsky Avenue, Moscow, 119 049, Russia
E-mail: sku@starnet.ru
The exposition is as close to the text of students’ descriptions of the theory and experimental equipment at the new laboratory workshop, created at the Department of Physics MISIS on the basis of equipment provided with by manufacturer PHYWE (Germany).
Key words: Earth’s magnetic field; terrestrial magnetism; declination of the Earth’s magnetic field; inclination of the Earth’s magnetic field; horizontal component of the Earth’s magnetic field; vertical component of the Earth’s magnetic field; magnetometer; Helmholtz coils; Hall probe.
Intellectual Competence Organization of Future Military Air Engineers in the Process of Physics Education
O.V. Vdovichenko
State-run Educational Institution of Highest Vocational Education “Stavropol State University”,
Russia, Stavropol, Pushkina St. 1, p/o 355009, E-mail: vdowichenko-O@yandex.ru
The necessity of intellectual competence organization of future military air engineers is shown in the article. Definition of intellectual competence is proved. Methodology, purposes, forms, items of intellectual competence development of future military air engineers are given. Results of certifying experiment were analyzed, train experiment was described. Deductions were made.
Key words: intellectual competence; future military air engineer; professionally important qualities; technical thinking; logical thinking; professional mobility; professionally aimed physical-technical tasks.
The Vital Problems of the Teaching of Natural-Science Disciplines under the Conditions for the Open Education
N.V. Kalachev, A.N. Lanskikh
Financial University under the Government of the Russian Federation, 125993 Moscow, Leningradskiy prospectus, 49
E-mail: nkalachev@fa.ru , oei@fa.ru
The methods of the teaching of natural-science disciplines (mathematics) are described in the department of the open education of Financial University, the description of educational portal is given, and authors’ work experience with the students of external and remote departments is generalized.
Key words: educational portal, the teaching of natural-science disciplines, external and remote departments.
|