Том 18, номер
4, 2012 ISSN 1609 - 3143
Физическое образование
в вузах
Издательский Дом Московского Физического общества
Совет журнала
Крохин Олег Николаевич - главный редактор, академик РАН, научный
руководитель Высшей школы физиков НИЯУ
МИФИ, проф., доктор физико-математических наук
Гладун Анатолий Деомидович - заместитель главного редактора, проф.
МФТИ (ГУ), доктор
физико-математических наук
Николаев Владимир Иванович -- заместитель главного редактора, проф. МГУ
им. М.В. Ломоносова,
директор ЦПНПК при МГУ, доктор физико-математических наук
Николаев Владимир Иванович — заместитель главного редактора, проф. МГУ им. М.В. Ломоносова, директор ЦПНПК при МГУ, 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
Стриханов Михаил Николаевич -- ректор НИЯУ МИФИ, 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 при Правительстве РФ, кандидат физико-математических наук
Гороховатский Юрий Андреевич -- зав. каф. РГПУ им. А.И. Герцена, проф.,
доктор физико-математических наук
Завестовская Ирина Николаевна -- декан 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
Рудой Юрий Григорьевич -- проф. РУДН, доктор физико-математических 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 технических 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, 2012 г.
Физическое образование в вузах
Т. 18, N 4, 2012
Содержание
3 Наталии Сергеевне Пурышевой – 70 лет!
4 О конференции «Современный физический практикум 2012»
9
Проектно-ориентированная технология обучения физике студентов университета на основе всемирной инициативы CDIO
Г.П. Стефанова
19 Нематериальные волны материи де Бройля
А.Ф. Смык
30 Парадокс двух конденсаторов: как «исчезает» энергия
В.В. Благодарный
39 Общий подход к расчёту теплопроводности для твёрдых тел различной геометрической формы
А.А. Вихров
43
Оптимизация физических практикумов в вузах в цикле естественнонаучных дисциплин
Н.В. Калачев
51 О роли графиков в общем физическом практикуме
В.И. Николаев, Т.А. Бушина
59 Специализированному лабораторному практикуму по физике (НИРС) – 20 лет
Н.А. Задорожный, Н.В. Калачев, А.Н. Морозов, С.Л. Тимченко
68 Методы определения характеристик магнитного поля в лабораториях физического практикума 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.С. Муравьев-Смирнов,
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
80
Использование компьютерного тестирования для текущего контроля знаний
при проведении лабораторного практикума по дисциплине физика в военном институте
Ж.В. Медведева
90
Виртуальные проекты и проблемно-деятельностный подход при обучении физике
в техническом университете
А.В. Баранов
97
Из опыта работы с одаренными обучающимися в условиях военного вуза
М.С. Мартынов, Ю.Г. Долотин
103
Определение скорости звука фазовым методом в лабораторном практикуме
А.В. Макиенко, Б.Г. Чернявский
107
Получение оптической лауэграммы и определение периода решетки фотонного кристалла
Е.К. Наими, С.И. Валянский
119 Электростатические маятники: эксперимент и теория
В.А. Саранин
133
Компьютерное моделирование в курсе «Физика конденсированного состояния» (раздел
физическая кристаллография и рентгеноструктурный анализ)
А.Г. Хунджуа, Е.А. Бровкина, М.М. Мельников
140
Формирование готовности студентов к реализации физического эксперимента
в современной школе
Е.В. Донскова, Т.В. Клеветова, В.В. Ребро
150
Теоретические основы реализации метода сквозного проектирования объектов
профессиональной деятельности при обучении физике инженера-строителя
О.В. Мирзабекова, В.В. Соболева
156
Структура параметра сложности тестовой задачи в модели Раша
А.А. Гилев
162 Аннотации
168 Реклама
Physics in Higher Education
V. 18, N 4, 2012
The contents
3 Heartily Congratulations to Our Jubiljar
(N.S. Purysheva)
4 Outcomes of XIIth of International Conference «Modern Physics Practis», Moscow, 2012 September, 25-27
9
Project-Oriented Technology of Learning Physics Students at the University on the Basis of the Global Initiative CDIO
G.P. Stefanova
19 Nonmaterial Matter Waves of de Broglie
A.F. Smyk
30 The Two-Capacitors Paradox: Energy Dissipation Manners
V.V. Blagodarny
39
A General Approach to Calculation of Thermal Conductivity for Solids of Different Geometric Shapes
A.A. Vikhrov
43
Optimization of Courses in Practical Physics in High Schools in Natural Sciences
N.V. Kalachev
51 On the Role of Graphs in General Physics Laboratory Work
V.I. Nikolaev, T.A. Bushina
59 Specialized Laboratory Workshop on Physics (SRWS) – 20 years
N.A. Zadorozhny, N.V. Kalachev, A.N. Morozov, S.L. Timchenko
68
Methods of Magnetic Field Determination in Physics Workshop Laboratories of 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.S. Muraviev_Smirnov, 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
80
Utilization of Computer-based Testing for Current Knowledge Control during the Laboratory Works on Discipline Physics in Military Institute
Zh.V. Medvedeva
90
Virtual Projects and the Problem-Active Approach to Teaching Physics at the Technical University
A.V. Baranov
97
Experience of Working with Gifted Learners at the Military Institute of Higher Education
M.S. Martynov, Y.G. Dolotin
103
Determination of the Speed of Sound by the Phase Difference Method in a Laboratory Practicum
A.V. Makienko, B.G. Chernyavski
107
The Photonic Crystal Lattice-parameter Determination Through its Optical Laue Diffraction Pattern
E.K. Naimi, S.I. Valyansy
119 Electrostatic Pendulums: Experiment and Theory
V.A. Saranin
133
Computer Simulations in the Course «Physics of Condensed State» (Section Physical Crystallography and X-Ray Analysis)
A.G. Khundjua, E.A. Brovkina, M.M. Mel’nikov
140
Formation of Students’ Readiness for Implementation of Physical Experiments in Modern School
E.V. Donskova, T.V. Klevetova, V.V. Rebro
150
Theoretical Basis of the Implementation of the Pass-through Design of Facilities for Professional Work Training to the Physicist Engineer
O.V. Mirzabekova, V.V. Soboleva
156
Structure of a Complexity Index of Test Problem in Rasch Model
A.A. Gilev
162 Abstracts
168 Information
Наши Юбиляры
26 июня 2012 года исполнилось 70 лет активнейшему члену редколлегии нашего журнала, известному ученому и педагогу Пурышевой Наталии Сергеевне. Она является доктором педагогических наук, профессором по кафедре теории и методике обучения физике, заведующей кафедрой теории и методики обучения физике Московского педагогического государственного университета (МПГУ), автором учебно-методических комплектов по физике для основного и среднего (полного) образования, используемых в общеобразовательных учреждениях России, а также учебников и учебных пособий по физике для общеобразовательных учреждений, учебных пособий по теории и методике обучения физике для студентов педагогических вузов. Наталия Сергеевна – видный ученый и педагог, внесший большой вклад в развитие педагогической науки и практики. Она имеет 48&летний стаж научно-педагогической работы в МПГУ, и 15-летний стаж педагогической работы в Московской городской педагогической гимназии № 1505.
Наталия Сергеевна автор более 250 публикаций, в том числе программ по физике для основного и среднего (полного) образования для базового уровня, методические пособия к учебникам, рабочие тетради; она руководитель научной методической школы. Ею подготовлено к защите диссертаций 13 докторов и 46 кандидатов педагогических наук из России, а также стран ближнего и дальнего зарубежья. Основными
направлениями научно-исследовательской деятельности Н.С. Пурышевой являются содержание и структура школьного физического образования, методика дифференцированного обучения физике, методическая подготовка учителя физики.
Наталия Сергеевна ведет большую общественную работу, возглавляет диссертационный совет по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора и кандидата педагогических наук и входит в состав еще трех диссертационных советов. Н.С. Пурышева включена в состав экспертного совета ВАК России, возглавляет комиссию по физике учебно-методического объединения вузов России по образованию
в области подготовки педагогических кадров, является заместителем председателя секции «Преподавание физики в педагогических вузах» Научно-методического совета по физике Министерства образования и науки России. Помимо этого, Наталия Сергеевна – главный редактор журнала «Школа будущего» и член редколлегии журнала «Наука и школа». Она постоянно выступает с лекциями и сообщениями перед учителями, студентами и методистами в различных регионах России.
Редакционная коллегия, сотрудники редакции сердечно поздравляют Наталию Сергеевну с юбилеем и желают ей крепкого здоровья и больших творческих успехов на нелегком пути отечественной науки и педагогики.
О конференции
«Современный физический практикум-2012»
25–27 сентября 2012 года в Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана проходила 12-я Международная конференция стран Содружества «Современный физический практикум».
Организаторами конференции являлись Министерство образования и науки РФ, Российская Академия Наук, Научно-методический совет по физике, НИУ Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Ассоциация кафедр физики технических вузов России, Московское физическое общество, журнал «Физическое образование в вузах».
В конференции приняло участие более 100 ученых и специалистов из России (из 26 городов), Белоруссии, Украины, Казахстана, Германии, Латвии и Узбекистана. В программу конференции было включено более 200 докладов. Большой интерес у участников вызвало посещение физических лабораторий МГТУ им. Н.Э. Баумана и Центра «Фотоники и ИК-Техники».
Открывая конференцию, академик РАН Олег Николаевич Крохин сказал: «Физика – наука экспериментальная. Ясно, что когда студент или школьник своими руками выполняет сложный эксперимент, то он изучает реальный мир и понимает необходимость его объяснения. Ведь физика – основа техники, основа поиска новых технических решений, база создания новой техники». Он поблагодарил ректора МГТУ им. Н.Э. Баумана, профессора Анатолия Александровича Александрова, за поддержку идеи проведения конференции в МГТУ им. Н.Э. Баумана.
Приветствуя участников конференции, проректор по учебной работе Борис Васильевич Падалкин особо отметил роль физики в системе инженерного образования. «Это и массив фундаментальных знаний о физическом мире и, в тоже самое время, – база поиска физических основ новых технологий и технических решений. И роль физического практикума чрезвычайно важна для качественной подготовки инженеров. В Бауманском университете этому всегда уделялось большое внимание. И сегодня мы делаем все возможное для совершенствования научно-экспериментальной базы кафедры физики». По мнению проректора, результаты конференции позволят найти новые решения для совершенствования физического практикума в нашем университете.
На конференции была организована работа четырех секций: 1-я секция «Концептуально-методические вопросы физического практикума»; 2-я секция «Лекционный и лабораторный физический эксперимент в вузе»; 3-я секция «Специальный физический практикум»; 4-я секция «Физический практикум в школе»; и действовала выставка учебно-научного оборудования по физике для вузов и школ, в которой участвовали 3 издательства и 7 фирм – производителей оборудования. На выставке были представлены самые современные образцы оборудования и приборов для проведения физического эксперимента.
Конференция «Современный физический практикум» вызвала большой интерес у преподавателей физики и физических дисциплин, а также студентов московских вузов и средних общеобразовательных учреждений. Для учителей физики и студентов это, пожалуй, единственная возможность послушать известных физиков-педагогов о проблемах физического образования, его достижениях и путях развития, пообщаться с ведущими учеными и педагогами, познакомиться с представленным на выставке современным учебным оборудованием. Конференция отмечает высокий уровень сделанных докладов и рекомендует и в дальнейшем привлекать к выступлению с пленарными докладами и участию в работе конференции ведущих физиков и преподавателей физики стран Содружества.
На заключительном пленарном заседании 27 сентября 2012 года было принято следующее решение конференции:
РЕШЕНИЕ
12-й Международной конференции стран Содружества
«Современный физический практикум»
Участники конференции, заслушав и обсудив доклады, констатируют наличие общих тенденций в развитии физического образования в РБ, РФ, Украине, Узбекистане, Казахстане и Латвии.
Преподаватели физики ведут активную работу, направленную на повышение уровня физического образования в школах и вузах, используя для этого внутренние ресурсы. К сожалению, ограниченное финансирование системы образования не позволяет достаточно эффективно решать эту задачу.
Участники конференции единодушно выразили беспокойство по поводу постоянного ослабления внимания общества к состоянию физического образования в школах и вузах.
Участники конференции считают необходимым привлекать преподавателей школ, вузов и общественных организаций к обсуждению законодательных и нормативных актов (законов, стандартов и т.п.), определяющих развитие физического образования в странах Содружества.
Участники конференции отмечают высокий уровень представленных на выставке учебного оборудования разработок МГТУ им. Н.Э. Баумана в области общего и специальных физических практикумов и рекомендуют Министерству образования и науки РФ использовать указанные практикумы в других вузах страны, а также передать информацию об указанных разработках в Министерства образования других стран Содружества.
Участники конференции поддерживают обсуждавшиеся на конференции инициативы и перспективные образовательные технологии и рекомендуют:
1. Обратить внимание Министерств образования и науки РФ на:
· недопустимое уменьшение объема часов на преподавание физики в базисных учебных планах общеобразовательных школ и непрофильных вузов;
· проблему обеспечения школ и вузов современным учебным оборудованием, обеспечивающим решение задач физического образования, поставленных образовательным стандартом;
· необходимость централизованного методического контроля качества производимого демонстрационного и лабораторного учебного оборудования по физике;
· необходимость увеличения числа обязательных и рекомендованных лабораторных работ в школьном курсе физики;
· необходимость введения контрольных работ по проверке экспериментальных умений учащихся. Необходимо включить в контрольно-измерительные материалы итоговой аттестации учащихся проверку экспериментальных умений учащихся;
· предоставление образовательным учреждением самостоятельности в области приобретения лабораторного оборудования;
· содействие проведению на всех уровнях – от муниципального до международного – научно-технических конференций школьников;
· необходимость учета объема экспериментальной работы в школе при оплате труда учителей физики;
· необходимость предусмотреть в штате образовательных учреждений должность инженера школьной физической лаборатории.
2. Усилить роль эмпирического компонента дисциплины «Физика» в образовательных программах образовательных стандартов.
3. Считать актуальным направлением совершенствование в учебных заведениях РФ и других стран Содружества лабораторного физического практикума, диверсификацию его содержательного и технического компонента с учетом различий в формах учебного процесса, уровне подготовки и профессиональной ориентации студентов. Наблюдается разрыв в системе управления образованием, поскольку, поощряя исследовательскую работу сотрудников, оставляется в стороне учебно-методическая работа и ее материальное обеспечение. Фактически главная задача вуза - обучение студентов значительно обедняется. Целесообразно при выделении грантов на исследования предусматривать определенный процент от них на приобретение учебного оборудования и оплату методических разработок. Тогда подготовленные на младших курсах студенты действительно смогут влиться в исследовательскую работу вуза.
4. Считать целесообразным создание на базе физических факультетов университетов и педагогических вузов ресурсных учебно-методических центров для комплексной поддержки учреждений образования по вопросам теории и методики обучения физике, повышения квалификации работников образования в области физического эксперимента.
5. Одобрить разработанную в МГТУ им. Н.Э. Баумана систему лабораторных практикумов по общей физике и специализациям и рекомендовать ее к тиражированию.
6. Расширить практику создания в вузах и учреждениях академий наук стран СНГ сложных экспериментальных исследовательских комплексов коллективного пользования с целью их использования в учебном процессе. Продолжить поиск адекватных учебно-методических технологий обучения студентов на таких комплексах, основываясь на разработанных в МГТУ им. Н.Э. Баумана и применяемых другими университетами лабораториями удаленного доступа.
7. Считать необходимым включение физического практикума в учебные программы для классов, изучающих физику на базовом уровне.
8. Считать необходимым издание учебно-методических пособий для учителей и учащихся общеобразовательных школ и вузов по физическому практикуму, учитывающих специфику изучения физики в классах и вузах разных профилей. Рекомендовать авторам учебников и учебных пособий по физике для высшей и средней школы усилить в них экспериментальный компонент.
9. В образовательных журналах стран Содружества регулярно помещать сведения об имеющемся и создаваемом учебном оборудовании, учебных фильмах и электронных образовательных ресурсов по физике с указанием адресов фирм-производителей учебной продукции. В частности:
а) поддержать предложение редакции научно-методического журнала «Физика в школе» (Издательство «Школьная пресса») об информационной поддержке секции «Физический эксперимент в школьном образовании» с целью сотрудничества в распространении идей и документов «СФП», по обсуждению предложений конференции в учительской среде. Среди предлагаемых мер: информирование педагогической общественности о конференции через сайт издательства «Школьная пресса» (размещение информационных писем, программы работы секции, резолюции и т.п.), публикация докладов секции в специальном выпуске журнала с размещением аннотаций статей на сайте, публикация лучшего доклада секции в открытом доступе на сайте издательства.
б) предложить редакции журнала «Физика-ПС» (Издательский дом «Первое сентября») организовать публикацию серии разработок уроков, которые проводятся в рамках педагогического эксперимента по внедрению нового оборудования по демонстрационному и ученическому эксперименту, а также инновационных методов и подходов его использования в систему школьного физического образования.
10. Рекомендовать провести следующую 13-ю конференцию «Современный физический практикум» в 2014 году в Санкт-Петербурге на базе ИТМО или Новосибирске на базу НГУ. На этой конференции заслушать информацию Ученого секретаря конференции о ходе реализации настоящих рекомендаций.
11. Проинформировать всех участников конференции, Министерств образования стран Содружества о результатах конференции.
12. Опубликовать в журналах «Физическое образование в вузах» и «Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана» пленарные доклады и лучшие доклады, рекомендованные на заседаниях секций.
Программный и организационный комитеты
УДК 37.01:681.3
Проектно-ориентированная технология обучения физике студентов университета на основе всемирной инициативы CDIO
Галина Павловна Стефанова
Астраханский государственный университет; e-mail: firstpro@aspu.ru
В статье изложены способы применения стандартов Всемирной инициативы CDIO для организации инновационной образовательной среды в университете; разработан «механизм» выявления типовых профессиональных задач специалиста и методов их решения в обобщенном виде; описаны задания по проектированию и созданию технических объектов с опорой на физические знания.
Ключевые слова: инновационная образовательная среда, стандарты CDIO, обучение студентов разработке, проектированию, реализации и эксплуатации технических объектов с опорой на физические знания.
УДК 53(093)
Нематериальные волны материи де Бройля
Александра Федоровна Смык
Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ); e-mail: afsmyk@mail.ru
В статье в историческом контексте рассмотрена концепция Луи де Бройля о волнах, сопровождающих перемещение материальных тел, которые получили название фазовых волн. Э. Шредингер развил идеи де Бройля, для фазовых волн получил нерелятивистское волновое уравнение, а сами волны в квантовой механике приобрели смысл волн вероятности. Физический смысл и свойства этих волн, а также ряд важных задач атомной физики, решенных с помощью волн де Бройля, обсуждаются в данной статье.
Ключевые слова: Луи де Бройль, волновая механика, фазовые волны, релятивистская концепция, фазовая и групповая скорости, условие квантования Бора, дифракция электронов, квантовая статистика.
УДК 530.145;537.1
Парадокс двух конденсаторов: как «исчезает» энергия
Виталий Владимирович Благодарный
Борисоглебский государственный педагогический институт; e-mail: bvv_2004@land.ru
Анализируется процесс перезарядки конденсаторов в известном «парадоксе двух конденсаторов» при различных параметрах цепи, соединяющей конденсаторы. Показано, что при выполнении условия квазистационарности процесса существенное электромагнитное излучение отсутствует. Обсуждается использование полевой концепции для расчёта баланса энергий. Рассмотрены процессы диссипации энергии.
Ключевые слова: парадокс двух конденсаторов, энергия, условие квазистационарности, полевая концепция, электрические параметры цепи.
УДК 53.03;536.21
Общий подход к расчёту теплопроводности для твёрдых тел различной геометрической формы
Андрей Алексеевич Вихров
СПбГУ, e-mail: 6778844@sipnet.ru
В статье рассматривается новый метод расчёта теплопроводности для твёрдых тел. Отличается он делением объёма тела на конечное число элементов. Это позволяет значительно упростить решение задачи. А именно: формула теплопроводности заносится в компьютер, минуя стадию решения её как уравнения. За время dt в элемент объёма dV поступает количество теплоты dQвх и выходит из него количество теплоты dQвых. При этом температура элемента объёма изменяется на du. На основе этих данных составляются дифференциальные уравнения.
Ключевые слова: расчёт, теплопроводность, геометрическая форма твёрдого тела, элемент объёма, закон Фурье, пластина, входящий и выходящий тепловые потоки, система линейных дифференциальных уравнений, массив, уравнение теплопроводности.
УДК 378.147:88
Оптимизация физических практикумов в вузах в цикле естественнонаучных дисциплин
Николай Валентинович Калачев
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Финансовый университет при Правительстве РФ, ФИАН
119991 Москва, ГСП$1, Ленинский пр. 53; e-mail: kalachev@sci.lebedev.ru
Приводится опыт оптимизации физических практикумов в цикле естественнонаучных дисциплин на кафедрах физики НИУ МГТУ им. Н.Э. Баумана, МГУПС (МИИТ), МПГУ и других университетов в условиях открытого образования. Обсуждаются модель, концепция и методика оптимизации при проведении физических практикумов. Описывается ряд лабораторных работ (в т.ч. и дистанционных), информационная система допуска к лабораторным работам и комплекс датчиков для компактных практикумов.
Ключевые слова: компактные физические практикумы, оптимизированные практикумы,система допуска, дистанционные лабораторные работы.
УДК 531.8;539.1;537;535
О роли графиков в общем физическом практикуме
Владимир Иванович Николаев, Татьяна Андреевна Бушина
МГУ им. М.В. Ломоносова, физический факультет; e-mail:
bushina@rambler.ru
Рассматривается вопрос о путях усиления познавательных ресурсов задач общего физического практикума за счет более полного использования графиков в учебном процессе. Основные аспекты проблемы обсуждаются на примере вопросов повышенной трудности из различных разделов общего курса физики. Названия рассмотренных тем: «Падение шарика на опору», «Простой гироскоп», «Магнитные фазовые переходы в ферромагнетике», «Цепь постоянного тока», «Э.Д.С. электромагнитной индукции». Отмечается, что заблаговременно построенные преподавателем серии графиков к задачам практикума могут служить удобным банком заданий, расширяющим познавательные возможности студентов на практических занятиях по общему курсу физики.
Ключевые слова: курс общей физики, общий физический практикум, дидактика, трудные графики.
УДК 37.012.7
Специализированному лабораторному практикуму по физике (НИРС) – 20 лет
Николай Антонович Задорожный, Николай Валентинович Калачев, Андрей Николаевич Морозов, Светлана Леонидовна Тимченко
МГТУ им. Н.Э. Баумана; e"mail: nikazador@mail.ru , kalachev@sci.lebedev.ru,
amor@mx.bmstu.ru , svtimchenko@yandex.ru
Дан обзор истории создания и развития лаборатории научно"исследовательских работ студентов (НИРС), рассмотрены основные направления деятельности зала НИРС кафедры физики МГТУ им. Н.Э. Баумана. Объем и разнообразие тематики проводимых лабораторных работ соответствуют различным областям современной физики и ее применений, что позволяет обучающимся активно участвовать в учебной деятельности университета. При переходе от традиционного лабораторного практикума к практикуму с элементами научно"технических исследований обеспечивается качественно более высокий уровень подготовки будущих специалистов.
Ключевые слова: лабораторный практикум по физике, научно"исследовательская работа студентов, удаленный доступ, работа с абитуриентами.
УДК 53:001.92;53(075);537(076.5);53:372.8
Методы определения характеристик магнитного поля в лабораториях физического практикума 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,
Сергей Сергеевич Муравьев*Смирнов, 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 Москва, Каширское шоссе, 31; e-mail: kalash@mephi.ru
Кратко описаны новые лабораторные работы с магнитным полем, поставленные в лабораториях «Электричество» физического практикума НИЯУ МИФИ с использованием оборудовании фирм PHYWE и ВЛАДИС. Основное внимание уделено работам по измерению геомагнитного поля, магнитных полей соленоида, катушек Гельмгольца и проводников различной конфигурации. Магнитная индукция измеряется с помощью холловских датчиков, индукционных катушек и географического магнитометра.
Ключевые слова: лаборатория, практические работы, магнитное поле, оборудование, измерение, магнитная индукция, геомагнитное поле, соленоид, катушки Гельмгольца, датчик Холла, индукционный датчик.
УДК 371.261:372.853:378.6
Использование компьютерного тестирования для текущего контроля знаний при проведении лабораторного практикума по дисциплине физика в военном институте
Жанна Викторовна Медведева
Военная Академия РВСН (филиал в г. Серпухов), 142202, г. Серпухов Московской области, ул. Бригадная, 17; e-mail: mzhv13@mail.ru
В статье приводится методика использования, организация и содержание компьютерного тестирования для текущего контроля знаний при выполнении физического практикума в военном вузе. Так же представлены некоторые итоги и анализ результатов педагогического эксперимента по внедрению данной методики, проведенного на кафедре физики ФВА РВСН.
Ключевые слова: методика, компьютерное тестирование, контроль, лабораторный практикум по физике.
УДК 372.853
Виртуальные проекты и проблемно-деятельностный подход при обучении физике в техническом университете
Александр Викторович Баранов
Новосибирский государственный технический университет, 630092 Новосибирск, пр. К. Маркса 20, НГТУ; e-mail: baranovav@ngs.ru
Метод виртуальных проектов используется для организации проблемно-деятельностного подхода при обучении физике в техническом университете. В качестве примера приводится описание реализации студентами второго курса виртуальной имитационной лабораторной работы «Измерение скорости пули с помощью баллистического маятника».
Ключевые слова: проблемно-деятельностный подход, виртуальный проект, обучение физике.
УДК 53+378
Из опыта работы с одаренными обучающимися в условиях военного вуза
Михаил Стефанович Мартынов, Юрий Георгиевич Долотин
Академия ФСО России, г. Орел; e-mail: aprilnost@rambler.ru
В статье описывается опыт работы кафедры физики с одаренными курсантами в сфере их научной деятельности и участия в олимпиадном движении разного уровня.
Ключевые слова: одаренные курсанты, научно-исследовательская деятельность, олимпиады по физике.
УДК 535.22
Определение скорости звука фазовым методом в лабораторном практикуме
Антонина Васильевна Макиенко, Борис Григорьевич Чернявский
Национальный исследовательский Томский политехнический университет
634050 г. Томск, пр. Ленина, 30; e-mail: ant.mak@tpu.ru
В работе предлагается способ определения скорости звука в воздухе, основанный на измерении разности фаз колебаний в бегущей волне. Для этого используется электронный фазометр, позволяющий сравнивать фазы звукового сигнала источника и приемника, расположенного на определенном расстоянии от источника.
Ключевые слова: скорость звука, фазовый метод, лабораторный практикум, разность фаз.
УДК 535.323
Получение оптической лауэграммы и определение периода решетки фотонного кристалла
Евгений Кадырович Наими1, Сергей Иванович Валянский2
1Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»;
119049, Москва, Ленинский пр-т, 4; e-mail: e.naimi@mail.ru
2Учреждение Российской академии наук «Институт общей физики им. А.М. Прохорова»;
119991, Москва, ул. Вавилова, 38; e-mail: sergv3@yandex.ru
Приводится описание экспериментальной установки для получения брэгговской дифракции света на 2D-фотонной структуре (двумерном фотонном кристалле). Рассмотрены условия формирования оптической лауэграммы при отражении света от поверхности фотонного кристалла. Описана методика определения периода решетки фотонного кристалла по его оптической лауэграмме. Получены данные о величине периода решетки фотонного кристалла с гексагональной плотноупакованной
структурой.
Ключевые слова: фотонный кристалл, дифракция света, оптическая лауэграмма.
УДК 537.2
Электростатические маятники: эксперимент и теория
Владимир Александрович Саранин
Глазовский государственный педагогический институт им. В.Г. Короленко,
427621, г. Глазов, ул. Первомайская, 25; e-mail:
val_sar@yandex.ru
Проведено исследование физического и математического маятников, в качестве грузов у которых использован заряженный шарик, взаимодействующий с противоположным зарядом-изображением в проводящей и диэлектрической пластинах. Показано, что такие системы могут иметь одно или два устойчивых и одно неустойчивое положений равновесия, и обладают бифуркационными свойствами.
Ключевые слова: электростатический маятник, электрические изображения, энергия и сила электростатического взаимодействия.
УДК 004.94:539.26
Компьютерное моделирование в курсе «Физика конденсированного состояния» (раздел физическая кристаллография и рентгеноструктурный анализ)
Андрей Георгиевич Хунджуаa, Елена Анатольевна Бровкинаb, Максим Михайлович Мельниковc
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, физический факультет, кафедра физики твердого тела; Россия,119991, Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 2; e-mail:
akhundjua@mail.ru ,
bel-brov@rambler.ru ,
cxenomorpha@list.ru
Представлен пакет программ, позволяющий моделировать ряд задач по дифракции на моно- и поликристаллах. Обсуждаются различные варианты использования программ для общего и специального физического практикума.
Ключевые слова: компьютерное моделирование, физический эксперимент, лабораторные работы по физике, физика конденсированного состояния, рентгеноструктурный анализ.
УДК 378
Формирование готовности студентов к реализации физического эксперимента в современной школе
Елена Владимировна Донскова, Татьяна Валентиновна Клеветова, Вадим Владимирович Ребро
ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный социально-педагогический университет»,
400005, Волгоград, пр. им. В.И.Ленина, 27, ФГБОУ ВПО «ВГСПУ»; e-mail:
donskova@vspu.ru ,
ktv@vspu.ru , rebro@vspu.ru
Представлен компетентностный аспект готовности будущего учителя физики к профессиональной деятельности. Рассмотрены теоретические основы деятельностных технологий обучения студентов проектированию предметной образовательной среды на основе физического эксперимента.
Ключевые слова: профессиональные компетенции; физический эксперимент; проектно-технологическая деятельность.
УДК 378.14:[53:38.2_022]
Теоретические основы реализации метода сквозного проектирования объектов профессиональной деятельности при обучении физике инженера-строителя
Ольга Викторовна Мирзабекова1, Вера Владимировна Соболева2
1Астраханский государственный технический университет, 414025, г. Астрахань, ул. Татищева 16а; e-mail:
omirzabekova@yandex.ru
2Астраханский инженерно-строительный институт, 414056, г. Астрахань, Россия ул. Татищева 18; e-mail:
omirzabekova@yandex.ru ,
VeraVsoboleva@yandex.ru
Проектная деятельность является основным видом профессиональной деятельности инженеров строителей. Предлагается для обучения виду деятельности использовать метод сквозного проектирования при обучении физике. Для этого разработана методика обучения, состоящая из трех этапов, и специальные дидактические средства.
Ключевые слова: обучение физике будущих инженеров – строителей, метод сквозного проектирования при обучении физике.
УДК 372.85
Структура параметра сложности тестовой задачи в модели Раша
Александр Александрович Гилев
Самарский государственный архитектурно-строительный университет; e-mail:
algil@mail.ru
Рассмотрена структура параметра сложности задачи, являющегося объективной характеристикой в модели Раша. На основе статистического анализа результатов решения специально разработанных тестовых задач сделан вывод о линейной зависимости параметра сложности от количества ключевых элементов решения.
Ключевые слова: модель Раша, параметр сложности задачи, когнитивные операции.
Abstracts
Project-Oriented Technology of Learning Physics Students at the University on the Basis of the Global Initiative CDIO
G.P. Stefanova
Astrakhan State University; e-mail: firstpro@aspu.ru
It is shown as to apply Worldwide CDIO Initiative Standards for the organization of innovative
educational framework at university; developed a «mechanism» to identify typical professional tasks of professional and generalize methods to solve them, described the task of designing and building of technical objects.
Keywords: the innovative educational framework, CDIO Initiative Standards, education of students of conceiving, designing, implementing and operating technical objects.
Nonmaterial Matter Waves of de Broglie
A.F. Smyk
Moscow Automobile and Road State Technical University (MADI); e-mail: afsmyk@mail.ru
In all the well-known texts on quantum mechanics de Broglie waves are introduced only as a stepping stone on the way to the introduction of the Schrodinger equation. The concept of de Broglie waves is considered in this article. De Broglie waves are characterized by frequency, velocity of propagation and wavelength. These waves as originally introduced by de Broglie were a relativistic phenomenon. The nature of this waves have remained obscure.
Keywords: Louis de Broglie, wave mechanics, phase waves, relativistic concept, de Broglie waves, phase and group velocity, Bohr’s quantization condition, electron diffraction, quantum statistic.
The Two-Capacitors Paradox: Energy Dissipation Manners
V.V. Blagodarny
Borisoglebsk State Pedagogical Institute; e-mail: bvv_2004@land.ru
The well known two-capacitors paradox under various parameters of the connection circuit is analyzed. On the quasi-permanent current condition electromagnetic radiation is not revealed. Field-energy consideration as a tool for balance energy calculation is discussed. The overview of energy loss problems is outlined.
Keywords: two-capacitors paradox, energy, quasi-permanent current condition, field-energy consideration, electric circuits parameters.
A General Approach to Calculation of Thermal Conductivity for Solids of Different Geometric Shapes
A.A. Vikhrov
Sankt-Petersburg State University; e-mail: 6778844@sipnet.ru
A new method of calculation thermal conductivity for solids is considering in this article. It distinguish consist in division the volume of solid in finite quantity of elements. This admission allows an important simplification of the solution. Namely, the formula of thermal conductivity is putting down in computer, without solving it as equation. For the time dt in an element of volume dV enters a quantity of heat dQin and comes out from it a quantity of heat dQex . At that a temperature of the element of volume is changes on du . As a matter of this dates it composes a differential equations.
Keywords: calculation, thermal conductivity, geometrical form of solid, element of volume, law of Fourier, plate, entering and coming out streams of heat, system of linear differential equations, massive, equation of thermal conductivity.
Optimization of Courses in Practical Physics in High Schools in Natural Sciences
N.V. Kalachev
Moscow State Technical University named by N.E. Baumann, Financial University under
the Government of RF, P.N. Lebedev Physical Institute of Russian Academy of Sciences
119991 Moscow, Leninskiy pr. 53; e-mail:
kalachev@sci.lebedev.ru
Provides experience in improving physical workshops in natural sciences at the physics department of N.E. Baumann Moscow State Technical University, in Moscow State University of Communication Means (MIIT), Moscow Pedagogical State University and other universities in the open education condition. Discusses model, concept and methodology for optimization of physical workshops. Describes a number of Labs (including remote laboratory works), the information system of admission to Labs and complex sensors for compact workshops.
Keywords: Compact physical workshops, optimized workshops, admittance system, remote labs.
On the Role of Graphs in General Physics Laboratory Work
V.I. Nikolaev, T.A. Bushina
M.V. Lomonosov Moscow State University, Physics Department; e-mail: bushina@rambler.ru
The problem on the ways how to enhance the cognitive recourses of general physics laboratory tasks by using graphs as teaching tool is discussed. The main aspects of the problem are discussed on the concrete examples of increased difficulty tasks from various parts of general physics course. The topic being discussed: “Falling of the small ball on the ground”, “Symmetrical gyroscope”, “Magnetic phase transitions in a ferromagnet”, “Chain of the direct current”, “Electromagnetic induction”. It is marked that series of graphs drawn by a tutor for laboratory tasks may be used as a suitable bank of tasks which expand the cognitive possibilities of students during practical work on the general physics course.
Keywords: general physics course, general physics laboratory work, didactics, difficult graphs.
Specialized Laboratory Workshop on Physics (SRWS) – 20 years
N.A. Zadorozhny, N.V. Kalachev, A.N. Morozov, S.L. Timchenko
N.E. Bauman Moscow State Technical University
This article gives an overview of the history of creation and development of lab research student (SRWS), the basic directions of research work of the Physics Department of N.E. Bauman Moscow State Technical University. Volume and diversity of subjects of laboratory works correspond to different areas of modern physics and its applications, allowing students to actively participate in the educational activities of the University. When moving from a traditional laboratory workshop, workshop with elements of scientific and technical research ensures qualitatively higher level training of future specialists.
Keywords: laboratory workshop on physics, students’ research work, remote access, work with applicants.
Methods of Magnetic Field Determination in Physics Workshop Laboratories of National Reseach 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.S. Muraviev_Smirnov, 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 Researh Nuclear University « MEPHI», 115409 Moscow Kashirskoye road 31;
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;
smuraviev@list.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
The short description of new physics workshop laboratories “ELECTRICITY” based on educational facilities of firms “PHYWE” and “VLADIS” is given. Methods of magnetic fields producing, and magnetic flux density and magnetic field intensity measuring, which are used in 16 new practical works, are described. An emphasis is paid to investigation of geomagnetic field, solenoid coil magnetic field, Helmholtz coils magnetic field, and magnetic field of various configurations of direct current conductors. For magnetic field measuring in new practical works, Hall and induction sensors are used.
Keywords: instructional laboratory, practical work, magnetism, educational facilities, magnetic flux density, geomagnetic field, solenoid coil, Helmholtz coils, Hall sensor, induction sensor.
Utilization of Computer-based Testing for Current Knowledge Control during the Laboratory Works on Discipline Physics in Military Institute
Zh.V. Medvedeva
Military Academy of Strategic Rocket Forces (Serpukhov Branch), 142202,
Serpukhov, Moscow region. 17 Brigade; e-mail: mzhv13@mail.ru
This article provides a method of use, organization and content of computer testing for current knowledge control during physical laboratory works execution in military institute. Some of the resume and analysis of results for pedagogical experiment to implement the technique, conducted at the Department of Physics of MA SRF, are also given.
Keywords: method; computer testing; control; physical laboratory works.
Virtual Projects and the Problem-Active Approach to Teaching Physics at the Technical University
A.V. Baranov
Novosibirsk State Technical University,
Russia, 630092 Novosibirsk, K. Marx Prospekt 20, NSTU; e-mail: baranovav@ngs.ru
The virtual projects method is used for the problem-active approach in teaching physics at the Technical University. Virtual simulation of the laboratory work «Measuring of the bullet speed by means of the ballistic pendulum» as an example of implementation by the second-year students is presented.
Keywords: problem-active approach, virtual project, teaching physics.
Experience of Working with Gifted Learners at the Military Institute of Higher Education
M.S. Martynov, Y.G. Dolotin
Academy of the Federal Guard Service of the Russian Federation, Orel; e-mail: aprilnost@rambler.ru
The article describes the physics department experience of working with gifted cadets in the sphere of their scientific activity and participation in competitions of different levels.
Keywords: gifted cadets, research activity, physics competitions.
Determination of the Speed of Sound by the Phase Difference Method in a Laboratory Practicum
A.V. Makienko, B.G. Chernyavski
Tomsk Polytechnik University 634055, Tomsk, Lenin Str. 30; e-mail: ant.mak@tpu.ru
A method is proposed for determining the speed of sound in air, based on measurements of phase differences between vibrations of a sound signals in a traveling sound wave. An electronic phase meter is used for measurements of phase difference of a sound wave between the source and receiver situated on some distance from each other.
Keywords: speed of sound, method of phase differels, laboratory practical, phase difference.
The Photonic Crystal Lattice-parameter Determination Through its Optical Laue Diffraction Pattern
E.K. Naimi1, S.I. Valyansy2
1Moscow Institute of Steel and Alloys; 119049, Moscow, Leninskiy Prospekt, 4; e-mail:
e.naimi@mail.ru
2The Russian Academy of Sciences Institute of General Physics named by A.M. Prokhorov; 119991, Moscow, UL. Vavilov, 38; e-mail: sergv3@yandex.ru
The description of experimental facility designed to obtain Bragg light diffraction for 2Dphotonic structure (two-dimensional photonic crystal) is given. The Laue optical diffraction pattern conditions are regarded for light reflection at the photonic crystal surface. The method is described for photonic crystal lattice-parameter determination through its optical Laue diffraction pattern and the photonic crystal lattice parameter is obtained for the hexagonal close packed crystal structure.
Keywords: photonic crystal, light diffraction, optical Laue pattern.
Electrostatic Pendulums: Experiment and Theory
V.A. Saranin
Glazov State Pedagogical Institute; e-mail: val_sar@yandex.ru
It is carried out research of physical and mathematical pendulums, as cargoes at which the charged ball cooperating with an opposite charge-image in conducting and dielectric plates is used. It is shown, that such systems can have one or two stable and one unstable positions of equilibrium, and possess bifurcation properties.
Keywords: an electrostatic pendulum, electric images, energy and force of electrostatic
interaction.
Computer Simulation in the Course «Physics of Condensed State» (Section Physical Crystallography and X-Ray Analysis)
A.G. Khundjuaa, E.A. Brovkinab, M.M. Mel’nikovc
Department of Solid State Physics, Faculty of Physics, M.V. Lomonosov Moscow State
University, Moscow 119991, Russia; e-mail: akhundjua@mail.ru , bel_brov@rambler.ru, cxenomorpha@list.ru
The computer practicum on X-ray analysis, which includes some laboratory works of the diffraction on a mono- and polycrystalline, is presented. Various options of the developed programs for the use in general and special physical practicum are discussed.
Keywords: computer simulation, physical experiment, laboratory works on physics, condensed matter physics, X-ray structural analysis.
Formation of Students’ Readiness for Implementation of Physical Experiments in Modern School
E.V. Donskova, T.V. Klevetova, V.V. Rebro
Volgograd State Social_Pedagogical University
Department of theory and methods of teaching physics and computer science
400005, Lenin Avenue, 27, Volgograd; e-mail:
donskova@vspu.ru , ktv@vspu.ru, rebro@vspu.ru
The competence aspect of physics teacher’s to-be readiness for the profession is presented in the article. The theoretical principles of activity-based technologies of teaching students to design the subject-oriented educational environment on the basis of physical experiment are considered.
Keywords: professional competences; physical experiment; pedagogical design and technology.
Theoretical Basis of the Implementation of the Pass-through Design of Facilities for Professional Work Training to the Physicist Engineer
O.V. Mirzabekova, V.V. Soboleva
The Astrakhan State Technical University, 414025, Astrakhan, Tatischeva st. 16а,
Astrakhan Construction Engineering Institute, 414056, Astrakhan, Tatischeva st.18; e-mail: omirzabekova@yandex.ru,
Project activity is the main kind of professional activity of civil engineers. It is offered to a kind of activity to use for training a method of through design when training to physics. The technique of training consisting of three stages, and special didactic means is for this purpose developed.
Keywords: physics teaching future engineers - construction workers, the pass-through design for teaching physics.
Structure of a Complexity Index of Test Problem in Rasch Model
A.A. Gilev
Samara State University of Architecture and Civil-engineering; e-mail: algil@mail.ru
The structure of complexity index of test problem has been considered. The index is the test model’s objective characteristic in the framework of a Rasch model. Based on a statistical analysis of results of solving specially designed test problems, it has been concluded that there is linear dependence of a complexity index on key elements of the solution.
Keywords: Rasch model, complexity index of a problem, cognitive operations.
|