"Физическое образование в ВУЗах" Журнал Московского Физического Общества серия "Б" Т.2, N1, 1996
Главный редактор Крохин Олег Николаевич - член-корреспондент Российской лкадемин наук, Московский инженерно-физический институт (технический университет). Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Москва, Россия. Заместители Главного редактора Грибков Владимир Алексеевич - Московский инженерно-физический институт (технический университет), Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Московское физическое общество, Москва, Россия. Суханов Александр Дмитриевич - Московский государственный университет, Российский научный центр физического образования, Москва, Россия. Шапочкин Михаил Борисович - Московский энергетический институт, Московское физическое общество, Москва, Россия. Редакционная коллегия Бруццоне Орасио - Университет Буенос- Айреса, Буенос-Айрес, Аргентина. Быковский Юрий Алексеевич - Московский инженерно-физический институт, Москва, Россия. Врублевски Анжей - Варшавский университет, Варшава, Польша. Гладун Анатолий Деомидович - Московский государственный технологический университет (СТАНКИН), Москва, Россия. Кренцис Радий Павлович - Уральский государственный технический университет, Екатеринбург, Россия. Кунце Ганс Иохим - Рурский университет, Бохум, ФРГ. Ли Синг - Наньянгский технический университет, Сингапур. Песоцкий Юрий Сергеевич - Российское научно-производственное объединение "Росучприбор", Москва, Россия. Спирин Геннадий Георгиевич - Московский авиационный институт (технический университет), Москва, Россия. Чернышев Виктор Викторович - Военно-воздушная инженерная академия им. Н.Е. Жуковского, Москва, Россия. Техническая редакция Калачев Николай Валентинович - Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Московское физическое общество, Москва, Россия. Кулыбин Виктор Михайлович - Издательский Дом МФО, Москва, Россия. Перегудова Елена Нинелевна - Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Московское физическое общество, Москва, Россия. © Издательский дом МФО. 1996 г.
5 Компьютерное сопровождение обучения в курсе общей физики Л.И. Луковников 26 Учебный курс "физика на компьютере" в Московском физико-техническом институте С.М. Козел, Н.Н. Соболева 31 Возможности использования компьютера в изучении физики Ганс Лауэ 35 Компьютерное моделирование в преподавании физики Г.И. Бутиков В.Б. Нагаев, Л.Г. Любутина, А.А. Дозоров 48 Имитационные эксперименты по физике в учебном процессе В.В. Красавин, Ю.А. Зайцев 51 Компакт-диски в физике. Реальность и перспектива Л.В. Поленов, В.П. Седякин, Ю.С. Песоцкий А.М. Башаров 72 Об опыте проведения занятий по компьютерному моделированию С.Н. Колгатин 77 Лабораторный практикум по курсу "Теория нейронных сетей" Б.Н. Оныкий, О.А. Мишулина, И.Б. Щербаков 91 Математическое моделирование в изучении динамических процессов Г.Н. Алексаков 112 Информационная технологии построения математической модели объекта по экспериментальным данным М.В. Марковский, В.Д. Чалый Эдо Найланд 131 Аннотации 137 Аbstracts 142 Информация и реклама Приложение к журналу (стр. 56)
JOURNAL of the MOSCOW PHYSICAL SOCIETY Series "B" V.2, N1, 1996 5 Computerizing technologies of education in general physics course A.I. Lukovnikov 26 Educational computer course "physics on the computer" at Moscow Institute of Physics and Technology S.M. Kozel, N.N. Soboleva 31 Possibilities for computer assisted learning in physics Hans Laue 35 Computer modeling in teaching of physics E.I. Butikov V.B. Nagaev, L.G. Lyubutina, A.A. Dozorov 48 The computer simulation experiments in physics education V.V. Krasavin, Yu.A. Zaytsev 51 CD-ROM in physics. reality and perspective A.V.Polenov, V.P. Sedyakin, Yu.S. Pesotsky A. M . Basharov 72 On the experience in computer modeling teaching S.N. Kolgatin 77 Laboratory at the course "theory of neural networks" B.N. Onykiy, O.A. Mishulina, I.B. Shcherbakov 91 Mathematical modeling of dynamical processes study G.N. Aleksakov 112 Information technique of mathematical model construction of dynamic object by experimental data M.V. Markovsky, V.D. Tchalii 127 A WEB prowl Edo Nyland 131 Aннотации 137 Abstracts l42 Information and advertisements
АННОТАЦИИ КОМПЬЮТЕРНОЕ СОПРОВОЖДЕНИЕ ОБУЧЕНИЯ В КУРСЕ ОБЩЕЙ ФИЗИКИ А.И. Луковников Московский Государственный инженерно-физический институт Кафедра общей физики Лаборатория компьютерных технологий обучения Обсуждаются различные направления использования компьютеров в обучении общей физике. Представлен обзор наиболее развитых отечественных программных разработок учебного назначения. Приводятся характеристики разработанных в МИФИ интегрального пакета обучающих программ А1БТ и электронного задачника по физике ELZA. УЧЕБНЫЙ КУРС "ФИЗИКА НА КОМПЬЮТЕРЕ" В МОСКОВСКОМ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКОМ ИНСТИТУТЕ С.М. Козел, Н.Н. Соболева Московский физико-технический институт В последние годы компьютерные учебные программы широко используются на кафедре физики МФТИ. Компьютерные программы используются для моделирования физических явлений с привлечением широких возможностей визуализации физических концепций и задач. Компьютеры также используются для лекционных демонстраций, в физических лабораториях при выполнении студентами учебных лабораторных работ, а также на отдельных семинарах и для самостоятельных занятий студентов. В статье обсуждается опыт авторов по использованию курса "Физика на компьютере" в МФТИ.
ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОМПЬЮТЕРА В ИЗУЧЕНИИ ФИЗИКИ Ганс Лауэ Кафедра физики и астрономии Университета Калгари, Альберта, Канада Представлена краткая история использования компьютеров в изучении физики, которая связывает различные виды программных продуктов, разработанных на последних стадиях технологического развития. Отмечается, что технология была продвинута на новый уровень за последние два года, что позволило сделать дальнейшее развитие в компьютерном обучении физики возможным и желательным. В качестве возможного примера программного продукта, доступного в настоящий момент, описывается компьютерная обучающая система CALiPH, используемая при изучении физики на первом курсе университета.
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В ПРЕПОДАВАНИИ ФИЗИКИ Е.И. Бутиков Санкт-Петербургский Университет В статье описываются два комплекса учебных моделирующих компьютерных программ КЛАССИЧЕСКАЯ ДИНАМИКА и ФИЗИКА КОЛЕБАНИЙ, которые представляют собой не просто электронное дополнение к традиционному учебнику, а по существу своего рода настольную лабораторию для индивидуальной интерактивной работы учащегося с математической моделью физического явления. Работа с моделирующими программами во многом сходна с небольшим научным исследованием, в котором студент играет активную роль. ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА КАФЕДРЕ ФИЗИКИ ГАНГ им. И.М.ГУБКИНА В.Б. Нагаев, Л.Г. Любутина, А.А. Дозоров ГАНГ им. И.М. Губкина Представлен опыт использования ЭВМ в учебном процессе, начиная от тренировочных контролирующих обучающих программ, осуществляющих жестко-детерминированное обучение, и кончая моделирующими обучающими программами, в которых максимально реализованы дидактические возможности компьютера. Наиболее эффективными оказываются обучающие программы, которые сочетают информационно-справочные и контролирующие функции с возможностью моделировать и изучать различные явления и объекты при изменении их параметров.
ИМИТАЦИОННЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ ПО ФИЗИКЕ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ В.В. Красавин, Ю.А. Зайцев Ковровский технологический институт Кафедра физики В настоящей статье представляется пакет программ имитационных экспериментов (на ЭВМ) по классическим опытам курса физики: опыт Броуна, опыт Милликена, опыт Перрена, опыт Резерфорда и др. Математические модели имитационных экспериментов максимально адекватны реальным процессам, происходящим в опытах.
КОМПАКТ-ДИСКИ В ФИЗИКЕ. РЕАЛЬНОСТЬ И ПЕРСПЕКТИВА А.В. Поленов, В.П. Седякин, Ю.С. Песоцкий Российское Научно-производственное Объединение "Росучприбор" В данной статье описаны технологии компакт-дисков (КД) в физике, разработанные в РНПО "Росучприбор" для приложений ПК в лабораториях и в лекционной работе. Показаны несколько примеров таких приложений и описаны некоторые проблемы в области развития КД технологий для физического образования.
УЧЕБНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА СТУДЕНТОВ-ФИЗИКОВ НА ПЕРСОНАЛЬНОМ КОМПЬЮТЕРЕ НА БАЗЕ ПАКЕТА СИМВОЛЬНЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ МАТНЕМАТIСА А.М. Башаров Московский Государственный инженерно-физический институт Описан курс учебно-исследовательской работы студентов на ЭВМ (УИР на ЭВМ) на кафедре физики твердого тела МИФИ. Дана характеристика трех базовых задач, на основе которых сформулированы около трех десятков задач, предложенных студентам для решения в осеннем семестре 1995/96 учебного года. Приведены подробные примеры формулировки задания, постановки и решения выделенной подзадачи по нелинейной оптике тонкой пленки резонансных атомов. Анализируются некоторые итоги такой УИР на ЭВМ. В приложении даны комментарии к приведенной программе.
ОБ ОПЫТЕ ПРОВЕДЕНИЯ ЗАНЯТИЙ ПО КОМПЬЮТЕРНОМУ МОДЕЛИРОВАНИЮ С.Н. Колгатин Санкт-Петербургский Государственный технический университет. Кафедра экспериментальной физики. За последние два десятилетия математическое моделирование по объему и значимости вполне уравнялось с теорией и обычным (так называемым "натурным") экспериментом. Поэтому, изучая теорию в рамках лекций и упражнений, а экспериментальные методы - в лабораторном практикуме, было бы логичным включить в программу и ознакомление с численным моделированием. Описываются методики преподавания компьютерного моделирования в физике, основанные на опыте автора.
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО КУРСУ "ТЕОРИЯ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ" Б.Н. Оныкий, О.А. Мишулина, И.Б. Щербаков Московский Государственный инженерно-физический институт кафедра "Кибернетика" Представлена программа "NNLab" - лабораторный практикум по курсу "Теория нейронных сетей". Описаны основные функциональные возможности программы и лабораторные работы на ее основе. Программа предназначена для формирования, обучения и имитации функционирования многослойных нейронных сетей. Эти сети являются наиболее теоретически проработанными. Существуют эффективные аппаратные реализации многослойных нейронных сетей. В результате выполнения лабораторного практикума студенты приобретают навыки работы с программами моделирования нейронных сетей, а также осваивают порядок подготовки данных для специализированных нейрокомпьютеров. Лабораторный практикум используется на кафедре "Кибернетика" МИФИ.
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В ИЗУЧЕНИИ ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ Г.Н. Алексаков Московский Государственный инженерно-физический институт Описан персональный аналоговый компьютер АВК-6, который используют многие учебные заведения при изучении физики, электротехники, электроники, автоматики, робототехники и других общеобразовательных и специальных дисциплин. Реализована определенная концепция компьютеризации, при этом эффективность применения этого инструмента в учебном процессе зависит от технологии его использования. ИНФОРМАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ОБЪЕКТА ПО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМ ДАННЫМ М.В. Марковский, В.Д. Чалый Московский Государственный инженерно-физический институт Авторами предлагается создание новой технологии обработки результатов эксперимента для объектов и процессов, проведение которых описывается линейными и нелинейными дифференциальными уравнениями или их системами. По предварительным оценкам применение этой методики позволяет проводить математическое моделирование динамических объектов или процессов с погрешностью 0,1-1% при сокращении объема снимаемых экспериментальных данных в 10-100 раз. Предлагаемая методика построения моделей динамических объектов и явлений позволяет ее использование в различных областях науки и техники: на физических объектах и установках, в технологических процессах, энергетике, экологии, металлургии, космической технике, медицине, химической технологии, экономике и т.д.
ЭКСКУРСИИ ПО СЕТЯМ Эдо Найланд Университет Альберта, Эдмонтон, Канада Это - начало экскурсии в Мировую Широкую Сеть для тех, кто имеют маленький или никакой опыт с работой в сети. Для более подробной информации, пожалуйста, соединяйтесь через INTERNET с работами проф. Э. Найланда по адресу: http://www.ualberta.ca/WebSupport/teaching/Nov29.html и ...../Nov22.html
ABSTRACTS
COMPUTERIZING TECNOLOGIES OF EDUCATION IN GENERAL PHYSICS COURSE A.I. Lukovnikov Moscow State of Physics Engineering Institute General Physics Department Laboratory of computerizing education Some different directions of computers applications in general physics education are described. Review of most developed home-made computer teaching programs is presented. Characteristics of AIST integrated programs package and ELZA electronic book of problems developed in MEPhI are discussed.
EDUCATIONAL COMPUTER COURSE "PHYSICS ON THE COMPUTER" AT MOSCOW INSTITUTE OF PHYSICS AND TECHNOLOGY S.M. Kozel, N.N. Soboleva Moscow Institute of Physics and Technology In resent years Computer Based Learning of General Physics have been widely used at MIPT. Computers are used for visual illustration of physical concepts and phenomena, simulation of physical process, solution of physical problems, etc. Computers are also applied in physical laboratories while students carry out experiments, during seminars, individual studies and lectures. In this article the experience of authors how to use the course "Physics on the Computer" at the Moscow Institute of Physics and Technology is discussed. POSSIBILITIES FOR COMPUTER ASSISTED LEARNING IN PHYSICS Hans Laue Departament of Physics and Astronomy The University of Calgary Calgary, Alberta, Canada A brief history of computer assisted learning in physics is presented that links the kinds of software that have been developed to past stages of technological development. It is pointed out that technology has been moving to a new level during the last two years that makes further developments in computer assisted learning possible and desirable. As an example of the kind of physics software that is available at present, the CALiPH computer tutorial system in first-year university physics is described.
COMPUTER MODELING IN TEACHING OF PHYSICS E.I. Butikov St.-Petersburg University In the article two complexes of the educational simulating computer programs CLASSICAL DYNAMICS and PHYSICS of OSCILLATIONS are described, which represent not simply electronic addition to the traditional textbook, but in essence a sort of a desktop laboratory for the individual interactive work of the student with mathematical model of a physical phenomenon. The work with the simulation programs is similar to a small scientific research in some respects. In this work a student will play an active role. EXPERIENCE OF PHYSICS DEPARTMENT OF THE I.M.GUBKIN STATE ACADEMY OF OIL AND GAS IN THE USE OF COMPUTER FOR MODELING OF PHYSICAL PROCESSES V.B. Nagaev, L.G. Lyubutina, A.A. Dozorov I.M. Gubkin State Ascademy of Oil and Gas In this paper an experience of the COMPUTER use in an educational process is presented, beginning from the supervising trainee programs, carrying out a rigid-determined training, and up to the simulating trainee programs, in which the didactic opportunities of the computer are realized as much as possible. The most effective ones appear to be the trainees programs, which combine directory and supervising functions with an opportunity to simulate the various phenomena and objects and to study them under a change of its own parameters.
THE COMPUTER SIMULATION EXPERIMENTS IN PHYSICS EDUCATION V.V. Krasavin, Yu.A. Zaytsev Kovrov Technological Institute Faculty of Physics In present article a software package of computer simulations of classical experiments on a course of physics is represented. The experiments by Brown, Millikan, Perrin, Rutherford and others are described. Mathematical models of these simulations of experiments is adequate to real processes, occurring in the experiments.
CD-ROM IN PHYSICS. REALITY AND PERSPECTIVE A.V. Polenov, V.P. Sedyakin, Yu.S. Pesotsky Russian Research-and-Production Association "ROSUCHPRIBOR" The CD-ROM technology in physics described in this article relates to research at RRPA "Rosuchpribor" in PC applications in lectures and laboratories. Some examples of such applications are shown and some problems in the field of development CD-ROM for physics education are described.
PERSONAL COMPUTER TRAINEE-RESEARCH WORK BASED ON A SYMBOLICAL CALCULATION PACKAGE "MATHEMATICA" FOR STUDENTS- PHYSICISTS A.M. Basharov Moscow Institute of Physics Engineering (Technical University) The course of a trainee-research work on a computer for students (TRW on the COMPUTER) on the faculty of Solid State Physics is described. The characteristics of three base problems is given. On the basis about three tens of exercises are formulated which have been offered to the students in the autumn semester of the 1995/96 educational year. Detailed examples of the formulation of the task, statement and decision of an allocated subtask on the nonlinear optics of a thin film of resonant atoms are described. Some results of such a TRW on the COMPUTER are analyzed. In a supplement some comments to the "MATHEMATICA" program are given.
ON THE EXPERIENCE IN COMPUTER MODELING TEACHING S.N. Kolgatin St.-Petersburg State Technical University Faculty of the Experimental Physics In the last two decades the mathematical modeling by its volume and importance became quite balanced with the theory and usual (so-called "natural") experimental works. Therefore, studying the theory within the framework of lectures and exercises, and experimental methods - in the laboratory, it would be logical to include into the program an acquainting with numerical modeling. Techniques of computer modeling teaching in physics based on experience of the author are described.
LABORATORY AT THE COURSE "THEORY OF NEURAL NETWORKS " B.N. Onykiy, O.A. Mishulina, I.B. Shcherbakov Moscow Institute of Physics Engineering (Technical University) Faculty of "Cybernetics" Program "NNLab" - a laboratory at the course "Theory of neural networks " - is presented. The main functional opportunities of the program and laboratory works on its basis are described. The program is intended for formation, training and imitation of functioning of the multiple layered neural networks. These networks are investigated theoretically at most. The effective hardware realizations of the multiple layered neural networks are existed. As a result of the laboratory tasks fulfillment the students get skills of work with the programs of modeling of the neural networks as well as master an order of data preparation for the specialized neural computers.
MATHEMATICAL MODELING OF DYNAMICAL PROCESSES STUDY G.N. Aleksakov Moscow Institute of Physics Engineering (Technical University) A personal analog computer AVK-6 is described which is used by many educational institutions to study physics, electrical engineering, electronics, automatics, robototechnics and other general educational as well as special disciplines. A certain concept of computerization is realized. Efficiency of an application of this tool in educational process depends on the technology of this methods use.
INFORMATION TECHNIQUE OF MATHEMATICAL MODEL CONSTRUCTION OF DYNAMIC OB JECT BY EXPERIMENTAL DATA M.V. Markovsky, V.D. Tchalii Moscow of Physics Engineering Institute (Technical University) The authors offer the creation of a new technology of processing of experimental results for objects and processes which behavior is described by linear and nonlinear differential equations or their systems. On tentative estimations the application of this technique lets to fulfill mathematical modeling of dynamic objects or processes with an error 0,1-1 % at reduction of received experimental date volume by 10-100 times. The offered technique of construction of dynamic objects models and phenomena allows its usage in various areas of science and engineering: on physical objects and installations, in technological processes, power machinery, ecology, metallurgy, space technique, medicine, chemical technology, economy and so on.
Edo Nyland University of Alberta, Edmonton, Canada This is the start of an excursion into the World Wide Web for those who have little or no experience with network computing. For details, please, connect via Internet to papers: http://www.ualberta.ca/WebSupport/teaching/Nov29.html and ..... /Nov22.html
|