Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. ПСИХОЛОГО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ... 13
1.1. Дидактическое значение обучения физике конденсированного состояния вещества в общем курсе физики 13
1.2. Физика конденсированного состояния в общем курсе физики. Теория и практика обучения 22
1.3. Задачиый подход к формированию физических понятий и представлений 37
Глава 2. МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ ПОНЯТИЙ И ПРЕДСТАВЛЕНИЙ ФИЗИКИ КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА В ЗАДАЧАХ ОБЩЕГО КУРСА ФИЗИКИ 52
2.1. Формирование понятий о свойствах конденсированных веществ 53
2.2. Формирование понятий о современных методах исследования конденсированных веществ 73
2.3. Формирование понятий и представлений электронной теории твёрдого тела при решении задач общего курса физики 88
2.4. Формирование понятий и представлений физики реальных процессов в технических и природных системах в задачах общего курса физики 109
Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗАДАЧНОГО ПОДХОДА К ФОРМИРОВАНИЮ ПОНЯТИЙ И ПРЕДСТАВЛЕНИЙ ФИЗИКИ КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА В ОБЩЕМ КУРСЕ ФИЗИКИ 118
3.1. Организация и проведение педагогического эксперимента 118
3.2. Состояние проблемы в практике физического образования в вузах. Констатирующий этап эксперимента. 118
3.3. Формирующий эксперимент 129
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 139
БИБЛИОГРАФИЯ 1
- Дидактическое значение обучения физике конденсированного состояния вещества в общем курсе физики
- Формирование понятий о свойствах конденсированных веществ
- Организация и проведение педагогического эксперимента
Введение к работе
Актуальность темы. Вопросы физики конденсированного состояния вещества традиционно занимают в общем курсе физики весьма скромное место. В части классической физики они ограничиваются изложением кратких сведений о строении и свойствах твёрдых тел, часто здесь, по понятным причинам, без адекватной современным представлениям интерпретации, а в основах квантовой физики - элементами электронной теории твёрдых тел, где находится место анализу, причём далеко неполному, лишь отдельных свойств конденсированных веществ. В результате, как свидетельствуют результаты аттестации студентов, понятия и представления физики конденсированного состояния вещества принадлежат к числу наименее осваиваемых в общем курсе физики.
В содержательном аспекте общего курса физики такое положение дел находится в явном противоречии с лидирующей, по объёму исследований и практической значимости результатов, ролью физики конденсированного состояния вещества во всём комплексе современных физических наук. Важным представляется и тот факт, что упускаются возможности, которыми обладает физика конденсированного состояния в плане интеграции физических знаний, в силу использования ею широкого круга фундаментальных и базисных модельных представлений, относящихся к различным разделам общего курса физики.
Не менее существенными являются и упускаемые возможности в процессуальном аспекте общего курса физики. Будучи непрерывно развивающейся в плане модельных представлений, широко и эффективно использующей математические модели и возможности их реализации средствами компьютерного моделирования и вычислительного эксперимента, позволяющей предметно осмыслить ценность и цену идеализации в анализе реальных процессов, границы применимости теории и роль парадоксов в её развитии, допускающей возможность постановки ряда
4 ключевых экспериментов в условиях вузовской лаборатории, имеющей
принципиально важные для развития техногенной цивилизации
практические применения, физика конденсированного состояния вещества
может представлять собой хорошую основу для развития у студентов
исследовательских умений, формирования у них методологической
компетентности.
Тривиальные подходы к решению столь сложной проблемы, такие, как например, увеличение объёма изучаемого материала за счёт увеличения количества часов, даже будь они реализуемы (что маловероятно в современных условиях физического образования), едва ли будут эффективными, если не будут вовлекать студента в процесс самостоятельного поиска новых знаний, овладения его методами.
Интересные возможности формирования понятий и представлений физики конденсированного состояния вещества предоставляет задачный подход. Это предопределяется рядом взаимосвязанных обстоятельств, к основным из которых относятся активный характер деятельности учащихся; неформальное, сущностное освоение знаний; востребованность принципиально важных для познавательной деятельности компонентов физического понимания: способности объяснения, описания и прогнозирования физических явлений в конденсированных средах на основе модельных представлений об их строении и протекающих процессах. Требуя использования различных, адекватных содержанию задач методов, процесс их решения может стать, таким образом, важным компонентом методологии исследовательско ориентированного физического образования.
В методике обучения физике имеются отдельные примеры удачного использования решения задач как средства формирования физических понятий и представлений, относящихся к различным разделам общего курса физики. Вместе с тем, целесообразность и реалистичность задачного подхода в рассматриваемом аспекте в общем плане нуждаются в обосновании, а его системное использование для формирования понятий и представлений
5 физики конденсированного состояния вещества - в методическом обеспечении.
Объектом исследования является процесс обучения студентов факультетов физики вузов.
Предметом исследования является содержание и формы обучения основам физики конденсированного состояния вещества в общем курсе физики.
Цель исследования - разработка методических основ формирования понятий и представлений физики конденсированного состояния вещества в задачах общего курса физики.
Гипотеза исследования - формирование понятий и представлений физики конденсированного состояния вещества в общем курсе физики станет более эффективным, если будет осуществляться в процессе решения задач непрерывно, системно, в соответствии с уровнем теоретических знаний и познавательных возможностей студентов.
Исходя из цели и гипотезы исследования, были поставлены следующие задачи:
1. Определить роль и место основ физики конденсированного состояния
вещества в общем курсе физики.
Проанализировать состояние теории и практики обучения физике конденсированного состояния вещества в общем курсе физики.
Проанализировать возможности задачного подхода к формированию физических понятий и представлений.
Разработать методические подходы к формированию понятий и представлений физики конденсированного состояния вещества в задачах общего курса физики.
Разработать варианты задач, ориентированных на формирование понятий и представлений физики конденсированного состояния вещества в общем курсе физики.
6. Проверить эффективность задачного подхода к формированию понятий и представлений физики конденсированного вещества в общем курсе физики.
Теоретико-методологические основы исследования:
труды классиков физической науки по её методологическим аспектам (М.Борн, Н.Бор, В.Гейзенберг, П.Дирак, П.Л.Капица, Л.Д.Ландау, Р.Фейнман, А.Эйнштейн и др.);
философские, психологические и педагогические концепции познавательной деятельности (Л.СВыготский, В.В.Давыдов, А.Н.Леонтьев, Ю.Н.Кулюткин, Я.А.Пономарёв, В.Г.Разумовский, С.Л.Рубинштейн, А.П.Тряпицына, Г.И.Щукина и др.);
достижения и тенденции развития теории и методики обучения физике (Г.А.Бордовский, В.А.Извозчиков, С.Е.Каменецкий, В.В.Лаптев, А.С.Кондратьев, И.Я.Ланина, Н.С.Пурышева, А.В.Усова, Т.Н.Шамало и др.);
методические подходы к обучению решению задач (А.А.Быков, С.В.Бубликов, А.С.Кондратьев, С.М.Козел, В.А.Орлов и др.).
Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования:
теоретический анализ проблемы на основе достижений современной физики конденсированного состояния вещества, результатов психолого-педагогических и методических исследований;
анализ содержания физики конденсированного состояния вещества в вузовских учебных программах по общему курсу физики, учебниках и учебных пособиях и опыта её преподавания в вузах;
проведение педагогического эксперимента с целью определения эффективности задачного подхода к формированию представлений и понятий физики конденсированного состояния вещества в общем курсе физики.
7 Научная новизна работы заключается в следующем.
В отличие от традиционного подхода к обучению основам физики конденсированного состояния вещества в общем курсе физики, когда они преподаются как оформленный ограниченный объём авторитетной информации, развитая в настоящей работе методика предполагает формирование ряда её ключевых понятий и представлений в процессе решения задач.
В отличие от принятого в преподавании общего курса физики фрагментарного характера изложения отдельных вопросов физики конденсированного состояния вещества, в работе развивается системный, основанный на решении циклов задач, подход к изучению её основ на всём протяжении курса.
Показано, что использование задачного подхода позволяет существенно расширить и углубить в общем курсе физики представления о свойствах конденсированных веществ, включая такие принципиально важные, как представления о различиях металлического и неметаллического состояний, фазовых переходах между ними, структурной чувствительности свойств.
Развит методический подход к формированию в задачах общего курса физики понятий о методах экспериментального исследования конденсированных веществ, что способствует активизации физических знаний и, в совокупности с использованием и построением в процессе решения задач необходимых модельных представлений - усилению методологической ориентации содержания учебного курса.
Раскрыты возможности задачного подхода в пропедевтике введения на заключительном этапе изучения общего курса физики основополагающих понятий и представлений электронной теории конденсированного состояния вещества. Показано, что предлагаемая пропедевтика может рассматриваться не только как средство облегчения освоения студентами новых, часто весьма сложных для них представлений, но и будучи основанной на развивающейся
8 на протяжении курса системе задач, и в более широком плане - как средство
интеграции приобретаемых в общем курсе физики знаний.
Раскрыты возможности эффективного использования задачного подхода
для развития в общем курсе физики представлений о реальных процессах в
технических и природных конденсированных системах, что способствует
актуализации физических знаний и формированию ценностного
отношения к ним.
Теоретическая значимость работы заключается в следующем:
обосновании дидактической ценности освоения учащимися основ физики конденсированного состояния вещества в общем курсе физики в его содержательном и процессуальном аспектах;
обосновании целесообразности и реалистичности задачного подхода в системном формировании физических понятий и представлений;
определении принципов проектирования циклов задач, ориентированных на формирование физических понятий и представлений.
Практическое значение работы состоит в том, что результаты исследования в части предлагаемых циклов задач доведены до уровня конкретных методических разработок и рекомендаций по обучению основам физики конденсированного состояния вещества в общем курсе физики в вузах.
В содержание общего курса физики вводятся новые для него практико-ориентированные задачи, относящиеся к физике технических и природных систем.
Развиваемая в работе методика формирования понятий и представлений физики конденсированного состояния вещества в логике задачного подхода использована при составлении и реализации учебных программ по общему курсу физики на факультетах физики ряда классических, технических и педагогических университетов.
9 Достоверность и обоснованность результатов и выводов исследования обеспечиваются:
опорой на современные достижения физики конденсированного состояния вещества, психолого-педагогических и методических исследований по инновационной деятельности в системе физического образования;
использованием различных методов, адекватных поставленным задачам;
рациональным выбором критериев оценки эффективности разработанной методики формирования представлений и понятий физики конденсированного состояния вещества в логике задачного подхода;
широтой апробации разработанной методики на факультетах физики вузов;
положительными результатами проведённого педагогического эксперимента.
Апробация результатов исследования
Основные положения и результаты работы докладывались на: Международных конференциях "Физика в системе современного образования" (ФССО-99, 01, 03; Санкт-Петербург, 1999; Ярославль, 2001; Санкт-Петербург, 2003); Международных конференциях "Физика диэлектриков" (Диэлектрики-2000, 2004; Санкт-Петербург, 2000, 2004 гг.); Всероссийской научной конференции "Физика полупроводников и полуметаллов" (ФПП-2002; Санкт-Петербург, 2002); Международных конференциях "Герценовские чтения" (Санкт-Петербург, 2000, 2002 гг.).
Результаты диссертационного исследования докладывались на семинарах кафедры методики обучения физике РГПУ им. А.И.Герцена и факультета физики Университета Северной Айовы (США).
На защиту выносятся следующие положения:
1. Необходимость приведения содержания общего курса физики в соответствие с представительством и практической значимостью различных областей знаний в современной науке и усиления его методологической направленности делает целесообразным, а развиваемый
10 задачный подход - возможным системное формирование основных понятий и представлений физики конденсированного состояния вещества на протяжении всего изучения курса.
Понятия о свойствах и экспериментальных методах исследования конденсированных веществ могут осваиваться студентами в общем курсе физики на основе циклов задач, решение которых позволяет освоить необходимые для сущностного и разностороннего понимания формируемых понятий физические представления.
Процесс формирования понятий и представлений электронной теории конденсированного состояния вещества может строиться в общем курсе физики на основе развивающейся, с повышением уровня теоретических знаний и познавательных возможностей студентов, системы задач: от родственных задач классической механики и электродинамики, решение которых даёт наглядный аналог требуемого результата, до задач квантовой физики, находящихся в русле самой теории.
Расширению представлений о практическом значении физических знаний и соответственно усилению ценностного отношения к ним может способствовать решение в общем курсе физики ряда прикладных задач физики конденсированных технических и природных систем, осуществляемое на основе феноменологического подхода доступными студентам количественными и качественными методами.
Основные положения диссертационного исследования отражены в следующих публикациях:
Гудкович З.М., Ханин Д.С. Физическое моделирование и прогностическая функция теории в решении задач молекулярной физики и термодинамики. - Тезисы докладов 5-ой Международной конференции "Физика в системе современного образования" (ФССО-99). - СПб., 1999, Т.1.-С.113-114.-0,125/0,08 п.л.
Ханин Д.С, Ходанович А.И. О некоторых возможностях формирования понятий квантовой теории твёрдого тела при решении задач механики /В
Сборнике научных статей "Методика обучения физике". - СПб.: Изд. РГПУ им. А.ИГерцена, 2000. - С.205-208. - 0,25/0,15 п.л.
Ханин Д.С, Ходанович А.И. Асимптотический метод в формировании представлений физики конденсированного состояния. - Материалы Международной научной конференции "Герценовские чтения". В Сборнике научных статей "Теория и практика обучения физике". - СПб.: Изд. РГПУ им. А.ИГерцена, 2000. - С.204-206. - 0,19/0,12 п.л.
Ханин Д.С. Анализ свойств диэлектриков в общем курсе физики. -Тезисы докладов Международной научной конференции "Физика диэлектриков" (Диэлектрики-2000). - СПб.: Изд. РГПУ им. А.И.Герцена, 2000, т.2. - С.208-209. - 0,125 п.л.
Ханин Д.С, Ходанович А.И. Знакомство с ангармоническими эффектами в твёрдых телах при изучении общего курса физики /В Сборнике научных статей "Физика в школе и вузе". - СПб.: Изд. РГПУ им. А.И.Герцена, 2001.
- С.202-204. - 0,19/0,12 п.л.
Ханин Д.С Физические основы методов анализа конденсированных веществ в задачах общего курса физики. - Материалы 6-ой Международной научной конференции "Физика в системе современного образования" (ФССО-01). -Ярославль, 2001, т. 1. - С.53-55. - 0,19 п.л.
Ханин Д.С. Задачи физических методов структурного анализа конденсированных веществ в общем курсе физики. - Материалы Международной научной конференции "Герценовские чтения". В Сборнике научных статей "Современные проблемы обучения физике в школе и вузе".
- СПб.: Изд. РГПУ им. А.И.Герцена, 2002. - С273-276. - 0,25 п.л.
Ханин Д.С Электропроводность конденсированных веществ в задачах общего курса физики. -Материалы Всероссийской научной конференции "Физика полупроводников и полуметаллов" (ФІН 1-2002). - СПб.: Изд. РГПУ им. А.ИГерцена, 2002. - С.249-250. - 0,125 п.л.
Бордовский Г.А., Ханин Д.С. Формирование основных понятий и представлений физики конденсированного состояния вещества в задачах,
12 и примерах общего курса физики. - Материалы 7-ой Международной
конференции "Физика в системе современного образования" (ФССО-03). - СПб, 2003, т.1. - С.37-39. - 0,19/0,12 п.л.
Ханин Д.С. Нелинейные кинетические свойства диэлектриков в задачах общего курса физики. — Материалы X Международной конференции "Физика диэлектриков" (Диэлектрики-2004). - СПб, 2004. - С.451-453. -0,19 п.л.
Ханин Д.С. Основы физики конденсированного состояния в общем курсе физики. - Материалы 8-ой Международной конференции "Физика в системе современного образования" (ФССО-05). - СПб, 2005 (май). -С.132-133.-0,125 п.л.
Личный вклад автора. Работы 4, 6, 7, 8, 10, 11 выполнены и написаны лично автором. Научный руководитель Г.А. Бордовский осуществлял в работе 9 постановку задачи и анализ результатов. В работе 1 З.М. Гудкович участвовал в постановке задачи и предоставил фактические данные, необходимые для проверки её решения. В работах 2, 3, 5 А.И. Ходанович участвовал в разработке методики решения задач. Выполнение работ, написанных в соавторстве, принадлежит автору.
Дидактическое значение обучения физике конденсированного состояния вещества в общем курсе физики
Утверждая необходимость усвоения учащимися основ физики конденсированного состояния в общем курсе физики, обращают внимание в первую очередь на её лидирующее по объёму и значимости результатов положение в системе физических наук, (например, [121]). Однако тому есть и другие причины, определяемые дидактическим значением физики конденсированного состояния вещества в логике современного развития общего курса физики в его содержательном и процессуальном аспектах. Они состоят в следующем.
1. Физика конденсированного состояния несомненно имеет мировоззренческое значение, и её изучение отвечает необходимости освоения учащимися физической картины мира как основы интеграции естественнонаучных знаний. Действительно, процессы эволюции Вселенной, образования планет, в том числе и Земли, возникновения жизни связаны с формированием конденсированных веществ. Практически все области научной деятельности связаны с исследованием конденсированных веществ и с использованием методов физики конденсированного состояния вещества. В этой связи физика конденсированного состояния вещества может рассматриваться как мировоззренческая наука о строении и свойствах неживой и живой материи.
2. В основе теории твёрдого тела лежат непреходящие фундаментальные модели - электродинамика, квантовая механика, статистическая физика, термодинамика, изучаемые студентами в общем курсе физики. Освоение этой теории может служить предметным уроком применения фундаментальных законов физики к определённому классу объектов. Так, электронная теория твёрдого тела базируется на квантовой физике; представления о дефектной структуре реальных кристаллов - на термодинамике и статистической физике [20]. В интенсивно развивающейся в настоящее время физике низкоразмерных систем, включая такие полупроводниковые структуры как квантовые ямы, нити и точки, стирается грань между физикой конденсированного состояния и физикой атома[55]. Хотя размеры указанных микроструктур превышают размеры атомов, электроны в них ведут себя аналогично электронам в атоме. В этой связи квантовые точки часто называют искусственными атомами [157].
Важно отметить, что при разработке физических моделей явлений в твёрдых телах часто оказываются одновременно востребованными знания различных разделов общего курса физики. В этой связи изучение физики конденсированного состояния вещества обладает значительным потенциалом интеграции знаний учащихся.
3. При том, что физика конденсированного состояния вещества основывается на фундаментальных моделях, дающих ключ к решению многих её принципиальных проблем, сама теория твёрдого тела была и остаётся источником новых модельных представлений физики.
Выразительный хрестоматийный пример тому - работа А.Эйнштейна "Теория изучения Планка и теория удельной теплоёмкости", опубликованная в 1907 году. Здесь А.Эйнштейн предлагает модель кристалла как совокупности квантовых гармонических осцилляторов, что позволяет объяснить экспериментально наблюдаемое падение теплоёмкости твёрдого тела при понижении температуры. Эта работа, по общему признанию историков физики, легла в основу развития самой квантовой механики.
Вслед за работой Эйнштейна, ещё до создания модели атома Бора, трудами П.Дебая, М.Борна и Т.Кармана была построена теория колебаний кристаллической решётки, сохранившаяся практически в исходном виде до настоящего времени. Ярким примером, относящимся к более позднему времени, является сформулированная в физике конденсированного состояния вещества концепция квазичастиц - элементарных возбуждений конденсированной среды, отражающих коллективное движение частиц твёрдого тела и обладающих свойствами квантовых частиц. Представляя энергию возбуждённого состояния кристалла вблизи основного состояния в виде суммы энергий отдельных квазичастиц, удаётся ввести понятие газа квазичастиц и использовать для анализа свойств твёрдого тела модельные представления молекулярно-кинетической теории. Таким образом, описание свойств твёрдого тела, представляющего собой систему сильно взаимодействующих частиц, сводится к задаче об идеальном (или почти идеальном) газе квазичастиц, параметры которых зависят от строения кристалла. Знания структуры твёрдого тела и характера движения частиц атомного масштаба позволяют установить, какие квазичастицы ответственны за то или иное явление [70, 71]. Концепция квазичастиц стала прообразом принятого в физике элементарных частиц подхода к частицам как возбуждениям вакуума. Роль вакуума относительно квазичастиц в теории твёрдого тела играет кристалл, находящийся в основном состоянии, а сами квазичастицы — его элементарные возбуждения.
Ещё один пример принципиально важных модельных представлений, выработанных в физике конденсированного состояния вещества -андерсоновская локализация электронов и существование энергетического порога локализации электронных состояний в неупорядоченных системах [3, 62,97,106,156,163].
В части анализа сверхпроводимости теория твёрдого тела обнаруживает квантовое по природе, но макроскопическое по масштабу явление [41, 98, 110,125,151].
Формирование понятий о свойствах конденсированных веществ
Задачи, ориентированные на формирование понятий и представлений физики конденсированного состояния вещества, по своему содержанию и подходам к решению должны, с одной стороны, удовлетворять общим дидактическим принципам и требованиям частной методики, а с другой стороны, быть сообразными с логикой и методологией изучаемой предметной области.
Учитывая, что понятия о свойствах конденсированных веществ отличаются информационной ёмкостью, многогранностью лежащих в их основе представлений, в основу разрабатываемой методики были положены циклы задач. Они представляют собой сочетание задач, каждая из которых акцентирует внимание на каком-то определённом аспекте изучаемого свойства, отвечающем ему физическом представлении.
Здесь мы опирались на опыт физических исследований, выразительно сформулированный в [160]: "Физика учит тому, что многие проблемы могут быть достаточно хорошо сформулированы, так что на них можно найти ответы... При этом важнейшим компонентом любой науки является вера в то, что проблемы могут быть изолированы и поняты... Изолирование проблем и возможность предсказания образует краеугольный камень всех наук."
Содержание цикла задач в целом обеспечивает усвоение:
- определения свойства конденсированных веществ на макро- и микроуровне;
- представлений о внешних и внутренних (присущих самому веществу) факторов, влияющих на свойство;
- представлений об ответственных за формирование свойства физических процессах;
- представлений о свойстве в различных состояниях конденсированного вещества;
- представлений о влиянии на свойство особенностей строения вещества.
В решении задач цикла оказывается востребованным физическое понимание на всех его уровнях: объяснения, описания, и прогнозирования физических свойств (явлений) [87] при взвешенном сочетании качественного и количественного подходов к их изучению. В этой связи оно предполагает необходимость построения физической модели явления и вслед за ним его математической модели; формулирования вытекающих из анализа моделей следствий, допускающих экспериментальную проверку; оценки роли не учитываемых в модели факторов (величин) и определения границ её применимости.
В соответствии со сформулированными выше общими принципами, задачи цикла доступны и их решение может осуществляться на различных этапах изучения общего курса физики в соответствии с уровнем сформированное теоретических знаний и познавательных возможностей студентов.
В настоящем параграфе представлена методика проектирования и решения цикла задач, направленных на формирование понятия об электропроводности твёрдых тел.
Выбор этого свойства определяется рядом причин, в том числе: - значением, которое имели результаты исследования электропроводности твердых тел в формировании физических представлений об электромагнитном поле и строении вещества [137];
- важной ролью электропроводности в классификации конденсированных веществ по электрическим свойствам, определении металлического и неметаллического состояний конденсированного вещества;
- возможностью сопряжения аналитического решения ряда задач с экспериментом и постановки полномасштабных учебных исследовательских работ в условиях вузовской лаборатории;
- содержанием подобных задач, в котором имеется обширный фактический материал для анализа нелинейных явлений, что отвечает цели развития современного стиля научного мышления;
- непрерывным развитием представлений об электропроводности в современной науке, включая работы, удостоенные Нобелевской премии.
Предлагаемый проект цикла задач, направлен на достижение следующих целей общего курса физики:
- осмысление определения электропроводности;
- неформальное понимание качественного различия металлического и неметаллического состояний конденсированного вещества;
- осмысление взаимосвязи электропроводности и структуры твердых тел;
- ознакомление с механизмами рассеяния носителей заряда в твердых телах.
Первой цели отвечают первые две задачи цикла. Содержание первой задачи состоит в аналитическом получении вольт-амперной характеристики тока, ограниченного объемным зарядом (ТОПЗ) в твердом теле [90]. Ее решение обращает внимание на то, что удельная проводимость определяется двумя микроскопическими параметрами - концентрацией и подвижностью носителей заряда, определяемыми здесь раздельно.
В конденсаторной модели ТОПЗ делаются следующие два допущения. Во-первых, твердое тело считается идеальным изолятором, так что изучаемая твердотельная система может быть уподоблена традиционно изучаемому в общем курсе физики вакуумному диоду, где свободные электроны образуются вследствие эмиссии из катода.
Организация и проведение педагогического эксперимента
Основная задача педагогического эксперимента состояла в проверке правильности гипотезы исследования.
В качестве критериев оценки задачного подхода выбирались следующие:
- качество усвоения студентами программы обучения;
- степень самостоятельности студентов при выполнении учебных и учебно-исследовательских заданий;
- динамика освоения студентами знаний физики конденсированного состояния вещества в следующих за общим курсом физики спецкурсах.
Педагогический эксперимент проводился на факультетах физики ряда вузов: классических, технических и педагогических университетов . Генеральная выборка студентов составляла 420 человек.
Педагогический эксперимент включал в себя три этапа: поисковый, констатирующий и формирующий. Основные задачи, методы и результаты этих этапов приведены .
Для выяснения целесообразности и объективной возможности использования задачного подхода к формированию понятий и представлений физики конденсированного состояния вещества в общем курсе физики представлялось в первую очередь необходимым выяснить готовность к этому преподавателей и студентов.
Это осуществлялось посредством метода анкетирования в рамках констатирующего этапа эксперимента. Вопросы анкет были сгруппированы по трём тематическим блокам и направлены на выяснение следующего:
- потребности студентов и преподавателей в повышении уровня освоения основ физики конденсированного состояния вещества в общем курсе физики;
- понимания возможностей задачного подхода в формировании физических понятий и представлений;
- готовности к использованию задачного подхода для формирования понятий и представлений физики конденсированнопгсостояния вещества в общем курсе физики.
Вопросы, содержащиеся в анкетах, составлялись автором исследования с учётом результатов предварительного собеседования с преподавателями участниками педагогического эксперимента. Для проведения сравнительного анализа и выявления общих и различных черт во взглядах студентов и преподавателей часть вопросов в анкетах для студентов и преподавателей была общей или близкой по смыслу.
