Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Аналитический обзор литературы по проблеме использования ЭВМ при обучении физике 18
1.1. Соотношение между учебным экспериментом и компьютерным моделированием физических явлений 18
1.2. Возможности использования ЭВМ для изучения и моделирования физических явлений 2Q
1.3. Анализ методики изучения раздела "Волновые явления" в курсе .физики средней школы 25
1.4. Анализ методики изучения с помощью ЭВМ и других., технических средств обучения темы "Световые волны". 36
1.5. Выводы 42.
ГЛАВА 2. 'Методика изучения волновых процессов в оптике с применением ЭВМ 43
2.1. Выбор персональной ЭВМ для кабинета физики 43
2.2. Методика изучения интерференции световых волн 46
2.2.1. Интерференция синусоидальных волн 47
2.2.2. Особенности интерферениции света. Монохроматичность Когерентность 51
2.2.3. Анализ классических интерференционных схем (опыт Шга, зеркала Френеля, бипризма Френеля, билинза Бийе» зеркало Ллойда) 54
2.3. Методика изучения дифракции световых волн 72
2.3.1. Дифракция световых волн на щели 72
2.3.2. Дифракция световых волн на линейной дифракционной решетке 80
2.3.3. Дифракция световых волн на двумерной дифракционной решетке 90
2.3.4. Дифракция световых волн на трехмерной дифракционной решетке (голограмме) , 94-
2.4-. Особенности при работе с разработанным пакетом
моделирующих программ по волновой оптике 99
2.5. Контроль знаний по волновой оптике с помощью ЭВМ.. 101
2.6. Выводы 111.
ГЛАВА 3. Методика изучения предлагаемого раздела "Физические основы голографии" 113
3-1. Роль и место в курсе волновой оптики вопроса "Физические основы голографии" 113
3.2. Краткие теоретические основы и "традиционные" методы получения объемных изображений '.. 115
3.3. Голография - новый метод получения истинно объемных изображений объектов 122
3.4. Применение голографии. Перспективы использования голографии в средствах массовой информации 149
3.5. Практические рекомендации по получению голограмм в условиях кабинета физики средней школы 155
3.6. Выводы 166
ГЛАВА 4. Организация и проведение педагогического эксперимента 167
4.1. Цели и методы педагогического эксперимента 167
4.2. Организация педагогического эксперимента 168
4.3. Анализ результатов педагогического эксперимента 174
4.4. Выводы , 188
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ...189
ЛИТЕРАТУРА 191-
- Соотношение между учебным экспериментом и компьютерным моделированием физических явлений
- Выбор персональной ЭВМ для кабинета физики
- Роль и место в курсе волновой оптики вопроса "Физические основы голографии"
Введение к работе
В соответствии с требованиями жизни современного общества, с учетом бурно развивающегося научно-технического прогресса, одной из главных задач частных методик остается задача максимального сокращения разрыва между наукой и школьным образованием. Решение зтой задачи, как определяют дидактика и психология, возможно различными путямии , в том числе, интенсификацией обучения и научной организацией педагогического труда (НОШ?).
Эти два направления могут успешно развиваться только с_ . использованием в преподавании современных научных и техш--? .. ческих средств и методов исследования.
В преподавании физики, где роль наглядности особенно велика, большое значение на пути интенсификации обучения приобретает символическая наглядность, обладащая высокой плотностью информации [24, 173.
Среди современных научных и технических средств исследования на одно из ведущих мест выходит ЭВМ и компьютерные методы сбора, обработки и передачи информации. В преподавании физики электронно-вычислительная техника позволяет обеспечить символическую наглядность при изучении большого количества физических явлений и процессов различной природы.
Использование ЭВМ (в том числе и для компьтерного моделирования физических процессов) в разумных пределах значительно сокращает время на подготовку опытов по волновой оптике и на их демонстрацию в ходе урока, усиливает их выразительность. Резко возрастает наглядность опыта, появляется возможность в широких пределах изменяя начальные условия, сразу же видеть к какому результату это приводит. Выделить главные и наиболее существенные стороны физического процесса. Использование компьютерных моделей, в том случае, когда это оправдано, производит значительный аффект и эмоциональное воздействие на учащихся, способствует решению проблем интенсификации обучения и НОШ?.
Кроме того, все возрастающая роль ЭВМ и компьютерного моделирования в современной науке, технике и народном хозяйстве, делает необходимым привитие навыков работы с компьютером и применения электронных методов обработки информации наряду с такими навыками, как навыки использования элекроиз-мерительных приборов.
Тем не менее, в практике преподавания физики в вузе, а тем более в средней школе ЭВМ используется еще явно недостаточно, исходя из вышеизложенного становится особенно а%туг альной проблема более полного использования возможностей компьютера и компьютерных технологий для широкого и систематического применения в преподавании физике.
Актуальность этой проблемы подтверждается большим вниманием, которое уделяется компьютерным методам получения, обработки и передачи информации как в научных исследованиях по общим вопросам естествознания, так и в исследованиях по Методике преподавания физике С7,8,21,35,49,50,54,563.
Несмотря на бурное развитие компьютерных технологий, научной и методической литературы по вопросам широкого использования возможностей ЭВМ при обучении физике сравнительно мало. В ней рассматриваются лишь некоторые аспекты использования ЭВМ в курсе физики средней школы. Мал объем и программного обеспечения физических опытов (демонстрационные, обучающие, моделирующие и контролирующие программы). Отсутствует единый банк компьютерных . программ по физике, вследствие чего создаваемые программы разрознены, не отвечают порой методическим требованиям, предъявляемым к подобного рода материалам, нет информации что создано или создается нового, что приводит к появлению множества однотипных программ с характерными методическими неточностями.
Объектом исследования является проблема применения компьютерных средств обучения физике в средней школе России и на физико-математических факультетах педагогических вузов. Б качестве предмета исследования рассматривается разработка методики использования компьютерных средств по изуче- нию волновых явлений в оптике на уроках физики средней школе и на физико-математических факультетах педагогических вузов. Мы считаем и выдвигаем в качества гипотезы, что изучение волновых процессов в оптике в курсе физики средней школы и вуза с помощью моделирующих программ позволяет повысить наглядность обучения, будет способствовать решению .задач интенсификации обучения и НОПТ, более отчетливо показывать сущность физического явления, повысить научный уровень преподавания и, благодаря всему этому, содействовать развитию познавательного интереса учащихся и повышению качества их знаний.
Изложенная гипотеза побудила избрать целью исследования дальнейшее повышение эффективности преподавания физики путем разработки обучающих, моделирующих и контролирующих программ, методики изучения с их помощью волновых процессов в оптике в одиннадцатом классе средней школы и на физико-математических факультетах педагогических вузов.
Исходя из поставленной цели, определены конкретные задачи, которые потребовалось решить в ходе исследования:
1. Построить дидактически обоснованную систему обучающих, моделирующих и контролирующих программ по основным опытам волновой оптики с учетом действующей школьной программы по физике.
2. Разработать методику изучения и преподавания физики с использованием разработанного программного обеспечения и имеющихся у учащихся знаний, позволяющую при минимальных затратах труда и времени учителя получать максимальный эффект.
3. Разработать методику изучения завершающего раздела волновой оптики - голографии.
4. Разработать лабораторные работы по голографии, которые можно рекомендовать для физического практикума в 11 классе общеобразовательной школы и физико-математических факультетах педагогических вузов.
Для решения поставленных задач использованы следующие методы исследования:
- теоретический анализ проблемы на основе изучения научной, общепедагогической, психологической, учебной, научно-методической и научно-популярной литературы;
- экспериментальная работа поискового характера по выяснению существующего программного обеспечения по вопросам волновой оптики и его научно-методический анализ; - изучение, анализ и обобщение опыта применения ЭВМ учителями физики;
- экспериментальная работа по созданию обучающих, моделирующих и контролирующих программ для ЭВМ по некоторым вопросам волновой оптики;
- экспериментальная работа по отбору, созданию и отработке методики изучения вопросов волновой оптики на основе разработанного программного обеспечения;
- экспериментальная работа поискового, обучающего и контролирующего характера, которая проводилась по разработанному программному обеспечению и методическим .пособиям в. школах г.Рязани диссертантом и учителями физики;
- обсуждение разработанного нами программного обеспечения и методики изучения на его основе волновых процессов в опти ке на научно-методических конференциях и семинарах учите лей физики г.Рязани и области, методистов и научных работ ников.
Научная новизна и теоретическая значимость исследования: - предложена методика изучения волновых процессов в оптике с применением ЭВМ, предусматривающая введение основных понятий волновой оптики и последовательный переход от изучения более простых физических моделей и процессов к более сложным, от интерференции света и анализа классических интерференционных схем (опыт Юнга, зеркала Френеля, бипризма Френеля, билинза Бийе, зеркало Ллойда) к дифракции света на одной щели, далее к дифракции на линейной (одномерной), плоской (двумерной) и затем объемной (трехмерной) дифракционных решетках. Качественное изучение объемной дифракционной решетки позволяет сделать логический переход к изучению материала о голографии, позволяющего связать воедино знания о волновых свойствах света и их практическом использовании;
- предложенная методика позволяет в динамике изучать волновые процессы в оптике, вмешиваться в ход их протекания, многократно повторять моделирующий эксперимент при различных начальных условиях, поддерживать диалог обучаемых с ЭВМ;
- созданы различные типы педагогических программных средств (обучающие, моделирующие и контролирующие компьютерные программы) для курса физики общеобразовательной школы и физико-математических факультетов педагогических вузов, иллюстрирующие характер и механизм протекания волновых процессов в оптике на основе динамических компьютерных моделей;
- показаны возможности, открывающиеся при использовании проекционного видео экрана, совмещенного с ЭВМ, при проведении уроков физики: высокая наглядность; проведение активных диалогов в ходе занятия, с возможностью быстрого анализа правильности ответов, рассуждений и предположений учащихся для всего класса;
- разработаны лабораторные работы по получению голограмм в условиях кабинета физики общеобразовательной школы и педагогического вуза.
Практическая значимость исследования определяется тем, что:
- создан пакет прикладных программ, позволяющий реализовать некоторые возможности компьютера на занятиях физики в
. общеобразовательной школе и физико-математических факультетах педагогических вузов; - разработана и внедрена в учебный процесс методика изучения волновых явлений в оптике с применением ЭВМ, позволяющая показать динамику распространения и взаимодействия световых волн, наблюдать результат дифракции и интерференции волн при значительном изменении условий эксперимента, изучать сложные для понимания физические процессы быстрее и эффективнее, чем существующая ныне методика;
- разработанный пакет прикладных программ открыт для дальнейшего совершенствования в процессе преподавания и применим для подготовки и переподготовке учителей физики.
- разработаны сценарий и методика проведения уроков-семинаров "Волновые процессы в оптике. Голография";
- даны практические рекомендации по получению голограмм в условиях кабинета физики общеобразовательной школы, позволяющие ввести в физический практикум для учащихся 11 классов новые лабораторные работы по получению голограмм;
- разработанная методика изучения волновых явлений в оптике с применением ЭВМ, как показал педагогический эксперимент, повышает уровень знаний и интерес к предмету у школьников и студентов при изучении соответствующего раздела физики, активизирует их творческие начала;
- разработанный пакет прикладных программ экономит время преподавателя при подготовке и ведении занятия, применим для подготовки и переподготовки учителей физики.
Достоверность и обоснованность научных положений и выводов обеспечена:
- опорой на методологические обобщения базовых наук:
физики и информатики, выводы общей и частной дидактики; - использованием разнообразных методов исследования, соответствующих поставленным задачам;
- соблюдением основных требований, предъявляемых к организации и проведению педагогического эксперимента.
Апробация исследования. Результаты исследования опубликованы в следующих работах:
1. Абросимов П.В., Алексеева А.Н. Основы голографии в углубленном школьном курсе физики // Активизация учебно-познавательной деятельности студентов в процессе их профессиональной подготовки: Тез. док. ТХЧХ зонального совещания преподавателей физики, методики преподавания физики, астрономии и обще технических дисциплин пединститутов Урала, Сибири и Дальнего Востока - Абакан: Изд-во АПШ, 1992.- с.84-85.
2. Абросимов П.В. Голография как интергирующий раздел при обобщении темы "Волновые процессы в оптике" // Преподавание физики и астрономии в школе. Состояние, проблемы, перспективы. - Н.Новгород, 1994.- с.92-93.
3. Абросимов П.В. Вариант творческого урока-обобщения "Волновые процессы в оптике. Голография" // Активные формы и методы обучения в вузе: Тез. докл. межвув. конф.- Рязань: Изд-во РГЇЇУ, 1994.- с.80-82.
4. Абросимов П.В., Степанов В.А. Использование ШВМ "Корвет" для изучения волновых свойств света // Педагогические технологии в высшей школе: Тез. докл. межвуз. конф.-Рязань: Изд-во РГПУ, 1995,- с.134-135.
5. Абросимов П.В. Использование персональной ЭВМ и видеоп-роектора как средства более рационального сочетания ин 13
дивидуальной и групповой форм работы при изучении физики // Общепедагогические проблемы образовательного процесса в высшей школе: Тез. докл. межвуз. конф. - Рязань: Изд-во РГПУ, 1996.- с.121-122.
6. Абросимов П.В. Новые педагогические возможности обучения физике, открывающиеся с применением сочетания ЭВМ ж ви-деопроектора // Современная учебная техника и общеобразовательные технологии: Тез. докл. науч.-техн. конф. -Н.Новгород, М.: Йзд-во "Центр-пресс", 1996. с.94-95.
Т. Абросимов П.В., Выгузов В.Г., Степанов В.А. Компьютерное тестирование на ПЭВМ "Корвет" // Совершенствование мета--дики преподавания физики в непрерывной системе образования: Сборник трудов межвуз. науч.-практ. конф. - Тамбов, Йзд-во ТГЗГ, 1996, - с.3-5.
8. Абросимов П.В., Степанов В.А. Использование видеопроек-тора при проведении уроков физики в компьютерном классе // Совершенствование методики преподавания физики в непрерывной системе образования": Сборник трудов межвуз. науч.-практ. конф. - Тамбов, Йзд-во ТГУ, 1996,- с.5-6.
9. Абросимов П.В., Кирьяков Б.С, Ильдяев Й.А.,Ельцов А.В. Место и роль спецкурсов и спецсеминаров по методике преподавания физики: в системе подготовки учителя фізики в-современных условиях // Совершенствование методики преподавания физики в непрерывной системе образования: Сборник трудов межвуз. науч.-практ. конф. - Тамбов, йзд-во ТГУ, 1996,- с.43-45.
10. Абросимов П.В., Ельцов А.В., Степанов В.А. Применение ЭВМ в курсе физики // Преподавание физики в высшей; школе: Сборник научн. трудов МИГУ - М.: Изд-во "Прометей", 1997, с.52-59.
По теме исследования автор выступал с докладами на Х2УІ зональном совещания преподавателей физики, методики преподавания физики, астрономии и обще технических дисциплин пединститутов Урала, Сибири и Дальнего Востока в г.Абакане; на межвузовских научно-методических конференциях в городах Москве, Н.Новгороде, Рязани, Тамбове; на курсах повышения квалификации и ежегодных региональных научно-методических конференциях учителей физики.
В 1993-199Т гг. нами по теме исследования в г. Рязани проведены занятия с учащимися одиннадцатых классов средних школН 3 и 38, студентами ВТУ-1 (технический лицей N1), студентами физико-математического факультета РГПУ На защиту выносится:
- методика изучения волновых процессов в оптике с при менением созданных программных средств для ЭВМ, позволяющая В динамике изучать распространение и взаимодействие световых волн; наблюдать результат дифракции и интерференции волн при значительном изменении условий эксперимента; предусматрива ющая последовательный переход от взаимодействия световых волн с простейшими преградами к более сложным;
- программные средства, позволяющие использовать компьютер в учебном процессе как мощное средство активизации познавательной деятельности обучаемых,- повышающие интерес к физике и улучшающие качество знаний, умений и навыков. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии и приложения. Общий объем работы 269 страниц, из них основного текста 201 страница, ТЗ рисунка, 4-таблицы и приложение объемом 68 страниц. Список использованной литературы включает 99 наименований.
Во введении обосновывается актуальность темы исследования, сформулированы цели и гипотезы исследования, определены задачи ж методы исследования, представлены новизна, практическая значимость, достоверность и обоснованность научных положений и выводов.
В первой главе "Аналитический обзор литературы по проблеме использования ЭВМ при обучении физике" на основе изучения литературы.и компьютерных программ, дается обзор применения новых компьютерных технологий в преподавании физики.. Обсуждаются возможности, яре доставляемые ЭВМ для преподавателя и обучаемого. Анализируется состояние с демонстрационным экспериментом по волновой оптике и компьютерными программами, нацеленными на поддержание этого курса физики. Раскрываются недостатки, объективно присущие физическому эксперименту по волновой оптике и намечаются пути их устранения.
Во второй главе "Методика изучения волновых процессов в оптике с применением ЭВМ" излагается методика последовательного изучения интерференции и дифракции световых волн с помощью разработанного для этих целей программного обеспечения для ЭВМ, включающего обучающие, моделирующие и контролирующие программы. Рассматриваются классические интерференционные схемы - опыт Юнга, зеркала и бипризма Френеля, зеркало ллойда; последовательно излагается методика изучения дифракции световых волн (с применением компьютера) на щели, линейной, двумерной и трехмерной дифракционных решетках. Качественное рассмотрение последних позволяет перейти к изучению элементов, голографии и голографического эксперимента, позволяющих наглядно представить и глубже понять свойства света и их практическое значение, связать воедино знания о различных волновых процессах.
Раскрываются особенности при работе с разработанным программным обеспечением, в том числе и с использованием в качестве главного монитора экрана видеопроектора, сопряженного с головной машиной учителя. При этом появляется возможность вывода на видеоэкран изображений с ЭВМ учащихся с целью анализа правильности ответов, рассуждений, предположений и т.п. конкретного учащегося для всего класса. Это позволяет вести активный диалог не только типа "учитель-учебник", но и "ученик-ученик". Показано как предлагаемая методика позволяет:
- раскрыть динамику распространения и взаимодействия световых волн;
- обучаемому управлять моделью изучаемого процесса, а затем исследовать и анализировать результаты своего воздействия на него;
- осуществлять активную обратную связь преподавателя с обучаемыми, что способствует более полному, осмысленному и глубокому восприятию изучаемого материала;
- получить достоверную информацию об уровне знаний как всего . коллектива, так и отдельного обучаемого;
- активизирует творческие начала и исследовательские навыки учащихся.
Третья глава посвящена методике преподавания предлагаемого раздела "Физические ОСНОВЕ голографии" с элементами компьютерного эксперимента, поскольку действующая программа факультативна по физике предусматривает возможность изучения голографии. Рассматриваются "традиционные" методы получения объемных изображений, сущность голографического метода и его преимущества, которые закрепляются на конкретных примерах. Отмечено, что знакомство с голографией необходимо расширить, так как знакомство с ней, как одним из направлений современной прикладной оптики, позволяет не только наглядно представить и глубже понять свойства света и их практическое значение, но и связать воедино знания о различных сторонах волновых процессов. Показано, что голография, являясь новым способом записи и воспроизведения изображения, служит важным шагом в обладении такой формой материи, как поле. Обращается внимание на применение голографии ж перспективах ее использования, в том числе для обработки и хранения информации. Даны практические рекомендации по получению голограмм в условиях кабинета физики средней школы.
В четвертой главе раскрывается цели, методы и сущность педагогического эксперимента, подтверздающего эффективность разработанной методики изучения волновых процессов в оптике с применением ЭВМ в курсе физики средней школы.
В заключении сформулированы основные результаты работы.
Соотношение между учебным экспериментом и компьютерным моделированием физических явлений
Методологические основы учебного компьютерного моделирования как перспективной технологии обучения рассматриваются в работах В.К.Белошапки, П.Л.Брусиловского, В.В.Лаптева, С.И.Павлова, В.Л. Цилевича,- В.В.Рубцова, А.Марголиеа, Н.В. Разумовского и других исследователей [49, 50, 55, 56, 823.
Методологическим основам проблемы использования ЭВМ на уроках физики посвящены работы Л.И. Анцифирова, В.А.Йзвозчи-хова, А.С.Кондратьева, В.В.Лаптева, А.Д.Ревунова А.Н.Слуцкого, И.А.Фокина и других.
Первая публикация, посвященная использованию ЭВМ в педагогическом процессе появилась в журнале "Физика в школе" в. 1984- году [39], в которой на конкретном примере "Движение тела под углом к горизонту" показана роль компьютера в школьной физике. Начиная же с 1985 года число публикаций по вопросу использования вычислительной техники при обучении физике неуклонно возрастало.
Статья Разумовской Н.В. С761 целиком посвящена применению микро- и мини ЭВМ на уроках физики. Здесь, в частности, отмечается, что возможность моделирования физических процессов и явлений, воспроизведения физических зкспериментов и работы механизмов и машин с заданием условий их протекания делает ЭВМ незаменимым помощником преподавателя. Автор вместе с тем правильно предостерегает, что имеется реальная . опасность замены богатого мира физических явлений "экранным миром" компьютера. По мнению многих авторов возможности, предоставляемые ЭВМ способствуют устранению несовершенств традиционных дидактических средств и методики формирования у школьников обобщений при демонстрации опытов. Среди них - получение различных идеальных моделей (образных, знаковых, графических) и их иллюстраций; исследование свойств абстрактных моделей; выполнение численного эксперимента. Вожможна также использование управляющей функции ЭВМ для повышения эффективности школьного демонстрационного физического эксперимента [19, 86].
Первым в нашей стране руководством по комплексному использованию персональных компьютеров при изучении элементарной физики стала работа [45], в которой авторы на большом числе примеров из разных областей курса физики обстоятельно раскрыли возможности современной ЭВМ в решении задач механики, молекулярной физики, электростатики, оптики. В работе [191 подчеркивается, что наиболее эффективным, применением ЭВМ является моделирование физических явлений.
Из всего многообразия направлений применения ЭВМ авторы [401 выделяют два, наиболее актуальных, по их мнению, в настоящее время: автоматизация (научных исследований, производственных и технических процессов, конструирования) и моделирование (явлений, процессов, объектов). Близкую ПОЗИЦИЮ обнаруживают и авторы [26, 72], обращающие внимание на важность компьютерного моделирования при изучении явлений и процессов, невоспроизводимых на обычных установках (кванто-. вые явления, движение заряженных частиц и тлі.) 22
Описанию преимуществ численного физического эксперимента по сравнению с натурным экспериментом посвящена работа [86К Численный эксперимент,-как отмечают авторы, дает обучаемым прежде всего возможность экспериментировать с системами, когда проведение реального эксперимента затруднительно или нецелесообразно- Во-вторых, открывается возможность повторения и точного воспроизведения условий протекания изучаемого процесса, прерывания и возобновления хода эксперимента с целью анализа промежуточных результатов и- внесения корректив. Наконец, относительная дешевизна и быстрота создания численных моделей составляют еще одно преимущество последних 173]. Использование имеющихся преимуществ авторы [86] видят в постановке лабораторных работ с использованием численного моделирования в практикуме по общей физике.
Различным конкретным аспектам использования ЭВМ в содержании обеспечиваемого высшей школой фазического образования посвящена целая группа работ. На кафедре теоретической физики Томского университета разработан пакет программ по теории колебаний. Авторы [423 рекомендуют использование компьютеров для наглядного представления законов физики, выражаемых сложными математическими соотношениями (статические законы, распределения, механические и электромагнитные колебания, законы излучения и т.п.). Результаты использования ЭВМ для моделирования физических процессов и обработки результатов физических экспериментов представлены в [13, 22].
Многие исследователи считают, что перенос на ЭВМ функций, ранее выполняемых традиционными средствами (учебные пособия, сборники задач и т.п.) равно, как и передача компьютеру функций преподавателя (управление познавательной деятельностью, отработка навыков, контроль и оценка знаний) зачастую неэффективны. Последнее происходит прежде всего потому, что содержательная сторона педагогической деятельности, особенно при изучении материала со сложной системой понятий, едва ли формализуема в настоящее время без значительного ущерба. Заметим однако, что ЭВМ - универсальный инструмент для моделирования различных процессов и явлений и именно в таком качестве выступает новым учебным средством, способным существенно повлиять на процесс усвоения учебного материала (64, 981.
Изучив тенденции применения ЭВМ в курсе общей физики, Ионкин В.П. пришел к важному, для нашего исследования, выво-ду, что на сегодняшний день наибольшее применение ЭВМ находит именно как средство моделирования физических процессов [41]. Это связано, по мнению автора, с тем, что автоматизация учебного эксперимента целесообразна в настоящее время лишь как иллюстрация возможностей автоматизации, а применение ЭВМ для автоматизации процесса обучения требует больших объемов памяти и далеко не всегда реализуемо на персональном компьютере.
Вопросы компьютерного моделирования физических процессов и опытов с помощью ЭВМ рассматриваются также авторами: И. В. Александров [8], А.В.Ельцов [333, А,П.Ефремов [343, Н.ЙЛуравлвва [351, Г.В.Кондрашин [463, И.Н.Кувьменко [493, В.В. Лаптев [513, Н.Д.Леднева [53], В.Ф.Мастеров С543, .В.Б.Медведев [553, Ю.П.Мельников [563 В.М.Прокофьев [753, И.В.Синельник [833 и т.д. При этом А.В.Ельцов ЕЗЗЗ, в част 24 ности, не только создал динамические модели электронных процессов в полупроводниках и вакууме, но и предложил методику изучения соответствующего раздела електронинамики в курсе физики средней школы.
Выбор персональной ЭВМ для кабинета физики
В настоящее время, в связи с тем, что парк ЭВМ, используемых на уроках ОШТ начинает оснащаться IBM-совместимыми машинами, можно констатировать, что в кабинет физики подобные компьютеры, при существующем положении с финансированием народного образования, придут еще очень не скоро. Вероятнее всего кабинеты физики будут оснащаться высвобождающейся техникой из кабинетов информатики: КУВТ-86,89, УКНЦ, Корвет, поэтому для учителей физики необходимы программы не только для IBM, но и скорее всего для имеющейся сейчас отечественной техники (хотя и морально устаревающей). Следовательно, нам кроме ЭВМ типа IBM необходимо было выбрать наиболее распространенную модель недорогого компьютера, максимально приближающегося по возможностям к IBM-совместимым.
Выбор компьютера основывался на наиболее распространенной в условиях средней школы машине с дальнейшей возможностью перехода на ЭВМ типа IBM, Учитывался также тот факт, что в конце 80-х годов кафедра методики преподавания физики Московского государственного педагогического университета в качестве базового компьютера для кабинета физики рекомендовала микро ЭВМ "Корвет".
КУВТ "Корвет", кроме широкого распространения в школах, .особенно на Урале и за Уралом (52-90%) , имеет самое богатое, по- сравнению с другими моделями школьных ЭВМ, сервисное программное обеспечение, включающее всевозможные текстовые, графические и дисковые редакторы, программы распечатки результатов и видеоизображения с монитора, возможность работы в международной операционной системе СР/М и т.д.
Лаборатория информационных технологий (г.Москва, 1996 г.) предлагает локальную сеть, объединяющую посредством высокоскоростных сетевых адаптеров в единое целое головную машину IBM-PC/AT-286, которая бев потери производительности может обслужить до 32 компьютеров "Корвет" при повышении надежности, пропускной способности локальной сети и скоростью работы, увеличенной в 20 раз по сравнению со стандартной сетью 000 "Корнет".
С появлением новой операционной системы (ОС ЖР-СР/М В-1.5, 1996 г.), которая фактически представляет собой 0G MS-DOS для "Корвета" реализованы все команды MS-DOS, древовидная файловая система MS-DOS, механизмы запуска ВАТ-фай-лов, переменные окружения. При этом сохранены все возможности ж полная программная совместимость с ОС СБ/М-80, что позволяет использовать все существующее программное обеспечение, в том числе и уже наработанное для "Корвета", но существенно более аффективно. Данная система сертифицирована министерством образования России.
Заметим также, что с помощью ПЭВМ "Корвет", в отличае от других отечественных школьных ЭВМ, очень просто осуществляется контроль и управление реальным физическим экспериментом [33]. Проведенный анализ позволил выбрать ЭВМ, для которых написано программное обеспечение для изучения волновых процессов в оптике (полные листинги программ приведены в приложении с диссертации). Это ПЭВМ "Корвет" и IBM/PC 386/486.
Существенно также то, что перенос программы, написанной на широко распространенном языке программирования Бейсик, осуществляется с "Корвета" на IBM очень просто при помощи программы CPLX.SXE, входящей в состав программного обеспечения IBM. Далее, в редакторе Турбо-Бейсика (ТВ.ЕХЕ) в исходную программу вносятся небольшие изменения, заключающиеся в следующем:
- включается графический режим высокого разрешения оператором SCKEM 9 и перенастраивается карта отображения в соответствии с экранными координатами, используемыми "Корветом" (511x255 вместо 639x349) оператором WINDOW SCfffiEKF (0,0)-(511,255);
- убираются все операторы стирания графики PCXS;
- код желтого цвета (6) измяется на код 14, при этом остальные цвета остаются без изменения;
- у всех операторов LOCATE X,Y меняются местами координаты колонки (X) и строки (Y);
- операторы и их параметры разделяются пробелами, так как они не игнорируются компилятором Турбо-Бейсика в отличае от интерпритатора Бейсика "Корвета";
- незначительные изменения могут понадобиться в оператореDRAW для увеличения расстояния перемещения графического пера и изменения кодов управляющих клавиш.
Роль и место в курсе волновой оптики вопроса "Физические основы голографии"
Традиционно сложившийся подход к изучению курса физики в средней школе не позволяет углубленно останавливаться на отдельных вопросах. За 4 года учащиеся знакомятся с основами физики, что и является главной обучающей задачей школы. Однако факультативные курсы по физике не должны представлять собой повторение школьного материала на более высоком уровне. Целесообразно выделять для факультатива 3-4- достаточно узких тем, для выполнения которых школа имеет условия: высокую квалификацию учителя и экспериментальное оборудование. Проведение исследовательского эксперимента или изготовление экспонатов и образцов на современном научном уровне в совокупности с умелым методическим руководством учителя приводит учеников к творческому, самостоятельному изучению данной темы, освоению научной методологии. Это, безусловно, более важно, чем обыкновенное теоретическое "натаскивание" учащихся на факультативных занятиях.
Основным препятствием для проведения факультативов по вышеизложенной тематике является отсутствие методических разработок по проведению экспериментально-исследовательской работы учащихся. Преодоление этого недостатка и является совместной задачей учителей-методистов и преподавателей высшей школы. С этой целью мы предлагаем .методическое изложение одной из тем, по которой может проводиться работа факультатива в старших классах средней школы,- "изучение фнзжческих основ голографии", т.к. на факультативных занятиях в XI классе программа факультатива [89, 95, 96] предусматривает изучение понятия о голографии. Кроме того, в данном случае получается логический переход от явлений интерференщш и дифракции света на различных препятствиях к тому, как эти волновне явления проявляются при использовании голографичес-кого метода получения изображений.
Из 68 часов, выделенных программой на данный факультатив 96,стр.73-7?], 12 часов отводится на тему "Электромагнитные волны". На наш взгляд, вопрос "Понятие о голографии" необходимо расширить, т.к. знакомство с голографией, как одним из направлений современной прикладной оптики» позволяет не только наглядно представить и глубже понять свойства света и их практическое значение, но и связать воедино знания о различных волновых процессах. В 18 часовой лабораторный практикум Е9б, стр.75-761, в связи с выше изложенным, целесообразно включить работу "Получение трехмерной голограммы". Тему "Физические основы голографии" предлагается проводить в виде семинаров и экспериментальных заданий, планируемых в виде разделов:
I. Теоретические основы получения изображений предметов. Фотография, ее достоинства и недостатки- Методы получения объемных изображений (растровые пленки, стереофотография). П. Голография - приннипйалъно новый метод получения объемных изображений предметов; место голографии в современной науке и история ее создания; техника получения голограмм; свойства голограмм и преимущества их перед фотографиями; трехмерные голограммы. Ш. Применение голографии в народном хозяйстве, технике, медицине. Перспективы использования голографии в искусстве, кино, телевидении. Изучение данного материала целесообразно начать после изложения тем "Световые волны" и "Световые кванты. Действия света" и отвести на занятия от до 4 сорокапятиминутных занятий в зависимости от широты и глубины знаний, которые учитель хочет дать учащимся. При этом учитывается материальное обеспечение школы: возможность проведения предлагаемых демонстраций и опытов.
