Моделирование процессов со спонтанным нарушением симметрии при изучении физики на разных уровнях образования

• Автор: Сергеева, Ирина Викторовна
• Шифр специальности: 13.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 152 с. : ил.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРЫ ПО ПРОБЛЕМЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИНЦИПА НАГЛЯДНОСТИ И ПРИНЦИПОВ СИММЕТРИИ В НАУКЕ И ОБУЧЕНИИ
§1.1. Принцип наглядности в науке и обучении
1.1.1. Принцип наглядности в физике
1.1.2. Дидактический принцип наглядности и его применение в обучении физике
1.1.3. Моделирование в науке и в обучении
§1.2. Явления, связанные со спонтанным нарушением симметрии и подходы к их изучению
1.2.1. Симметрия в природе и физике и процессы, связанные с нарушением симметрии
1.2.2. Целесообразность изложения физических основ явлений с использованием принципов симметрии
§1.3. Трудности, возникающие при изучении явлений, связанных со спонтанным нарушением симметрии
1.3.1. Проблемы изучения явлений, связанных со спонтанным нарушением симметрии
1.3.2. Анализ учебной литературы
Выводы по главе
ГЛАВА 2. ОСНОВЫ МЕТОДИКИ МОДЕЛИРОВАНИЯ
ЯВЛЕНИЙ, СВЯЗАННЫХ СО СПОНТАННЫМ
НАРУШЕНИЕМ СИММЕТРИИ
§2.1. Порядок изложения явлений, связанных со спонтанным нарушением симметрии в учебной и методической литературе

§2.2. Использование принципов симметрии при изложении некоторых
вопросов курса физики
§2.3. Методика использования натурных моделей процессов, происходящих в явлениях со спонтанным нарушением симметрии
2.3.1. Демонстрация процессов, происходящих при фазовых переходах первого рода
2.3.2. Метастабильные состояния
2.3.3. Фазовые переходы второго рода
2.3.4. Автоколебания
§2.4. Расчётные и компьютерные модели процессов и методика их
изложения
Выводы по главе
ГЛАВА 3. ОРГАНИЗАЦИЯ И ПРОВЕДЕНИЕ ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
§3.1.Общая характеристика проводимого исследования
§3.2. Результаты поискового эксперимента в работе с учителями
§3.3. Результаты поискового эксперимента в работе с учащимися
§3.4. Проверка эффективности разработанной методики обучения
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЯ
ПРИЛОЖЕНИЯ

Современное общество переходит на новый постиндустриальный этап существования, где основным процессом является информатизация. Информация становится главным ресурсом научно-технического и социально-экономического развития. Это затрагивает все уровни образования. Неустойчивая, постоянно меняющаяся социальная среда предполагает наличие гибкости в образовательных программах. Сама образовательная система нуждается в постоянной модернизации.
В первую очередь необходимо принять во внимание тот факт, что увеличивается объём информации, получаемой через интернет, телевидение. Эта информация нуждается в соответствующем умении её перерабатывать. Реформы, проводимые в системе образования, нацелены на то, чтобы учащиеся не только владели информацией, но и умели сами получать новые необходимые на данном этапе знания, перерабатывать их, переводить в практическую деятельность. Поэтому целью преподавателя, в первую очередь, является формирование у учащихся умение самостоятельно решать познавательные задачи, находить пути достижения образовательных результатов. Стремление к самообразованию невозможно без поддержания у учащихся интереса к предмету.
В то же время существуют фундаментальные, уже накопленные человечеством знания, которые являются основой для дальнейшего самообразования учащихся. К числу таких знаний относятся как устоявшиеся понятия и законы, так и новые, недавно появившиеся в науке. В процессе обучения физике необходимо знакомить учащихся с современными достижениями физики как науки и решаемыми в настоящее время проблемами. Большинство из этих проблем достаточно сложны и не могут быть восприняты школьниками и даже студентами, изучающими курс общей

при объяснении критических явлений. В вузе изучаются фазовые переходы первого и второго рода и рассматриваются теории этих переходов, но отдельно, в разных разделах физики. Объединяющим фактором могло бы стать изучение их на основе введения понятия «нарушение симметрии».
Помимо объединяющей функции, данный метод изложения материала будет способствовать более детальному изучению явлений. Так как механизмы явлений происходят на микроуровне, то они являются не наглядными, а значит, трудны для понимания. Но принципы симметрии одинаково «действуют» на разных уровнях организации материи, а значит, могут рассматриваться и на уровне макроскопических тел. Применение моделей, иллюстрирующих нарушение симметрии, позволит доступно объяснить аналогичное нарушение симметрии вещества.
1.3.2. Анализ учебной литературы
Так как в последнее время и в школе и в вузе действует большое количество программ, это позволяет использовать всё многообразие применения учения о симметрии на разных этапах обучения, при разных уровнях подготовки. В то же время в учебных пособиях, которые используются в обучении, до сих пор этот принцип не используется. Анализ учебных пособий показывает, что, несмотря на всё их многообразие и разную глубину изучения материала, многие явления, которые могут быть рассмотрены с точки зрения нарушения симметрии понятно и доступно, рассматриваются поверхностно. Например, переход жидкости в кристаллическое состояние, переход кристалла из одной модификации в другую. В большинстве школьных учебников фазовые переходы объясняются на основе молекулярных представлений (с использованием понятия «энергии взаимодействия») и доменов (для ферромагнетиков) (Мякишев Г. Я., Буховцев Б.; Шахмаев Н. М., Шахмаев С. Н., Шодиев Д. Ш.;