Методика изучения оптических квантовых генераторов в курсе физики средней школы с использованием современных компьютерных технологий

• Автор: Захаркин, Игорь Анатольевич
• Шифр специальности: 13.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Рязань
• Количество страниц: 149 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Аналитический обзор литературы и постановка задач исследования
1.1 Роль физики в контексте современной парадигмы образования
1.2 Основные задачи обучения физике
1.3 Современные компьютерные технологии в учебном эксперименте по физике
1.3.1 Преимущества использования компьютерной техники в обучении
1.3.2 Основные направления использования компьютерных технологий в школьном эксперименте
1.3.3 Автоматизация учебного эксперимента
1.3.4 Внедрение компьютерных технологий в прогресс обучения
1.3.5 Педагогическое обоснование использования компьютерных технологий в обучении
1.4 Методика преподавания курса «Лазеры» в средней школе
1.5 Выводы
Глава 2. Методика изучения лазеров с использованием компьютерных технологий
2.1 «Лазеры» в классах с углубленным изучением физики
2.2 Компьютерные технологии при изучении лазеров
2.2.1 Применение лазеров
2.2.2 Структура лазеров и их классификация
2.2.3 Спонтанное излучение
2.2.4 Поглощение
2.2.5 Вынужденное (индуцированное) излучение
2.2.6 Коэффициенты Эйнштейна. Инверсная заселенность
2.2.7 Оптический резонатор
2.2.8 Способы получения инверсной заселенности в различных средах
2.2.8.1 Трехуровневая схема работы лазера
2.2.8.2 Четырехуровневая схема работы лазера
2.2.8.3 Изучение принципа работы рубинового лазера
2.2.8.4 Изучение принципа работы гелий-неонового лазера
2.2.8.5 Изучение принципа работы полупроводникового лазера
2.2.8.6 Сводная таблиііа по основным характеристикам лазеров
2.3 Использование индивидуального рабочего места учащегося для постановки лабораторных работ при изучении темы «Лазеры»
2.3.1 Характеристики индивидуального рабочего места учащегося
2.3.2 Лабораторно-учебный комплекс «ЛУК-1»
2.4 Лабораторные работы по изучению лазеров
2.4.1 Лазерная система связи
2.4.2 Дифракция через точечное отверстие и одинарную щель
2.4.3 Компакт диск как дифракционная решетка
2.4.4 Вольт-амперная характеристика лазерного диода
2.4.5 Расходимость лазерного пучка
2.5 Выводы
Глава 3. Организация и проведение педагогического эксперимента
3.1 Основные этапы и содержание педагогического эксперимента
3.2 Использование методов математической статистики для обработки результатов педагогического эксперимента
3.3 Выводы
Заключение
Список литературы

Введение
В настоящее время, когда ученые физики стремятся приблизиться к пониманию строения и свойств окружающей нас материи, проводят многочисленные эксперименты по столкновению частиц, назрела необходимость активизации творческого потенциала учащихся средних школ в процессе обучения физике. Следует создавать технологии обучения, ориентированные на возможно более полное использование учебного' физического эксперимента, направленные на формирование научного мировоззрения, подготавливающие к решению самых сложных технологических задач.
Одна из важнейших тем, изучаемых в школьном курсе физики, связана с лазерами. Квантовые генераторы света — лазеры, были созданы в начале шестидесятых годов прошлого столетия. Их уникальные свойства обусловили широкое применение этих приборов в науке, промышленности и бытовой жизни. Сегодня без использования лазеров невозможно представить ни одной- современной отрасли, лазерные технологии лежат в основе производства современных компьютеров, устройств для чтения и записи СИ и ИУИ дисков, лазерных принтеров, мышек, указок, и многих других устройств, которыми постоянно пользуются учащиеся школ. Высокая степень монохроматичности, когерентности и направленности лазерного излучения позволила создавать приборы для диагностики и лечения различных заболеваний, использовать лазер как уникальный современный медицинский инструмент. Для обеспечения обороноспособности нашей родины созданы спутниковые системы связи, разработаны различные системы наведения и автопилоты, работа которых также основана на применении лазеров. Примером использования оптических квантовых генераторов (ОКТ) в промышленности могут служить высокоточные дальномеры, современные аппараты для сварки, резки и термообработки материалов, устройства для производства микросхем. От студенческих
O.A. Поваляев, C.B. Хоменко, A.B. Чарушин, P.M. Чудинский, М.Л. Ярошевский и др. [39].
Эффективность применения данных компьютерных технологий зависит от качества применяемых программных продуктов, они должны содержать тщательно спроектированные указания и точно представлять набор действий и операций, которые должны выполнять учащиеся. Осуществляя диалоговый режим работы с компьютером, обучаемый при необходимости должен получить своевременную квалифицированную помощь, корректирующую его деятельность [71].
Широкие возможности поиска необходимой учебной информации имеются в сети Интернет, там можно найти новые интересные демонстрационные опыты, результаты экспериментальных исследований полученных в современных научно-исследовательских лабораториях, данные с метрологических комплексов, дидактические материалы разработанные в других учебных учреждениях, различную справочную информацию и пр. Благодаря наличию образовательных платформ и порталов имеется возможность совместного проведения экспериментов с использованием уникального лабораторного оборудования и обсуждения их результатов, как на общероссийском, так и международном уровне.
1.3.4. Внедрение компьютерных технологий в процесс обучения
Важно, чтобы обучаемый научился самостоятельно приобретать знания, пользуясь разнообразными источниками информации, умел с этой информацией работать, обращаясь к различным способам познавательной деятельности. Сама познавательная деятельность не должна ограничиваться приобретением знаний, необходимо предусматривать их активное применение для решения разнообразных реальных проблем. Организация такой самостоятельной работы предполагает использование новейших педагогических технологий, адекватных специфике