Система демонстрационного физического эксперимента в учебном процессе подготовки студентов физических и радиофизических специальностей университетов

• Автор: Казарин, Петр Васильевич
• Шифр специальности: 13.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 199 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1 Содержание и методика демонстрационного физического эксперимента университетского курса физических и радиофизических специальностей
1.1 Развитие демонстрационного эксперимента в методике преподавания физики
1.2 Анализ общей ситуации демонстрационного физического эксперимента, применительно к вузу
1.3 Система демонстрационного физического эксперимента
1.4 Обзор имеющихся демонстрационных опытов по разделам курса общей физики «Электромагнитные поля», «Колебания и волны»,
«Оптика»
Глава 2 Разработка и создание демонстрационных опытов и установок41
2.1 Визуализация линий электромагнитного поля в средах с резкими границами
2.1.1 Преломление силовых линий электрического поля на границе двух диэлектриков
2.1.2 Визуализация линий магнитного поля на границе двух магнетиков
2.1.3 Особенности структуры магнитного поля в нелинейном магнетике
2.2 Опыты по колебательным процессам
2.2.1 Многоцелевая демонстрационная установка по колебательным процессам в линейных системах с одной и двумя степенями свободы
2.2.2 Многофункциональная установка с применением компьютерных технологий для демонстрации вынужденных колебаний в нелинейном колебательном контуре
2.3 Опыты с поверхностными волнами
2.3.1 Демонстрация эффекта Доплера Fia поверхностных волнах

2.3.2 Интерференция вторичных волн на поверхности воды (прямая
демонстрация принципа Гюйгенса-Френеля)
2.3.3 Демонстрация нелинейных проявлений гравитационноповерхностных волн
2.4 Моделирование интерференционных опытов с помощью муаровых структур
2.5 Поляризационные эффекты при отражении электромагнитных волн от диэлектрических и металлических поверхностей
2.5.1 Отражение света от диэлектрических и металлических поверхностей
2.5.2 Поляризационные эффекты в опыте с зеркалом Ллойда
Глава 3 Методика применения разработанных демонстрационных установок. Педагогический эксперимент по оценке эффективности применения лекционных демонстраций
3.1 Методика применения авторских установок в учебном процессе при
обучении физике в высшей школе
3.2 Педагогический эксперимент по оценке эффективности использования системы физического эксперимента-в учебном процессе
Заключение
Литература
Приложения

Введение
Учебный предмет «Физика», представляющий собой педагогически адаптированную совокупность физических знаний и умений, выполняет важнейшие образовательные и воспитательные функции. Проблемой создания целостной системы физического образования подрастающего поколения, удовлетворяющей запросам научно-технического прогресса, интенсивно занимается большое количество преподавателей физики, учёных-педагогов, психологов, методистов как у нас в стране, так и за рубежом. Эта проблема затрагивает такие актуальные вопросы, как содержание школьного и вузовского физического образования, соотношение эксперимента и теории в обучении, воспитание творческого мышления, изучение основных физических понятий, использование истории и методологии физической науки в преподавании, создание учебников и учебных пособий и целый ряд других.
В преподавании физики, в формировании естественнонаучного мировоззрения студентов важную роль играет экспериментальная основа физической науки, в которой эксперимент служит источником познания материального мира и критерием истинности теоретических положений. Эксперимент, являясь одним из основных методов исследования в науке, при обучении физике выступает как объект изучения и одновременно и как метод обучения. Методически обоснованной постановкой эксперимента, раскрывающего научные основы изучаемых теорий и обеспечивающего результативную познавательную деятельность обучаемых, может быть достигнута надлежащая эффективность учебного процесса в подготовке современных специалистов. Весьма большую и очень важную часть учебного эксперимента составляют лекционные демонстрационные опыты, имеющие специфические дидактические задачи и методику проведения.
История развития демонстрационного эксперимента уходит в далёкое
прошлое - когда физические законы и открытия утверждались
убедительностью демонстрации правильно проведённых опытов. Длительное

наглядно показывающие, как в результате интерференции сферически-расходящихся волн от отдельных точечных вторичных источников формируются фронты преломленной и отраженной на границе волн. Напомним также, что еще сам Гюйгенс с помощью идеи вторичных волн непринужденно объяснил явления отражения и преломления волн на границах двух сред и получил закон Снеллиуса, связывающий углы падения и преломления.
Эффект Доплера
Исследованию эффекта Доплера и Вавилова-Черенкова и их практическим применениям посвящена общая литература, включая монографии. Важно отметить, что оба этих взаимосвязанных эффекта являются общеволновыми и имеют место для волн любой физической природы. Изучению этой темы в курсе физики отводится значительное время, а о важности изучения говорят и лекционные опыты, демонстрирующие данный эффект. Хотя эффект Доплера можно продемонстрировать в акустическом [76, 81], в оптическом диапазонах [77, 103], наиболее наглядными представляются опыты с поверхностными волнами на воде [19,51,151]. Неплохой опыт с фотографией волн, создаваемых на воде движущимся источником представлен в учебнике [95]. Однако в опытах, описанных в этих работах, как правило, скорость движения источника выбрана малой по сравнению с фазовой скоростью распространения волны, для того, чтобы наблюдатели успели внимательно рассмотреть всю картину распространяющихся волн (т.е. реализуется «доволновой» режим движения источника). Не менее интересен случай «сверхволнового» движения, когда скорость источника превышает скорость распространения поверхностных волн. Весьма желательны опыты и для случая «сверхволновового» движения излучателя, а также опыты по отражению волны от движущейся границы, описание которых отсутствует в проработанной литературе.