Вычислительный эксперимент как средство изучения нелинейных явлений в курсе физики

• Автор: Глазова, Людмила Павловна
• Шифр специальности: 13.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 139 с. : ил.

Оглавление
Введение.

Глава I. Нелинейные модели физических явлений.

1. Применение метода моделирования в обучении физике.

2. Иерархия математических моделей

3. Методы изучения нелинейных моделей

3.1. Метод фазовых диаграмм.

3.2. Элементы бифуркационного анализа.

3.3. Преобразование Фурье

4. Роль вычислительного эксперимента при исследовании

нелинейных явлений

5. Психологопедагогические аспекты изучения нелинейных
явлений
Глава П. Изучение нелинейных явлений в курсе физики средней
1 .Анализ методики изучения темы Механические колебания в курсе
физики средней школы.
2. Методика изучения темы Механические колебания.
3. Методика проведения обобщающего повторения темы
Механические колебания
Глава Ш. Изучение нелинейных явлений в высшей школе
1. Содержание и структура учебного курса Исследование нелинейных явлений с помощью вычислительного
эксперимента
2. Постановка учебного вычислительного эксперимента
3. Методические указания к курсу.
4. Исследование колебательных систем.
4.1. Простейшие консервативные колебательные системы.
4.2. Линейные диссипативные колебательные системы
4.3. Консервативные нелинейные колебательные системы.
4.4. Нелинейный осциллятор с затуханием
4.5. Вынужденные колебания нелинейного осциллятора.
4.6. Автоколебательные системы.
4.7. Колебания линейных связанных осцилляторов.
4.8. Вынужденные колебания линейных связанных осцилляторов.
4.9. Нелинейные колебательные системы с двумя степенями свободы
4 Колебания линейных цепочек.
4 Колебания нелинейных цепочек.
4Модель Лоренца
4 Колебания струны
4 Волны в нелинейной среде. Солитоны
5. Исследование нелинейных оптических явлений
5.1. Лазер как автоколебательная система
5.2. Оптическая бистабильность
Глава IV. Педагогический эксперимент
1. Организация педагогического эксперимента
2. Состояние исследуемой проблемы в практике обучения
физике в средней школе
3. Результаты формирующего эксперимента.
Заключение.
Библиография


Эти исключительно полезные для научных разработок труды ориентированы на специалистов, обладающих серьезной математической подготовкой, и не могут быть использованы в качестве руководств для учебного курса вычислительного эксперимента в нелинейной физике. Таким образом, можно сформулировать цель предпринимаемого исследования: разработать и обосновать методику изучения основ физики нелинейных явлений с помощью вычислительного эксперимента в средней и высшей школе. Объектом исследования является организация учебной деятельности учащихся средней школы и студентов при обучении физике нелинейных явлений. Предметом исследования является вычислительный эксперимент как средство изучения нелинейных явлений. Методологическую основу исследования составляют: общие принципы дидактики и методологические принципы физики, теоретический анализ развития новых информационных технологий обучения, достижения общей и частной методики физики. Гипотеза исследования. Вычислительный эксперимент даст возможность познакомиться с основными идеями современной физики нелинейных явлений учащимся средней школы и студентам младших курсов педагогических и технических вузов, не владеющим специальным аппаратом математического анализа нелинейных уравнений, позволит интенсифицировать процесс обучения, повысит интерес учащихся к физике, создаст предпосылки для развития творческой активности школьников и студентов. Научная новизна исследования. В отличие от предшествующих исследований, в которых рассматриваются системы обучения в рамках физико-математических школ и спецкурсов по нелинейной оптике, предлагаемая методика доступна для общеобразовательных школ и педагогических вузов. Теоретическая значимость работы заключается в теоретическом обосновании необходимости изучения нелинейных явлений, разработке целостной методологической системы обучения основам физики нелинейных явлений, базирующейся на использовании вычислительного эксперимента и позволяющей включить в учебные программы разделы физики, изучение которых по традиционной методике наталкивается на большие трудности. Практикум по вычислительному эксперименту. Методы исследования нелинейных явлений” для педагогических вузов. Апробация исследования осуществлялась в ходе проведения спецкурса “Исследование нелинейных явлений с помощью вычислительного эксперимента” на инженерно-педагогическом и физико-математическом факультетах Приднестровского государственного университета, а также на уроках физики в девятых классах школы-гимназии № 7, средней школы № 2 и межшкольного учебно-производственного комбината г. Рыбница. Результаты проведенной работы были представлены на IV Международной конференции “Физика в системе современного образования” (ФССО-, г. Волгоград), на конференции “Новые информационные технологии в вузах и на предприятиях легкой промышленности” (г. Петрозаводск, г), конференции “ВИапШ! УЛаШ Ббшббсе а ШМ ре апп /” (г. Кишинев, г. Российского государственного педагогического университета имени А. И. Герцена. Принцип доступности изучения нелинейных явлений в курсах физики средней школы и педагогических вузов обеспечивается рассмотрением теории нелинейных колебаний и волн путем сочетания традиционных физических и современных динамических компьютерных моделей. Принцип научности при обучении физике в средней школе реализуется включением в программу таких важных для современной методической науки вопросов, как фазовая плоскость, фазовая траектория, сепаратриса, фазовый портрет и методики построения фазовых портретов консервативных систем с помощью вычислительного эксперимента. Активное включение в программу вузовского курса физики исследования моделей консервативных и диссипативных систем с одной и несколькими степенями свободы, а также нелинейной модели диссипативной системы с распределенными параметрами целесообразно и особенно эффективно при использовании вычислительного эксперимента. Предложенная методика использования вычислительного эксперимента при изучении нелинейных явлений способствует развитию личности, физического мышления и творческих способностей школьников и студентов. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и приложения, содержит 9 страниц текста, рисунков, библиография включает и?