автореферат и диссертация по педагогике 13.00.02 для написания научной статьи или работы на тему: Градиентная оптика в системе обучения физики

Автореферат диссертации по теме "Градиентная оптика в системе обучения физики"

РГб од

О ,

На правах рукописи

МАЙЕР Валерий Вильгельмович

ГРАДИЕНТНАЯ ОПТИКА В СИСТЕМЕ ОБУЧЕНИЯ ФИЗИКЕ

13.00.02 — теория и методика обучения физике

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук

Киров - 1998

Работа выполнена на кафедре физики Глазовского государственного педагогического института имени В. Г. Короленко

Научный руководитель:

действительный член РАО, доктор педагогических наук, профессор В. Г. РАЗУМОВСКИЙ

Официальные оппоненты:

доктор педагогических наук, профессор В. В. МУЛТАНОВСКИЙ

кандидат педагогических наук Е. С. ОБЪЕДКОВ

Ведущая организация:

Уральский государственный педагогический университет

Защита состоится _июня 1998 года в_i^L_часо!

на заседании диссертационного совета К113.62.01 по присужде нию ученой степени кандидата педагогических наук при Вятско1\, государственном педагогическом университете (610002, г.Киров ул.Ленина, 111, ауд.2-G2-).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке универ ситета.

Автореферат разослан

2.5

мая 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

О. В. Лебедева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Постановка научной проблемы и актуальность ис-ледования. Согласно современной концепции теории образо-ания учебные курсы физики представляют собой модели науки >изики. С этой точки зрения можно говорить об учебной физи-:е — дидактической модели, включающей учебную физическую еорию, учебный физический эксперимент и методику их препо-авания. В учебную физику в качестве ее разделов традиционно ходят механика, молекулярная физика, термодинамика, электро-инамика, оптика, квантовая физика. Вместе с тем она содержит такие современные разделы, как физика твердого тела, физиче-кая электроника, физика лазеров, физические основы голографии т.д. По мере развития физической науки возникают новые разде-ы физики и частично утрачивают свое значение прежние, поэто-:у была и остается актуальной проблема определения содержания чебной физики. Интуитивно ясно, что всякий новый фундамен-альный раздел физики должен быть представлен в учебной финке, но только соответствующее исследование может выяснить, асколько это необходимо, возможно и целесообразно.

Эти вопросы в полной мере относятся к явлениям распро-гранения света в оптически неоднородных средах. В таких сре-ах показатель преломления непрерывно изменяется от точки к очке, поэтому среда характеризуется не только его значениями, о и градиентом показателя преломления. Хотя некоторые явле-ия градиентной оптики исследуются с момента возникновения птической науки, а первые учебные эксперименты появились бо-ее века назад, этот раздел оптики, безусловно, относится к со-ременным, поскольку в настоящее время интенсивно развивает-я. Он имеет важное значение для практической оптики: града-ы и сельфоки нашли самое широкое применение в современной ехнике. Градиенты показателя преломления возникают при рас-ространении в среде мощного лазерного излучения так, что гра-иентная оптика в определенной области смыкается с нелинейной, аспространение света в атмосфере Земли, других планет, звезд, ежгалактическом пространстве изучается методами градиент-ой оптики. Исследование распространения электромагнитного злучения инфракрасного и радио- диапазонов не может быть осу-

3

ществлено без учета градиента показателя преломления среды. I технике сверхвысоких частот используются градиентные линзы теория первой из которых (гак называемого "рыбьего глаза") да на Максвеллом еще в 1860 году. Изготовление градиентных лин для радиоволн значительно проще, чем оптических, поэтому та кие линзы давно применяются в радиолокационных устройствах Методами градиентной оптики исследуются явления распростра нения звука и ультразвука в акустически неоднородных средах сейсмических волн в земной коре, электромагнитных волн в ла бораторной, ионосферной и космической плазме, электронных I ионных пучков в электрических и магнитных полях. Историческ! одна из первых физических задач, для решения которой приме нялись методы градиентной оптики, связана с нахождением бра хистохроны — траектории быстрейшего спуска в поле тяжести Земли. Проблемы градиентной оптики стимулировали возникновение вариационного исчисления. Создавая квантовую механику Шредингер прямо использовал оптико-механическую аналогию которая полностью сохранила значение в современной теоретической физике. Градиентная оптика может быть изучена на баз( фундаментальных принципов Гюйгенса и Ферма, а с другой стороны она обеспечивает учебное применение этих принципов. Наконец, концепция личностно-ориенгированного образования требует включения в содержание учебной физики элементов градиентной оптики, которые представляют значительный интерес дм учащихся, нацеленных на углубленное изучение физики и техники.

Однако в современных курсах оптики и волновой физики Е.И.Бутикова, Н.М.Годжаева, Р.Дитчберна, Г.С.Горелика. Н. И. Калитеевского, Ф. А. Королева, Ф. Крауфорда, Г. С. Ландс-берга, И. В. Савельева и др., курсе общей физики для педагогических институтов Е. М. Гершензона, Н. Н. Малова и А. Н. Мансурова, а также в школьных учебниках Г. Я. Мякишева и Б. Б. Буховце ва, Н. М. Шахмаева, С. Н. Шахмаева и Д. Ш. Шодиева, А. Т. Глазунова, О. Ф. Кабардина, А. Н. Малинина В. А. Орлова и А. А. Пинского распространение света в оптически неоднородных средах только упоминается, а учебный эксперимент ограничен лишь одним опытом, который в силу ряда причин ставится крайне редко. 4

[есколько подробнее градиентная оптика рассматривается в курах М. Борна и Э. Вольфа, Р. В. Поля, М. Планка, Д. В. Сивухина, Фейнмана, но они являются университетскими и мало соответ-твуют требованиям дидактики физики. Поэтому налицо про-■иворечие между значением градиентной оптики для современ-ой физической науки и техники, для формирования физического [ышления и мировоззрения учащихся и той ролью, которая от-одится изучению явлений градиентной оптики в курсах физики, [омимо общего можно указать также конкретные противоречия: между сложной, громоздкой физической теорией явлений градиентной оптики и возможностями учебного процесса для ее усвоения учащимися,

между оптическими явлениями распространения света в неоднородных средах и учебным физическим экспериментом, предназначенным для изучения этих явлений,

между содержанием, объемом, структурой учебного материала по градиентной оптике и учебным временем, реально отводимым на его освоение.

[редпринятые нами попытки преодоления перечисленных проти-оречий привели к пониманию необходимости разработки учебной ¡одели градиентной оптики, включающей учебную теорию, учеб-ый эксперимент и методику их применения в системе обучения изике.

Настоящее исследование базируется на следующих концеп-иях дидактики физики:

формирования физических понятий в процессе обучения (А. В. Усова, 1969 г.),

развития творческих способностей учащихся в процессе обучения физике (В.Г. Разумовский, 1975 г.), оптимизации учебного процесса (Ю. К. Бабанский, 1977 г.), системности и оптимизации школьного физического эксперимента (Л.И.Анциферов, 1985 г.),

использования физического эксперимента в развивающем обучении (Т.Н. Шамало, 1992 г.),

организации учебной деятельности школьников в процессе обучения физике (Ю.А. Сауров, 1992 г.).

Общим проблемам изучения физической оптики в школе пс священа фундаментальная монография Л. И. Резникова, сохранив шая свое значение до настоящего времени, они рассматриваютс в учебных пособиях по методике преподавания физики в старши: классах средней школы. Учебный эксперимент по оптике разраба тывался и исследовался Я. Е. Амстиславским, М. Н. Башкатовым Ю. Ф. Огородниковым, Б. Ш. Перкальскисом, Н. М. Ростовцевы} и др. Моделирование оптических явлений электромагнитным] сантиметрового диапазона подробно исследовано Н. Я. Молотко вым. Системы учебных опытов по волновой физике разработа ны Е. С. Агафоновой, В. Ф. Колулаевым, Р. В. Майером; они могу рассматриваться в качестве непосредственной основы настоящего исследования.

В целом актуальность исследования в современных ус ловиях обусловлена социальной потребностью в разработке но вых элементов содержания физического образования, отражаю щих крупные достижения физической науки с учетом дидакти ческих требований, а также необходимостью совершенствовани; методики изучения оптики как дидактической модели в школьное и общем курсах физики.

Объектом исследования является учебная оптика курсо] физики средних общеобразовательных и высших педагогические учебных заведений.

Предметом исследования является лучевая или геометри ческая оптика неоднородных сред (кратко: градиентная оптика в системе обучения физике.

Цель исследования — разработка дидактической модел1 градиентной оптики, обеспечивающей теоретическое и экспери ментальное изучение основных физических явлений, связанных < распространением света в оптически неоднородных средах.

Гипотеза исследования: если в основу учебной теорш положить принцип Гюйгенса, а для учебных опытов использо вать оптически неоднородные среды, полученные диффузией и на греванием, то возможно создание полной учебной модели градиентной оптики, методика которой позволит в рамках существующей системы обучения физике обогатить содержание физическогс образования, расширить кругозор и познавательный интерес уча-6

цихся, углубить их знания по физической оптике.

Исходя из цели и гипотезы исследования были поставлены ледуюшие задачи:

1. Предложить и самыми общими психофизиологическими акономерносгями обосновать простейшую дидактическую мо-(ель исследователя или эксперта в области учебной физики.

2. Разработать дидактические модели учебного эксперимен-ча, его развития, а также параметра "учебность" физической те-|рии и физического эксперимента, допускающего получение коли-[ественных экспертных оценок с целью их последующего сравне-

[ия.

3. Кратко проанализировать современное состояние методи-:и изучения основ физической оптики вообще и градиентной опти-и в частности.

4. На основе изучения научной и учебной литературы опреде-:ить, систематизировать и обосновать содержание учебного ма-ериала по проблеме исследования в школьном и общем курсах »изики.

5. Разработать учебную теорию градиентной оптики, охва-ывающую все основные явления этой области.

6. Разработать учебный эксперимент по основным явлени-м градиентной оптики в демонстрационном, индивидуальном и амостоятельном вариантах.

7. Разработать методику применения предлагаемых учебной еории и учебного эксперимента в рамках существующей системы >изического образования.

8. Проверить возможность и целесообразность включения редлагаемой учебной модели градиентной оптики в традицион-ый учебный процесс.

9. Прямым педагогическим экспериментом подтвердить эф-юктивность предлагаемой методики изучения основ градиентной птики в средней и высшей школах.

Методологическая основа исследования определяется по-гавленными целью и задачами; она строится на разработанных психолого-педагогической науке дидактических теориях и моде-ях уровней обученности, общих принципах дидактики, методоло-ических принципах физики, указанных выше концепциях дидак-

7

тики физики, методах педагогической квалиметрии, достижения: и тенденциях развития общей и частных дидактик физики.

Методы исследования, использованные при решении по ставленных задач: а) теоретический анализ проблемы на осно ве изучения и анализа психолого-педагогической, методической физической и специальной технической литературы; б) анали школьных и вузовских программ, учебников и учебных пособий,; также практического опыта преподавания оптики; в) теоретиче ское исследование проблемы с целью построения учебной теорш градиентной оптики; г) теоретическое и экспериментальное ис следование новых учебных опытов, опытно-конструкторская ра бота по созданию новых учебных физических приборов и экспери ментальных установок; д) педагогический эксперимент в форм> экспертной оценки и реального использования новых педагогиче ских технологий в учебном процессе; е) статистическая обработ ка результатов педагогического эксперимента с целью выявлени: эффективности предлагаемой методики.

Научная новизна исследования заключается в том, что

• впервые создана учебная модель градиентной оптики, инте грированная в современную систему физического образования включающая новую учебную теорию, оригинальный учебны! физический эксперимент и методику использования их в учеб ном процессе,

• разработаны содержание и методика изучения новой учебно! физической теории, решающей четыре группы проблем град и ентной оптики,

• разработаны содержание и методика применения 29 новых учеб ных физических экспериментов (40 приборов и 12 технологи! изготовления), объединенных в девять серий по основным явле ниям градиентной оптики.

Теоретическая значимость результатов исследования оп ределяется тем, что а) введены понятия "учебная физика", "учеб ность" и определено их содержание; б) предложены и обосновань дидактические модели эксперта, учебной теории, учебного экспе римента, параметра "учебность"; в) разработана технология ис пользования предложенных моделей в дидактическом исследова

нии. 8

Практическая значимость исследования заключается в зозможности использования теоретических результатов для: а) осуществления новых исследований в дидактике физики; б) совершенствования содержания и методики учебных занятий по оптике в средней и высшей школах, в) создания новых методических рекомендаций, учебных пособий, совершенствования существующих учебников, задачников и практикумов по физике, г) разработки систем творческих заданий для учащихся, д) разработки программ новых спецкурсов, спецсеминаров, практикумов для уча-цихся, студентов и учителей.

Достоверность и обоснованность результатов обеспече-1ы: а) всесторонним анализом проблемы исследования; б) приме-гением разработанных методик, адекватных целям проведенного ^следования; в) реальным созданием новых учебных экспериментов в соответствии с принципами исследования; г) длительностью гедагогического эксперимента, контролируемостью его условий и ювторяемостью результатов, соблюдением основных дидактиче-:ких требований по его организации; д) применением методов математической статистики при обработке результатов педагогиче-:кого эксперимента.

Критерии эффективности предлагаемой методики:

> полнота сформированности основных понятий, содержание и характер знаний учащимися теоретических и экспериментальных основ градиентной оптики,

• способность учащихся к определению условий, наблюдению результата, проведению анализа субъективно нового учебного эксперимента, а также к самостоятельной постановке известных и разработке новых учебных физических экспериментов по градиентной оптике.

На защиту выносятся следующие положения:

> Использование предложенных дидактических моделей эксперта, учебного физического эксперимента и параметра "учебность" позволяет осуществлять эффективную разработку конкретных проблем содержания и методики новых разделов учебной физики, в частности, учебного варианта градиентной оптики.

> Предлагаемая учебная теория адекватно отражает научную и обеспечивает разноуровневое изучение градиентной оптики в

9

существующей системе обучения физике.

• Разработанный нами учебный физический эксперимент обеспе чивает проведение демонстрационных, лабораторных и само стоятельных занятий учащихся по изучению явлений градиент ной оптики.

• Предлагаемая методика изучения градиентной оптики доступн; учителям физики и может быть внедрена в учебный процесс.

Логика исследования включает следующие этапы.

Первый этап (1970-1980 гг.) характеризуется выбором проблемы ис следования. Изучение литературы по учебному физическому эксперимент; показало, что реально в учебном процессе применяется только одна лек ционная демонстрация по криволинейному распространению света на гра нице раздела жидкостей. Разработанные Р. Вудом и усовершенствованны! Р.В.Полем прекрасные демонстрации миражей, криволинейного и волновод ного распространения света в силу сложности реализации ставятся редко Поэтому основные усилия были направлены на создание доступных школ< вариантов этих и других опытов по геометрической оптике. Одновремен но детально отрабатывался метод совместного творчества, проводился поиа различных форм изложения учебного материала, предназначенного для само стоятельного усвоения учащимися.

Второй этап (1981-1983 гг.) начался с обнаруженной нами возможно сти создания оптически неоднородных сред неравномерным нагревом оргсте кла. Изучение научной литературы, поиск патентной информации позволил! сделать заключение о перспективности найденного способа. На этом этапе методом совместного творчества была осуществлена масштабная по тем временам работа по созданию новых учебных опытов по градиентной оптике их систематизации, разработке простейших доступных для учащихся вариантов. Наряду с учебным экспериментом разрабатывалась учебная теория Итогом этого этапа явилась книга "Простые опыты по криволинейному распространению света", в которой опробована одна из форм изложения учебногс материала.

Третий этап (1984-1986 гг.) посвящен в основном разработке учебной теории распространения света в слоисто-неоднородных средах с постоянным градиентом показателя преломления. Оказалось, что для таких сред: можно получить аналитическое выражение траектории луча, позволяющее осуществить как физическое, так и математическое моделирование. Были разработаны модернизированные варианты учебных опытов, углублена связь градиентной оптики с явлением полного внутреннего отражения света. Результаты обобщены в книге "Полное отражение света в простых опытах", г которой найденная форма изложения учебного материала получила дальнейшее развитие.

Четвертый этап (1987-1997 гг.) связан с разработкой дидактических моделей эксперта, учебной теории, учебного эксперимента. Возникла и оформилась концепция учебной физики, как дидактической модели физической науки. В рамках учебной физики определенное место заняла учебная

радиентная оптика. Полученные результаты внедрены и многократно про-ерены в реальном учебном процессе. Проведены экспертные оценки, частные :едагогические эксперименты. Многолетним опытом доказана необходимость ; целесообразность включения в систему обучения физике основ градиент-:ой оптики, доступность и надежность основного физического эксперимента этой области.

Апробация и внедрение результатов исследования осуще-твлялись в Глазовском пединституте, Глазовском филиале Ижев-кого технического университета, в средних школах №№13 и 15 "лазова, на курсах повышения квалификации учителей (1975995 гг.) Ижевского института усовершенствования учителей. 1олученные результаты докладывались и обсуждались на науч-[ых конференциях в Москве (1978, 1980 гг.), Глазове (1995, 1996, 997 гг.), Ижевске (1982, 1995 гг.), Екатеринбурге (1996 г.), Ки-юве (1997 г.), они успешно внедрены в курсы физики, методики реподавания физики, спецкурсы и факультативы, опубликованы здательством "Наука" массовым тиражом в форме, доступной чащимся, учителям и преподавателям физики.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и иблиографии, включающей 250 источников, из них 9 иностран-ых; она содержит 207 страниц основного текста, 81 рисунок и 11 аблиц на 62 страницах.

Первая глава "Проблема изучения основ градиентной опти-и" содержит теоретическое исследование указанной проблемы на снове изучения и анализа психологической, педагогической, ме-одической и научной физической литературы.

В первом параграфе "Базовые дидактические модели ис-ледования" на основе фундаментальных психофизиологических акономерностей предлагается и обосновывается простейшая ди-актическая модель эксперта, как исследователя, способного це-ый дидактический объект по определенному признаку разделить а три примерно равные по значимости части и оценить каждую з частей по отдельности двумя или тремя оценками: да, нет ли лучше, хуже, так же. Изучение научной, учебной и методи-еской литературы позволило, используя дидактическую модель ^сперта, предложить и обосновать дидактические модели учеб-

11

ного физического эксперимента и его развития. Введен дидактический параметр "учебность" физической теории и физическогс эксперимента, построена его дидактическая модель, допускающая получение количественных экспертных оценок с целью их последующего сравнения и анализа.

Во втором параграфе "Современное состояние методи ки изучения основ физической оптики" кратко анализируются школьные и вузовские учебники физики, фундаментальные методические исследования, учебные пособия университетского уровня и делается общий вывод, что центральной проблемой учебной оптики остается строгое экспериментальное обоснование учебной теории. Что касается непосредственно градиентной оптики, тс относящиеся к ней вопросы в курсах физики изучаются вскользь или вообще не затрагиваются.

В третьем параграфе "Основное содержание и структуре учебного материала по градиентной оптике" выделяются главные элементы физического знания и производится их структурирование применительно к действующим курсам физики средней общеобразовательной и высшей педагогической школы.

Вторая глава "Методика изучения физических основ градиентной оптики" обобщает основные результаты, полученные в ходе настоящего исследования.

Первый параграф "Учебная теория основных оптическиа явлений в неоднородных средах" содержит разработанную учебную теорию, которая включает:

• непосредственное применение принципа Гюйгенса для качественного объяснения искривления светового пучка в оптически неоднородной среде, определения радиуса кривизны пучка, угла

. отклонения пучка от первоначального направления, расчета параметров градиентной линзы;

• получение и анализ уравнения светового луча в слоисто-неоднородной среде;

• теоретический анализ явлений распространения света в слоисто неоднородной среде с постоянным градиентом показателя преломления;

• теоретические основы моделирования светового луча цепной линией.

^чебная теория изложена в варианте, допускающем непосред-твенное использование в школах и классах с углубленным изу-:ением физики, а также в высших педагогических учебных заве-;ениях.

Второй параграф "Система учебного физического экспе-имента" составлен из описаний учебных опытов по основным влениям градиентной оптики в демонстрационном, индивидуаль-:ом и самостоятельном вариантах с применением искусственных птически неоднородных сред, полученных методами диффузии и еравномерного нагрева. Эта система включает следующие серии пытов:

распространение светового пучка в оптически неоднородной среде (в слое между двумя смешивающимися жидкостями, в слое неравномерно нагретого оргстекла, в неравномерно нагретой призме из оргстекла);

волноводное распространение света (в слое между тремя смешивающимися жидкостями, в неравномерно нагретой полоске оргстекла);

полное внутреннее отражение света в оптически неоднородной среде (от нагретого слоя жидкости, в слое неравномерно нагретого оргстекла);

тень от оптической неоднородности (от воздушной полости в жидкости, от неравномерно нагретого оргстекла, исчезновение тени при охлаждении полости в оргстекле); фокусировка света градиентной линзой (линзой из желатина, собирающей линзой из неравномерно нагретого оргстекла, дефокусировка рассеивающей градиентной линзой, визуализация светового пучка внутри линзы);

изображения через оптически неоднородную среду (искривления прямых при наблюдениях через границу раздела смешивающихся жидкостей, через неравномерно нагретое оргстекло, исследование причины искривления, визуализация оптических неод нородностей);

моделирование светового пучка (металлическая цепочка как модель луча в слоисто-неоднородной среде с постоянным градиентом показателя преломления, моделирование пучка света цепными линиями, компьютерное моделирование);

• моделирование явлений атмосферной оптики (модель миража воздухе, модель миража в оргстекле, модель сложного мираж или фата-морганы в оргстекле, моделирование зеленого луча)

• градиентные оптические модели (оптические модели электрон но-оптических систем, модель гравитационной линзы, модел ионосферы, модель явления Ломоносова).

Всего разработано 29 учебных экспериментов, 19 их осное ных вариантов и более 50 модификаций. Предложено новое учеб ное оборудование (изделия из оргстекла: кюветы, бруски, полос ки, цилиндры, полуцилиндры; нагреватели: жидкостные, элек трические контактные и бесконтактные; охладители на основе жидкого азота, охлаждающих смесей; термоиндикаторы; тер морегуляторы; осветители — всего 40 приборов), разработан технология самостоятельного изготовления оборудования в услс виях учебной физической лаборатории (в частности технологи механической обработки, включающей шлифовку и полировку, : склейки оргстекла и т.д.— всего 12 технологических процессов) Учебный эксперимент описан в вариантах, предназначенных дл учителя и для учащегося в соответствии с традиционными тре бованиями дидактики физики. Представлена методика использо вания нового учебного физического эксперимента на уроках, лек циях, в практикумах, индивидуальных исследованиях учащихся.

Третий параграф "Методика изучения градиентной опть ки в системе обучения физике" посвящен методическим рекомен дациям по использованию результатов первого и второго парагра фов главы в реальном учебном процессе. Выделены минимальны теоретические сведения и основные демонстрационные экспери менты. Определено содержание, включаемое в курс физики сред ней общеобразовательной и высшей педагогической школы. Да ны рекомендации по применению учебного варианта градиентно] оптики в спецкурсах и факультативах.

Третья глава "Педагогический эксперимент" обобщает ре зультаты многолетнего экспериментального преподавания осно] градиентной оптики. В нем приняли участие 12 сотрудников ка федры физики Глазовского пединститута (6 доцентов, 3 инженера 3 лаборанта), более 500 учителей физики Удмуртии, порядка 1291 студентов и около 600 школьников. Констатирующий педагоги 14

еский эксперимент показал, что учащиеся и учителя не знакомы основными явлениями, понятиями и элементами теории гради-нтной оптики. Поисковый эксперимент выявил необходимость оздания доступной теории, позволяющей на традиционных уро-ах изложить основные идеи и показать простейшие эксперимен-ы, доказывающие существование явления криволинейного рас-ространения света.

В первом параграфе "Экспертная оценка учебности физи-еской теории и физического эксперимента" описываются усло-ия и анализируются результаты экспертизы разработанного раз-ела учебной физики. Обосновывается целесообразность исполь-эвания малочисленных экспертных групп. Экспертная оценка чебной физической теории и учебного физического эксперимента о соответствующим дидактическим моделям показала, что па-аметр " учебность" для всех 39 объектов экспертизы, а параметр новизна" для 30 объектов превышают критическое значение, что видетельствует о соответствии разработанного в исследовании чебного материала дидактическим требованиям и хорошем уров-е его новизны.

Во втором параграфе "Метод совместного творчества в едагогическом эксперименте" кратко рассматривается суть это) метода применительно к учебно-исследовательской и самосто-гельной работе учащихся. Методом совместного творчества до-азано, что возможно экспериментальное и теоретическое изуче-ие основ градиентной оптики в творческом процессе совместного ^следования учащихся и учителя, приводящего к объективно но-эш результатам в области учебного физического эксперимента, та работа представляет для учащихся значительный интерес, юсобствует формированию положительного эмоционального от-эшения к физической науке, развивает их творческий потенциал, ормирует волевые качества.

В третьем параграфе "Проведение и результаты обучающего эксперимента" показано, что методика изучения основ гра-дентной оптики доступна учителям физики средней школы, трепет небольшого учебного времени и позволяет реализовать ее в шках традиционного учебного процесса. Учащиеся легко овла-;вают основными идеями и с большим интересом воспринимают

15

учебный эксперимент по градиентной оптике. Теория слоисто неоднородной среды доступна студентам физико-математически факультетов высших педагогических учебных заведений, ивщ лом может быть усвоена за одну лекцию. Знания учащихся и стз дентов основ градиентной оптики прочны и надолго остаются памяти. Уровень знаний и умений по профилирующим дисципли нам (включающий данные экзаменационных оценок и самооценок и уровень усвоения основ градиентной оптики, как показывают сс ответствующие расчеты, коррелируют между собой. Методом х показано, что нет достаточных оснований для отклонения гипс тезы об одинаковости уровней знаний по профилирующим дисци плинам и градиентной оптике. Методом Стьюдента подтвержде но это заключение. Анализ итогов математической обработки ре зультатов педагогического эксперимента, охватившего 86 студен тов 3, 4 и 5 курсов физико-математического факультета, привс дит к выводу, что учебный вариант градиентной оптики уверен но вписывается в существующую систему обучения физике: он н только не требует дополнительного времени для своего освоения но и, давая учащимся новую для них информацию, обеспечива ет нормальный уровень знаний, полностью соответствующий и: знаниям профилирующих дисциплин по самооценке и экзамена ционным оценкам преподавателей.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Выполненное нами исследование показало, что фундамен тальный принцип Гюйгенса достаточен для построения учебно: теории градиентной оптики, а учебный эксперимент может быт обеспечен использованием оптически неоднородных сред, полу ченных диффузией и нагреванием. Итогом исследования являете полная учебная модель градиентной оптики, методика которой пс зволяет в рамках существующей системы обучения физике обога тить содержание физического образования, расширить кругозо и познавательный интерес учащихся, углубить их знание осно физической оптики.

В соответствии с целью и гипотезой исследования полносты решены поставленные задачи. Полученные при этом результат! 16

озволяют сделать следующие выводы:

1. В базовый школьный курс физики целесообразно включе-ие вопросов, связанных с применением принципа Гюйгенса ля объяснения криволинейного распространения света, а также пытов, доказывающих факт криволинейного распространения в птически неоднородных средах.

2. В курсе общей физики педагогического института целесо-бразны и возможны демонстрация основных явлений градиент-ой оптики, экспериментальное изучение их в физическом прак-икуме, объяснение на основе использования принципов Гюйгенса

Ферма, решение физических задач по градиентной оптике.

3. Градиентная оптика предоставляет богатый физический материал для спецкурсов, факультативов, курсовых и дипломных абот, учебно- и научно-исследовательской работы учащихся.

Основное содержание исследования отражено в следующих аботах автора:

1. Прохождение света через плоскопараллельную пластинку // Квант.— 1976.— №9.— С. 36-38. (В соавторстве).

2. Опыты по полному внутреннему отражению // Квант.— 1976.— № 3.— С. 34-35.

3. Простые опыты с ультразвуком.— М.: Наука, 1978.— 160 с.

4. Оптические опыты с глазом // Квант.— 1980.— №3.— С. 18-20.

5. Оптические опыты с глазом // Квант.— 1980.— №4.— С. 23-25.

6. Псевдолинза Роберта Вуда // Квант.— 1981.— №2.— С. 18-19, 21. (В соавторстве).

7. Свет, воздух и вода // Квант,— 1982,— №8— С. 28-29.

8. Модель миража в воздухе//Ред. журн."Изв. вузов. Физика".— Томск, 1982 — 4 с. Деп.в ВИНИТИ, №4171-82. (В соавторстве).

9. Модель миража из неравномерно нагретого оргстекла // Ред. журн. "Изв. вузов. Физика".— Томск, 1982,— 4 с. Деп. в ВИНИТИ, №417282. (В соавторстве).

10. Модель гравитационной линзы//Ред. журн."Изв. вузов. Физика".— Томск, 1982.—6 с. Деп.в ВИНИТИ, №4185-82. (В соавторстве).

11. Простые опыты по криволинейному распространению света.— М.: Наука, 1984.— 128 с.— (Библиотечка физико-математической школы).

12. Полное отражение света в простых опытах: Учебное руководство.— М.: Наука, 1986.— 128 с.— (Библиотечка физико-математической школы).

17

13. Экспериментальное изучение брахистохронных и таутохронных свойст циклоиды//Ред. журн."Изв. вузов. Физика".— Томск, 1990.— 33 с.-Деп. в ВИНИТИ 28.11.90, №6380-В90. (В соавторстве).

14. Метод совместного творчества преподавателя и студента в совершег ствовании учебного физического эксперимента // В кн.: Творчество педагогической деятельности.— Свердловск, 1990.— С. 136-140.

15. Измерение скорости звука импульсным методом: Учеб. руковод./ Гл; зовск. гос. пед. ин-т — Глазов, 1991. — 52 с. (В соавторстве).

16. Конкурс экспериментаторов "Удивительная механика" // Физика школе.— 1994.— №5.— С. 55-58. (В соавторстве).

17. Содержание и структура понятия фундаментального физического эксш римента // Научные понятия в учебно-воспитательном процессе школ] и вуза: Тезисы докладов. Т.1. Часть 1 / Челяб. гос. пед. ин-т.— Чб лябинск, 1994.— С. 52-53. (В соавторстве).

18. Система учебного физического эксперимента для формирования основ ных понятий волновой физики // Научные понятия в учебно-воспитг тельном процессе школы и вуза: Тезисы докладов. Т. 1.Часть 2 / Челяб гос. пед. ин-т.— Челябинск, 1994.— С. 148-149. (В соавторстве).

19. Методика экспериментального изучения принципа Ферма // Компькш ризация учебного процесса и технические средства обучения: Доклад! научно-методической конференции / Ульяновск, гос. тех. ун-тет.-Ульяновск, 1995.— С. 44-46. (В соавторстве).

20. Формирование эмпирического базиса волновой физики средствами учеС ного эксперимента со звуковыми волнами // Компьютеризация учеб ного процесса и технические средства обучения: Доклады научно методической конференции / Ульяновск, гос. тех. ун-тет.— Ульянове! 1995.— С. 46-48. (В соавторстве).

21. Устройство для демонстрации брахисто-и таутохронных свойств цикле иды: Патент №2029990 С1, МКИ в09В 23/06,— №5047934/12; заяв! 15.06.92; опубл. 27.02.95, Бюл. №6. (В соавторстве).

22. Демонстрация принципа Ферма в акустическом диапазоне / / Препода вание физики в высшей школе. Сборник научных трудов. № 7. — М Прометей, 1996. — С. 51-58. (В соавторстве).

23. Оптика: Теория. Эксперимент. Задания.— Глазов: ГГПИ, 1996.— 196 с

24. Физические особенности учебного акустического эксперимента // Прс блемы учебного физического эксперимента: Сборник научных и мете дических работ. Выпуск 2.— Глазов: ГГПИ, 1996.— С. 13-21. (В соав торстве).

!5. Учебно-исследовательская работа по физике в педагогическом институте // Инновационные процессы в подготовке будущего учителя физики. Методика обучения физике в вузе и школе: Материалы XXIX зонального совещания преподавателей педвузов Урала, Сибири и Дальнего Востока 14-17 окт. 1996 г.: В 3 ч. 4.1.— Урал. гос. пед. ун-т. Екатеринбург, 1996.— С. 15-17.

!6. Учебный эксперимент как метод физического доказательства // Учебная физика.— 1997.— №2.— С. 60-72. (В соавторстве).

!7. Эксперимент при формировании понятия полного внутреннего отражения света // Учебная физика.— 1997.— №2.— С. 53-59. (В соавторстве).

!8. Дидактическая модель основных явлений волновой физики // Модели и моделирование в методике обучения физике: Тезисы докладов республиканской научно-теоретической конференции.— Киров: 1997.— С. 53. (В соавторстве).

19. Дидактическая модель учебного физического эксперимента // Модели и моделирование в методике обучения физике: Тезисы докладов республиканской научно-теоретической конференции.— Киров: 1997.— С. 22-24. (В соавторстве).

0. Минимальные требования к описанию индивидуального учебного физического эксперимента (/ Проблемы учебного физического эксперимента: Сборник научных и методических работ. Выпуск 4.— Глазов: ГГПИ, 1998.— С. 8-10.

цензия ЛУ N2 042 от 08.10.96. Подписано к печати 22.05.98. змножено на ризографе. Формат 145 х 210. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 120. каз № 347.

азовский государственный педагогический институт имени В.Г.Короленко. г600, Удмуртия, г. Глазов, ул. Первомайская, 25.