автореферат и диссертация по педагогике 13.00.02 для написания научной статьи или работы на тему: Методика изучения физических процессов в высшей школе с использованием компьютерного моделирования ( По разделам "Радиофизики" и "Лазерной физики")

Автореферат диссертации по теме "Методика изучения физических процессов в высшей школе с использованием компьютерного моделирования ( По разделам "Радиофизики" и "Лазерной физики")"

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

ТАШКЕНТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ НИЗАМИ

РГВ ОД

На правах рукопис :' ; УДК53(07):621.37

МИРЗАЕВА МАЪФУРА АГЗАМОВНА

МЕТОДИКА ИЗУЧЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ВЫСШЕЙ ШКОЛЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

( По разделам "Радиофизики" н "Лазерной физики")

Специальность 13.00.02-методнка и теория преподавания физики

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация на соискание ученой степени кандидата педагогических наук

Таижент-2000

Работа выполнена на кафедре квантовой радиофизики Национального Университета Узбекистана имени Мирзо Улугбека

Научный руководитель

- доктор физико-математических наук,

Официальные оппоненты

и.о.профессора А.Н. Якубов. - доктор педагогических наук, и.о. профессора Ю. Пулатов

доктор физико-математических наук, и.о. профессора З.Т. Азаматов

Ведущая организация

- Институт проблем высшей и средней специальной школы

Защита диссертации состоится "13" ноября 2000г. в М часов на заседании специализированного совета Д. 113.20.02 при Ташкентском Государственном Педагогическом Университете имени Низами по адресу 700064, г. Ташкент, ул. Юсуфа Хос Хожиба, 103

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТашГПУ.

Автореферат разослан "ХЬ " октября 2000г.

Ученый секретарь Объединенного специализированного совета,

доктор физико-математических наук, и.о. профессора

POCCUHL-IVAU ГОСУДАРСТВЕННАЯ БИБЛИОТЕКА

j

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. "Национальной профаммой подготовки кадро (Республики Узбекистан перед высшим образованием поставлен ряд задач : подготовке конкурентоспособных кадров . Эти задачи, в частности, «включа? разработку и внедрение нового поколения учебно-методических комплексе дидактического и информационного обеспечения учебного процесса; разр ботку компьютерных технологий и средств обучения, позволяющих интенс фицировать учебный процесс; внедрение научных достижений в учебный пр

Огромную роль в повышении эффективности образования играет вн дрение информационных технологий, основанных на использовании преим ществ электронной - вычислительной техники. Методике использования ко( пьютеров в учебном процессе посвятили свои работ А.А.Абдукадыро Е.П.Велихов, Л.В.Городняя, Х.Гулд, Я.Тобочник, А..Г.Ершо А.Б.Кушниренко, М.П.Лапчик, В.В.Лаптев, М.Минский, С.Пейперт и др. Д] дактические и методические аспекты проблемы представлены в работах В.!\ Манахова, А.А.Кузнецова, В.А Извозчикова, Т.А.Сергеевой, И.В Роберт, Б.( Полат, В.А.Белошапка, A.C. Лесневского и др. Психолого-педагогические ai пекты - в работах В.В. Рубцова, Е.И. Машбица, O.K. Тихомирова и др. Неп( средственно с разработкой методик использования вычислительной техник! компьютерных моделей, прикладных сюжетов в учебном процессе связан диссертации А.А.Абдукадырова, В.В.Анисимова, А.Атабаева, И.У.Билолов; Ф.М.Закировой, Г.Юнусовой, М.Л.Фокина и др.

Достаточно четко просматривается тенденция реализации исследовг тельского подхода, ставшего целью повышение творческой активности, pa3Bt тие мышления при использовании компьютера как средство обучения в рабе тах известных зарубежных ученых-педагогов, среди которых А.Борк, Е.Тейло (США), Дж.Огборн (Великобритания), разработавшие моделирующие прс граммы, програмные среды и системы динамического моделирования. В ре зультате были разработаны проекты «Компьютерное моделирование в учебно! процессе». Те.м не менее, нельз.ч гоьорить о существовании целостной методе логии разработки моделирующих программ.

Анализ публикаций, исследований и разработок учебного программной обеспечения показывает, что теоретические основы информационной техноло гии обучения пока только закладываются, достичь педагогической целесооб разности удаётся далеко не всегда, в том числе и при использовании компью терпого моделирования как метода обучения. Оно дает возможность формиро вать определенные методические подходы на нескольких уровнях обучения определяет стратегию и тактику обучения. Практика показала, что использо вание моделирования в учебном процессе, приближает сугубо теоретически курс к практике, развивает у студентов навыки наблюдательности, творческой

1 Каримов И.А. Баркамол авлод — Узбекистан тараь^иётининг пойдевори. — Т.: Щар^, 1997. — 63 бет.

цесс».

дхода. Использование ЭВМ как обучающего средства связано с идеологией делнрования. В этом случае ЭВМ является носителем модели процесса или ления, преподаватель осуществляет управление познавательной деятельно-ыо обучаемого путем непосредственного общения.

Несмотря на большие достижения в области компьютерной технологии, >бразовательных учреждениях ЭВМ все еще не в полной мере используется в учении из-за трудностей отказа от традиционных методов и недопонимания еимуществ использования ЭВМ как нового средства обучения. Ввиду этого в лышшстве случаев компьютеры используются лишь в качестве инструмента ¡я:

• обработки данных (результатов лабораторных экспериментов);

• контроля знаний (тестирование) студентов;

• программного обучения;

• демонстрационных экспериментов.

При использовании ЭВМ в виде инструмента для проведения компью-рного эксперимента, проверки гипотез, построения необходимых графиче-;их образов студенты могут работать с качественно новым учебным материа->м, позволяющим резко усилить содержательную сторону занятий. Более то-I, у студентов будет развиваться способность эффективно строить модели ис-гедуемых явлений и процессов. Вышеизложенное подтверждает актуаль-эсть выбранной темы диссертационной работы.

Объектом исследования является учебно-исследовательская деятель-эсть выпускников университетов при проведении лабораторных занятий по /рсам "Радиофизика" и "Лазерная физика".

Предмет исследования - процесс реализации разработанного программ-о-методического комплекса для применения метода компьютерного модели-эвания при изучении многопараметрических процессов радиофизики и ла-:рной физики.

Цель исследования. Разработка и применение в учебном процессе про-эаммно-методичсского обеспечения и комплекса лабораторных работ для зучения сложных процессов радиофизики и лазерной физики.

Гипотеза исследования. Стратегическим направлением компыотериза-ии занятий в ВУЗах должно стать моделирование явлений, процессов и объ-ктов. Применение компьютерного моделирования в проведении лабораторных анятий по курсам "Радиофизика" и "Лазерная физика" обеспечивает совер-1енствование качества организации практических занятий, активизацию по-навательной деятельности студентов, наглядность представляемого материала [ интенсификацию учебного процесса при изучении сложных процессов и яв-;ений.

Целью и гипотезой исследования были определены и решались следую-цие задачи:

.. Анализ методических аспектов и познавательной функции модельных представлений в физике.

2. Изучение методики компьютерного эксперимента, его роли при исследо ним сложных линейных, нелинейных и случайных процессов в радиофиз! и лазерной физике.

3. Разработка методико-технологических рекомендаций и постановка лабо торных работ по изучению радиофизических процессов с использован} метод компьютерного моделирования.

4. Разработка компьютерных моделей для изучения процессов генерации, р пространения, детектирования и обработки лазерного излучения, и пос новка лабораторных работ.

5. Исследование возможностей цифрового восстановления амплитуд фазовых характеристик объектов, наблюдаемых в дальней зоне.

6. Численное исследование влияния флуктуационных процессов в актив! среде, среде распространения и плоскости приема на информационную : фективность лазерных систем.

Методологической основой исследования являлись Закон «Об обра вании» и «Национальная программа подготовки кадров» Республики Узбе стан по части развития исследовательских способностей, умений и навыков становки и решения сложных научных задач с использованием совремеш компьютерной технологии.

Методы исследования:

• тестирование студентов;

• педагогический эксперимент;

• математическое моделирование;

• численные методы решения уравнений;

• корреляционный и спектральный анализ;

• методы теории вероятностей и математической статистики в обработ результатов педагогического эксперимента.

Научная новизна представленных в диссертации результатов иссле ваний заключается в следующем:

1. Предложен методический подход к выбору модели, наиболее полно от жающего свойства изучаемого физического процесса.

2. Предложен методические рекомендации по изучению и проведению лабо торых занятий по курсам "Радиофизика" и "Лазерная физика" с использо нием метод компьютерного моделирования.

3. Разработаны методические рекомендации по внедрению в учебный проц научных достижений "Радиофизики" и "Лазерной физики".

4. Разработаны, реализованы и внедрены в учебный процесс следующие мо ли для решения обратных задач когерентной оптики:

• статистическая модель влияния атмосферных эффектов на фазовые рактеристики лазерных полей.

• модификация метода тронной корреляции фотоотсчетов для компле ной регистрации функций когерентности светового поля.

Практическая значимость определяется тем, что разработанная методика рекомендуется для проведения лабораторных работ, с использованием метод компьютерного моделирования процессов "Радиофизики" и "Лазерной физики". Данные методические рекомендации могут быть использованы в высших учебных заведениях страны.

Положения выносимые на защиту. Методические рекомендации по выбору математических моделей, позволяющих углубленно изучать радиофизические процессы и наиболее полно отражающих их свойства.

Комплекс методических рекомендаций по изучению радиофизических процессов с помощью компьютерных моделей в проведении лабораторных занятий.

Предложения по внедрению в учебный процесс научных достижений лазерной физики, а также оптики.

Достоверность результатов исследования подтверждается опытом пре-давания и проведенным педагогическим экспериментом. Эффективность медики проведения лабораторных занятий с использованием метод компьютер-го моделирования подтверждается также результатами их внедрения в спец-актикуме "Компьютерное моделирование радиофизических процессов" на федре квантовой радиофизики ТашГУ. Анализ и статистическая обработка зультатов эксперимента также потдвердили достоверность исследования.

Апробация работы.

Результаты диссертации докладывались на научных конференциях аспи-нтов и профессорско-преподавательского состава ТашГУ (1996-1999 гг.), IV еждународной конференции "Космические исследования, технологии и кон-рсия" (Ташкент, 1999), Конференции "Актуальные проблемы оптики" (Таш-нт, 1997), в научно-исследовательском институте Педагогических наук 1.Кары-Ниязи, на кафедре методики и истории физики ТашГУ, Ташкентском >сударственном Педагогическом Университете им.Низами.

СТРУКТУРА И ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и библиогра-

1И.

Во введении обосновывается актуальность темы исследования; опреде-ется объект и предмет исследования; формулируется цель, гипотеза и задача следования, раскрываются методы, отражающие логику исследования, его учная новизна и практическая значимость; формулируются защищаемые поженил.

В первой главе осуществлен анализ познавательной функции модсль-ах представлений, а также рассмотрено методическое значение моделей при (строении теорий в классической и современной физике. Показано, что в ка-стве рабочих критериев выбора модели помимо практики более целесооб-зно также использовать:

* логическую непротиворечивость;

• простоту.

Логическая непротиворечивость есть естественное требование к любо\ теоретическому построению и тем самым является тривиальным критерии Что же касается принципа простоты, то необходимо отметить, что он ни в кое случае не может рассматриваться как критерий истинности модели. Принци простоты есть методологический принцип, который дает возможность сделат определенный выбор между различными возможными моделями. В работе ра< смотрены энергетическая, осцилляторная, электрическая, генераторная и мн< гомодовая модели лазеров. Показано их методическое значение при формир< вании основных понятий лазерной физики.

При изучении активной среды целесообразна модель гармоническог осциллятора, которая в классической физике используется при описании вал ных свойств физических систем. Колебания электромагнитного поля в резон: торе лучше объяснять при помощи полевого осциллятора. Излучающие атом активной среды можно рассматривать как ансамбль гармонических осцшшпч ров. В современной радиофизике, лазерной физике и оптике излучение многс модового лазера хорошо описывается многомодовой моделью случайного прс цесса; поскольку в общем случае фазы мод случайны, случайным процессе оказывается и лазерное излучение.

Использование энергетической модели позволяет наглядно представлят сложные энергетические соотношения между уровнями атомов активной сре ды, а также допускает в пределах своей применимости математическую траь товку.

Изложение принципов работы лазеров основывается на таких понятия как коэффициент оптического усиления, параметр нелинейности, начальны коэффициент усиления, нелинейный эффект, потери в резонаторе, усиление генерация излучения. Если учесть также, что лазер относится к автоколебг тельным системам, более логично эти понятия представлять с помощью гене раторной модели.

Преимущество модельного подхода в обучении состоит в том, что о стимулирует мыслительные процессы высшего порядка и способствует разви тию логического мышления. Поэтому моделирование явлений издавна исполь зуется для проверки идей, обработки гипотез, получения экспериментальног материала. Компьютерное моделирование составляет неотъемлемую часть со временной фундаментальной и прикладной физики. По важности оно прибли жается к традиционным и теоретическим методам исследований. Современно состояние развития физики и компьютерных технологий делает возможным ] необходимым включения моделирования на ЭВМ в учебные программы в ка честве обязательного курса. Использование ЭВМ облегчает работу студентов ] дает реальную возможность исследовать различные модели, а также провеет! сравнение модели с физической реальностью, установить границы применимо сти конкретной модели.

Таблица 1

Этапы

лабораторного эксперимента компьютерного эксперимента

* Объект (процесс,явление) * Физическая установка * Калибровка * Измерение * Анализ результатов * Модель * Программа * Отладка программы * Вычисления * Анализ результатов

В этой связи наши дальнейшие исследования были посвящены изучению методики компьютерного моделирования физических систем, т.е. возможности :е использования как инструмента в экспериментальной физике. Показано, что юмпьютерный эксперимент имеет много общего с лабораторным эксперимен-ом В таблице 1 приведены для сравнения этапы лабораторного и компьютер-юго экспериментов.

Выявлено, что компьютерный эксперимент, являясь средством решения :ак учебных так и научных прикладных задач, имеет свои специфические особенности. При этом четко просматриваются характерные основные черты его ехнологического цикла, который состоит из пяти этапов. Хотя такое деление в начительной степени условно, тем не менее оно позволяет лучше представлять (етодику проведения компьютерного эксперимента.

-этап. Строится математическая модель изучаемого объекта, процесса или явления. Эта модель записывается в виде дифференциальных или интегродиф-ференциальных уравнений. Формулируются допущения или границы применимости модели, в которых будут справедливы полученные результаты, -этап. Разработка вычислительного алгоритма. Он представляет собой совокупность цепочек алгебраических формул, по которым ведутся вычисления, а также логических условий, позволяющих установить необходимую последовательность применения этих формул. Создание программы для реализации разработанного алгоритма на ЭВМ. -этап. Отладка программы

-этап. Проведение вычислений на ЭВМ. Здесь проявляется наиболее отчетливо его сходство с лабораторным экспериментом. Результаты в обоих случаях получаются в виде некоторой цифровой информации. Точность результатов лабораторного эксперимента, как правило, невелика. Во втором же случае точность информации определяется достоверностью выбранной модели, -этап. Обработка результатов, их анализ, интерпретация и выводы.

На основе всестороннего анализа возможности компьютерного модели-ования для более глубокого интуитивного понимания физических концепций

и применения его в учебном процессе были выработаны методические рекомендации по

* построению и проверке численной модели изучаемого процесса;

* разработке компьютерных программ;

* проведению компьютерного эксперимента;

* наглядному представлению полученных результатов.

Вторая глава посвящена применению предлагаемых методических рекомендаций в процессе обучения студентов специализированных кафедр. Разработан комплекс компьютерных экспериментов по фундаментальным темам курсов "Лазерной физики", "Теория волн", "Статистическая радиофизика и оптика", "Теория сигналов". Построены компьютерные модели генерации лазерного излучения, распространения гауссовских пучков в различных средах, квантового счета слабых световых полей, Фурье-преобразования детерминированных и случайных сигналов. При выборе модели мы пытались однозначно отображать динамику изучаемых микропроцессов, и, вместе с тем учитывать критерии простоты и логического непротиворечия.

На основе предложенных компьютерных моделей этих процессов был разработан комплекс лабораторных работ. Приведены сценарии и показана методика проведения компьютерных экспериментов, способы обработки, наглядного представления и интерпретации их результатов. В ходе занятий преподавателем проводится специальная целенаправленная работа, облегчающая планирование самостоятельной работы студентов. Студент, работая в качестве исследователя, задает значения входных данных и интерпретирует результаты. Так, например, при выполнении лабораторной работы "Моделирование спекл-структуры" по заданным значениям физических величин и при помощи аналитического соотношения на экране монитора отображаются различные спекл-картины. В качестве переменного параметра используется число точек отсчета в плоскости наблюдения лазерного излучения, прошедшего случайный фазовый экран. Результаты компьютерных.экспериментов представляются в виде

* гистограмм, изображающих распределение интенсивности в спекл-картине;

* значений средней интенсивности, дисперсии и отношения сигнал/шум. В ходе экспериментов студент получает не менее семи спекл-картин и соответствующих количественных результатов. Это дает ему возможность производить статистический анализ и наблюдать пространственную эволюцию процесса образования спекл-структуры.

Последний раздел данной главы посвящен педагогическому эксперименту, который проводился на кафедре квантовой радиофизики ТашГУ в три этапа: констатирующий, поисковый и обучающий эксперименты.

На этапе констатирующего эксперимента был изучен опыт использования компьютеров в учебном процессе. Результаты показали, что они используются лишь для ускорения вычислительной процедуры обработки результатов выполнения лабораторной работы, программного обучения, а также тестирова-

ия знаний студентов. Было выявлено, что студенты кафедры затрудняются в рактическом применении знаний по курсам "Теория сигналов", "Теория элн", "Лазерная физика", "Статистическая радиофизика" для решения при-ладных задач. Итогом констатирующего эксперимента явилась разработка не-радиционного способа обучения, который при помощи компьютерных моде-ей формирует основные понятия в областях "Радиофизики" и "Лазерной фи-лки".

Задачей поискового эксперимента являлась разработка методики препо-авания, в которой в качестве основного объекта усвоения были определенные гмы по вышеупомянутым дисциплинам. Для нетрадиционного обучения сту-ентов при помощи компьютерного моделирования рекомендуется следующий пгоритм действий:

* сформулировать цель;

* выделить материал, подлежащий углубленному изучению;

* выделить в отобранном материале основные составляющие части;

* представление связи между ними в виде дифференциальных или интегральных уравнений;

* выделить в каждом структурном элементе общее и особенное;

* выбрать метод наглядного представления учебного материала.

1осле выполнения этих работ были разработаны сценарии лабораторных заня-ий для студентов 4-курса кафедры квантовой радиофизики.

На этапе обучающего эксперимента проводились практические занятия о лаборатории "Компьютерное моделирование радиофизических процессов", десь студенты имели возможность индивидуально проводить компьютерные ксперименты на ПЭВМ типа IBM. Заметим, что выполняемые им многочис-енные упражнения и задачи не требуют специальных приборов, устройств и рецизионных оптических установок. Вместе с тем были созданы оптимальные словия для организации самостоятельной работы, активизации познаватель-юй деятельности, приобретения навыков творческого подхода к решению-по-тавленных задач. В нижеследующей таблице представлены

Группы Кол-во Уровень знания студентов

студентов «2» «3» «4» «5»

Контрольная 30 4 16 7 3

Экспериментальная 30 1 10 13 6

»езультаты анализа уровня знания студентов при традиционном обучении и фименении компьютерной технологии.

Достоверность полученных результатов определялось по медианному фитерию. В качестве нулевой гипетозы Но принимали гипотезу, утверждаю-цую, что область совокупности, из которых взяты выборки, имееют одну и ту ке медиану. В альтернативной гипотезе Н, предполагаем ,что совокупости

имеют разные медианы. Для проверки справедливости вышеизложенных ги тез подсчитывалась статистика медианного критерия. Если ТЭКСп>Ткрит, то Н0 вергается и принимается Нь Если же Тзгеп<Т>;ри1, то у нас не будет основа} отвергать Но- Поскольку в данной ситуации Ы=п1+п2^60>20, то распределе1 величины Т можно достаточно точно опроксимировать распределением %2 ( квадрат) с одной степенью свободы (у=1 ). Поэтому критические знамени: для различных уровней значимостей а находятся из таблицы распределения Гипотеза Но отвергается для заданного уровня значимости а, если наблюд мое значение Тэксп>д:т где ха - квантиль распределения %2 для выбранного Подлежащая проверке статистическая гипотеза принималась или отвергал на уровне значимоти а<0,05. Значение статистики медианного критерия на дим, используя данные педагогического эксперимента Т=4,27 (по форм; 5.1.1 на с.73 по книге М.ИГраврь, К.А.Краснянская «Применение математи ской статистики в педагогических исследованиях». М. «Педагогика». 1979).' гда по таблице распределения х2 с одной степенью свободы находим крити ское значение Хо,о5=Т,орет-3,841. Итак, имеем Тзка,=4,27>ТРрит=3,841. В соотв ствии с правилом принятия решения на уровне значимости а=0,05 (т.е. с ве] ятностью р=1-а=0,95) у нас нет достаточных оснований для принятия Н0. Д гими словами, медианный критерий подтверждает справедливость гипотс Н|, которая означает, что результаты двух методов обучения различны.

Анализ показывает, что при обучении с использованием компьютсрн моделей значительно повышается уровень знаний студентов. Это также про лялось на уровне выполняемых ими дипломных работ, когда студенты са> стоятельно могли решать серьезные фундаментальные и прикладные научн задачи.

В третьей главе представлены результаты исследований возможно< численного решения некоторых задач лазерной физики и оптики.

Поскольку световое поле обладает изменяющимися во времени ивп] странстве физическими параметрами, оно способно переносить определенн информацию об источнике излучения или удаленном объекте. Пространств! но-временной анализ интенсивности, в принципе, позволяет получить харак ристики принимаемого излучения. Для этого необходимо решить обратную дачу, которая предполагает разработку методов и аналитических соотношен: позволяющих тем или иным способом получить искомые характеристики о( ектного излучения в процессе измерений. Развитие корреляционных мето; регистрации и обработки световых полей в большинстве случаях оказывае* единственной возможностью восстановления необходимой информации и I вышения эффективности лазерных информационных систем.

Был проведен анализ спектрального профиля излучения методом тр< ной корреляции интенсивности. При этом спектр поля определялся из следу щего соотношения

ll(t)\ 00

= - [g(x)exp(-iax)dx, (1)

2л 1

—CO

ь g(x) -корреляционная функция поля, которая вычислялась из временной >еляционной функции фотоотсчетов III порядка. Модельные эксперименты юдились по алгоритму, блок-схема которого представлена на рис.1. Ре-таты приведены на рис.2, где показаны фрагмент флуктуации моделируе-> поля (а) и восстановленный спектральный профиль (б). Погрешности оп-лялись краевыми эффектами, связанными с тем, что отсчеты последова-ностей Ij за пределами рабочего интервала l<j<M не были определены, ешающая способность предлагаемого метода равна ширине полосы делен-на количество отсчетов последовательности (М), полученной в результате сретизации амплитуды поля.

Дальнейшие наши исследования были посвящены восстановлению фазо-характеристик лазерных полей, наблюдаемых в турбулентной атмосфере, сольку в открытых атмосферных каналах передачи оптической информа-именно эта компонента поля подвержена наибольшим искажениям. Эти шдования основывались на предложенной статистической модели влияния эсферных эффектов на характеристики когерентного излучения. В рамках i модели временная корреляционная функция поля в приемной плоскости уставлялась в факторизованном виде

y(i) = y0(iJYi(iJ (2)

Yo(t) - автокорреляционная функция лазерного излучения, а yj(t) - корреля-нная функция флуюуаций поля в процессе распространения. Регистрация я удаленного объекта производилась с использованием дополнительного учения лазера-гетеродина. После квадратичного детектирования суммарно-юля и полосовой фильтрации на разностной частоте выделялся сигнал сме-[ия, который содержит информацию о фазовых характеристиках среды и я гетеродина. Далее этот сигнал перемножается с двумя опорными низко-готными сигналами единичной амплитуды, а также вычислялись их авто- и шнокорреляционное функции. Результаты экспериментов показали, что реляционная обработка низкочастотных составляющих сигналов, регистри-мых при помощи двойного гетеродинирования, приводит к компенсации овых флуюуаций, вносимых полем гетеродина и приемным трактом.

(^^"начмсГ) i

(^^Конец^)

Рис.1

а

б

Рис.2

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Проведен анализ особенностей организации и проведения компьютерного эксперимента. Выявлены следующие этапы его технологического цикла:

• построение физической и математической моделей исследуемого процесса.

® разработка вычислительного алгоритма для решения дифференциаль ного уравнения и создание программы;

• отладка программы;

• проведение вычислений;

• интерпретация результатов.

2. Разработаны модели, комплекс компьютерно-педагогических программ по специальному курсу "Компьютерное моделирование процессов радиофизики и лазерной физики". На основе созданных сценариев построены компьютерные модели процессов. Впервые поставлены лабораторные работы с использованием метод компьютерного моделирования по разделам радиофизики и лазерной физики:

• Моделирование на ЭВМ работы оптического кантового генератора.-

• Распространение гауссовых световых пучков в неоднородных средах.

• Изучение статистики фотоэлектрических отсчётов светового излучения на ЭВМ.

• Моделирование спекл-картины на ЭВМ.

• Фурье анализ сигналов.

3. Проведен педагогический эксперимент в 1996-1999 годах. В эксперименте участвовали студенты 4-го курсов, специализирующихся по кафедре квантовой радиофизики ТашГУ.Эксперимент подтвердил эффективность предлагаемых технологий обучения и программно-методического обеспечения для развития творческой активности и самостоятельности обучаемого при усвоении сложного понятийного материала радиофизики и лазерной физики. Результаты педагогического эксперимента также показали положительное влияние реализации разработанной компьютерной технологии обучения на уровень системности знаний и создание условий для более активного общения студентов с преподавателями.

4. Впервые проведены численные исследования возможности тройной корреляции фотоотсчетов для спектрального анализа сверхслабых световых полей. Здесь комплексное восстановление поля производится оптимальным сочетанием аналитических и численных методов в соответствии с алгоритмом применяемой методики.

5. Исследована статистическая модель влияния атмосферных эффектов на фазопую компоненту поля лазерного излучения. Предложен практический метод комплексной регистрации корреляционной функции поля лазерно-

го излучения, прошедшего турбулентную среду.и поставлена лабораторная работа.

6. Разработан комплекс компьютерного эксперимента в качестве учебно-лабораторной работы для студентов магистратуры, который позволяет формировать навыки использования ЭВМ в научной деятельности.

Основные результаты диссертационной работы изложены в следующнх

публикациях:

1. Якубов А.Н., Мирзаева М.А. Физикавий жараёнларни урга — нишда компыотерли моделлаштиришдан фойдаланишнинг хусусиятлари. //Таълим муаммолари, 1998. —№1 —2. — Б.49 — 53.

2.. Якубов А.Н., Мирзаева М.А. Лазер физикасига оид тушун — чаларни шакллантиришда моделли тасаввурларнинг а^амияти. // Таълим муаммолари, 1998. —№5. —С.48 —51.

.3. Мирзаева М.А., Назаров А.У., Ниязов Б.А. Шахсий компь — ютерлар воситасида талабаларнинг муставил ишларини ташкил 1$илиш. // Физикани амалий ва назарий у^итиш муаммолари. — Тошкент: "Университет", 1995. — Б.18 —20.

4. Мирзаева М.А., Ниязов Б.А. Квант радиофизикаси практи — кумида компьютерда моделлаштириш. // Физикани амалий ва назарий у^игиш муаммолари. — Тошкент: "Университет", 1995. - Б.20 —24.

5. Якубов А.Н. Мирзаева М.А. Численное восстановление спектрального профиля излучения методом тройной корреляции интенсивности.//ТошДУ Хабарлари, 1998, —№2. — С.57 —62.

6. Мирзаева М.А., Якубов А.Н. Исследование информационной эффективности цифрового преобразования и обработки световых полей, наблюдаемых в дальней зоне // Узб. физ. журн., 1998. - № 2. - С.28 — 32.

7. Убайдуллаева Н.С, Мирзаева М.А. Численное исследование влияния модуляционного шума на чувствительность гетеродинного интерферометра. // Ёш олим. ва и^т. талаб. илмий иш. туплами. —Тошкент, 1998. —С.13—16.

8. Мирзаева М.А., Убайдуллаева Н.С. Восстановление фазы дальнего поля с использованием корреляционной интерферометрии III порядка. «Космические исследования, технология и конверсия». IV. конф.. Тошкент, 1999. -С.31-32.

9. Мирзаева М.А. Исследование влияния искажений на информационную эффективность синтезируемых Фурье — голограмм. // Тез. науч. конф. Акт. проб. опт. (с межд. уч.). —Ташкент, окт. 30-31 1997. -С. 59.

10. Мирзаева М.А. Моделирование как этап формирования творческого мышления. //Ёш олим. ва и^т. талабаларнинг илмий—амалий конф. иштирокчиларининг илмий ишлар туплами. 1— жила- —Тошкент, 28 —29 март 1997Й. —б. 2 — 3.

Олий мактабда физик жараёнларни компьютерли моделлаштириш воситасида урганиш методикаси («Радиофизика» ва «Лазерли физика» булимлари б^шича) Мирзаева М.А. ^ис^ача мазмуни Диссертация ишида радиофизика ва лазерлар физикаси со — ^аларидаги мураккаб жараёнларни урганишга оид дастурий — услубий таъминот ва лаборатория ишлари мажмуаси ишлаб чшуглди з^амда ут^ув жараснига тадби^ этилди.

Модели тасаввурларнинг услубий ва билиш жараёнидаги а^амиятининг та^лили асосида компьютерли эксперимент мето — дини мураккаб жараён ва ^одисаларни урганиш учун тадбиз^ этишга оид услубий тавсиялар ^амда талабаларни у^итиш техно — логияси ишлаб чи^илди.

Лазерлар физикаси ва оптика со^аларидаги долзарб маса — лаларии ечишга мулжалланган компьютерли моделлар яратилди. Улар воситасида атмосферадаги жараёнларни лазер нурланшни — нинг майдонига таъсири тад^и^ этилди. ТошДУнинг квант радиофизика кафедрасида 1996—1999 йиллар мобайнида педагогнк эксперимент утказилди. Унинг натижалари таклиф этилган у^итиш технологиялари ва дастурий — услубий таъминот талабаларшшг ижодий фаоллигини орттиришда, муста^ил фикрлаш ^обилиятшш ривожлантиришда ю^ори самара бериши >;амда шу билан бирга радиофизика ва лазерлар физикаси со^аларидаги мураккаб ту — шунчавий материални узлаштиришда бирмунча ^улайликлар яра — тишини курсатди. Педагогик эксперимент натижаларидан яна шу нарса а1пну\андики, у^итишнинг компьютерли технология«! би — лимларнинг тизимли тарзда узлаштирилишига э^амда талабаларнинг ук;итувчи билан фаол муло^отда булиши учун цулай шароит яратишга ижобий таъсир этади.

Physical processes learning at the university by means of computer simulation ("Radiophysics" and "Laser physics" sections) M.A.Mirzaeva Summary

Programming and methodical providing and laboratory work set to learning complicated processes in radiophysics, optics and laser physics has been worked out and applied to the teaching process.

The methodical and knowledge role of the model presentation has been analyzed. On the basis of these analyses the didactic materials and teaching technology has been worked out to search complicated processes and phenomenon by means of the computer experiment method.

Computer models directed to solve essential problems in laser physics and optics are created. The influence of the atmosphere processes to laser radiation has been searched out.

Pedagogical experiment has been conducted at the quantum radiophysics department of the Tashkent State University in 19961999. It's results has shown that suggested teaching technologies, program and methodical providing make possible to increase students scientific activities, ability of free-thinking, makes comfortable complicated conseptional materials mastering in radiophysics and laser physics. The results of the pedagogical experiment also showed that computer technology of teaching provides mastering of the skills in the system approach and develops active conversation of the students with their supervisors.

ftifi

Eocnuiia pyxcax arii."UH 20.10.2000. X,a>tc\m 1,5 Gocnu -laGok,. Eu'iiiMH 60x84 1/16. A;^U11 60 iiycxa. EyiuprMa SI0. M.V.iyiGck HOMtuarn y^GcMicTOif Mli.n.inti yiiiiBcpculem GocMaxoiiJCiua moij jlll.'Ull.