автореферат и диссертация по педагогике 13.00.02 для написания научной статьи или работы на тему: Развитие мышления учащихся основной школы в процессе информационной деятельности при обучении физике

Автореферат диссертации по теме "Развитие мышления учащихся основной школы в процессе информационной деятельности при обучении физике"

На правах рукописи

КАЗАКОВА Юлия Владимировна

РАЗВИТИЕ МЫШЛЕНИЯ УЧАЩИХСЯ ОСНОВНОЙ ШКОЛЫ В ПРОЦЕССЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПРИ ОБУЧЕНИИ ФИЗИКЕ

Специальность 13.00.02 - теория и методика обучения и воспитания (физика)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук

Москва-2009

003462569

Работа выполнена на кафедре теории и методики обучения физике факультета физики и информационных технологий Московского педагогического государственного университета

Научный руководитель:

доктор педагогических наук, профессор ПУРЫШЕВА Наталия Сергеевна

Официальные оппоненты:

доктор педагогических наук ОДИНЦОВА Наталья Игоревна

Кандидат педагогических наук ТРЕТЬЯКОВА Светлана Владимировна

Ведущая организация:

Шуйский государственный педагогический университет

Защита диссертации состоится «_/£_» м.сийта 2009 года в /5 часов на заседании диссертационного советаД 212.154.05 при Московском педагогическом государственном университете по адресу: 119435, г. Москва, ул. Малая Пироговская, д.29, ауд. 49.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Mill У по адресу: 119992, г. Москва, ул. Малая Пироговская, д.1.

Автореферат разослан «_ # 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

JI.A. Прояненкова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность исследования. Главными ценностями современного общества становятся знание и информация: их производство, накопление, переработка и перераспределение.

Повсеместное внедрение информационных технологий предъявляет новые требования и к российскому школьному образованию. В Концепции модернизации российского образования до 2010 г. проблема развития личности учащегося является одной из приоритетных. В этой связи перед учителем ставится задача не столько дать учащимся формальные знания, сколько развить их интеллектуальный потенциал, культуру работы с информацией, способность к обучению и самообразованию. При этом учитель должен выступать в роли организатора и руководителя процесса развития.

Среди естественнонаучных дисциплин физика по содержанию и способам представления учебного материала (учебный текст, формулы, графики, рисунки, таблицы и т.п.), видам деятельности учащихся (чтение текста, ответы на вопросы, решение задач, выполнение лабораторных работ и опытов, работа с таблицами, схемами, графиками и т.п.) обладает наибольшим потенциалом для решения поставленной задачи.

Изучив опыт работы учителей физики ряда общеобразовательных школ, мы установили, что сложившаяся во многих школах система обучения практически не включает в себя методы, направленные на развитие у учащихся мыслительных операций. Этот процесс обычно осуществляется стихийно, поэтому приёмами мышления учащиеся владеют слабо.

Проблема развития мышления исследовалась многими отечественными и зарубежными психологами, педагогами, дидактами (П.П. Блонским, Е.И. Бойко, J1.C. Выготским, П.Я. Гальпериным, Д. Дьюи, Н.М. Зверевой, E.H. Кабановой-Меллер, З.И. Калмыковой, А.Н. Леонтьевым, H.A. Менчин-ской, Ж. Пиаже, Я.А. Пономарёвым, H.H. Поспеловым, И.Н. Поспеловым, C.JI. Рубинштейном и др.); методистами (H.A. Бабаевой, Э.М. Браверман, Ч. Кизовски, JI.A. Ивановой, Н.Д. Леонидовой, А.Ф. Меняевым, Н.П. Петровых, E.H. Поляковой, Е.А. Самойловым и др.).

На основе анализа этих и других исследований, психолого-педагогической и научно-методической литературы: раскрыт смысл понятий «мышление» и «операции мышления»; определены результат и критерии развития мышления; проведён анализ и сравнение классификаций общеучебных умений (в их состав входят информационные и интеллектуальные умения), составленных разными авторами, и на этой основе определены понятия информационной и информационно-мыслительной деятельностей учащихся.

Под информационной деятельностью будем понимать деятельность учащихся, направленную на поиск информации, её извлечение из источников разного вида (текста, графика, рисунка и т.п.), оценку, перекодирование, использование для решения поставленных задач, хранение и передачу. Под информационно-мыслительной деятельностью будем понимать процесс осознанного выполнения учащимися мыслительных операций при работе с разными источниками информации.

Проведённый анализ диссертационных работ, показал, что возможность развития мышления учащихся основной школы в процессе информационной деятельности при обучении физике не была рассмотрена.

Анализ научно-методической и психолого-педагогической литературы, а также результаты констатирующего эксперимента позволили выявить противоречие:

- между возросшими требованиями общества к уровню сформированности мыслительных и информационных умений учащихся, а также возможностями курса физики для развития этих умений и существующими методиками обучения физике, в которых не уделяется должного внимания решению этой задачи.

Важность разрешения указанных противоречий обусловливает актуальность исследования по теме «Развитие мышления учащихся основной школы в процессе информационной деятельности при обучении физике», а также определяет его проблему, которая заключается в поиске ответа на вопрос: «какой должна быть методика организации учебной деятельности учащихся основной школы на уроках физики, чтобы обеспечить более эффективное развитие их мышления?»

Объект исследования: развитие мышления учащихся основной школы при обучении физике.

Предмет исследования: методика развития мышления учащихся основной школы в процессе информационной деятельности при обучении физике.

Цель исследования: теоретически обосновать и разработать методику развития мышления учащихся основной школы в процессе их информационной деятельности при обучении физике. Гипотезы исследования:

1. Между уровнями сформированности информационных умений и приёмов мышления существует прямая связь, то есть результатом реализации методики развития мышления учащихся в процессе информационной деятельности является рост уровня сформированности не только мыслительных операций, но и информационных умений.

2. Если методика развития мышления будет построена на основе учёта связи между уровнями сформированности информационных умений и приёмов мышления и включать дидактические и методические средства, обеспечивающие управление их формированием, то повысится эффективность развития мышления и информационных умений учащихся при обучении физике.

В соответствии с поставленной целью и гипотезой определены следующие задачи исследования:

1. На основе анализа научной, учебно-методической, учебной литературы и педагогической практики выявить состояние проблемы развития мышления учащихся основной школы при обучении физике.

2. Установить и обосновать возможность использования информационной деятельности как средства развития мышления учащихся основной школы на уроках физики.

3. Определить психолого-педагогические основы методики развития мышления учащихся в процессе информационной деятельности.

4. Построить модель методики развития мышления учащихся в процессе информационной деятельности при обучении физике.

5. Разработать методику развития мышления учащихся в процессе информационной деятельности при обучении физике.

6. Экспериментально проверить эффективность предложенной методики и установить наличие связи между уровнями сформированности информационных умений и приёмов мышления.

Методологическую основу и теоретическую базу исследования составляют:

- работы, посвящённые исследованию деятельности (JI.C. Выготский, П.Я. Гальперин, В.В. Давыдов, А.Н. Леонтьев, C.JI. Рубинштейн и др.);

- работы, посвящённые исследованию мотивации (Л.И. Божович, В.К. Вилюнас, И.А. Джидарьян, A.A. Донсков, Е.П. Ильин, А.Н. Леонтьева, А.К. Маркова, А. Маслоу, И.С. Морозова, С.Л. Рубинштейн и др.);

- работы, посвящённые развивающему обучению (В.В. Давыдов, З.И. Калмыкова, Д.Б. Эльконин);

работы, посвящённые личностно-ориентированному обучению (В.В. Сериков, И.С. Якиманская);

- результаты теоретических исследований в области теории и методики обучения физике (A.A. Бобров, Н.Е. Важеевская, С.Е. Каменецкий, H.H. Поспелов, И.Н. Поспелов, Н.С. Пурышева, Г.Н. Степанова, A.B. Усова, A.A. Фадеева, Л.С. Хижнякова, Н.В. Шаронова и др.).

- результаты теоретических исследований в области развития мышления учащихся, структуры мыслительной деятельности и формирования мыслительных операций (П.П. Блонский, Е.И. Бойко, E.H. Кабанова-Миллер, З.И. Калмыкова, H.A. Менчинская, Я.А. Пономарёв, H.H. Поспелов, И.Н. Поспелов, В.И. Решетников и др.);

- результаты методических исследований в области теории и методики развития мышления учащихся (H.A. Бабаева, Э.М. Браверман, Ч. Кизовски, Л.А. Иванова, Н.Д. Леонидова, В.Н. Лефевр, Е.В. Малеева, А.Ф. Меняев, Н.П. Петровых, Б.Н. Порус, В.И. Решанова, Г.М. Тульчинская и др.).

Методы исследования использовались в соответствии с задачами исследования на его различных этапах:

Теоретические - изучение и анализ психолого-педагогической и научно-методической литературы; зарубежного опыта по теме исследования; нормативных документов (закона РФ «Об образовании», «Концепции модернизации российского образования на период до 2010 года», государственной программы по физике и т.д.); учебных пособий, методических материалов и УМК; диссертационных исследований по проблемам формирования мышления, общеучебных и информационных умений учащихся; анализ путей интеграции мыслительных операций и информационной деятельности; моделирование методики развития мыслительных операций и информационных умений учащихся.

Экспериментальные - изучение и обобщение опыта учителей физики общеобразовательных школ, анализ процесса обучения физике в основной школе; анкетирование учителей и учащихся; проведение проверочных работ; педагогический эксперимент с качественным и количественным анализом его результатов; констатирующий и формирующий этапы эксперимента по проверке отдельных теоретических положений работы.

Научная новизна исследования состоит в том, что:

- выделены виды информационных умений и соотнесены с видами информационной деятельности учащихся, направленной на их формирование при обучении физике;

- выделены виды информационной деятельности учащихся на уроке физики и соотнесены с источниками информации и приёмами мышления;

- доказано, что информационная деятельность учащихся при обучении физике может быть использована в качестве средства развития их мышления, формирование информационных и мыслительных умений может осуществляться одновременно;

- создана модель методики развития мышления учащихся в процессе информационной деятельности при обучении физике. Данная модель отражает общеучебные информационные и мыслительные умения, источники информации, используемые при обучении физике, а также структуру процесса обучения (формы, методы, средства);

- разработана методика развития мышления учащихся в процессе информационной деятельности при обучении физике, включающая в себя: дидактические материалы (обобщённые планы и алгоритмы по выполнению информационной и мыслительной деятельности; задания, направленные на развитие мышления учащихся в процессе их работы с разными источниками информации; «Карту самоанализа деятельности учащегося на уроке»); методические материалы, отражающие роль учителя на разных этапах урока, основанного на информационно-деятелъностном подходе, и информационную деятельность учащихся на всех этапах урока; систему проверочных работ.

Теоретическая значимость исследования состоит в развитии теории и методики обучения физике в основной школе:

- введены и определены понятия информационной и информационно-мыслительной деятельности учащихся и урока, основанного на информаци-онно-деятельностном подходе;

- установлена прямая связь между уровнями сформированности информационных умений и приёмов мышления.

Практическая значимость исследования состоит в том, что:

- разработано учебно-методическое обеспечение организации информационно-мыслительной деятельности учащихся на уроках физики основной школы, а именно рабочие тетради для учащихся 7 и 8 классов для развития мышления в процессе информационной деятельности, пособие для учителей физики по развитию мышления учащихся в процессе информационной деятельности и система заданий, позволяющих проводить диагностику результатов развития мышления и информационных умений учащихся;

- составлены, видоизменены и упрощены инструкции (обобщённые планы и алгоритмы) по работе с разными источниками информации (текстом, рисунком, графиком, таблицей и т.п.), позволяющие управлять процессом развития мышления и информационных умений учащихся основной школы.

Использование этих материалов в практике обучения физике повышает эффективность развития мыслительных и информационных умений.

Апробация исследования осуществлялась в ходе преподавания физики в гимназии № 1526, ЦО № 1450, СОШ № 666, 546, № 5 «Доверие» и № 1110 г. Москвы. На разных этапах исследования в эксперименте приняло участие примерно 600 школьников и около 70 учителей общеобразовательных школ. Материалы и результаты исследования отражены в 35 печатных работах. Результаты исследования и разработанная методика представлялись для обсуждения учителям Южного административного округа г. Москвы на Августовских конференциях (2006,2007 и 2008 гг.) и семинарах-практикумах, организованных для учителей Окружным методическим центром ЮАО г. Москвы (2006-2008 гг.). Основные положения и результаты исследования докладывались и обсуждались на международных научных, научно-практических и научно-методических конференциях «Физическое образование: проблемы и перспективы развития» (Москва, 2006); «Методология и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов ВУЗов» (Челябинск, 2006); «Физическое образование: проблемы и перспективы развития», посвященная 105-летию со дня рождения A.B. Перышкина (Москва, 2007); «Физическое образование: проблемы и перспективы развития» (Москва, 2008); всероссийской научно-практической конференции: «Обучение физике и астрономии в контексте современных педагогических технологий» (Иркутск, 2007); региональных научно-практических конференциях: «Проблемы современного физического образования: школа и вуз» (Армавир, 2007); «ИКТ в подготовке учителя технологии и учителя физики» (Коломна, 2008); городской научно-практической конференции: «Образовательные технологии XXI века. ОТ'08» (Москва, 2008).

На защиту выносятся следующие положения:

1) результат реализации разработанной методики доказывает существование прямой связи между уровнями сформированное™ у учащихся информационных умений и приёмов мышления, что свидетельствует о возможности одновременного развития мыслительных и информационных умений;

2) развитие мышления учащихся основной школы при обучении физике происходит успешно, если уроки построены на основе информационно-деятельностного подхода, т.е. на всех этапах урока учащиеся включены в активную информационно-мыслительную деятельность;

3) в состав методического обеспечения процесса обучения целесообразно включить: дидактические материалы (инструкции по выполнению информационной и мыслительной деятельности, задания на развитие мышления в процессе работы с разными источниками информации, «Карту самоанализа деятельности учащегося на уроке»); методические материалы, отражающие роль учителя на разных этапах урока, основанного на информационно-

деятельностном подходе, и информационную деятельность учащихся на всех этапах урока; систему проверочных работ.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы из 180 наименований и приложения. Общий объём текста диссертации 240 страниц. Диссертация содержит 185 страницу основного текста, 29 таблиц, 8 диаграмм, 15 схем, 12 рисунков и 11 приложений на 38 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обоснована актуальность исследования, определены объект, предмет, цель и задачи исследования, сформулирована гипотеза, раскрыты научная новизна, теоретическая и практическая значимость, описаны методы и этапы исследования, представлены положения, выносимые на защиту; приводятся сведения об апробации исследования и имеющихся публикациях.

В первой главе «Состояние проблемы развития мышления и информационных умений учащихся» на основе анализа психолого-педагогической литературы раскрыт смысл понятий: «мышление», «формы мышления», «виды мышления», «возрастные этапы развития мышления», «операции мышления», определены критерии развития мышления.

Под мышлением обычно понимают внутреннюю психическую деятельность субъекта, характеризующуюся обобщённостью и опосредованностью, в основе которой лежат ощущения, восприятие, речь, знания и мотивы, направленную на решение мыслительных задач. Для нашего исследования наиболее важными являются понятие «операции мышления» и критерии их развития. К мыслительным операциям обычно относят: анализ, синтез, сравнение, обобщение, классификацию, систематизацию, абстрагирование и конкретизацию. Критериями развития мышления являются: степень осознанности мыслительного процесса, т.е. выполнения той или иной мыслительной операции; степень владения операциями и приёмами мыслительной деятельности, т.е. умение рационально применять их в учебном процессе; степень умения осуществлять перенос операций и приемов мышления в другие ситуации и на другие объекты.

С целью определения информационных умений проведён анализ научно-методической литературы и выяснено, что информационные умения входят в состав общеучебных умений, однако разные авторы (H.JI. Галеева, А.Е. Шевченко и О.Н. Игнатова, Д.В. Татьянченко и С.Г. Воровщиков) приводят разные классификации общеучебных умений.

Выяснено, что в систему общеучебных умений некоторые авторы включают мыслительные умения, но называют их по-разному (H.JI. Галеева -«учебно-интеллектуальными»; А.Е. Шевченко и О.Н. Игнатова, Д.В. Татьянченко и С.Г. Воровщиков - «учебно-логическими» и т.д.). Учебно-информационные умения входят в разные группы общеучебных умений, и их состав представлен разными авторами по-разному.

На основе проведённого анализа нами даны определения информационной и информационно-мыслительной деятельностей (с.1 автореферата).

Изучение имеющихся к настоящему времени УМК показало, что в них содержатся разрозненные задания, направленные на развитие мышления и информационных умений учащихся, однако система зданий, направленная на организацию мыслительной деятельности учащихся отсутствует.

Анализ диссертационных исследований привёл к выводу, что имеются работы, затрагивающие отдельные стороны формирования информационных умений и развития мышления учащихся, но информационная деятельность в процессе обучения физике как средство развития операций мышления до сих пор не рассматривалась.

Во второй главе «Теоретические основы методики развития мышления учащихся основной школы в процессе информационной деятельности при обучении физике» дано теоретическое обоснование методики развития мышления учащихся.

Под развитием мышления понимают формирование и совершенствование всех видов, форм и операций мышления, выработку умения использовать приёмы мышления в познавательной и учебной деятельности, а также умения осуществлять перенос приёмов мышления из одной области знаний в другую. В диссертации рассматривается лишь вопрос о развитии операций мышления. Поэтому под мыслительной деятельностью мы понимаем выполнение учащимися мыслительных операций.

Определены психолого-педагогические основы предлагаемой методики развития мышления учащихся в процессе информационной деятельности, включающие в себя: теории деятельности, поэтапного формирования умственных действий, мотивации; концепции учебной деятельности и личностно-ориентированного обучения; идеи развивающего обучения.

Определены методологические подходы (личностный, системный, дея-тельностный) и дидактические принципы (отбора содержания учебного материала и организации деятельности учащихся, личностной ориентации и взаимодействия).

Сопоставлены виды информационных умений и виды информационной деятельности учащихся при обучении физике (таблица 1).

Таблица 1. Виды информационных умений и информационной деятельности учащихся

№ Виды информационных умений Виды информационной деятельности учащихся

1. Умения находить информацию • Работа с основными компонентами книги (оглавлением, текстом, сносками, приложениями). • Работа со справочно-энциклопедической литературой. • Работа с каталогом. • Поиск информации через поисковые системы Интернет.

2. Умение извлекать информацию из источников разного вида • Работа с текстом и иллюстрациями. • Работа с графиками и таблицами. • Работа со схемами и диаграммами. • Проведение наблюдений. • Организация и проведение эксперимента.

3. Умение перекодировать информацию • Представление текстовой информации в виде плана, конспекта, тезисов, таблицы, схемы, рисунка, графика и наоборот. • Построение графиков на основе функциональной зависимости и данных таблицы. • Составление вопросов и задач к тексту, графику, рисунку и т.п.

4. Умение использовать информацию • Подготовка сообщений, докладов, рефератов, презентаций и т.п. • Построение моделей.

Показана связь информационной деятельности учащихся с приёмами мышления (таблица 2).

Таблица 2 (фрагмент). Информационная деятельность и приёмы мышления, лежащие в её основе

Источник информации Информационная деятельность учащегося на уроке физики Приёмы мышления

Учебник Текст Смысловое чтение*

Нахождение главной мысли текста анализ, синтез

Составление плана текста анализ, синтез

Пересказ текста по плану синтез

Описание явления, опыта, устройства и т.п. по обобщённому плану синтез

Составление на основе письменного текста таблицы, схемы, графики и т.д. сравнение, систематизация, классификация

Поиск ответов на вопросы к тексту анализ

Постановка вопросов к тексту*

Рисунок Поиск описания рисунка в тексте анализ

Составление рассказа по рисунку анализ, синтез

Составление вопросов и задач к рисунку*

График Изучение графической зависимости (по вопросам обобщённого плана и по дополнительным вопросам). анализ

Построение графика по данным таблицы или на основе функциональной зависимости*

Извлечение данных из графика для решения поставленных учебных задач анализ

Составление вопросов и задач к графику*

Таблица постоянных физических величин Изучение данных таблиц анализ сравнение классификация

Поиск данных в таблице для решения учебной задачи анализ

Конкретизация знаний об изучаемом объекте при помощи данных таблицы конкретизация

Придумывание вопросов и задач с использованием таблицы*

' Данная деятельность является сложной и выполняется с использованием ряда приемов мышления.

8

С учётом теоретических оснований и соотношения информационных умений, видов информационной деятельности и операций мышления построена модель методики развития мышления учащихся в процессе информационной деятельности и представлена в виде схемы (схема 1).

Данная модель включает: теоретическую базу (психолого-педагогические основы, методологические подходы, дидактические принципы); практическую базу (информационные и мыслительные общеучебные умения, средства организации информационной деятельности); структуру процесса обучения (формы, методы, средства).

В третьей главе «Методика развития мышления учащихся в процессе информационной деятельности» представлены основные положения методики и методическое обеспечение процесса обучения; описана модель структуры нового типа урока, основанного на информационно-деятельностном подходе; показана реализация методики развития мышления учащихся при обучении физике.

Методика развития мышления учащихся в процессе информационной деятельности при обучении физике основана наряде положений:

1. Учитель - организатор и руководитель процесса обучения.

2. Учащиеся - активные субъекты учебного процесса.

3. Обучение учащихся мыслительным операциям и информационным умениям происходит в соответствии с ориентировочной основой действий второго типа, разработанной П.Я. Гальпериным.

4. Основная форма обучения: урок, основанный на информационно-деятельностном подходе, основные средства обучения: система заданий, направленных на развитие мышления, в том числе с применением ИКТ.

5. Урок, основанный на информационно-деятельностном подходе, направлен не только на приобретение новых знаний, но и на развитие личности, а, следовательно, является развивающим.

6. Основная деятельность учащихся на уроке - информационно-мыслительная.

7. Завершающий этап урока - рефлексия.

В ходе исследования разработано обеспечение процесса обучения, которое позволяет управлять процессом развития мышления учащихся, и включает в себя: дидактические материалы (инструкции по выполнению информационной и мыслительной деятельности, задания, направленные на развитие мышления учащихся в процессе их работы с разными источниками информации, «Карту самоанализа деятельности учащегося на уроке»); методические материалы, отражающие роль учителя на разных этапах урока, основанного на информационно-деятельностном подходе, и информационную деятельность учащихся на всех этапах урока; систему проверочных работ.

Основная форма обучения - разработанный в ходе исследования урок, основанный на информационно-деятельностном подходе. Под информационно-деятельностньш подходом понимаем такую организацию занятия, при которой преобладающей является осознанная информационно-мыслительная деятельность учащихся.

Урок базируется на следующих принципах: 1. Использование возможностей учебного предмета для развития мышления учащихся. 2. Развитие мышления учащихся в процессе активной, осознанной деятельности с разными источниками информации. 3. Развитие в единстве информационных и мыслительных умений. 4. Ориентация на развитие каждого учащегося и учёт его достижений.

Нами выделены виды источников информации, являющиеся средством организации информационной деятельности учащихся при обучении физике: учебник, включающий тексты, рисунки, графики, таблицы, формулы; наблюдения; эксперимент; Интернет; справочные материалы, словари и энциклопедии; статьи из газет и журналов; инструкции к приборам и устройствам.

В таблице 3 представлена структура информационной деятельности учащихся на разных этапах урока.

Таблица 3. Информационная деятельность учащихся на разных этапах урока

№ Этап урока Источник информации Информационная деятельность учащихся

1 Мотивация Эпиграф Отвечают на вопросы к эпиграфу. Высказывают своё мнение.

Наблюдение, жизненный опыт учащихся Обсуждают проблемную ситуацию. Высказывают своё мнение, дают объяснение, опираясь на имеющиеся знания. Выдвигают гипотезы.

2 Изучение нового материала Текст параграфа Отвечают на обобщённые вопросы для работы с текстом. Находят главную мысль текста. Составляют план текста.

Рисунок Рассматривают рисунок. Отвечают на обобщённые вопросы для работы с рисунками. Составляют задачи по рисунку. Придумывают свою иллюстрацию.

Эксперимент Выдвигают гипотезу. Формулируют цель эксперимента. Описывают ход эксперимента. Фиксируют результаты. Оценивают результат и делают выводы.

3 Закрепление нового материала Текст параграфа Отвечают на вопросы к тексту. Описывают по обобщённым планам физические объекты. Придумывают вопросы к тексту.

Формула Проводят анализ формулы с целью выявления зависимости между величинами и вида зависимости. Представляют зависимость графически.

Таблица постоянных физических величин Проводят анализ таблицы по обобщённому плану. Конкретизируют знания об изучаемом объекте, используя данные таблицы. Извлекают информацию для ответа на вопросы или решения качественных задач. По данным, приведённым в таблице, строят диаграмму или графическую зависимость. Используют данные таблицы для составления качествен-

ных вопросов и задач.

График Описывают и анализируют графическую зависимость по обобщённому плану. Извлекают из графика информацию, необходимую для решения поставленных задач.

Инструкции к физическим приборам и устройствам Изучают содержание инструкции и стиль подачи информации. Извлекают информацию в соответствие с поставленной задачей (вопросом). Составляют свои описания прибора и техники безопасности при работе с ним.

Статьи из газет и журналов Читают статью. Дают критическую оценку прочитанному. Высказывают свою точку зрения по данной проблеме. Отвечают на вопросы.

4 Подведение итогов Самоанализ деятельности Заполняют таблицу «Карта самоанализа деятельности учащегося на уроке».

5 Домашнее задание Интернет Подбирают материал, иллюстрации, видеофрагменты по заданной теме. Готовят информационную или биографическую справку, сообщение, описание прибора (инструкцию, паспорт). Готовят презентацию по заданной теме. Проводят наблюдение, опыт и описывают его ход и результаты. Придумывают и оформляют задачу.

Словари и энциклопедии

Наблюдение

Дидактическим обеспечением процесса обучения при информационно-деятельностном подходе является разработанные нами задания, позволяющие организовать работу учащихся с различными источниками информации и направленные на развитие их мышления. В таблице 4 представлен фрагмент таблицы из диссертации.

Таблица 4 (фрагмент). Задания, направленные на развитие мышления учащихся в процессе работы с разными источниками информации

№ Источники информации Задания, направленные на развитие мышления учащихся

2 Рисунок Ответьте на вопросы «Что изображено на рисунке?» (анализ) и «Что иллюстрирует рисунок?» (синтез) Найдите информацию о рисунке в тексте (анализ) Сравните рисунки

3 Наблюдение Выделите признаки явления, свойства объекта (анализ) Укажите условия протекания явления (анализ) Сформулируйте гипотезу (дедукция) Сделайте вывод (индукция)

4 Эксперимент Составьте план (программу) проведения эксперимента (анализ) Опишите последовательность действий при измерении физической величины (анализ) Сформулируйте вывод (индукция) Дайте оценку результатов эксперимента (критичность)

5 Формула Проведите анализ представленной в ней зависимости Сравните похожие формулы Составьте схему вывода формулы (систематизация)

6 Таблица Составьте рассказ о таблице (анализ) Конкретизируйте знания о физической величине... Сравните одно и то же физическое свойство у разных веществ Классифицируйте объекты по физическим свойствам

7 График Проведите анализ графика по обобщённому плану Сравните графики

8 Дополнительная литература, материалы из Интернет Подготовить рассказ об объекте по обобщённому плану (синтез) Проведите анализ информации и отберите нужную Выскажите свою точку зрения по данной проблеме Напишите информационную или биографическую справку, сообщение, подготовьте презентацию, подготовьте интересную информацию типа «Знаете ли вы, что ...» или «Это интересно» и т.п. (синтез)

Раскроем методику развития некоторых мыслительных операций у учащихся в ходе выполнения ими заданий с применением ИКТ. Процесс обучения строим в соответствии с ориентировочной основой действий второго типа, разработанной П.Я. Гальпериным.

1. Учитель ставит перед учащимися учебную задачу.

2. Учитель даёт план выполнения задания (информационной деятельности) и показывает образец конечного продукта.

3. Учитель объясняет суть мыслительной операции (или операций), лежащей в основе выполнения задания, даёт алгоритм её выполнения.

4. Учащиеся выполняют задание, а учитель проверяет его выполнение. Рассмотрим обучение учащихся мыслительной операции «классификация» на конкретном примере.

Первый этап. Учитель даёт учащимся задание подготовить презентацию-классификацию по теме «Весы».

Второй этап. Учитель объясняет, что представляет собой презентация, и как она создаётся, показывает готовый образец презентации.

Третий этап. Учитель объясняет суть операции «классификация», лежащей в основе выполнения данного задания, и даёт алгоритм её выполнения.

Классификация - это разделение объектов (тел, явлений и т.д.) по какому-либо признаку на группы.

Алгоритм выполнения классификации:

1. Выбрать объекты, которые надо классифицировать, т.е. ответить на вопрос: «Какие объекты будем делить на группы?»

2. Указать признак, по которому объекты будут классифицироваться, т.е. ответить на вопрос: «По какому признаку будем отбирать объекты?»

3. Сформулировать названия групп классифицируемых объектов, т.е. ответить на вопрос: «На какие группы будем делить объекты?»

4. Проверить каждый объект на наличие выбранного признака и поместить его в одну из групп, т.е. ответить на вопрос: «Имеет ли данный объект указанный признак и к какой группе его можно отнести?»

Четвёртый этап. Учащийся в соответствии с алгоритмом выполнения операции классификации выполняет следующие действия: 1) подбирает иллюстрации по теме «Весы» через поисковую систему в Интернет;

2) указывает признак, по которому будет классифицировать весы (по применению или принципу действия);

3) формулирует названия разных групп весов (магазинные, промышленные, учебные и т.п.);

4) размещает иллюстрации на слайдах презентации по группам. Разработанные нами задания на развитие операций мышления с использованием ИКТ можно представить в виде схемы 2.

Схема 2. Задания на развитие мыслительных операций с применением ИКТ

В ходе исследования нами: выделены этапы обучения учащихся составлению плана текста и поиску главной мысли текста; составлены в общем виде системы вопросов и заданий для организации работы учащихся с разными источниками информации (текстом, рисунком, таблицей, графиком, формулой); составлены перечни графических объектов, физических приборов и устройств, таблиц, дополнительных источников информации используемых при изучении курса физики в 7, 8 классах и заданий для работы с ними. Рассмотрим некоторые из них.

Разработанный нами процесс обучения учащихся нахождению главных мыслей текста состоит из пяти этапов (Таблица 5).

Таблица 5. Этапы обучения учащихся нахождению главной мысли текста

Я Учебные объекты Задание для учащихся

1 Абзаца параграфа Прочитать фрагмент текста Сформулировать и записать главную мысль

2 Текст (параграф) Суждения, каждое из которых вытекает из данного текста и правильно по сути Прочитать текст Выбрать из предложенных суждений то, которое выражает его главную мысль

3 Текст (параграф) Суждения, выражающие главную и частные мысли Прочитать текст Выбрать из прилагаемых к тексту суждений то, которое выражает главную мысль текста, а частные мысли расположить в соответствии с логикой изложения материала в тексте

4 Текст (параграф) Алгоритм поиска главной мысли текста Форма таблицы для заполнения Прочитать текст Следуя алгоритму, выявить и сформулировать главную и частные мысли текста Оформить выполнение задание в виде таблицы

5 Текст (параграф) Прочитать текст Вспомнить алгоритм поиска главной мысли текста Найти и сформулировать главную и частные мысли

Нами также разработан алгоритм поиска главной мысли текста:

1. Установите связь между заголовком и содержанием текста, определите тему текста. (Ответьте на вопрос: «О чём данный текст?»)

2. Выявите и сформулируйте все частные мысли, изложенные в тексте.

3. Проверьте наличие смысловой связи между всеми сформулированными мыслями.

4. Выявите и сформулируйте главную мысль текста. (Ответьте на вопрос: «Что в тексте главное?»)

5. Выполнение задания оформите в виде таблицы (таблица 6).

Таблица 6

Заголовок

Тема текста

Главная мысль текста

№ Частные мысли текста

1

2

3

В ходе исследования мы пришли к выводу, что общепринятые обобщённые планы описания физических объектов целесообразно разбить на две части - основную (отражающую минимальные требования к ответу учащегося) и вариативную (учащиеся используют её в зависимости от своей подготовки). Такое видоизменение обобщённых планов позволяет вести дифференциацию в процесс обучения.

Наше исследование показало, что работу с таблицами постоянных физических величин можно использовать как эффективное средство развития у

учащихся таких мыслительных операций, как анализ, синтез, сравнение, классификация и конкретизация.

Например, при изучении в 7 классе темы «Три состояния вещества», а в 8 классе тем «Плавление» и «Кипение» учащиеся, используя таблицы «Температура плавления некоторых веществ» и «Температура кипения некоторых веществ», готовят температурные шкалы (схема 3) и отвечают на ряд вопросов учителя.

1. Все ли вещества могут находиться в любом из трёх агрегатных состояний?

2. От чего зависит пребывание вещества в том или ином агрегатном состоянии?

3. Почему в природе не встречаются жидкий водород и кислород?

4. Как из воздуха можно получить кислород и водород?

5. В каком агрегатном состоянии будут находиться: медь при температуре 2568 °С? Водород при -255 °С? Свинец при 1500 °С?

ЧЯ -Ш « 65Д0Я?Д --

-к» -m t ккадмд

-m е » спирт

_ *-tX

-Я с _РТУТЬ

t;c

_» IW___ водя

е ut _ tftf слайд

- t.t

о «и ж* нт -,-----^

л 1S3S Л750 тш

■ Ъ

31|«г ОСИГРАМ

IX

Схема 3. Температурные шкалы

6. В каком интервале температур может находиться в жидком состоянии водород? ртуть? свинец? медь?

7. В каком интервале температур спирт, ртуть и вода могут одновременно находиться в одинаковом агрегатном состоянии?

8. В каком агрегатном состоянии будут находиться свинец, медь и железо, когда вольфрам начнёт плавиться?

Рассмотрим другой пример организации работы учащихся 7 классов с данными таблиц плотностей некоторых веществ в твёрдом, жидком и газообразном состояниях. Им даётся задание ответить на ряд вопросов и конкретизировать понятие «плотность вещества». В результате учащиеся формулируют и записывают следующие положения:

1. Плотность вещества зависит от температуры вещества и атмосферного давления.

2. При переходе вещества из твёрдого состояния в жидкое, а затем в газообразное плотность уменьшается. Исключением является вода, так как в твёрдом состоянии её плотность меньше, чем в жидком.

3. Плотности разных веществ могут иметь одинаковые значения.

4. Некоторые жидкости (ртуть) имеют очень большую плотность, сравнимую с плотностью твёрдых металлов.

5. Самую большую плотность имеет металл осмий (22 600 кг/м3). Это значит, что 1 м3 осмия имеет массу 22 600 кг.

6. Самую маленькую плотность имеет газ водород (0,09 кг/м3) при нормальном атмосферном давлении и I = 20 "С.

Такая работа с таблицами постоянных физических величин способствует «открытию» для учащихся новых знаний, всестороннему изучению физических свойств вещества, является действенным средством повышения качества усвоения знаний, развития информационных и мыслительных умений учащихся.

Таким образом, разработанные дидактические и методические материалы позволяют управлять развитием мыслительных и информационных умений учащихся при обучении физике.

В четвёртой главе «Педагогический эксперимент» описаны организация, содержание и результаты констатирующего, поискового и формирующего этапов педагогического эксперимента.

Эксперимент проводился с 1996 по 2007 гг. В общей сложности в нём участвовало около 70 учителей и 600 учащихся. Общая характеристика этапов педагогического эксперимента (констатирующего, поискового и формирующего) приведена в таблице 7.

Таблица 7. Общая характеристика педагогического эксперимента

Этап Констатирующий Поисковый Формирующий

Цель Изучение состояния проблемы развития мышления на уроках физики в теории и практике. Определение степени трудности для учащихся выполнения разных видов учебной деятельности Разработка методики развития мышления учащихся на основе информационной деятельности. Разработка системы контроля и оценки сформированное™ мышления учащихся Проверка гипотезы исследования и оценка эффективности разработанной методики. Изучение уровня сфор-мированности у учащихся информационных умений и мыслительных операций

Методы Беседа с учителями. Анкетирование учителей и учащихся Экспериментальное преподавание, наблюдение, анализ результатов работы. Анкетирование учителей Проверочные работы. Сравнение результатов в контрольной и экспериментальной группах

Сроки 1996-2000 гг. 2001-2004 гг. 2005-2007 гг.

Экспериментальная Гимназия № 1526, НОУ «Интеграл», СОШ № ЦО № 1450, СОШ 666, 546, № 5 «Дове- ЦО№ 1450, СОШ № 666,546 г.Москвы

база 1110 г. Москвы рие» г.Москвы

Участники 200 учащихся 70 учителей физики г.Москвы— участники Августовской конференции-2004г. 250 учащихся 4 учителя, 150 учащихся

Результаты констатирующего эксперимента позволили нам сделать вывод о необходимости и целесообразности развития мышления учащихся на уроках физики и приступить к созданию модели методики и разработке самой методики развитая мышления учащихся основной школы при обучении физике в процессе информационной деятельности.

В процессе поискового эксперимента было выявлено, что специально организованная информационная деятельность учащихся на уроках физики способствует развитию их мышления и имеет ряд особенностей, связанных с планированием, содержанием и организацией проведения урока. Было найдено обоснование модели методики развития мышления учащихся основной школы на уроках физики в процессе информационной деятельности, построена модель методики и разработана сама методика.

Конечной целью формирующего эксперимента была проверка гипотез об эффективности методики развития мышления учащихся основной школы в процессе информационной деятельности при обучении физике и наличии связи между уровнем сформированности информационных и мыслительных умений.

Первое направление - выявлялось влияние данной методики на развитие мыслительных операций, таких как анализ, синтез, сравнение, обобщение, классификация, систематизация, конкретизация у учащихся контрольных (преподавание физики велось по традиционной методике) и экспериментальных (учащиеся участвовали в активной информационной деятельности) классов.

Диаграмма 1 отражает изменение коэффициента полноты выполнения операций выделенных в проверочных работах №№ 1 -4 у учащихся контрольной и экспериментальной групп. Внизу цифрами обозначены номера проверочных работ. Из диаграммы видно, что коэффициент полноты выполнения операций у контрольной группы остаётся практически без изменения на уровне 0,63 - 0,65, а у экспериментальной группы он стабильно растёт от 0,65 до 0,82.

Диаграмма 1. Коэффициент полноты выполнения операций по проверочным работам

На эффективность проверяемой методики, по сравнению с традиционным обучением, указывает стабильный рост (от 1,03 в начале эксперимента до 1,28 в конце эксперимента) коэффициента эффективности Ь (диаграмма 2). Коэффициент эффективности применяемой методики формирования

умений рассчитывался по формуле Ь = —, где Кэ и Кк коэффициенты полно-

Кк

ты выполнения мыслительных операций учащимися соответственно экспериментальной и контрольной группы. При Ь >1 метод считается более эффективным по сравнению с традиционным.

Диаграмма 2. Коэффициент эффективности методики, по сравнению с традиционным обучением

Различие в коэффициентах полноты выполнения действий учащимися контрольной и экспериментальной групп, а также значение Ь>1 для рассматриваемых умений даёт основание считать предложенную методику более эффективной по сравнению с традиционной методикой обучения физике в основной школе.

Второе направление - определялось влияние данной методики на развитие общеучебных информационных умений учащихся. Из всего перечня информационных умений для количественной оценки эффективности методики нами проверялась и оценивалась степень сформированности у учащихся 20 умений при работе с текстом, рисунком, графиком, таблицей, формулой.

Диаграмма 3 отражает изменение коэффициента полноты выполнения заданий выделенных в проверочных работах №№ 1-3 у учащихся контрольной и экспериментальной групп. Внизу цифрами обозначены номера проверочных работ. Видно, что у учащихся контрольной группы прирост этого коэффициента был небольшим (от 0,54 до 0,58), а у учащихся экспериментальной группы значительным (от 0,55 до 0,78).

0.78

№1 №2 №3

Диаграмма 3. Коэффициент полноты выполнения заданий по проверочным работам

На эффективность проверяемой методики, по сравнению с традиционным обучением, указывает стабильный рост коэффициента эффективности Ь от значения 1,02 до 1,34 (диаграмма 4).

1,34

Диаграмма 4. Коэффициент эффективности методики, по сравнению с традиционным обучением

Различие в коэффициентах полноты выполнения заданий учащимися контрольной и экспериментальной групп, а также значение И>1 для рассматриваемых умений даёт основание считать предложенную методику более эффективной по сравнению с традиционной методикой обучения физике в основной школе.

Третье направление - производился расчёт коэффициента корреляции между уровнем сформированности информационных умений и приёмов мышления у учащихся основной школы. Полученный результат р = 0,89 укладывается в пределы 0,9>р>0,7, т.е. результат выполнения практических работ показывает высокую корреляцию (коэффициент эквивалентности). На основании этого можно утверждать, наличие прямой связи между уровнем сформированности информационных умений и приёмов мышления у учащихся основной школы.

Таким образом, обе выдвигаемые в начале исследования гипотезы экспериментально подтверждены.

Основные результаты и выводы исследования

]. В ходе исследования выделены мыслительные операции и раскрыта их суть; установлено, что между усвоением знаний и развитием мышления существует взаимосвязь; выявлено, что существует разработанная система заданий для формирования операций мышления у учащихся основной школы на уроках физики, однако, методика включения их в учебный процесс отсутствует, откуда вытекает необходимость её разработки.

2. На основе анализа научно-методических публикаций выделены виды информационной деятельности учащихся на уроке физики и соотнесены с источниками информации и приёмами мышления. Доказано, что информационная деятельность учащихся при обучении физике может быть использована как средство развития их мышления.

3. Определены психолого-педагогические теории, концепции и идеи методологические подходы и дидактических принципы, которые были положены в основу методики развития мышления учащихся основной школы в процессе информационной деятельности при обучении физике.

4. Построена модель методики развития мышления учащихся основной школы в процессе информационной деятельности при обучении физике, включившая в себя цель, задачи, теоретическую и практическую базу решения задач, структуру процесса обучения (формы, методы, средства).

5. Разработана методика развития мышления учащихся основной школы в процессе информационной деятельности при обучении физике, включающая в себя: дидактические материалы для учащихся; методические материалы, отражающие роль учителя и информационную деятельность учащихся на всех этапах урока; систему проверочных работ.

6. Проведённый педагогический эксперимент доказал:

- разработанные нами методика и пути её реализации (урок, основанный на информационно-деятельностном подходе, и система заданий по работе с разными источниками информации для развития мышления) эффективны, так как их использование ведёт к повышению у учащихся уровня сформиро-ванности приёмов мышления и информационных умений;

- между уровнями сформированности информационных умений и приёмов мышления существует прямая связь, то есть результатом реализации методики развития мышления учащихся в процессе информационной деятельности является рост не только уровня сформированности мыслительных операций, но и информационных умений.

Всё вышесказанное позволяет утверждать, что цель исследования достигнута, поставленные задачи решены.

Основное содержание диссертационного исследования отражено в следующих публикациях:

1. Казакова, Ю.В. Развитие мышления учащихся при формировании умения работать с текстом [Текст] / Ю.В. Казакова // Физика в школе. - 2007.- №1 - С. 27-32.

- 0,3 п.л.

2. Казакова, Ю.В. Работа с учебником физики как средство развития аналитического мышления учащихся [Текст] / Ю.В. Казакова // Материалы V Международной научной конференции «Физическое образование: проблемы и перспективы развития». Вторая часть. - Москва. МПГУ. 13-16 марта. - 2006. - С. 97-101. - 0,1 п.л.

3. Казакова, Ю.В. Формирование у учащихся школы понятия о физической величине на основе анализа данных таблиц постоянных физических величин [Текст] / Ю.В. Казакова // Материалы XIII международной научно-практической конференции. «Методология и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов ВУЗов». Часть 2. - Челябинск. ЧГПУ. 16-17 мая. - 2006,- С. 64-67. - 0,1 п.л.

4. Казакова, Ю.В, Организация учебно-информационной деятельности учащихся 7-8 классов на уроке физики [Текст] / Ю.В. Казакова // Материалы VI Международной научно-методической конференции «Физическое образование: проблемы и перспективы развития», Часть 1.-Москва. МПГУ. 12-15 марта.-2007.-С. 81-83.-0,1 п.л.

5. Казакова, Ю.В. Влияние работы по формированию учебно-информационных умений на развитие мышления учащихся [Текст] / Ю.В. Казакова // Сборник трудов XII Всероссийской научно-пракгической конференции преподавателей школ, инновационных учебных заведений и ВУЗов. «Обучение физике и астрономии в контексте современных педагогических технологий»,- Иркутск. ИГПУ. 28-30 марта. - 2007. - С.183-185. -0,1 п. л.

6. Казакова, Ю.В. Основные трудности, испытываемые учащимися 7, 8 классов при работе с разными источниками информации [Текст] / Ю.В. Казакова // Научные труды II

региональной научно-практической конференции. «Проблемы современного физического образования: школа и вуз». - Армавир. АГПУ. Ноябрь - 2007. - С. 27-28.- 0,1 пл.

7. Казакова, Ю.В. Использование ИКТ как средства развития информационных умений учащихся 7-8 классов [Текст] / Ю.В. Казакова // Материалы VII Международной научно-методической конференции «Физическое образование: проблемы и перспективы развития». Часть 1. - Москва. МПГУ. 11-14 марта,- 2008. - С. 108-110. - 0,1 п.л.

8. Казакова, Ю.В. Реализация межпредметной связи физики и информатики в творческой деятельности учащихся [Текст] / Ю.В. Казакова // Материалы VII Городской научно-практической конференции «Образовательные технологии XXI века. ОТ'08». Москва. 4 апреля. - 2008. - С. 202-203. - 0,1 п.л.

9. Казакова, Ю.В. Использование ИКТ как средства развития познавательной активности учащихся 7-8 классов [Текст] / Ю.В. Казакова // Материалы II Научно - практической конференции «ИКТ в подготовке учителя технологии и учителя физики». Часть 2. Коломна. КГПИ. 8-Ю апреля. - 2008. - С. 34-35. - 0,1 п.л.

10. Казакова, Ю.В. Развитие аналитического мышления учащихся в процессе формирования понятия о постоянной физической величине на I ступени обучения физике [Текст] / Ю.В. Казакова // Преподавание физики в высшей школе. Сборник научных трудов. Школа и Вуз. № 9. Москва, 1997. - С. 45-48. - 0,1 п.л.

11. Казакова, Ю.В. Построение графиков и их анализ в лабораторных работах по физике в 7-8 классах [Текст] / Ю.В. Казакова // Преподавание физики в высшей школе. №12 (II). Москва, 1998. - С. 100-102. - 0,1 п.л.

12. Казакова, Ю.В., Ротницкая, Н.Я. Развитие мышления учащихся на уроках физики при работе с разными источниками информации [Текст] / Ю.В. Казакова, Н.Я. Ротницкая //Развитие мышления в процессе обучения физике: Сборник научных трудов. Выпуск №3 / Под ред. С.А. Суровикиной. - Омск: ОмГ'ГУ, 2006. - С. 89-92. - 0,1 п.л. (50 % автор).

13. Казакова, Ю.В., Ротницкая, Н.Я. Используем вариативный обобщённый план описания прибора [Текст] / Ю.В. Казакова, Н.Я. Ротницкая //Преподавание физики, развивающее ученика. Книга 4: Формирование практических умений. Часть 1. В 7 кн. / Сост. и под ред. Э.М. Браверманн. Пособие для учителей и методистов. - М.: АПКиППРО, 2008. - С. 45-47. - ОД пл. (50 % автор).

14. Казакова, Ю.В. Развиваю умения работать с электроприборами и инструкциями к ним [Текст] /Ю.В. Казакова // Преподавание физики, развивающее ученика. Книга 4: Формирование практических умений. Часть 1. В 7 кн. /Сост. и под ред. Э.М. Браверманн. Пособие для учителей и методистов. - М.: АПКиППРО, 2008. - С. 101-105. - 0,1 п.л.

15. Казакова, Ю.В. Использование рабочих тетрадей на уроках физики в 7-8 классов, как одно из условий подготовки учащихся к ЕГЭ [Текст] / Ю.В. Казакова // Подготовка к ЕГЭ. Физика: сборник нормативных, методических и справочных материалов / сост. С.В. Третьякова; под ред. А.М. Константиновой. Москва, 2008. - С. 54-59. - 0,2 п.л.

16. Казакова, Ю.В. Использование таблиц постоянных физических величин в процессе обучения физике в 7 и 8 классах как средство развития аналитического мышления учащихся [Текст] / Ю.В. Казакова // Образование в современной школе. - 2004. - №5 -С. 22-24. - 0,1 пл.

17. Казакова, Ю.В. Графический метод в обучении физике в школе [Текст] / Ю.В. Казакова // Образование в современной школе. — 2005. - № 2 - С. 10-12,- 0,1 п.л.

18. Казакова, Ю.В. Развитие аналитического мышления учащихся при работе с учебником [Текст] / Ю.В. Казакова II Образование в современной школе. - 2005. - №11 — С. 1922. - 0,2 пл.

19. Казакова, Ю.В. Развитие аналитического мышления учащихся при работе с графиком фазовых переходов [Текст] / Ю.В. Казакова II Образование в современной школе. -2006.-№1 - С. 36-38. - 0,1 пл.

20. Казакова, Ю.В. Работа учащихся с учебником физики. Глава «Электрические явления» [Текст] / Ю.В. Казакова // Образование в современной школе. - 2006. - №6 - С. 44-52.

- 0,4 п.л.

21. Казакова, Ю.В. Работа учащихся с учебником физики. Анализ текста. Глава «Электрический ток» [Текст] / Ю.В. Казакова // Образование в современной школе. -2006. -№7-С. 31-41. -0,5 п.л.

22. Казакова, Ю.В. Работа учащихся с учебником физики. Составление плана. Глава «Тепловые явления» [Текст] / Ю,В. Казакова // Образование в современной школе. -2006. -№8-С. 21-31.-0,5 п.л.

23. Казакова, Ю.В. Работа учащихся с учебником физики. Роль вопросов. Глава «Первоначальные сведения о строении вещества» [Текст] / Ю.В. Казакова // Образование в современной школе. - 2006. - №9 - С. 30-37. - 0,4 п.л.

24. Казакова, Ю.В. Работа учащихся с учебником физики. Анализ графиков и зависимостей. Глава «Изменение агрегатных состояний вещества» [Текст] / Ю.В. Казакова // Образование в современной школе. - 2006. -№10-С. 27-37.-0,5 п.л.

25. Казакова, Ю.В. Работа учащихся с учебником физики. Развитие мышления учащихся при формировании умения находить главную мысль текста. Глава «Взаимодействие тел». Часть 1 [Текст] / Ю.В. Казакова // Образование в современной школе. 2006 - №11

- С. 33 - 42. - 0,4 п.л.

26. Казакова, Ю.В. Работа учащихся с учебником физики. Развитие мыслительных операций. Глава: «Взаимодействие тел». Часть 2 [Текст] / Ю.В. Казакова // Образование в современной школе. - 2006. - №12 - С. 18-29. - 0,5 п.л.

27. Казакова, Ю.В. Работа учащихся с учебником физики. Использование обобщённых планов. Глава: «Давление твёрдых тел, жидкостей и газов» [Текст] / Ю.В. Казакова // Образование в современной школе. - 2007. - №1 - С. 26-39. - 0,7 п.л.

28. Казакова, Ю.В. Работа учащихся с учебником физики. Развитие учебно-информационных умений учащихся. Глава: «Электромагнитные явления» и «Световые явления» [Текст] / Ю.В. Казакова // Образование в современной школе. - 2007. - №3 -С. 41-50. - 0,5 п.л.

29. Казакова, Ю.В. Работа учащихся с учебником физики. Обучение мыслительным операциям: сравнению, сопоставлению и классификации. Глава «Работа и мощность. Энергия» [Текст] / Ю.В. Казакова // Образование в современной школе. - 2007. - №4 -С. 28-36. - 0,4 пл.

30. Казакова, Ю.В. Использование компьютера на уроках физики в средней школе. Часть

1. Уроки-презентации [Текст] / Ю.В. Казакова II Образование в современной школе. -2008. - № 2 - С. 21-25. - 0,2 п.л.

31. Казакова, Ю.В. Использование компьютера на уроках физики в средней школе. Часть

2. Выполнение творческих заданий по физике с использованием ИКТ [Текст] / Ю.В. Казакова // Образование в современной школе. - 2008. - № 3 - С. 16-20.- 0,1 п.л.

32. Казакова, Ю.В. Использование компьютера на уроках физики в средней школе. Часть

3. Использование Интернета для самообразования и организации творческой деятельности учащихся [Текст] / Ю.В. Казакова // Образование в современной школе. - 2008,— № 4 - С.25-27.- 0,2 п.л.

33. Казакова, Ю.В. Урок физики в 9 классе (базовый курс). Тема: Свободное падение тел» [Текст] / Ю.В. Казакова // Образование в современной школе. - 2003. - № 7 - С. 29-32.

- 0,1 п.л.

34. Казакова, Ю.В. Развитие представлений о строении Солнечной системы. Урок астрономии в 11 классе. Базовый курс [Текст] / Ю.В. Казакова // Образование в современной школе. - 2003. - №11 - С.42-51.- 0,5 п.л.

35. Казакова, Ю.В. Занимательная оптика. 11 класс. Углублённый курс [Текст] / Ю.В. Казакова // Образование в современной школе. - 2004. - №11 -С. 21-28. - 0,3 п.л.

Напечатано с готового оригинал-макета

Издательство ООО "МАКС Пресс" Лицензия ИД N 00510 от 01.12.99 г. Подписано к печати 12.02.2009 г. Формат 60x90 1/16. Усл.печ.л. 1,5. Тираж 100 экз. Заказ 073. Тел. 939-3890. Тел./факс 939-3891. 119992, ГСП-2, Москва, Ленинские горы, МГУ им. М,В. Ломоносова, 2-й учебный корпус, 627 к.

Содержание диссертации автор научной статьи: кандидата педагогических наук, Казакова, Юлия Владимировна, 2009 год

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Обзор области исследования.

1.1 Эффекты Джозефсона.

1.2 Тип ы слабосвязанн ых структур.

1.3 , Выбор материалов для планарных СИС структур.

1.4 Технология изготовления СИС переходов методом селективного травления.

1.5 Определение основных параметров СИС переходов.

1.6 СИС переходы в СВЧприёмных устройствах на основе квазичастичной нелинейности.

1.7 Постановка задачи исследования.

Глава 2. Эффект близости в структурах Nb/Al-A10x/Nb.

2.1 Микроскопическая теория туннельного эффекта для СНИС структур.

2.2 Методика проведения эксперимента.

2.3 Влияние толщины нижнего электрода на параметры СИС переходов.

2.4 Влияние толщины слоя барьерного алюминия на параметры СИС переходов.

2.5 Структуры с дополнительным слоем алюминия в нижнем электроде.

Глава 3. Туннельные джозефсоновские СИС переходы на основе структур Nb/Al-A1NX/Nb и Nb/AI-AlNx/NbN.

3.1 Барьер Al-AINX.

3.2 Методика проведения эксперимента.

3.3 СИС переходы на основе структуры Nb/Al-AIN/Nb.

3.4 СИС переходы на основе структуры Nb/Al-AlNJNbN.

3.5 Сверхпроводниковый генератор гетеродина на основе структуры Nb/Al-AlN/NbN.

Глава 4. Туннельные джозефсоновские СИС-переходы на основе структуры NbN/MgO/NbN.

4.1 Свойства плёнок NbN и СИС структуры на их основе.

4.2 Методика проведения эксперимента.

4.3 СИС переходы на основе структуры NbN/MgO/NbN.

Введение диссертации по педагогике, на тему "Развитие мышления учащихся основной школы в процессе информационной деятельности при обучении физике"

Актуальность темы

Одним из наиболее перспективных и активно развивающихся направлений современной сверхпроводниковой микроэлектроники является создание сверхчувствительных приёмных устройств миллиметрового и субмиллиметрового диапазона длин волн на основе джозефсоновских туннельных переходов сверхпроводник-изолятор-сверхпроводник (СИС переходы). Благодаря высокой нелинейности характеристик, низкому уровню собственных шумов, чрезвычайно малыми временами переключений из сверхпроводящего состояние в нормальное и криогенным рабочим температурам стало возможным создание устройств, предельная чувствительность которых ограничена только лишь квантовым пределом. Такие приёмные устройства являются наиболее чувствительными во всём миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне длин волн. В настоящий момент уже созданы устройства с шумовой температурой лишь в несколько раз превосходящими квантовый предел, что на порядок ниже, чем, например, у приемников на основе диодов Шоттки. Такие устройства являются незаменимыми в области радиоастрономии, мониторинга окружающей среды, медицины и биологических исследований.

Использование длинных джозефсоновских переходов, работающих в режиме вязкого течения магнитных вихрей, в качестве генератора гетеродина позволяет создавать компактные интегральные приёмные устройства, которые наилучшим образом подходят для приемных систем бортового базирования.

Известно много типов слабосвязанных джозефсоновских структур, однако наибольшее применение в современной низкотемпературной сверхпроводниковой электронике получили туннельные переходы на основе структуры Nb/Al-A104/Nb. В настоящий момент уже разработана и успешно используется надёжная технология изготовления высококачественных туннельных джозефсоновских переходов на основе этой структуры со стабильными и хорошо воспроизводимыми параметрами, благодаря чему стало возможно создание реальных приёмных устройств с уникальными СВЧ характеристиками.

Однако дальнейшее развитие сверхпроводниковой СВЧ электроники предъявляет всё более высокие требования к параметрам и качеству туннельных структур, а так же к более глубокому пониманию протекающих в них физических-процессов. Для реализации приборов с новыми рекордными характеристиками необходима разработка новых видов технологических процессов, позволяющих изготавливать переходы высокого качества с предельными параметрами и чрезвычайно высокой плотностью туннельного тока (более 10 кА/см2). Для дальнейшего продвижения в область более высоких рабочих частот, необходим поиск новых материалов с более высокими значениями критической температуры по сравнению с ниобием. В настоящее время наиболее подходящими кандидатами для этой цели являются структуры на основе плёнок NbN и NbTiN с использованием искусственных барьеров из A1N и MgO.

Цель работы

Целью данной диссертационной работы являлось:

- Изучение влияния толщины нормального слоя барьерного алюминия и толщины нижнего ниобиевого электрода в структуре Nb/Al-A10x/Nb на основные характеристики туннельных джозефсоновских переходов и сравнение полученных результатов с теоретическими расчётами, сделанными на основе микроскопической теории близости. Изучение влияния дополнительного слоя алюминия в нижнем ниобиевом электроде на характеристики переходов и разработка технологии изготовления переходов с минимальным значением так называемой «коленообразной особенности» вольтамперных характеристик СИС переходов.

- Разработка технологии изготовления высококачественных СИС переходов на основе структур Nb/Al-A1NX/Nb и Nb/Al-AlNx/NbN с плотностью туннельного тока более 10 кА/см методом нитридизации барьерного алюминия в высокочастотном плазменном разряде в среде чистого азота. Изучение влияния различных технологических параметров процесса нитридизации на характеристики переходов. Разработка технологии изготовления переходов с высокой плотностью тока и более высоким значением щелевого напряжения Vg на основе структуры Nb/Al-AlNx/NbN.

- Разработка технологии изготовления СИС переходов на основе плёнок NbN в качестве обоих электродов туннельных джозефсоновских структур с использованием искусственного барьера из MgO.

Научная новизна

Было проведено комплексное исследование вольтамперных характеристик туннельных джозефсоновских переходов на основе структуры Nb/Al-A10x/Nb, впервые систематически изучено влияние толщин различных слоёв структуры на вольтамперные характеристики СИС-переходов, проведено сравнение с теоретическими зависимостями, построенными на базе микроскопической теории близости.

- Впервые был разработан и изготовлен криогенный генератор гетеродина на основе длинного джозефсоновского Nb/Al-AlNx/NbN перехода для интегрального спектрометра субмиллиметровых длин волн с системой фазовой автоподстройки частоты.

Практическая ценность работы

- Разработана методика получения высококачественных СИС-переходов на основе структуры Nb/Al-A10x/Nb с использованием дополнительного слоя алюминия в базовом ниобиевом электроде с минимальным значением отношения величины тока коленообразной особенности к скачку тока на щели Ii/Ig— 0.02 при значении размытия щелевого напряжения 8Vg менее 150 мкВ. Такие переходы могут быть успешно применены при создании СИС смесителей.

- Разработана методика нитридизации барьерного алюминия в высокочастотном плазменном разряде в среде чистого азота. Получены переходы с рекордными, вплоть до 230 кА/см", значениями плотности тока и значением щелевого напряжения Vg = 3.7 мВ для Nb/Al-AlNx/NbN структур, что при переходе на субмикронные размеры СИС переходов позволит создавать приемные СВЧ устройства с рекордными характеристиками.

- Был создан и запатентован криогенный генератор гетеродина на основе длинного джозефсоновского Nb/Al-AlNx/NbN перехода. Был реализован режим непрерывной перестройки частоты работы такого генератора в диапазоне 350-750 ГГц при автономной ширине излучения менее 5 МГц, что позволяет реализовывать режим фазовой автоподстройки частоты сверхпроводникового генератора. Благодаря высокому, по сравнению с переходами с верхним ниобиевым электродом, значению щелевого напряжения Р^ = 3.7мВ, возможно потенциально повысить рабочую частоту генератора до 900 ГГц, что является чрезвычайно перспективным для многих применений интегральных спектрометров субмиллиметровых длин волн. К настоящему времени совместно с Институтом космических исследований Нидерландов создан и испытан бортовой спектрометр для исследования атмосферы Земли в режиме наклонного зондирования - проект TELIS (Terahertz Limb Sounder).

- Разработана лабораторная методика изготовления СИС-переходов с использованием плёнок NbN в качестве обоих электродов туннельных джозефсоновских структур с использованием искусственного барьера из MgO со значениями щелевого напряжения Vg до 4.7 мВ, что потенциально позволяет использовать их в качестве СИС смесителей на частотах вплоть до 1.2 ТГц.

Основные положения, выносимые на защиту

1) Разработана и оптимизирована технология изготовления высококачественных СИС-переходов на основе структуры Nb/Al-A10x/Nb с дополнительным слоем алюминия в нижнем базовом ниобиевом электроде, что позволяет изготавливать переходы с минимальной величиной коленообразной особенности вольтамперных характеристик СИС переходов.

2) Разработана технология нитридизации плёнок алюминия в высокочастотном плазменном разряде в среде чистого азота для использования их в качестве барьера в туннельных джозефсоновских СИС-переходах на основе структур Nb/Al-A1NX/Nb и Nb/Al-AlNx/NbN с высокой плотностью критического тока.

3) Разработана технология изготовления переходов на основе структуры NbN/MgO/NbN с более высокими, по сравнению с ниобиевыми переходами, значениями щелевого напряжения.

Вопросы авторства и публикация результатов

В работах [Al, А6] автором была оптимизирована технология изготовления СИС-переходов на основе структуры, Nb/Al-AlOx/Nb с дополнительным слоем алюминия в нижнем базовом ниобиевом электроде. Были изготовлены экспериментальные образцы с отношением величины тока коленообразной особенности к скачку тока на щели Ii/Ig= 0.02 при значении размытия щелевого напряжения bVg менее 150 мкВ.

В работе [А2] автором было изготовлено и измерено несколько экспериментальных серий образцов СИС-переходов на основе структуры Nb/Al-AlOx/Nb с различными значениями толщин слоев и различными площадями переходов. Был проведен систематический анализ полученных ВАХ и проведено сравнение полученных результатов с теоретическими кривыми, построенными на основе микроскопической теории эффекта близости. Была оптимизирована технология изготовления СИС-переходов на основе структуры Nb/Al-A10x/Nb с дополнительным слоем алюминия в нижнем базовом ниобиевом электроде с целью получения высококачественных СИС переходов с минимальными значениями коленообразной особенности вольтамперных характеристик СИС переходов.

В работах [A3, А4, А8, А12-А15, А17, А18, А20 - А27] автор принимал участие в оптимизации технологии и изготовлении экспериментальных образцов с заданными параметрами.

В работах [А5, А7, А10, All, А16] автор принимал участие в исследовании электрофизических свойств плёнок NbN, полученных методом реактивного магнетронного напыления в среде смеси аргона с азотом.

В работе [А9] автор принимал участие в оптимизации технологии изготовления СИС-переходов на основе структуры Nb/Al-A10x/Nb.

В работе [А19] была исследована, разработана и оптимизирована технология нитридизации плёнок алюминия в высокочастотном плазменном разряде в среде чистого азота. Был изготовлен и измерен ряд экспериментальных серий СИС переходов на основе структур Nb/Al-A1NX/Nb и Nb/Al-AlNx/NbN. Было исследовано влияние различных технологических параметров на свойства СИС переходов. Получены зависимости плотности критического тока переходов от мощности плазменного разряда и времени нитридизации.

Апробация работы

Результаты представленных в диссертации исследований докладывались на следующих международных и российских конференциях:

- Applied Superconductivity Conference (ASC' 98, 00, 02, 04, Об, 08)

- European Conference on Applied Superconductivity (EUCAS' 99, 01, 03, 05 )

- International Superconductive Electronics Conference (ISEC'01, 03, 05)

- 19th International Symposium on Space Terahertz Technology (ISSTT-08) Публикации

Основные результаты проведённых исследований опубликованы в 27 работах, список которых приведён на стр. 84 - 88.

Заключение диссертации научная статья по теме "Теория и методика обучения и воспитания (по областям и уровням образования)"

Заключение

Представленная диссертационная работа посвящена технологическим аспектам создания интегральных приёмных устройств миллиметрового и субмиллиметрового диапазона длин волн на основе сверхпроводниковых структур из тугоплавких металлов. В процессе выполнения работы были получены следующие основные результаты:

1) Изучено и систематизировано влияние толщин слоев в трёхслойных структурах Nb/Al-A10x/Nb на основные параметры СИС переходов и проведено сравнение вольтамперных характеристик туннельных джозефсоновских переходов на основе этих структур с теоретическими кривыми, построенными на базе микроскопической теории эффекта близости. Экспериментально определены и теоретически обоснованы условия полного подавления так называемой коленообразной особенности на щели вольтамперных характеристик переходов. Было изучено влияние дополнительного слоя алюминия в базовом электроде на свойства туннельного перехода в зависимости от его толщины и расстояния от барьера А1-АЮХ и изготовлены высококачественные переходы с отношением величины тока коленообразной особенности к скачку тока на щели I//Ig= 0.02 при значении размытия щелевого напряжения 8Vg менее 150 мкВ. Полученные результаты демонстрируют, что вольтамперные характеристики туннельных переходов могут быть оптимизированы путем подбора подходящих толщин слоев в многослойном базовом электроде.

2) Разработана и оптимизирована технология нитридизации плёнок алюминия в высокочастотном плазменном разряде в среде чистого азота для использования их в качестве барьера в туннельных джозефсоновских СИС переходах на основе тугоплавких материалов. Были получены высококачественные туннельные переходы на основе структур Nb/Al-A1NX/Nb и Nb/Al-AlN4/NbN с высокой плотностью критического тока.

Было исследовано влияние различных технологических параметров на свойства СИС-переходов. Получены зависимости плотности критического тока переходов от мощности плазменного разряда и времени нитридизации. Для структуры Nb/Al-A1NX/Nb были получены туннельные переходы с рекордной плотностью тока jc = 230 кА/см2 и отношением сопротивления утечки Rj к нормальному сопротивлению Rn, R/R„ = 8. При плотности тока jc л 70 кА/см для структур Nb/Al-A1NX/Nb было получено отношение R/Rn= 12, при той же плотности тока отношение R/Rn = 20 для структур Nb/Al-AlNx/NbN.

3) На основе структуры Nb/Al-AlNx/NbN был разработан и изготовлен криогенный генератор гетеродина на основе распределённого туннельного перехода для интегрального спектрометра субмиллиметровых длин волн с системой фазовой автоподстройки частоты. Применение плёнки NbN в качестве верхнего электрода трёхслойной структуры позволило существенно расширить рабочую область частот сверхпроводникового генератора гетеродина. Был реализован режим непрерывной перестройки частоты работы генератора в диапазоне 350-750 ГГц при автономной ширине излучения менее 5 МГц. Показано, что использование электрода из нитрида ниобия не приводит к появлению дополнительных шумов. Высокое, по сравнению с переходами с верхним ниобиевым электродом, значение щелевого напряжения Vg = 3.7 мВ позволяет потенциально повысить рабочую частоту генератора до 900 ГГц.

4) Разработана технология изготовления переходов на основе структур NbN/MgO/NbN с более высокими, по сравнению с ниобиевыми переходами, значениями щелевого напряжения с целью дальнейшего расширения частотного диапазона работы сверхпроводниковых СВЧ приёмных устройств. Получены переходы со значениями щелевого напряжения Vg до 4.7 мВ, что потенциально позволяет использовать их в качестве СИС смесителей на частотах вплоть до 1.2 ТГц. Предложены дальнейшие пути улучшения параметров СИ С переходов на основе таких структур.

Работы автора по теме диссертации

А1]. A.Karpov, A. Blondel, P. Dmitriev, V. Koshelets, "A broad band low noise SIS radiometer", IEEE Trans, on Appl. Supercond., vol. 9, pp. 4225-4228, 1999.

А2]. P. N. Dmitriev, A. B. Ermakov, A. G. Kovalenko, V. P. Koshelets, N. N. Iosad, A. A. Golubov, M. Yu. Kupriyanov, "Niobium Tunnel Junctions with Multi-Layered Electrodes", IEEE Trans, on Appl. Supercond., vol. 9, pp. 3970-3973, 1999.

A3]. V. P. Koshelets, S. V. Shitov, A. V. Shchukin, L. V. Filippenko, P. N. Dmitriev, V. L. Vaks, J. Mygind, A. B. Baryshev, W. Luinge, H. Golstein, "Flux Flow Oscillators for Sub-mm Wave Integrated Receivers", IEEE Trans, on Appl Supercond., vol 9, pp. 4133-4136, 1999.

А4]. A.B. Baryshev, A. V. Yulin, V. V. Kurin, V. P. Koshelets, S. V. Shitov, A. V. Shchukin, P. N. Dmitriev, L. V. Filippenko, "Cherenkov Flux-Flow Oscillators: Output Power and Linewidth", IEEE Trans, on Appl. Supercond., vol. 9, pp. 3737-3740, 1999.

А5]. N.N. Iosad, A. V. Mijiritskii, V.V. Roddatis, N. M. van der Pers, B.D. Jackson, J. R. Gao, S.N. Polyakov, P. N. Dmitriev, and Т. M. Klapwijk, "Properties of (Nb0.35,Ti0.15)x N1 x thin films deposited on silicon wafers at ambient substrate temperature", Journal of Applied Physics, v.38, no. 10, pp. 5756-5759, 2000.

А6]. A. Karpov, J. Blondel, P. Dmitriev, V. Koshelets, "Heterodyne response in SIS direct detector", Proceeding of the Fourth European Conference of Applied Superconductivity. Inst. Phys. Conf. Ser., no. 167, vol 2, pp. 631-634, 2000.

А7]. N. N. Iosad, V. V. Roddatis, S. N. Polyakov, A. V. Varlashkin, B. D. Jackson, P. N. Dmitriev, J. R. Gao, and Т. M. Klapwijk, "Superconducting Transition Metal Nitride Films for THz SIS Mixers", IEEE Trans, on Appl. Supercond., v. 11, no. l,pp. 3832-3835,2001.

А8]. V.P. Koshelets, A.B. Ermakov, S.V. Shitov, P.N. Dmitriev, L.V. Filippenko, A.M. Baryshev, W. Luinge, J. Mygind, V.L. Vaks, D.G. Pavel'ev, "Superfine Resonant Structure on IVC of Long Josephson Junctions and its Influence on Flux Flow Oscillator Linewidth", IEEE Trans, on Appl. Supercond., v.ll,no. l,pp. 1211-1214, 2001.

А9]. L.V. Filippenko, S.V. Shitov, P.N. Dmitriev, A.B. Ermakov, V.P. Koshelets, and J.R. Gao, "Integrated Superconducting Receiver: fabrication and yield", IEEE Trans, on Appl. Supercond., v. 11, no. 1, pp. 816819, 2001.

А10]. N.N. Iosad, B.D. Jackson, S.N. Polyakov, P.N. Dmitriev, and T.M. Klapwijk, "Reactive magnetron sputter-deposition of NbN and (Nb,Ti)N films related to sputtering source characterization and optimization", J. Vac. Sci. Technol. A, vol 19, no. 4, pp 1840-1845, 2001.

All]. N.N. Iosad, N.M. van der Pers, S. Grachev, M. Zuiddam, B.D. Jackson, M. Kroug, P.N. Dmitriev, and Т. M. Klapwijk, "Texture formation in sputter-deposited (Nbo.7,Tio.3)N thin films", Journal of Applied Physics, vol. 92, no. 9, pp. 4999-5005, 2002.

А12]. Mygind J, MahainiC., Dmitriev P.N., Ermakov A.B., Koshelets V.P., Shitov S.V., Sobolev A.S., Torgashin M.Yu., Khodos V.V., Vaks V.L., Wesselius P.R., "Phase-locked Josephson Flux Flow Local Oscillator for

Submm Integrated Receivers", Superconductor Science and Technology, v. 15, pp. 1701-1705,2002.

А13]. V.P. Koshelets, S.V. Shitov, P.N. Dmitriev, A.B. Ermakov, L.V. Filippenko, V.V. Khodos, V.L. Vaks, A.M. Baryshev, P.R. Wesselius, J. Mygind, "Towards a Phase-Locked Superconducting Integrated Receiver: Prospects and Limitations", Physica C, vol. 367, pp. 249 - 255, 2002.

А14]. Koshelets V.P., Dmitriev P.N., SobolevA.S., Pankratov A.L., Khodos V.V., VaksV.L., Baryshev A.M., Wesselius P.R., Mygind J., "Linewidth of Josephson flux flow oscillators", Physica C, vol. 372-376, pp. 316-321,2002.

А15]. V.P. Koshelets, S.V. Shitov, L.V.Filippenko, P.N. Dmitriev, A.B. Ermakov, A.S. Sobolev, M.Yu. Torgashin, "Superconducting Integrated Receivers of Submm Waves", "Radiofizika " (in Russian), in press, 2003.

А16]. N. N. Iosad, N. M. van der Pers, S. Grachev, M. Zuiddam, B. D. Jackson, M. Kroug, P. N. Dmitriev, and Т. M. Klapwijk, "Texture Related Roughness of (Nb,Ti)N Sputter-Deposited Films", "IEEE Trans, on Appl. Supercond.", vol. 13, no. 2, pp. 3301-3304, 2003.

А17]. V.P. Koshelets, S.V. Shitov, P.N. Dmitriev, A.B. Ermakov, A.S. Sobolev, M.Yu. Torgashin, P.R. Wesselius, P.A. Yagoubov, C. Mahaini, J. Mygind, "Externally Phase-Locked Local Oscillator for Submm Integrated Receivers: Achievements and Limitations", "IEEE Trans, on Appl. Supercond.", vol. 13, no. 2,pp.l035-1038 ,2003.

А18]. S.V. Shitov, V.P. Koshelets, An.B. Ermakov, P.N. Dmitriev. L.V. Filippenko, P.A. Yagoubov, W.-J. Vreeling, P.R. Wesselius, V.V. Khodos,

V.L. Vaks, "An Integrated Receiver with Phase-Locked Superconducting Oscillator", "IEEE Trans, on Appl. Supercond.", vol. 13, no. 2, pp. 684-687, 2003.

А19]. P.N. Dmitriev, I.L. Lapitskaya, L.V. Filippenko, A.B. Ermakov, S.V. Shitov, G.V. Prokopenko, S.A. Kovtonyuk, and V.P. Koshelets. "High Quality Nb-based Integrated Circuits for High Frequency and Digital Applications", "IEEE Trans, on Appl. Supercond. ", vol. 13, no. 2, pp. 107-110, 2003.

А20]. V.P. Koshelets, S.V. Shitov, L.V.Filippenko, P.N. Dmitriev, A.B. Ermakov, A.S. Sobolev, M.Yu. Torgashin, A.L. Pankratov, V.V. Kurin, P. Yagoubov, R. Hoogeveen. "Superconducting Phase-Locked Local Oscillator for Submm Integrated Receiver", Superconducting Science and Technology, v. 17, pp. S127-S131,2004.

А21]. В.П. Кошелец, П.Н. Дмитриев, А.Б. Ермаков, JI.В. Филиппенко, О.В. Корюкин, М.Ю. Торгашин, А.В. Худченко, "Интегральный сверхпроводниковый спектрометр для мониторинга атмосферы", Известия ВУЗов "Радиофизика", Том XLVIII, № 10-11, стр. 947-954, 2005.

А22]. V.P. Koshelets, P.N. Dmitriev, A.B. Ermakov, A.S. Sobolev, M.Yu. Torgashin, V.V. Kurin, A.L. Pankratov, J. Mygind, "Optimization of the Phase-Locked Flux-Flow Oscillator for the Submm Integrated Receiver", "IEEE Trans, on Appl. Supercond.", vol. 15, pp. 964-967, 2005.

А23]. M.Yu. Torgashin, ■ V.P. Koshelets, P.N. Dmitriev, A.B. Ermakov, L.V.Filippenko, and P.A. Yagoubov, "Superconducting Integrated Receivers based on Nb-AlN-NbN circuits", IEEE Trans, on Appl. Supercond., vol. 17, 2007.

А24]. A.V. Khudchenko, V.P. Koshelets, P.N. Dmitriev. A.B. Ermakov, P.A. Yagoubov, and O.M. Pylypenko, "Cryogenic Phase Detector for Superconducting Integrated Receiver", IEEE Trans, on Appl. Supercond., vol. 17, pp. 606-608, 2007.

А25]. Кошелец В.П., Филиппенко JI.B., Борисов В.Б., Дмитриев П.Н., Ермаков А.Б., Киселев О.С., Лапицкая И.Л., Соболев А.С., Торгашин М.Ю., Худченко А.В, Ягубов П.А., "Интегральный сверхпроводниковый бортовой спектрометр субмм диапазона длин волн для атмосферных исследований", Известия ВУЗов «Радиофизика», Том L, № 10-11, стр. 935-940, 2007.

А26]. A.V. Khudchenko, V.P. Koshelets, P.N. Dmitriev, A.B. Ermakov, O.M. Pylypenko, and P.A. Yagoubov, "Cryogenic Phase Locking Loop System for Flux-Flow Oscillator", presented at the 19th International Symposium on Space Terahertz Technology (ISSTT-08), Groningen, the Netherlands, April 2008, report P7-7.

А27]. A.V. Khudchenko, V.P. Koshelets, P.N. Dmitriev, A.B. Ermakov, P.A. Yagoubov, O.M. Pylypenko, «Cryogenic Phase Locking Loop System for Superconducting Integrated Receiver», Abstract for the Applied Superconductivity Conference ASC-2008. Chicago, USA, August 2008, report 4EZ07.

Список литературы диссертации автор научной работы: кандидата педагогических наук, Казакова, Юлия Владимировна, Москва

1. В. D. Josephson, "Possible new effects in superconducting tunneling", Phys. Rev. B, vol. 1, p. 251, 1962.

2. P. W. Anderson and J. M. Rowell, "Probable observation of the Josephson superconducting tunnel effect", Phys. Rev. Lett., vol. 10, p. 230,1963.

3. Янсон И.К., Свистунов B.M., Дмитренко И.М., ЖЭТФ, 48, 976, 1965.

4. Shapiro S., "Josephson currents in superconducting tunneling: The effect of microwaves and other observations", Phys. Rev. Lett, vol. 11, pp. 80 82, 1963.

5. K.K. Likharev, "Superconducting weak links", Rev. Mod. Phys., vol. 51, pp. 101-159, 1979.

6. Иванов З.Г., Куприянов М.Ю., Лихарев K.K. и др., «Граничные условия для уравнений Элейнберга и Узадейля и свойства «грязных» SNS сэндвичей», ФНТ, т. 7, с. 560-574, 1981.

7. I. Giaver, "Energy Gap in Superconductors Measured by Electron Tunneling", Phys. Rev. Lett., vol. 5, pp. 147-148, 1960.

8. I. Giaver, "Photosensitive Tunneling and Superconductivity", Phys. Rev. Lett., vol. 20, pp. 1286-1289, 1968.

9. W. Anacker, K.R. Grebe, J.H. Greiner, S.K. Lahiri, K.C. Park and H.H. Zappe, "Lead alloy Josephson junctions", U. S. Patent Nr. 3, 733, 526,1973.

10. Специальный выпуск IBM, J. Res. and Dev., vol. 24, No. 2, 1980.

11. J. Halbritter, "NbOx growth and tunneling through NbOx", IEEE Trans. Magn., vol. 21, p. 858, 1985.

12. M. Gurwitch, M.A. Washington, H.A. Higgins, and J.M. Rowell, "Preparation and properties of Nb Josephson junctions with thin A1 layers", IEEE Trans, on Magn., vol. 19, p. 791,1983.

13. Z. Wang, A. Kawakami, Y. Uzawa, B. Komiyama, "Superconducting properties and crystal structures of single-crystal niobium nitride thin films deposited at ambient substrate temperature", J. Appl Phys., vol. 79, p. 7837, 1996.

14. A. Kawakami, Z. Wang, S. Miki, "Fabrication and characterization of epitaxial NbN/MgO/NbN Josephson tunnel junctions," Appl Phys. Lett., vol. 90, p. 4796, November 2001.

15. S. Morohashi, and S. Hasuo, "Experimental investigations and analysis for high-quality Nb/Al-A10x/Nb Josephson junctions", J. Appl Phys., vol. 61, pp. 4835-4849, 1987.

16. T. Imamura, T. Shiota, and S. Hasuo, "Fabrication of High Quality Nb/A10x-Al/Nb Josephson Junctions: I Sputtered Nb Films for Junction Electrodes", IEEE Trans, on Appl. Supercond., vol. 2, pp. 1-14, 1992

17. T. Imamura, T. Shiota, and S. Hasuo, "Fabrication of High Quality Nb/A10x-Al/Nb Josephson Junctions: II Deposition of Thin A1 Layers on Nb Films", IEEE Trans, on Appl Supercond., vol. 2, pp.84-94, 1992.

18. V.P. Koshelets, S.A. Kovtonyuk, I.L. Serpuchenko, L.V. Filippenko, and A.V. Shchukin, "High Quality Nb-AlOx-Nb Tunnel Junctions for Microwave and SFQ Logic Devices", IEEE Transactions on Magnetics, vol. 27, pp. 31413144, 1991.

19. Tucker J.R., "Quantum Limited Detection in Tunnel Junction Mixers", IEEE J. Quantum Electron., V. QE-15, No. 11, pp. 1234 1258, 1979.

20. Tucker J.R., Feldman M.J., "Quantum Detection at Millimeter Wavelengths", Rev. of Mod. Phys., v. 4, pp. 1055-1113, 1985.

21. Tien P.K., Gordon J.P., "Multiphoton Process Observed in the Interaction of Microwave Fields with the Tunneling Between Superconductor Films", Phys. Rev., v. 129, No. 2, pp. 647-651, 1963.

22. Tucker J.R., "Predicted Conversion Gain in Superconductor-insulator-superconductor Quasiparticle mixers", Appl. Phys. Lett., v. 36, No. 6, pp. 477479, 1980.

23. Day em A.H., R.J. Martin, "Quantum interaction of microwave radiation with tunneling between superconductors", Phys. Rev. Lett., 8, pp. 246-248, 1962.

24. McGrath W.R., Richards P.L., Smith A.D., vanKempen H., Batchelor R.A., Prober D.E., Santhman R., "Large gain, negative resistance and oscillations in superconducting quasiparticle heterodyne mixers", Appl. Phys. Lett., v. 39, pp. 655-658, 1981.

25. A.H. Выставкин, В.П. Кошелец, Г.А. Овсянников, И.Л. Серпученко, С.В Шитов, «Преобразование частоты на квазичастичной нелинейноституннельных переходов типа Nb-A1203 -Nb», Письма в ЖТФ, том 11, вып. 5, стр.290-295, 1985

26. V.P. Koshelets, S.A. Kovtonyuk, G.A. Ovsyannikov, I.L. Serpuchenko, S.V. Shitov, A.N. Vystavkin, "Refractory Material Superconducting Structures for MM-Wave Receivers", Extended Abstracts ISEC87, pp.111-113.

27. A.H. Выставкин, А.Б. Ермаков, A.B. Козлов, В.П. Кошелец, Ю.В. Обухов, «Автоматизированная система измерения и анализа туннельных СИС-переходов», Препринт ИРЭ АН СССР, No 3(478), 1988.

28. А.Б.Ермаков, Г.В.Прокопенко, С.В.Шитов, "Автоматизированная система для исследования характеристик сверхпроводниковых интегральных приемных структур", Под ред. В.П. Кошельца, препринт МГУ, 1999.

29. N. R. Werthamer, "Nonlinear self coupling of Josephson radiation in tunnel junctions", Phys. Rev., vol. 147, p. 255, 1966.

30. A. I. Larkin, Yu. N. Ovchinnikov, "Tunneling effect between superconductors in the AC field", JETF, vol. 51, p. 1535, June 1966.

31. W. L. McMillan, "Theory of superconductor-normal-metal interfaces", Phys. Rev., vol. 175, p. 559,1968.

32. W. L. Mac-Millan, "Tunneling model of the superconductivity proximity effect," Phys. Rev., vol. 175, p. 537, 1968.

33. A.A. Golubov, M.A. Gurvich, M.Yu. Kupriyanov, S.V. Polonskii, "Josephson Effect in SS'IS'S Tunnel Junctions", JETP, vol. 76, p. 915, 1993.

34. A.A.Golubov, A.W.Hamster, M.Yu.Kupriyanov, J.Flokstra, H.Rogalla, "Characterization of junctions based on multilayer electrodes for application as X-ray detectors", Proceedings of the LTD-7 conference, Munchen, pp. 16-17, 1997.

35. Голубов A.A., Куприянов М.Ю., Лукичев В.Ф., «Теория эффекта Джозефсона в туннельных структурах SNIS и SNINS», ФНТ, Т. 10, С. 789-795, 1984.

36. К. Uzadel, "Generalized diffusion equation for superconductor alloys," Phys. Rew. Lett., vol. 25, p. 507, 1970.

37. Ng K.K. Complete Guide to Semiconductor Devices. New York: McGraw-Hill, 1995.

38. Z. Wang, H. Terai, A. Kawakami, Y. Uzawa, "Interface and tunneling barrier heights of NbN/AlN/NbN tunnel junctions", Appl. Phis. Lett., vol. 75, no. 5, pp. 701-703, 1999.

39. S. Tolpygo, E. Cimpoiasu, X. Lui, N. Simonian, Y. Polyakov, J. Lukens, K. Likharev, "Tunneling properties of barriers in Nb/Al/A10x/Nb junctions", IEEE Trans. Appl. Supercond., vol. 13, no. 2, pp. 99-102, 2003.

40. G. Lewicki, C.A. Mead, "Currents through thin films of aluminum nitride", J. Phys. Chem. Solids 29, pp. 1255-1267, 1968.

41. В. Bumble, H. G. LeDuc, J. A. Stern, and K. G. Megerian, "Fabrication of Nb/AlNx/NbTiN junctions for SIS mixer applications", IEEE Trans. Appl. Supercond., vol. 11, p. 76, 2001.

42. T. Shiota, T. Imamura, and S. Hasuo "Nb Josephson junction with an A1NX barrier made by plasma nitridation", Appl. Phys. Lett., vol. 61, p. 1228, 1992.

43. N. N. Iosad, A. B. Ermakov, F. E. Meijer, B. D. Jackson, and Т. M. Klapwijk,

44. Characterization of the fabrication process of Nb/Al-A1NX/Nb tunnel junctions2with low RnA values up to 1 fijim ", Supercond. Sci. Technol., vol. 15, pp. 945-951 2002.

45. A. W. Kleinsasser, R. E. Miller, W. H. Mallison, G. B. Arnold, "Observation of multiple Andreev reflections in superconducting tunnel junctions," Phys. Rev., vol. 72, p. 1738, 1994.

46. Гершензон E.M., Голант М.Б., Негирев A.A., Савельев К.С., «Лампы обратной волны миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов волн», под ред. Н.Д. Девяткова. М.: Радио и связь, с. 135, 1985.

47. V.P. Koshelets, S.V. Shitov, A.V. Shchukin, L.V. Filippenko, J. Mygind, • A.V. Ustinov. "Self-Pumping Effects and Radiation Linewidth of Josephson

48. Flux Flow Oscillators" Phys. Rev. B, vol. 56, pp 5572-5577, 1997.

49. V. P. Koshelets, S. V. Shitov, A. V. Shchukin, L. V. Filippenko, and J. Mygind. "Linewidth of Frequency Locked Flux Flow Oscillators for Sub-mm Wave Receivers", IEEE Trans, on Appl. Supercond. 7, pp. 3589-3592, 1997.

50. V.P. Koshelets, S.V. Shitov, "Integrated Superconducting Receivers", Superconductor Science and Technology, vol 13, pp. R53-R 69, 2000.

51. A. Kawakami, Z. Wang, S. Miki, "Low-loss epitaxial Nb/MgO/NbN trilayers for THz application", IEEE Trans, on Appl. Supercond., vol. 11, no. 1, pp 8083,2001.

52. Z. Wang, A. Kawakami, Y. Uzawa, B. Komiyama, "High critical current density NbN/AlN/NbN tunnel junction fabricated on ambient temperature MgO substrates", Appl. Phis. Lett., vol. 64, no. 15, pp. 2034-2036,1994.

53. Z. Wang, A. Kawakami, Y. Uzawa, "NbN/AlN/NbN tunnel junction with current density up to 54 kA/cm2", Appl. Phis. Lett., vol. 70, no. 1, pp. 114-116, 1997.

54. Z. Wang, Y. Uzawa, A. Kawakami, "High current density NbN/AlN/NbN tunnel junction for submillimeter wave SIS mixers", IEEE Trans, on Appl. Supercond., vol. 7, no. 2, pp 2797-2800, 1997.