автореферат и диссертация по педагогике 13.00.02 для написания научной статьи или работы на тему: Совершенствование школьного физического эксперимента на основе применения оптического квантового генератора на уроках физики

Автореферат диссертации по теме "Совершенствование школьного физического эксперимента на основе применения оптического квантового генератора на уроках физики"

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН АЛМАТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АБАЯ

pro од

На правах рукописи

|

ФАЙЗУЛЛАЕВ АБДУАЛИ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ШКОЛЬНОГО ФИЗИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ ОПТИЧЕСКОГО КВАНТОВОГО ГЕНЕРАТОРА НА УРОКАХ ФИЗИКИ

13.00.02 — методика преподавания физики

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук

Алматы, 1996

Работа выполнена в Казахском государственном женском педагоги-песком институте.

Научный руководитель: доктор педагогических наук, профессор КУДАЙКУЛОВ М. А.

Официальные оппоненты: член-корреспондент HAH PK, доктор физико-математических наук, профессор БООС Э. Г.,

кандидат педагогических наук, доцент КЕНЖЕГАЛИЕК К. К.

Ведущая, организация: Казахский государственный Национальный Университет имени Аль-Фараби.

Защита состоится «28» июня 1996 г. в 12 часов на заседании специа-лизнрованногао совета К. 14. 05. 03. в Алматинском Государственном университете имени Абая по адресу: 480100, Алматы, пр. Ленина, 13.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Алматинского Государственного университета им. Абая.

Автореферат диссертации разослан « » 1996 года.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат педагогических наук, доцент

\<» АБЫЛКАСЫМОВА А. Е.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Учебный физический эксперимент является основном средством наглядного метода препода-2алия окольных дисциплин. Школьный физический эксперимент вносит оцутимый вклад з политехничс-ску» подготовку учащихся, так как он способствует ознакомлению пкольникоз с глазными направлениями научно-технического прогресса, Сизпческлгж основами приборов,технических устройств,технологических установок.

Ссзерпенсгвоаание пкольяого физического эксперимента должно соответствовать современном'/ уровня развита:: науки к техники (электронной, ионной, лазерной, оптической, гологрз-фической, радиотелевизионной техники л г. я.).

Дидактические основы пкольпого физического эксперимента исследовались Я. Л. Галаннныи, Д. И. Глазгрины«, В. С. Зворыкиным, А. А. Покроьскки, К. >1 Wa.xMa.eauu, К. А. АЯизнолым, V. к. Ку^ъПкуло-за;, А. 3. Кзримозой, Б. Т. Тасбилаговым, К. К. Ке-.гжегалнезым и др.

Соз.ремэннкй пколт-.ный курс физики обогащен элементами изучения квантовой теории, /силпзгзсс;:!.:;; теоретическую основу оптики,которая позволила бы рассмотреть практическое применение оптических кзактовых генераторов (ОлГ) - лазеров, зоэыс-х-ность использования ::х з окольном физическом эксперименте впервые (1971 г.) была описана з диссертационном исследовании А. Т. Глазунова.

В исследовании А. Л. ^рякоза была предложена разработка. модернизации промышленного оптического квантового генератора типа ЛГ-20Э, малогабаритного газового лазера как учебного прибора для демонстрации опытов в екольном физическом эксперименте (ЕЮЭ).

Необходимость применения ОКГ з ПШ была высказана Л. И. Резниковым и з книге В. Л. Яворского, Б. В. Стручкоза. В диссертационной работе А. Т. Глазунова был разработан только факультативный курс '..по физике •• с применением О К Г.. Несколько вариантов демонстрационных опытов с применением ОКГ по волновой оптике описаны а статьях 3. ЕСпирантовой н И. В. Шароновой, А. Г. Восканянз и 3. М. Калинина.

Применение ОКГ в ПК>Э, как одного иг вариантов действующего ныне учебного ОКГ, предложенный А. И. Киряковим не был

достаточно физически и практически пригодным, экономически выгодном, чтобы стать достояние),: всех пкод без исключения. Предложенный 1 I прибор в течение двадцати лет но йог найти пирокого применения з школах.

Время к практика показывают, что учебный лазер ЛГ-20'Э, модернизированный А. К. КирякоЕым не з полкой меро соотгетстзу-ет требованиям ЕСЭ. Его одноблочная конструкция не дает возможность плрокому применению во многих демонстрационных опытах по геометрической оптике, в лабораторных работах и а организации исследовательской работы учацпхся.

Р методической литературе- предел применения малогабаритных лазеров з ЮЗЭ ограничивается демонстрационными опытами. Для применения учебного лазера в демонстрационных опытах по оптике потребовалось видоизменить конструкции суцествуюэдх приборов, что приводит к затрате времени и ¡.гагериалов: например, для демонстрации законов преломления и отражения света с оптическим диском потребуется переделка его"во врагфяцйЯ; вместе с вращением диска врасдется гакрепленная на ней ояти-ческая система; изменение угла падения луча относительно оптической детали происходит поворотом диска. Бто, з свою очередь, приводит к отвлечения внимания учащихся от основной идеи излагаемой темы урока.

Одной кг немаловажных проблем соворпехствовання Е®э с' применением ОКР является снижений стс..мости учебного лазера. Он является самым дорогостоящ«.: школьным прибором,' . что яви-, ло^ъ основным критерием трудностей а приобретении ;его. пколз-мк. Замена истаччаса питания промысле иного лазера не. скальный прибор намного сникает стоимость лазера. Применение излучателя отдельно от блока питания доот.вогшлзоегь- :л:ро;-;ому использовании его а комплекте с другим;: пркбориш. Прпмгненпс-икр з демонстрациях с оптическим дискои, как осветителя заметно повышает эффект демонстрации. Лазерной луч, проходяцпй через оптические детали (ариз:.21, линзы) виден.о.четливо.

Лазер, благодаря свое?- отличительной особенности, а именно,по превосходству в спектральной яркости,незначительной расходимости луча, высокой,монохроматичности, удовлетворен!;;: требованиям временной когерентности и т.д.,во внедрении в ШОЭ может оказать заметное усовершенствование Физического образо-

занпя з средней пкоде. .

Для демонстрации таких физических явления, как интерференция, дифракция-и поляризация сгета необходимо лазерное излучение, как когерентный, монохроматический и поляризованный луч. Демонстрационные опыты с применением лазера требует к себе особого внимания как при подготовке, та:: и во время демонстрации. Опыту по демонстрации волновых свойств электромагнитного излучения не требувт тщательного затемнения, а а некоторых опыта:-: мо.-шо обходиться без затемнения. Это одно из преимуществ применения лазерного излучения. Хоросая зидчмость объекта демонстрации способствует лучпему зосприятиа опыта, излагаемого материала и болео глубокому понимания изучаемого явления.

. Ранее" приг.еняем'Л лазеру (ЛГ-55, ЛГ-56, ЛГ-20у) в методическом '. о".!»о -гении имеют существенные недостатки, а именно: громоздкая' конструкция излучателя не дзет зозмолность пркиэ-кятъ их в комплекте с приборами сколького оборудования. Модулированное излучение необходимо з некоторых опытах демонстрационного - эксперимента я при "проведении внеклассных работ с применением лазера. В вышеуказанных лазерах модуляция излучо-ккг не предусмотрена. Излучатели дол.ул-:ы быть конструированы отдельно от источник?., благодаря чему становится аозмохяы!. его пнрокое применение зо .многих небных экспериментах.

Следовательно, такая недостаточная разработанность проблемы физического эксперимента в пколе и противоречивая ситуа-методического аспекта послухил: основанием для выбора в качество темы настоящего диссертационного исследования по со-зерзэкствовзяня ГШ ка основе,применения ОКР и выдвижения его з число актуальных проблем методик;! преподавания физики.

Объект исследования;. процесс обучения физике в средней зколе.

Предмет исследования: пути совершенствования физического эксперимента с применением ОКР на уроках физики.

Дельо исследования была отыскание наиболее существенных вариантов совершенствования Ш2 на основе применения ОКГ, обеспечивающего наглядность, качественное познание законов и явлений физики з изучении отдельных тем и разделов оптики, ядерной физики, квантовой физики, т-эллофизики.

Гипотеза исследования заключается в том, что если осуществить системную модернизации как техники, так и методики ШОЭ с применением усовершенствованного ОКГ типа ЛГ-78, то такая система физического эксперимента будет способствовать повышении качества преподавания физики, углублению теоретических знаний и практических умений учащихся.

Задачи исследования; 1. Реконструировать промысленный лазер типа ЛГ-78, приспособив его для учебных целей.

2. Разработать методику к технику модернизированных опытов и лабораторных работ и проверить его эффективность на уроках.

3. Соверсенствовать приспособления для демонстрационных опытов, где применяется индуцированное световое- излучение.

4. Разработать способы применения модулированного излучения ОКГ в условиях пкольного физического эксперимента.

При ресении поставленных задач и проверке рабочей гипотезы применялись следуа'дие методы исследования:

1. Изучение и анализ отечественной и зарубежной методической литературы по соверпенствопанпа лшодьлого физического эксперимента.

2. Разработка демонстрационных опытов к лабораторных работ для их модернизации и упрощения с применением ОКГ.

3. Проверка эффективности демонстрационных опытов л лабораторных работ с применением модернизированного ОКГ типа ЛГ-78.

Проблемой исследования является дидактическое обоснование применения ОКГ за ШФЭ -л разработка методики и техники проведения модернизированных опытов и лабораторных работ на уроках физики.

Методологической основой диссертации служит теория познания, теория и практика физического эксперимента, дидактические принципы обучения.

Теоретической основой исследования являются труды видных ученых мэтодистов-физиков, основателей отечественной методики преподавания физики (Д. Д. Галанин, П. А. Знаменский, Е. Я. Горяч-кин, А. 3. Перидия» А. А. Покровский, Е. Г. Разумовский, Л. И. Резни-

коз и др.); известны", методистов-экспериментаторов, чьи труды послу;с;ли основой данного исследований (А. И. Глазырнн, л. Т. Глазунов. Н. М Еахмзез, Б. С. Зворыкин, 3. А. Вуроз).

Рэдупая т;д ея исследования состоит в том, что совершенствование пкольного физического эксперимента на основе применения ОМ? обеспечивает развитие мыслительной способности учащихся на уроках, эмоциональное .' воздействие учебного материала на обучаемых и, те:-; самым, повышает дидактический потенциал физического эксперимента з пколе.

Базой исследования являлись экспериментальная скола-интернат .И 2 СШ. II 85 г. Алмзты, и СИ имени Абая г. Каске лен Алмзтпкскс.й области, где участвовали 2-1 экспериментальных контрольных \1зссоз.

■ / [Роцезура псслезозакпя. На парном этапе .зсуг-ст-

;вилось нг.учен/' э философской и методп-гесксй литера туры, ссето-,т;г;ю учебяо. о физического эксперимента, зарубе;жгт методической литературк, которое обусловило выбор темы диссертациокно-. го исследования. Сопоставлялись сколькый физический эксперимент с ОКГ с традиционной методикой и техникой постановка эксперимента. . Исследования данного этапа (1977 - 79 г. г. .) носили, з основном теоретический характер и содер-:<зез*9 обеухдзлось методистам;:, отражалось з докладаз на педагогических конференциях и опубликозалссь научно? статьей. . Это был констатирующий этап насегс исследования. . •

Второй этап (1950-83 г.г.) был поисковым. Продолжался анализ публикаций по. теме исследования. Рьзрабатызалисг учебные , гадания. Подготовились несколько варианте: .»гэдернизярозангт демонстрационных опытов. Проводила« экспериментальная лрозерка з сколах.

" На третьем этапе (1984 - 8'3 г. г.) были разработай .методика я' техника постановки 1-1 демонстрационны: . опытов ..• я,. • мэгодакз проведения 2-х лабораторных работ. 3 педагогическом эксперименте принимали участие 59-учздиксн, та них 225- з экспериментальных класса: и 269 в контрольных классах.

Еа чэтзерток этапе (1990 - 95 г.г.) проводил?;

повторный обучающий педагогический эксперимент и были оформлены результаты научно - педагогического исследования - в ьиде диссертации.

Теоретическая значимость исследования заключается в toi;, что применение лазера в пкольном физическом эксперименте повышает уровень технической оснащенности учебного оборудования, активизируе'; познавательную деятельность учащихся.

Практическая значимость исследования в том, что его результаты могут быть использоЕанк для со-зергекствованля школьного .физического эксперимента с применением технических средств на уроках физики.

Научная новизна видится в следующем:

- модернизация 14 демонстрационных опытов с применение«

О КГ;

- разработка 2-х лабораторных работ на основе использования ОКГ;

- разработка методики и техники применения ОКГ в демонстрационных опытах на уроке физики и л проведении лабораторных работ.

Реэулетать' исследования:

1. Совершенстювание п;:от"-.кого физического эксперимента на основе применения ОКГ.

2. Модернизировав промыиленкый малогабаритный газовый ОКГ типа ЛГ - 78 малой мощности, упрощающий гее демонстрационные опыты и лабораторные работы с его применением, где необходим монохроматический, когерентный и узкокапрагл-зиннй источник света.

3. Разработка методики и техники демонстрационных опытов и лабораторных работ с применением модернизированного ОКГ типа ЛГ-73.

4. Подтверждение гиптезы о методической целесообразности, экономической выгодности и педагогической эффективности , применения модернизированного ОКГ типа ЛГ - 78, на уроках физики. Практические предложения и рекомендации:

- включить к серийном/ выпуск/ высоковольтный школьный преобразователь "Разряд -I" согласно напей' модернизации, споообствуацип применении его как блока питания О К Г типа ЛГ - 78;

- использовать учителям физики подготовленные нами методические . разработки по применению ОКГ з

Обоснованность • и достоверность выводов и рекомендаций в созерсенстзозании школьного физического эксперимента с применением О К Г обеспечивается комплексом использованных методоз ¡«следований, адекватных предмету, цели и задачам исследования; широкой апробацией полученных результатов и по-.-ожительной оценкой их упгтелями и методистами; зкепериментапл эЛ проверкой методических разработок нз уроках физики; достаточным количеством участников педагогического эксперимент?.

На зааь: у гыносктгя

1. Система модернизации промышленного малогабаритного газового 0 л Г малой могщостл типа ЛГ - 78 с заменой его питания с:-:ольны:л высоковольтным преобразователем " Р а э р я д - I ";

2. Совершенствование методики и техники проведения демонстрационных опытов и лабораторных работ с применением модернизированного ОКГ типа ЛГ - 73 на уроках физики.

Апчобация и практическое внедрение. Результаты исследования были представлены нз Всесоюзных конференциях по вопросам методики преподавания физики ( г. Карчи, Узбекистан, 1931 г. ), на V Всесоюзных " Педагогических чтениях " ( г. Алма-Ата, 1979 г. ), на методических конференциях преподавателей В У 3 ов ?К ( КазПИ . имени Абая, НИШШ икени Алтынсарина и КаэГосЯеяПИ в 1980- 92 г.г. ). Ка выставке ВДНХ Кзз. ССР модернизированный ОКГ типа ЛГ - 78 с модулятором ' как один из лучаих экспонатов был удостоен денежной премии и диплома 1-ой степени ( Постановление Республиканского Комитета В Д К X Каз. ССР, Н 1, от 04.06.198-1 г.).

Публикация. Основное содергание диссертации отрадно в 6 статьях с объемом 2,5 печ. л.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения , трех глаь ( девяти ■ параграфов ), заключения (125 стр. текста), библиографии ( 171. наименований ), 27 рисунков, 3-х таблиц.

Во введении диссертации обоснован выбор темы и изло.чен научный аппарат диссертации.

Е первой главе "Дидактические основы .совершенствования пкольного физического эксперимента с применением оптического квантового генератора." приведен анализ ранее применяемых промышленных, малогабаритных газовых лазеров в скольксм физическом эксперименте. Описаны общая , характеристика гелий -неоновых ОКГ, и принципы их действия.

Определены возможности применения Û К Г в скальном фигпческом эксперименте. Разработаны методические требования к ОКГ как ■ необходимые ' . условия ■ при- • мененкя их в учебном физическом эксперименте.

Во второй глазе м ©иэико - технические . принципы изучения оптического квантового генератора а процессе преподавания скольнога курса физики " доказаны ¡эйшко- : технические принципы изучения ОКГ" з ЕО Э.

Приведены методические и/, технические рекомендации для модернизации: промыгшлшого: ОКГ- типа ЛР - 7В, соответствующего требованиям учебного .. . физического скс-' пернменга вкэлы.- Указаны , ка зогмогласти дастп^знпя экономического эффекта в модернизации малогабаритной маломощной газовой устгновк;: Jû1 - 78. Одисаак способы модуляции • и применение модулированного излучения ОРТ В шээ.

В_третьей главе " Lfc-тодпка применения ОКГ

з Ш о э " приведены описания 2 лабораторной работы с применением ЛГ - 78. в лабораторной работе "Определение теплового коэффициента линейного • расширения твердого тела" основной идеей было использование метода светового рычага л медигинского электронагревательного пояса. Постановка лабораторной работы

" Измерение показателя преломления жидкости " основана на калуо расходимость лагерного луча, который определял более точно координаты предмета на дне ак-зарЕ7на. ■

3 заключения диссертации приводятся общие выводы и перспектива. исследования.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ '-."/.

В первой главе изложены дидактические особенности применения ОКГ в учебном эксперименте. Анализировалась серии промышленных лазеров, отвечавшее требованиям скольного физического зкепернмэнта.

Модернизированный А. И. Еирякоаым.учебный лазер ЛГ - 203 не отвечал екольнии требованиям, разработаны требозакия/. отвечайте дидактическим принципам обучения. Ранее пригоняемые лазеры имели следупцие недостатки:

1. Необходимость дополнительной гзстлровки. £ Едикоблочность излучателя с: блоком питания, ограничивающая возможности применения в комплекте с другими приборами.

3. Излучатель, с подогреваемый катодом требует .частой , тренировки при максимальном toks нагрузи;;. Sro приводит к быстрому выходу трубки из строя.Бег гренирозня излучатель прекращает генерации,*, е. '.'ври' мэксиагаааои н&врзяешш ка -выходе блока питания возбуждение активного елэшкта станет пс-^озмокнкм. '

4. трубка' с подогреваема катодом •имеет макешздкшй срок эксплуатации.. Сличив'а ■ трубке подогреваемого катода приводит _ к увеличена - диаметра излучателя. Еольпие габариты . ограничивают его предал применения.;' . ' .

Перечисленные '..'недостатки' -. ЛГ - ■ 209 'мепгзт частичному переводу учебного акспериыг-нта со-скодькога оО.арудозанп "на соарскенну» -техничгаку» - установку, способстзуядуя шэнава- '.'■ тельной акгетносгк'згчаадсяу • активизации профариептацпенной -работы з учебно*. процессе разапти-о-технического творчества ^

ВК0ЛЬВ1ГК02.

С учетом указанных требований нами разработана -правила техники примэнонпя ОКГ а Е5Э: . -.-'•'

1. Учители необходимо- - убедтса -з бевупреадостк всей-установки по заранее разрабзташюй схеме демонстрация." '

2. Проверить зазеилнкциэ . я контактные- провода. прпЗороа - и приспособлений.

3. Произвести ' запториваниэ согласно указания 2 описан::;: деыонстрационзого опыта..

4. Катагорпчаскя . исключается попадание . лазерного ■ луча на -учащихся.

5. Для экранизации результатов демонстрации применять зкран с гипсовым покрытием. -5. При необходимости мохно извлечь излучатель из предохраня-;вцей трубки и демонстрировать излучение.

7. При . демонстрации законов геометрической оптики необходимо -установить на оятическуп сзйбу излучатель до начала демонстрации.

,Методика применения лазера з демонстрационных опытах как монохроматического источника света в разделе волновой оптики ' многообразна. Есть демонстрации, которые необходимо проводить о "белым" светом и. с ОН? одновременно. При такой постановке опыта легко убеждают учвгргхся з .том, что результатом нагог.е-ни« дзун когерентных сзетовык волк является темные и сготлкэ чередугагесл ггртиш интерференции или дифракции. Чередование " л? радузкн^ яз тин откосят к частные, случаям интерференции и днфракщп:: . г-сз?. ■'результат диспергирования двух когерентных световых. л^з-' при згх встрепз за бипризмой или нктьс.

- ', Во ~ второй глазе сделан критический анализ учебнику физики 11 класса относительно м-этодики изучения темы "Лазеры".

'"'3 дейстзугде;,« учебнике физики - 11 методика изложения "Лазеры" -.разрз5озг2Ка".'-явно не-в яользу учащихся. 3 параграфе 2-1. приведено 95 слов, высказанных Н. Г. Басовым, звучании как лирическое отстугггекие, не имеющее методической цзкности. 3 этом параграфе' отсутствует четкое структурное чаегаш», выделение выводов или определений. Затемнены вах-пейниз полоиаякз л попятил. • - .

•- Учэбкгк ' как ' ззяяейзнй' инструмент учащегося в

пркоЗрэгекки знаний долг.еъ* обеспечить естественно-научную нззразлеянссгь обучения, ессс~:ть научно достоверные факты в ссзтзэтстзп:: с ¿агрекэнйык' урозкем развития физики и техники . з зредэлзх поэнавгтздааой способности ученика. Но .мы видим в . одеой только те?/.? учебника обилие погрешностей, не соответствуй™::-: принципу научности обучения. Например, не достоверны '■.¿¿здркч&скиз факты,создания лазера. Как создатели лазера на первый план выдвинуты Е, Г. Басов, Д. К. Прохоров. Ib.ni был создан -микроволновый- генератор радховолн, : за что были удостоены ' Яэбедазской -ярэ:лга,'но уикрозоляоаый генератор радиоволя /далеко но оптический квантовый генератор (лазер). Сактичес-

- u -

ка, впервые в CIA в 1950 году американским ученым Алл ДЗшван ; была выдвинута концепция о возможости создания посредством электрического разряда инверсной населенности уровней з газовой смеси гелий-неон. Его идея была оправдана созданием :им ■ самим оптического квантового генератора с активным элементом гелий-неон. Подобные неточности в учебнике-снижаю® его методическую ценность.

Далее азторы учебника триады., упоминают имя академика' Е Г. Басова, ничего толком ; не объяснив о'самом лазере, переходя к его свойствам. В учебнике Г. Я. 2йщпзза, 3. Е. Еуховце-ва , сеойство лазерного калечения .объясняется; как ' его "существенное преимущество" по сравнению с другими источниками света и заканчивают "свойство" перечислением трех разновидностей преимуществ лазерного излучения. ■ .',*•.

Нз нао взгляд каг.ется неверны:! • определзш».-индуцированного излучения, если это определение. В нам говорится, что ..."Под индуцированным- излучением сошкаетсн излучение воз-, буаденных атомов под.дей^твизм пвдаащего на ки;с света". необходимо указать, что.' определенная клана..волны . • света макет взаимодействовать с возбужденными атомами. Учащамся. известно, что не всякий ese? с прокзаолькой дкшой волны-мо-. 3S9T возбукдать- атом. Далее повторял»' зги• уса&рзде}«® • & кваа-товом ракурсе:"на языке квантовой теории зынуадгнноз- излучение означает переход атома из высшего анаргетлчзекого состояния в нгзсее/ ко. не самопроизвольно, как.при обычном яик, а под влиянием екоеиого воздействия". На каком бы языка на объясняли автора своим читателям, ясно одно - нндуцирозникое излучение не .осуществится,'.; .если ке ' выполняется"' условие инверсной населенности.

Авторы выделяет выражение: "... "ззозникшаг при ккдуцзгро-нанком излучении световая волна но огдичаэггя от.' голнк,. падающей на атом, ни частотой/ як, £гзой, их поллрлзгцпей". Известно ли авторам то, что рублк .-■ одноосный■'крпстгял, что, если геометрическая ось кристалла рубина, кг которого изготовлен стержень, параллельны с главной' осью стерхвя, то излучение лазера в этом случае неноляризовано. Рубиновый лазер ио-аат испустить поляризованный луч в том случае, если геометрическая ось кристалла перпендикулярна с оптической ось» сторж-

ня„ Тогда о какой поляризации индуцированного излучения азто-ра потели сказать?

Считаем-методически целесообразным разъяснение учапямся четырех. необходимых условий получения лазерного луча:

. 1. Атомы из. основного состояния под знэпним воздействием (электрический разряд, световые кванты и др.) выводятся ка 2НСПИЙ энергетический уровень.

?.. Возбужденные атомы из высязго уровня спонтанно огус-нзятсп на уровень инверсной заселенности, где некоторые приобретут мэтастабильное состояние я концентрируется болотам яолпчастзом, чем атомы на основном уровне.

3. Для создания, индуцированного излучения на возбужденные атомы-, на инверсно населенном уровне необходимо знеснее воздействие (электрический разряд, световые кванты я др.)

4. "ли усиления индуцированного излучения необходимо создать резонаторы,- с зеркальными отражателями на и:; стзор-

■■ Надобный .подход к рззгяснени» темы "Лазеры" обеспечит бслзе глубокое,- .полное и правильное отражение действительности.- -.

3S 2.2, излагается- модернизация промысленного,малогабаритного,. калой'мо^дкссзя гелий-неонового лазера. ЛГ - 78 атомарный с. возбуждением продольным тлездим разрядом, немодули-роззяняй, предназначенный для использования в указателях ная-разлезяя,-. системах считывания . информации и для юстировки .слогсных сятячеек;"': сиотсм. Он излучает световые волны длиной SS28 Лf ' 3-: красной частя спектра. - Модность излучения

не, :гекее:-£' м2?, • Штрзйляемая яоцность не более 30 Вт.. Ток разряде* активного злешнта. з- пределах - 3-5 мА. Излучатель имеет e'aJœ.-.мив1й;алзнкэ, габариты по сравнения с другими газовый* -лазерами oseч о с т в э н яо г о производства. Длила излучателя 23 си. , дяаматр - 3,5 см., масса - 700 гр., габариты источника питания 201' X 168 7. 175 ш.

Лзлучахель ЛГ-78 состоит яз оптического резонатора я активного элэмэнта, заплаченного з стеклянный резервуар, резервуар .. закреплен в ■ алюминиевом корпусе с- поюпя»о компаунда. Алямяниевый корпус излучателя закрыт с двух сторон краяка^я, а с задней частя корпуса прикреплен блок балластных сопротяз-

денкй. Оптический резонатор состоит из двух сферических зеркал с диэлектрическим: покрытием.

Данная установка отличается устойчивостью в работе, излучатель не требует регулярной тренировки. Габариты излучателя соотаетстЕуэт комплекту приборов по геометрической оптика.

Но сирокие технические возможности и сложность конструкции повышают стоимость установки. Прибор не соответствует экономическим возможностям аколы. .Источник-питания лазера по стоимости намного превышает стоимость самого излучателя.

С целью заметно удепезить стоимость лазе-ра и рзспприть ' согласованность его со пколь1гмми физическими приборами мы ре-пилл модернизировать существующую конструкций скального при-, бора "Разряд - 1".

В ¿Г3.2. модернизирована постановка 14 демонстрационных' опытов по вольной физике. Лодервизврсвгны' приборы для демонстрации колец Ньютона, дифракционная решетка, лереоска-цены приспособления как модулятор. ветозого сигнала. модуляции светового сигнала в скольких, условиях : зпервыа был предложен автором данного исследования з докладе аа V Всесоюзных педагогических чтениях.

Демонстрация осцкллограгнровакия механически когэбакий в пункте 2 /з.2. третьей глааы"диссертация отлячазтея принципиальной новизной а постановка. Сложение гармсгцуескпх колебаний механического происхождения.ранее, -не- демонстрировалось. Посредством применения "светового рвггага"' м скавнроэзкяз'С вращаадимся зеркалом . нам удалось демонстрировать с^охэкил двух колебаний, направленные взаимно перпендикулярно. Такие рассчитать ех частоту (кратную) относительно- друг друга, разность фазы двух колебаний по фигуре Лис сану.

В /3.3. проверена'методическая.целесообразность усоззр-иенствованных физических опытов, педэксперименхом..

В самом начале с учетом анализа демонстрационных зозмох-ностей в окольном физическом эксперименте ОКГ т?шо2 £?-55 и ЛГ-209 нам удалось модернизировать,, частично добавляя хз устройство элементы внешней модуляции (см. 2.8), Б в ОКР типа ЯГ--78 был заменен источник пктания (см. . 2.2), способствовавши созериенствозать методику и технику вроведевял 14 демонстрационных опытов и 2 лабораторных работ по курсу физики об-

ЛГ-73 """Разряд-I"

»/.О^Н:МЗИ?ОЗ^ЧКЫЙ СНГ там ЛГ-78

Рис Л.

I Т> s "

iи tiг

! J Hl¿'

41 нЖ

пщх H M I

le rl-îïi-

•■^ж-а s * ; T*

iv»

îtî. _ •

H .. .4-VÚÍ

шнципия&НАЗ ыапун-.ааса

СХШЛ „АНЛЦЛ-Г

Рис.2.

пеобразовательяой еколы. Нам удалюсь экспериментально непосредственно в икольных условиях на тег хе лазерных установках тяяоз ЛГ-56, ЯР-209 я ЛГ-~8. (В целом, на педагогический эксперимент были аынесеяы 14 демонстрационных ояьгтоз и 2 лабораторные работы. Перечень их приведен в отдельно« списке с указанием взаимосвязи со якольными параграфами курса физики). Мы ставили целью перед собой выявление технических-преимуществ и методическую целесообразность модернизированных нами опытов.и лабораторных работ на основе полученных результатов экспериментального исследований.

Для проверки методической результативности, усовершенствованных наш; физически экспериментов.мы отобрали 5 демонстрационных опытоз:

1. Демонстрация практических применений полного отражения света. (Сизяка ~ 10, 1981, Оптика, гл."Геометрическая оптика", $73. Полное отражение).

2. Наблюдение поворота плоскости поляризации^ лазерного излучения. (Оязика - 10, 1981, Оптика, гл. VII. СВ5Т0Вые волны, ¿90. Боперечвость световых волн. Поляризация света). .'

3. Опыт по инфракрасному излучение. '(0язика - 10, 1981, Оптика; гл. IX. Излучение и спектры, ¿103. Инфракрасные я ультрафиолетовые излучения).

■4. Демонстрация принципа воспроизведения звука в кино. (Оизкка - 10, 1981, Оптика, гл. X. действие света, световые кванты. /118. Запись и зоспроигзедеяие звука в кино).

5. Демонстрация принципа системы лазерной связи. (Свзика - 10, 1981, Атоиная и ядерная физика, гл. XI. -Атоетая физика; 125. Квантовые источники'света). '

На основе этих демонстрационных опытов:в яе^акслэриызнте 1Ш задавались целью показать:

1) физическую сущность инфракрзсяых лучей (фззикг - 10, /Ю8). , :

2) принцип системы лазерной связи (физика - 10, 125).

3) принцип воспроизведения ззука в кино (физика -'10,

Уне).

4) пабдвдение поворота плоскости иолярязшц1Исгета(фя-эика - 10,-/73).

£ экспериментальных классах деконстрировалнопыты с по-

жая лазерных приборов ЛГ-56, ЛГ-209 и ЛГ-78, а в контрольных классах -этих тем проходили традиционным методом и опыты 'демонстрировались ц источником света - лампой накаливания. Учащимся -экспериментальных и контрольных классов соответственно указанным опытам задавали 5 вопросов. Ответы на них получали путем проведения контрольной раооты, письменного анкетирования и устного опроса учащихся, а оценивали их ответы "о пятибалльной системе и ставили в классном журнале. Кроме того, по отдельным темам провели сравнительный качественный анализ ответов пкольни'ков.

2опрссы были следующего характера:

1. Где может применяться закон полного отражения света?

2. Что такое поляризация света? Какие виды плоскости поляризации Вы знаете?

3.Чем отличается инфракрасное излучение от других излучений?

4. Каким способом добиваются сопровождения изображения на киноленте со звуковой информацией?

5.Какие преимущества имеет лазерная связь ня практике?

Для опытко-эксперимзнтальной проверки наией гипотезы мы

выбрали Республиканскую. экспериментальную сколу-интернат N 2(учитед:> физики - С. Туякбаез), среднюю общеобразовательную пколу Н 86 г. Ллматы (учитель физики - Г. Аяигалиева) и среднюю сколу им, Абая г. Каскелен (учитель физики - А. Ткнкбаеза).

Таблица I.

ИТОГОВЫЕ КОЛИЧЕСТВЕННА РЕЗУЛЬТАТ!! ОГНГПО-ЭКСПЕКЙ^ИТЛЛЬНСП

РАБОТЫ

1 УЧ. годы

ШКОЛ Ы

Среднее значение в баллах

В эксперимент, классах

В контрольных классах

1979 30

1. Шк. -инт. N2,г. Алматы

2. СШ N 86, г. Ал;.;аты

3. Каскелен. СШ им. Абаа, Алнагинская обл.

Всего

3/8

3,6

3,3

о л и, 1

3, ы

о ч

з,:

1380 81

1. Шк. -лит. N2,г. Алматы

2. СШ N 86, г. Алматы

5. Каске лен. СШ им. Аб-.я, Алыатикская обл.

сего

3,7 4,2 3,5

3,3

3.0 3,4

3.1

1981 82

1. Шк. -инт. N2, г. Алматы

2. СШ N 85, г-Алматы

Всего

3 * 9 3,6

3,7

о,

3,0

3,1

1991 92

1. Шк. -инт. Н2,г. Алматы

3,7

1,0

Итого

3,8

3,1

/-. уч-хся, о?р-'<ся на удов и хор

кс.кл.на хор

экс.кл.на удов

кон.кл.на хор

I -г кон. кл. на"удов"

5 Вопросы

12 3 4

Рис.3

График успеваемости учащихся (в % от общего количества их) по гыбракным экспериментальны.! темам на оценки "хор" и "удов" в экспериментальных классах Сэкс.кл.) и контрольных классах (кон.кл.) по 3-м школам.

Опытно-экспериментальная рзбога. проводилась самим диссертантом и по его плану учителями физики этих школ. Е принимали участие всего в экспериментальных классах - 225, а 3 контрольных - 289 учащихся з 1&79 - 80, 1980 - Si, 1981 -82 к 1991 - 92 учебных годах (Таблица ¡í I).

Основное содержание диссертации опубликовано з следуаци; работах диссертанта:

1. Вибратор к волновой ванне (stcoa3TcpcTte). /Лособис для учителей "Сизическпй эксперимент в сколе". Ы. , 1975. С. 105-108.

2. Применение модулированного , излучения . оптического квантового генератора в пко.-ьном физическом эксперименте. /: сб. "СоаергенстЕОзакие методики обучения в общеобразовательны: сколах". ЕИКПН им. Алтынсарипа. Алма-Ата. 1379. С. 75-80. "

3. Всесоюзные педагогические чтения. (Тезисы).'//"Физик: В ЕКОле". 1979. Я 5. С. 3 4. ' - ч .

4. Применение лазера в процессе•лабораторных работ и : демонстрационных опытах. /В сб. "Совершенствование методик: обучения б общеобразовательных пколах Казахстана". • 'Алма-Ата. 1979. С. 61-64.

5: О методике применения лазера в демонстрационном зкс перименте по оптике (в соавторстве). /В сб. "Проблема трудо вого воспитания к образования в школах Казахстана". Алма-Ата 1982. С. 116-127.

6. Кернекхлхк тшмдзЛйП. Кдэак,стан мактебг. 1936. й 7 С. 49-51.

7. Методика изучения темы "Лазеры" в ¡¡¡кольнем курсе фи зики. /Методическое пособие для учителей физики (з соазто?с тве). Алматы, 1994, - 16 стр. А—Згбг

8. Применение оптического квантового генератора в сколь ном физическом эксперименте. /Методическое пособие для учите лей физики. Алматы. Тип. ОД. 1996. -22с. . _ , : .

Сайауллаев Эвдуэлх. Сизякз сабанрарыяда овтхкамык лазят генераторын пайдэлану яег131 яде мектелтеа фяаикажик тэяря-белерд: лд! ру.

12.00.02. - фиаякаяы ох&ту эд1стеива.

1.'эктеп окулыгыкдагы "Лазерлер такнрыбыя ок^тудыц тэс!л:~ Н1Н дтрыс жолга койылмагандыгыя автор ескерте келе, кзз^рп окусылар танывдарыныц децгейзяе сай келмейтгньче зерсалу кахеттзпя айтыя етт1. Ол такырыпты окытудагы ескзрерлхк дай, ол лазердщ сэуле скгарардаги физккалык процесстердщ жгру долдзрык оцушларга лете ттс^ндаре б!лу едк

Б?л диссертацг.адык; зерттеулерде елпазде ¡пыгарылгаи кзлтегев лазерлерд!ц физикалы^, техкикалыц сипаттамалзры царасткрылкп, сгрыпталынды. Оларды ¡¿ектептерде, аертк;акаларда крлданылып, сынактардан етк^здь

1.2. параграфтарда оптикалык квант генераторын (ОКР) мектеп .хабдыктарыныц к,?ралы рет!яде цграп, оны пайдалану кагдайларына сай саралар гсынылыя, оныц тос1лдекел1к тако тех-никаль-к пайьгмдамал?ры асззыяды. Лагердх .моктепти; физпкалыь; тэхрпбелерпзде пайдалануда, оныц мектеп йггдайындагы кау:п-С1зд1к партык сацтап, :,;вктептз;ц фкзккалык тажрибелер^не сай ттрленд1ру цажэттич айтылады.

вндхргске арнап сыгарнлгак ЛГ-78 лаэер!Я1ц крр®кт1к бел1Г:н мектептег! бар, хогаргы кернеуллкт* тгрлендзргт "Разряд-1" кзррылгксымзн айырбастап пайдалану *сынылды. Ол *пая оныц электрл!;-: схемаскна езгертулер енг131лд:.

Лазер свулелер1Н модуляциялау здюх айтылып, оны мэктен-

7íe; физика сгбагкндагы тзярибелерде цайталаку твс!лдеыелер1 тгсыкылды.

Оизикалык тэжрибелерде лазерд} вайдалану гас1лде;.:елер: -Hiî4 ерекаел1ктер! туралы 1.3. айтылган. Ояда ОЕГ-ды пайдала-кьш демонстрация лык, тажрибелердац зд^етемес! ' мен пайдаланз техникасы келт!р1лген.

Диссертацяялын эергтеуд^д Heriari бад1г1 yeíke.í тара$ Сслатын. Окда хацадан ласалып, жабдыктахгзн лабораторпялы? л,* иыстар мен «одеркизацияланган кврнек* ли: тажрнбелер: бар. Олар ла^а непздеп туындылар. Бтл тарауда 2 лабораторийлыт »тмыотгр ыен 1-4 керне к:л1к тахрибелерг ык^амды едюте^еле; т*ргысында каэылды. Seprreyai б?л тарауды . ез! жщгкртыпа хекдеп пыгарган кгрылгы ктраадарын суреттеген. Та.таибёлзрд»: KSÖiciH кез келгек ыектепт^ц карапайкм жзбдык,тарыиен . к,о;ог; болады,

Диссертациялык; аерттеуд! ттжырккдау рет:ндг 3 жктег.Х; дкдактикальа-; эксперименттер хтрпзглд:. Вул эксперииектке 59-окусы кдтысыП; & оку жылдаркн намдыды. Эксперимент кортккды-лары кестеге ттсipíл:п, графикпк т?рде дпаграммалариек бе-

Дисссртациякыц халпы кэлеьй 125 бет. Оныц mine егнгама-сы 171 едеби басылыадар Tisôeri, 2S сурет, 3 кестелер енгез.

Fatzullaev Abdualy. The improvement of ths schod physical experiment on the basis of application of ths optical qusntur.i mazer at the lessons of physics. 13.00.02 - methods of teaching physics.

The author thinks that the presenting of the theme "quantum source of light-lazer" in the text books on physics at school is «irons» ift any cass, it is methodical unsound

A large number off types of the lazers was analised in the search (quest) for optimum (optimal) version (variant) of industrial installation. They vere tested in laboratories ar.d vers experimented at the physics lessons.

Methodical and technical demands upon optical quantum mazsr as upon the device of school equipment were described in 1.2. the technical simplification of the installation of laeer m conformity. with conditions of school is the part of the solution of a problem of r.athodiss of application of la-zer in"school physical experiment.

The technical demands and methodical ways in use of laser -in school IG-78 vtih substitution of the block of power supply to school highvolt¿ge conferter "Razryad-i", .v.*hiok doesn't break it's former parsmetrs.

There were given methods jncduletin in liaits of sownd frequency, ways of application of modulated radiation at the physics lessons.

Peculiarity of methods and technics of conducting of experiment Showing with application of the OQM resulted in 1.3, where the different aspects of methodical ways of laser winz

school experiments were shown.

The third chapter is the main part of dissertation's se

arch.

It consists of new laboratory vorcs modernizated demons tratjons and experiments which has essential new principle of organization.

The methods and technics of conducting of two iaborator worcs, 14 demonstration experiments and modernisation of de vices of old modification.

Investigator offered some variants of essential ne devices, which improvpre the quality of demonstration.

The use of method of light lever and medical electrohes ting belt was the main idea in laboratory wore "The defi nition of thermal coefficient of the line expansion ¿f solid

The front conducting of suggesting laboratory work ha no possibility in class premises.

It ¡vast held in the fora of demonstration show and md vidual calculation of every pupil and following compariso whit table meaning of coefficient.

The organisation of laboratory work "Measuring of th liquid's refraction's index" isn't difficult. A little radia tion of laaer's rays gives wore precision co-ordinates of th points of refraction at the bottom of vessel.

The organisation of "14 demonstration shows of schoo programmes of physics is modernizated in chapter "The method of application of OQM in demonstration". The instruments To show of Newton's ring, difraction lattice are nvodernizated the devices as modulators of licht signal are re-equiped. Au thor offered th^ principle of modulation of licht signal i school's conditions first in report at the v-th -Union tes rer's readings.

Отпечатано 22.05.1996 г. Тираж - 100. Заказ }i 191 Тип.ОП БС РК ул. Кунаева 15, г. Алматы.