Издательский дом Московского физического общества

В статье обсуждается развитие устоявшегося подхода педагогики высшей школы к воспитанию мировоззрения обучаемых, которое учитывает современное возрождение конструктивного диалога науки и христианской религии (православия), имманентно присущей в прошлом и настоящем российскому обществу и государственности. Показано, что основание диалога двух различных областей знаний на принципе дополнительности Н. Бора обладает потенциалом учреждения мировоззренческой платформы нового поколения, расширяющим возможности становления духовной зрелости человека как его наивысшей потребности и основы целостного мировоззрения. Процесс его становления представлен в виде перехода от аддитивного раздельного изучения необходимой совокупности научных и метафизических знаний к освоению их боровской дополнительности, которая является необходимым условием синергии их взаимодействия.

В статье рассмотрены специфика творчества физиков, основные задачи учителя физики по развитию творческого мышления учащихся физикоматематических классов, а также стадии, уровни, методы и формы его развития.

Решены задачи об определении силы взаимодействия между заземленной проводящей сферой и меньшей заряженной сферой, не концентрично вложенной в заземленную большую. Задачи решены в двух постановках: внутренняя сфера поддерживается при постоянном потенциале и внутренняя сфера имеет постоянный заряд. Полученные решения сравниваются с приближенным решением и с известным решением для точечного заряда внутри проводящей заземленной сферы.

Данная задача специального физического практикума предназначена в первую очередь для студентов кафедр физики классических университетов и технических вузов. Лабораторная работа была разработана на кафедрах магнетизма и общей физики физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова и может быть использована для выполнения студентами старших курсов бакалавриата и магистратуры.

Описан опыт работы по созданию контентконструктора для оперативной генерации мультимедийных учебных пособий и КИМ по физике, предназначенных студентам младших курсов различных специальностей и направлений обучения. Отличительными особенностями создаваемого контента являются: • возможность работы студентов, как по заданным траекториям, так и в режиме «свободного плавания»; • доступные преподавателям средства генерации пособий и КИМ; • уникальные или редкие материалы: количественные видеодемонстрации, задания телеметрического практикума, видеозадачи, лекционные фрагменты, имитирующие деятельность преподавателя, задачи с варьируемыми данными. Рассказано о подходах к решению ряда задач, возникающих при создании современного мультимедийного интерактивного учебного пособия.

В работе выполнен расчет некоторых простых электрических цепей, которые описываются дифференциальными и интегродифференциальными уравнениями. Показана относительная простота вычислений и эффективность нахождения их решений методами символического (операционного) исчисления по сравнению с методами теории обыкновенных дифференциальных уравнений.

Авторы разработали методические указания для выполнения лабораторной работы в рамках учебно#исследовательской работы студентов на базе виртуального практикума «Открытая физика 1.1» ООО «Физикон». Возможности компьютерной программы «Взаимодействие электрических зарядов» позволили построить модель электрического поля слабоэлектрической рыбы, исследовать распределение потенциала и напряженности этого поля в пространстве.

Описывается лабораторная установка для изучения спектров периодических электрических сигналов. Проводится рассмотрение спектров нескольких типов электрических сигналов: периодической последовательности прямоугольных импульсов и цугов, а также амплитудно!модулированного и частотно!модулированного гармонического колебания.

Рассмотрена методика подготовки и проведения интерактивного занятия по экспериментальному изучению синусоидальной зонной пластинки. Предлагаемые учебные опыты найдут применение также в лекционных демонстрациях и лабораторных работах физического практикума.

Анализируется результаты трех последних Всероссийских студенческих олимпиад (ВСО+13, 14, 15) по физике, заключительные туры которых были проведены в НИЯУ МИФИ в мае 2013 г., мае 2014 г. и в апреле 2015г. Обсуждаются задания ВСО и результаты их выполнения. Приводятся статистический анализ личных и командных результатов.

Обсуждается роль участников российской образовательной системы в повышении качества преподавания в высшей школе. Показано, что на государственном уровне эта проблема упирается в невостребованность молодых специалистов со стороны большой науки и промышленности. Деятельность Министерства образования и науки сосредоточена на разработке новых стандартов и образовательных программ в отрыве от реальных проблем, стоящих перед педагогическим сообществом. Профессиональная деятельность педагогов высшей школы по многим параметрам не соответствует изменившимся реалиям времени и требует модернизации с учетом мирового опыта. Важную роль в повышении качества преподавания физики должны сыграть общекультурные компетенции и психоэмоциональный уровень самих студентов.

Рассмотрены методика преподавания общей физики и дистанционные технологии, реализуемые в магистерских программах в НИЯУ МИФИ.

Представлены результаты внедрения сетевых форм обучения в Институте магистратуры НИЯУ МИФИ. Анализируется опыт организации, реализации и формы сетевых систем сотрудничества в области образования с партнерами НИЯУ МИФИ: предприятиями ГК Росатом, Российскими научными центрами и институтами РАН, инновационными центрами г. Москвы и Московской области, зарубежными университетами и научными центрами.

Анализируется вопрос о природе фотона. Фотон является релятивистской частицей c массой покоя, равной нулю и скоростью, равной скорости света с. Фотон можно рассматривать как частицу, имеющую размер порядка длины волны, и которая локализована внутри «пакета». Размер «пакета» определяется временем излучения t, т.е. длина «пакета » – ct.

Публикуем решение XIII Международной конференции «Физика в системе современного образования» (ФССО–2015), принятое на итоговом заседании 4 июня 2015 г.

В статье описаны актуальные вопросы и тематика докладов Международной конференции «Физика в системе современного образования», прошедшей с 1 по 4 июня 2015 г. в Санкт"Петербурге. Обозначены приоритетные направления развития физического образования в России.

В данной статье рассматривается технология формирования критического мышления студентов технических вузов, в процессе обучения физике. Представлены три фазы формирования критического мышления: вызов – осмысление – рефлексия и их функции. Описан механизм рефлексии на уровне педагогического процесса в режиме технологии развития критического мышления.

В данной статье описывается технология формирования критического мышления студентов в лабораторном физическом практикуме.

В данной статье рассмотрен алгоритм проведения практических занятий архитектурной климатологии и акустики на строительном факультете университета. В отличие от традиционного методического обеспечения практического фрагмента курса общей физики, предлагаемый алгоритм предусматривает знакомство студентов с решением проблемы проектирования физической среды помещений, обеспечивающей комфортное пребывание людей и условий технологических процессов. Такой подход может способствовать повышению мотивационной составляющей учебного процесса.

Проектный метод используется в обучении физике. Студенты второго курса технического университета разрабатывают виртуальные проекты – компьютерные программы, позволяющие проводить интерактивные виртуальные эксперименты с динамической 3D визуализацией моделируемых процессов. В статье рассматриваются примеры компьютерного моделирования вращательного движения.

В статье рассмотрена методика проведения лабораторных занятий с элементами учебно$ исследовательской работы студентов в процессе изучения физики в техническом университете. Приведен пример применения разработанной методики на лабораторной работе по оптике «Дифракция Фраунгофера».

Рассмотрена возможность обучения технологии и развития культуры физического эксперимента на примере фотоэлектрических исследований ZnO c адсорбированным красителем. Обсуждаются все основные этапы исследования от постановки эксперимента до интерпретации полученных результатов.

Рассмотрены вопросы преподавания основ голографии в курсе общей физики. Приведены принципы построения спецкурса «Голография и ее применение». Даны примеры выпускных квалификационных работ голографической тематики.

Показано, что принципиальная неизмеримость иррациональных чисел, встречающихся в теоретических моделях математической физики, делает проблематичной экспериментальную верификацию этих моделей и должна приниматься во внимание при обсуждении границ применимости теоретических конструкций, в частности, концепции детерминизма Лапласа. В экспериментальной физике использование дискретных вещественных чисел в качестве численных оценок значений физических величин, строго говоря, не имеет смысла. Такой оценкой является только доверительный интервал, в котором с определенной вероятностью прогнозируется нахождение измеренных значений. Это, в частности, приводит к необходимости критического обсуждения физического смысла понятий равенства и неравенства измеренных значений физических величин.

Показано, что один из основных вопросов классической термодинамики, а именно, оценка верхнего предела эффективности реальной тепловой машины, является не окончательно решенным и может быть предметом дальнейших уточнений. Дело связано с тем, что от идеальных условий, предполагаемых в исследовании Карно, а именно, квазистатичности термодинамических процессов в цикле Карно, возможны различные отклонения, прежде всего конечность времени цикла. Естественно, что значения реальной эффективности всегда заведомо меньше оценки, полученной Карно, однако уточненное значение сохраняет свойство универсальности (в смысле независимости от свойств рабочего тела).

Описан вариант лекционного изложения темы «Законы Максвелла распределения молекул газа по скоростям хаотического движения» в рамках курса общей физики технических ВУЗов. В основе изложения лежит последовательное использование условий постановки задачи и свойств функций распределения, что позволяет упростить процесс понимания и запоминания студентами смысла каждого сомножителя, входящего в функции распределения, обеспечивая безошибочное практическое применение различных функций распределения Максвелла применительно к поставленным задачам.

Показано, что игнорирование нулевого начала термодинамики может привести к ошибкам при изучении термодинамических процессов. В частности, неправильно трактуются результаты общеизвестных опытов с тремя сосудами, наполненными холодной, теплой и горячей водой.

В статье представлена теория магнитного поля многослойного соленоида конечной длины с произвольным числом витков. Описана методика экспериментального и теоретического изучения распределения магнитного поля соленоида при проведении лабораторного практикума в курсе физики для студентов инженерно$технических специальностей. Приведены результаты измерений, а также результаты теоретического расчета индукции магнитного поля внутри соленоида по специально разработанной программе.

В данной методической заметке предложены простые способы вывода выражения для плотности силы Абрагама, действующей со стороны электромагнитного поля на вещество. Эти способы полезны для начального ознакомления в лекционных курсах.

Подробно рассмотрены задачи по квантовой физике, предлагаемые на семинарских занятиях и в домашних заданиях студентам МГТУ им. Н.Э. Баумана в рамках курса общей физики. Тематика этих задач включает в себя волновые свойства микрочастиц, соотношения неопределенностей, стационарные задачи квантовой механики, измерение физических величин и принцип суперпозиции. Задачи сформулированы с учетом наиболее интересных квантовых явлений – туннельного эффекта, эффекта Рамзауэра, опыта Хофштадтера и т.д. Отмечена важность изучения студентами технических вузов квантовой физики как инженерной науки. Показано, что решения стандартных задач квантовой механики можно наглядно иллюстрировать результатами экспериментальных исследований, выполненными с помощью современных нанотехнологий.

В 2009 году исполнилось сто лет с выхода в свет первого руководства к выполнению лабораторных работ по физике профессора Московского университета А.П. Соколова [1]. С тех пор и в московском университете, в других вузах нашей страны, а также за рубежом было разработано множество лабораторных работ, посвященных изучению различных физических явлений и физических законов самыми разнообразными методами. По материалам учебных пособий различных вузов, посвященных физическому практикуму, по материалам публикаций в различных журналах, в том числе в реферативном журнале «Физика», на физическом факультете МГУ написаны книги [2–4], в которых собрана информация о лабораторных работах по механике, молекулярной физике, электричеству и магнетизму, опубликованных за прошедшие сто лет. В настоящей статье представляется книга [5], в которой описаны опубликованные за эти годы лабораторные работы по оптике.

Авторами разработана методика формирования исследовательских компетенций студентовфизиков в рамках лабораторного практикума. Методика предполагает, что, кроме предусмотренных программой лабораторных работ, студенты выполняют задания творческого характера, формулировка которых составлена в трех уровнях сложности. Методика формирования исследовательских компетенций студентов физиков раскрыта на примере выполнения творческого задания исследовать свойства наноматериала – магнитной жидкости. Приведены результаты эксперимента, подтверждающего эффективность применения данной методики проведения лабораторного практикума в вузе.

Авторами разработана и внедрена методическая система организации учебного процесса, направленного на оптимизацию проведения физических практикумов при изучении некоторых специальных дисциплин и курса общей физики в условиях открытого образования.

На ключевых примерах от механики до физической оптики представлена методика обработки результатов учебных физических экспериментов при помощи опций линейной и нелинейной регрессии продукта Statistica. Использование его экономит временной ресурс лабораторной работы и качественно изменяет ее планирование, а также процесс обработки и осмысления полученных результатов. У студентов младших курсов при экспериментальном изучении физических законов формируются умения мыслить и действовать, руководствуясь понятиями математического моделирования. Одновременно формируется и развивается критическое мышление, умение уверенно, с помощью цифр аргументировать выводы и заключения, ясно и убедительно их представлять с использованием всего арсенала средств, что немаловажно для развития компетенции презентации и самопрезентации. Ключевые слова: физическая модель, обработка

Статья посвящена решению задачи о нахождении поля вблизи контакта двух различных проводников. Предложенное решение, основанное на методе конформных отображений, отличается от того, которое предлагают авторы курса теоретической физики Л. Ландау и Е. Лифшиц. Оно проще, является точным и не требует догадки относительно вида решения.

В работе обсуждаются методические преимущества, возникающие при использовании в лабораторных установках цифровых датчиков физических величин и компьютерной обработки получаемых от них данных при проведении традиционных работ физического практикума в рамках курса общей физики в вузе. Приведены примеры установок, в которых повышается точность результатов, удобство проведения работы, объем информации о процессе, получаемой за фиксированное время и т. п. Ключевые слова: преподавание физики, физический эксперимент, компьютер.

В работе исследовалось влияние спектра имитаторов солнечного излучения на характеристические кривые солнечной батареи. Экспериментально определен спектральный состав источников излучения. Используя спектральные кривые излучателей, проведен оценочный расчет количества фотонов в характерных спектральных диапазонах излучателей. Рассчитаны коэффициент полезного действия СБ и коэффициент формы (коэффициент заполнения вольтамперной характеристики). Обнаружено, что на электрические характеристики СБ влияет спектральный состав источников света. КПД солнечной батареи при использовании в качестве источников излучения лампы накаливания в среднем составил – 3,51%, галогеновой лампы – 3,0%, энергосберегающей лампы – 5,8%, светодиодной лампы – 8,76%.

В данной работе приведен обзор результатов экспериментальных исследований по дифракции микрочастиц на двух щелях и на дифракционных решетках. Эти опыты имеют принципиальное значение для квантовой механики, их осуществление оказалось возможным благодаря развитию технологий в создании дифракционных решеток, и в первую очередь, нанотехнологий. С помощью нанорешеток удается наблюдать дифракционную картину не только для электронов, но и для атомов, а также для очень крупных молекул, массы которых могут достигать десяти тысяч атомных единиц массы. Отмечается высокая точность измерений, проводимых в подобных дифракционных экспериментах. Подчеркнута настоятельная необходимость изучения этих экспериментальных результатов в курсе общей физики технических университетов и вузов.

В статье предложена краткая периодизация эволюции важной части физической науки – термодинамики, история которой началась со знаменитой работы С. Карно (1824 год) и к настоящему времени насчитывает почти 200 лет. Предложенная периодизация является, конечно, достаточно условной и состоит, на взгляд автора, из восьми – десяти этапов постоянно сокращающейся длительности – от 35–45 лет в первое столетие развития термодинамики до 25 – 10 лет во второе столетие. Основная цель построения подобной периодизации состояла том, чтобы сопоставить этапы эволюции и развития термодинамики как науки с ее отражением в преподавании физики в вузах – как на уровне общей, так и теоретической физики. Показано, что основное содержание многих современных учебников охватывает лишь часть указанных этапов и нуждается в определенной модернизации – например, даже в столь традиционном вопросе как эффективность тепловой машины для инженерных специальностей вузов.

В статье описаны новые возможности установки для исследования фазовых переходов первого рода (жидкость–пар). Описаны методики измерения процентного состава раствора этилового спирта в воде, вычисления молярной теплоты парообразования жидкостей и экспериментальной проверки уравнения Клапейрона–Клаузиуса, а также методика измерения теплоемкости жидкостей.

Центральное взаимодействие является одновременно одним из базовых вопросов курса общей физики и одним из самых трудных для изучения. Поэтому поиск новых подходов к изучению этого вопроса продолжает вызывать интерес у преподавателей. В данной работе рассмотрено развитие методики преподавания вопросов центрального взаимодействия с использованием современных возможностей моделирования физических процессов на компьютере.

Представлена учебная лабораторная работа по курсу молекулярной физики и термодинамики, позволяющая на простейшем оборудовании экспериментально определить коэффициент теплоотдачи, энергию излучения и теплоёмкость системы. Это становится возможным в результате более глубокой математической обработки экспериментальных данных – температурной зависимости системы от времени. Приведены экспериментальные графики температурной зависимости и практические вычисления.

В статье рассматриваются особенности и практические рекомендации по организации адаптации студентов младших курсов в образовательную среду на основе опыта преподавания курса физики в техническом университете.

Предлагается способ рассмотрения термодинамических свойств сильно вырожденных идеальных квантовых газов (на примере ферми'газа), при изучении физики в вузах инженерно'физического профиля.

В настоящей статье представлены две компьютерные программы: одна (OscillSum.exe) иллюстрирует в движении сложение двух гармонических колебаний одинаковых направлений методом векторных диаграмм, другая (Difraction.exe) иллюстрирует графиками и связанными с ними векторными диаграммами дифракцию Фраунгофера на щели и решётке.

Описывается оригинальная методика обучения физике с использованием показа загадочного физического эксперимента и предложения объяснить его. Для решения задачи необходимо провести миниатюрное научное исследование, повторить эксперимент, предложить теоретическую модель явления и понятно изложить результат исследования на бумаге. Экспериментальные задачи используются более 30 лет в потоковом курсе лекций для физического факультета НГУ «Введение в технику физического эксперимента».

В данной статье описываются функции трех фаз: вызов, осмысление, рефлексия технологии формирования критического мышления. Рассматриваются примеры применения таких приемов, как: представление информации в кластерах; лист решения проблем; сводная таблица «плюс, минус, интересно» на практических занятиях.

С помощью анализа размерностей показано, что магнитное взаимодействие не может быть представлено в форме, аналогичной гравитационному и электрическому взаимодействиям, описываемыми, соответственно, законом гравитации Ньютона и законом Кулона.

В данной статье описана роль семинарских занятий в формировании критического мышления студентов. Рассмотрены основные виды учебных семинаров. Предложен один из наиболее эффективных методов формирования критического мышления студентов на семинарах посредством модульной технологии обучения.

В статье рассматриваются дидактические особенности изучения механики неравномерного движения в присутствии трения с помощью виртуального трибометра. Показаны преимущества виртуального трибометра над лабораторным в лекционных, практических и лабораторных занятиях.