CC BY
46Педагогика
УДК: 378.147
кандидат педагогических наук, доцент Кирюхина Наталия Владимировна
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Калужский государственный университет имени К.Э. Циолковского» (г. Калуга); кандидат технических наук, доцент Сережкин Леонид Николаевич
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Калужский государственный университет имени К.Э. Циолковского» (г. Калуга); кандидат технических наук, доцент Лошкарева Елена Анатольевна
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Калужский государственный университет имени К.Э. Циолковского» (г. Калуга)
ИСТОРИКО-МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ТЕМЫ «ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА» В КУРСЕ
ОБЩЕЙ ФИЗИКИ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ВУЗА
Аннотация. В статье представлена методика изучения темы «Интерференция света» в курсе общей физики для студентов естественнонаучных и технических направлений бакалавриата с использованием системы проблемных и учебных задач с историко-методологическим контекстом. Предполагается, что такой подход будет способствовать формированию методологической компетентности обучающихся.
Ключевые слова: история физики, физические задачи с историко-научным содержанием, интерференция света, методологическая компетентность.
Annotation. The article presents a method of studying the theme "Interference of light" in the course of General physics for sciences and engineering undergraduate students using a system of problems with historical and methodological context. This approach will contribute assumed to the formation of methodological competence of students.
Keywords: history of physics, physical problems with historical content, light interference, methodological competence.
Введение. Вступление в силу новой редакции ФГОС ВО с учетом требований профессиональных стандартов предполагает изменение акцентов в преподавании базовых дисциплин, актуализирует необходимость сочетания принципов фундаментальности и прикладной направленности. В этих условиях одной из целей образования становится формирование методологической компетентности, понимаемой как такой уровень усвоения методологических знаний и умений, который позволяет эффективно организовать деятельность в определенной сфере [6, с. 119]. Курс физики в системе подготовки бакалавров естественнонаучных и технических направлений играет важную роль в ее достижении, формируя фундамент для освоения общепрофессиональных и профильных дисциплин, овладения методами решения научно-технических задач в области профессиональной деятельности.
Структура методологической компетентности включает в себя историко-методологический компонент, в том числе, знание истории научных открытий и изобретений [5, с. 88]. Отсюда следует, что помимо формирования представлений о конкретных фактах, законах, теориях, в задачи курса общей физики для высшей школы входит ознакомление с процессом и логикой развития физической науки. При этом особое значение имеют сведения об исторических экспериментах и их гносеологической функции (реализации определенной задачи в процессе познания). Тема «Интерференция света» имеет в этом контексте значительный потенциал, обусловленный следующими факторами:
- изложение темы традиционно опирается на историко-эмпирический материал: в программе дисциплины прямо упоминаются исторические опыты, их описание присутствует во всех рекомендованных учебниках и учебных пособиях;
- эксперименты разнообразны по функциональному признаку, значению в развитии физической науки;
- имеется доступный хрестоматийный материал (фрагменты аутентичных исторических источников);
- большую часть экспериментов можно реализовать в форме лекционных демонстраций, в лабораторном практикуме;
- тема имеет большое прикладное значение в естественных науках и в технике.
Следует подчеркнуть, что термин «интерференция» применяется не только в физике, но и в других науках (в лингвистике, психологии, биологии, медицине) для обозначения явлений самой различной природы. Это обстоятельство открывает возможность контекстного анализа понятия с привлечением межпредметных связей с дисциплинами профессиональной направленности.
Изложение основного материала статьи. Опираясь на классификацию, предложенную Г.М. Голиным [3], эксперименты по интерференции света, которые упоминаются учебной и методической литературе по курсу общей физики можно систематизировать по той функции, которую они выполнили в процессе познания: 1) открытие физического явления; 2) исследование свойств и установление закономерностей явления; 3) подтверждение справедливости теоретических выводов; 4) создание новых средств и методов эксперимента, практическое использование явления. При этом важно подчеркнуть, что в одном и том же историческом опыте могут реализовываться несколько функций.
История открытия и исследования интерференции начинается с момента зарождения волновой теории света в XVII веке. Честь открытия явления обычно связывают с именем итальянского ученого Ф.М. Гримальди [4, с. 3-34], эксперимент которого положил начало серии классических опытов по получению интерференционной картины от двух источников методом деления волнового фронта. К этому же времени относятся первые попытки объяснить цвета тонких пленок с позиций представления о свете как о колебательном движении, подобном звуку (Р. Гук, 1675) [9, с. 102-108].
Необходимым условием получения устойчивой интерференционной картины является когерентность волн. При изучении материала в историческом аспекте можно начать с постановки проблемы.
«Получить когерентные волны возможно путем деления излучения от одного источника на два пучка. На первый взгляд, это легко осуществить, если пропустить свет от произвольного источника, например, от Солнца, через два отверстия в непрозрачном экране. Именно такой опыт был описан итальянским ученым Ф.М. Гримальди (1618-1663) в сочинении «Физическое учение о свете, цветах и радуге», вышедшем в 1665 г.
Однако, излучение естественных источников характеризуется малым радиусом пространственной когерентности, поэтому в большинстве случаев интерференционная картина будет отсутствовать. Тем не менее, в 1802 году Т. Юнгу [12, с. 285-295] удалось получить устойчивую картину в классическом опыте с двумя щелями. Как ему удалось это сделать?».
Анализ установки Юнга позволяет ответить на этот вопрос: если предварительно пропустить свет через еще одно малое отверстие в непрозрачной преграде, можно увеличить пространственную когерентность света, падающего на щели. Развивая проблемную ситуацию, можно предложить студентам решить следующую задачу.
«Оценить, каково должно быть расстояние между щелями в опыте Гримальди с использованием прямых солнечных лучей, чтобы можно было наблюдать интерференцию. Угловой диаметр Солнца принять равным
а =0,01 рад, длину волны падающего света Л =0,5 мкм».
Задача позволяет дать наглядную интерпретацию понятия радиуса пространственной когерентности и оценить его значение для световых волн, приходящих от Солнца:
* □ А = = 50
а 0,01
мкм.
Осуществить на практике столь малое расстояние между щелями затруднительно. В установке Юнга [12, с. 292-293] расстояние между щелями составляло 1/16 дюйма, что соответствует примерно 1,6 мм.
Опыт Юнга известен студентам по школьному курсу, в курсе общей физики можно рассмотреть другие интерференционные схемы. Их изучение целесообразно организовать в виде решения задач с историческим контекстом на практических занятиях и в качестве заданий для самостоятельной работы. При формулировке задач целесообразно использовать хрестоматийный материал, опираться на аутентичные источники (например, [8, 12]). Индивидуализация заданий осуществляется путем разработки нескольких вариантов требований к одной и той-же схеме наблюдения интерференции, реализованной в историческом эксперименте. Варианты образуются путем комбинации и варьирования известных и неизвестных величин: длины волны падающего света, геометрических параметров установки, расстояния между полосами на экране, максимального числа интерференционных полос. Возможна формулировка требования в виде нахождения условия для размеров источника для наблюдения картины, условия исчезновения интерференционных полос и т.д. Приведем примеры таких заданий.
«Зеркала Френеля: геометрические параметры». В 1816 г. О. Френель описал классический опыт по получению интерференционной картины от двух источников: «Поместив сначала оба зеркала рядом друг с другом так, чтобы края точно соприкасались между собой, их вращают затем до тех пор, пока они не окажутся в одной и той же плоскости, но все еще образуют между собой слегка расходящийся угол, так, что
дают сразу два изображения одной светящейся точки» (цитата по книге [2, с. 16]). Определить угол между ф й г й
зеркалами ^ , если даны расстояние от светящейся точки до линии пересечения зеркал ' , от этой линии до
1 л
экрана 1 , длина волны света л .
«Бипризма Френеля: число интерференционных полос». В опыте О. Френеля (1819 г.) использовалась система, состоящая из двух одинаковых прямоугольных призм с малыми преломляющими углами, сложенных вместе основаниями. Найти максимальное число интерференционных полос, которое можно
л
наблюдать с помощью этой установки для монохроматического света с длиной волны л, если известны:
1 Т а
расстояние от бипризмы до источника 1 , от бипризмы до экрана Т, преломляющий угол ^ призм ,
П
показатель преломления стекла, из которого изготовлены призмы, .
Подобные этому задания можно сформулировать для системы из двух половин тонкой собирающей линзы, раздвинутых перпендикулярно к оптической оси (билинза Бийе) или смещенных вдоль оси (опыт Меслина) [1, с. 241]. Дополнительный вопрос, специфический для этой модификации опытов с двумя источниками: как будет меняться картина при изменении положения источника по отношению к фокусу линзы, при каком расположении интерференция будет наблюдаться, а когда не будет.
Другой вариант реализации опыта по двухлучевой интерференции света был предложен в 1837 году ирландским физиком Х. Ллойдом [7, с. 199-216]. В нем используется одно зеркало, а интерферируют прямой и отраженный пучки. Постановка задачи в этом случае может быть аналогичной описанным выше, но можно добавить задание на обоснование потери полуволны при отражении света от зеркала.
Классические интерференционные схемы Юнга, Френеля, Ллойда для могут быть реализованы в виде экспериментальных заданий лабораторного практикума. Важно подчеркнуть, какие трудности приходилось преодолевать при реализации этих опытов для получения устойчивой картины. В современном учебном эксперименте большая часть этих проблем устраняется использованием лазерных источников, обладающих большой пространственной и временной когерентностью.
В описанных выше опытах для получения когерентных волн используется принцип деления волнового фронта. Другой способ (деление амплитуды) наблюдается при интерференции в тонких пластинах. Преимущество этого метода для наблюдения интерференции состоит в возможности получения контрастной интерференционной картины от протяженного источника, что важно для проведения демонстрационного эксперимента. В опыте немецкого ученого Р. Поля (1884-1976) свет от источника (ртутной лампы) испытывает отражение от поверхностей прозрачной пластинки из слюды, толщиной порядка нескольких десятков микрометров [10]. При этом образуется два мнимых источника, дающих когерентное излучение. Интерференционную картину можно наблюдать на потолке аудитории, где производится демонстрация.
Еще одно явление, объясняемое интерференцией в тонких пленках с переменной толщиной, пример полос равной толщины - кольца Ньютона. Известно, что И. Ньютон не был явным сторонником волновой теории, активно полемизировал с отстаивавшем ее Р. Гуком [9]. Тем не менее, им были подробно изучены количественные закономерности интерференционной картины, возникающей в тонком зазоре между плоской и выпуклой поверхностями вблизи точки их соприкосновения. Несмотря на зафиксированную в этих экспериментах периодичность, Ньютон не счел ее аргументом в пользу волной природы света. Объяснение
было дано значительно позднее Т. Юнгом. На основе первоисточника («Оптики» И. Ньютона, [81) можно сформулировать систему задач, решение которых позволит показать, какие закономерности можно установить при наблюдении колец и как они объясняются с современных позиций.
«Кольца Ньютона: закономерности диаметров». Описывая опыты по наблюдению интерференционной картины между плоской поверхностью и соприкасающейся с ней выпуклой поверхностью линзы, И. Ньютон писал: «...я измерил диаметры первых шести колец в наиболее ярких частях их орбит и нашел, что их квадраты находятся в арифметической прогрессии нечетных чисел: 1,3,5,7,9,11». «Я измерил также диаметры слабых или темных колец между наиболее блестящими цветами и нашел, что их квадраты располагаются в арифметическую прогрессию четных чисел: 2,4,6,8,10,12». В каком свете (отраженном или проходящем) наблюдал картину И. Ньютон? Ответ обоснуйте расчетами.
«Кольца Ньютона: влияние среды». Наблюдая интерференционную картину между двумя соприкасающимися объективными стеклами, И. Ньютон писал: «При небольшом смачивании объективных стекол по их ребрам вода медленно проникала между ними, и при этом круги становились меньше, а цвета более слабыми; по мере того как вода проникала в одну половину, в той половине, в которую вода приходила раньше, цвета казались отделившимися от другой половины и сжимались на меньшем пространстве».
1. Объясните явления, происходящие в этом опыте.
2. Найдите отношение диаметра первого кольца в случае, когда прослойка между стеклами заполнена водой, к диаметру соответствующего кольца в случае воздушной прослойки. Сравните свой результат, с тем, что был получен в результате измерений И. Ньютоном (7/8).
Эти задачи могут быть дополнены лабораторным экспериментом с использованием цифровой видеокамеры [111. При этом имеется возможность вывести изображение на экран и работать с его настройками, проводить измерения в любых удобных единицах.
Важным прикладным значением интерференции света определяется ее использованием в многофункциональных устройствах, называемых интерферометрами. Их конструкций довольно много, обычно в учебной литературе описываются интерферометры Майкельсона, Фабри-Перо, Жамена, Маха-Цендера, Рождественского, Релея, Линника и другие [1]. На наш взгляд, изучение этого фрагмента темы «Интерференция» целесообразно организовать в виде самостоятельной работы, предполагающей описать устройства интерферометров различных модификаций по следующему плану:
1) историческая справка;
2) физические принципы, положенный в основу работы;
3) оптическая схема;
4) область применения.
При формировании заданий целесообразно стремиться к тому, чтобы назначение и применение описываемых в работе интерферометров, соотносились с профессиональной направленностью образовательной программы. Эффективным дополнением к самостоятельному изучению и структурированию учебной информации будет включение в программу лабораторного практикума работ, предполагающих экспериментальное исследование устройства и измерительных возможностей интерферометров различных типов.
Выводы. В процессе решения задач и выполнения теоретических и экспериментальных заданий с историко-научным контекстом формируются образовательные результаты обобщенного, методологического характера.
1. Знание проблем, возникавших в истории науки и способов их решения.
2. Представление о сложном и нелинейном характере процесса познания, существовании ошибочных представлений и заблуждений даже у выдающихся ученых.
3. Понимание роли и места эксперимента в процессе познания, способность указать гносеологические и методологические функции, которые выполнил данный эксперимент.
4. Способность точно и кратко описать методику эксперимента, указать сходство и различие, достоинства и недостатки различных модификаций эксперимента.
5. Осознание прикладного значения выводов теории.
Исследование предполагается продолжить, разработав методику комплексной оценки форсированности методологической компетентности, куда войдут задания из числа представленных в работе.
Литература:
1. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. — М.: Наука, 1973. — 713 с.
2. Вавилов С.И. Глаз и Солнце. - СПб.: Амфора, 2015. - URL: https: // iknigi.net / avtor-sergey-vavilov / 100021-glaz-i-solnce-sergey-vavilov.html. (дата обращения: 25.07.2019).
3. Голин Г.М. Образовательные и воспитательные функции методологии научного познания в школьном курсе физики: автореферат дис. ... доктора педагогических наук: 13.00.02 / Ленинград. гос. пед. ин-т. — Ленинград, 1986. — 31 с.
4. Зубов В.П. Физические воззрения Франческо-Мариа Гримальди (1618—1663) // Вопросы истории естествознания и техники. — 2008. — N 4. — С. 3-34.
5. Кирюхина Н.В., Красин М.С. Решение задач с историко-научным содержанием как фактор формирования методологической культуры будущего учителя физики // Проблемы современного педагогического образования. - № 62-4. - 2019. - С. 88-92.
6. Красин М.С. Методологическая культура личности как феномен: образовательный контекст. Монография. - М.: ИЛЕКСА, 2018. - 148 с.
7. Льоцци М. История физики. — М.: Мир, 1970. — 464 с.
8. Ньютон И. Оптика или Трактат об отражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света: 2-е издание. Серия "Классики естествознания". / И. Ньютон - М.: Книга по Требованию, 2013. - 370 с.
9. Погребысская Е.Н. Роберт Гук и его исследования по физической оптике. / Творцы физической оптики. Сб. научных статей. — М.: Наука, 1973. — С. 102-109.
10. Поль Р.Г. Ввведение в оптику. Учебное пособие. — М. — Л.: ОГИЗ — Гостехиздат, 1947. — 484 с.
11. Серёжкин Л.Н., Лошкарева Е.А., Кирюхина Н.В. Методические особенности экспериментального изучения колец Ньютона с использованием цифровой камеры в лабораторном практикуме по курсу физики в высшей школе // Вестник Калужского университета. - № 2 (43). - 2019. - с. 115-120.
12. Юнг Т. Об интерференции света и ее проявлениях / Голин Г.М., Филонович С.Р. Классики физической науки. - М.: Высшая школа, 1989. - 576 с.
Педагогика
УДК:376.2
кандидат психологических наук, доцент Кисова Вероника Вячеславовна
Нижегородский государственный педагогический университет имени Козьмы Минина (г. Нижний Новгород); магистрант факультета психологии и педагогики Чугунова Валерия Владимировна
Нижегородский государственный педагогический университет имени Козьмы Минина (г. Нижний Новгород)
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗВИТИЯ НРАВСТВЕННОГО ПОВЕДЕНИЯ У СТАРШИХ ДОШКОЛЬНИКОВ С ЗАДЕРЖКОЙ ПСИХИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ
Аннотация. В статье представлены результаты изучения нравственного поведения старших дошкольников с задержкой психического развития (ЗПР). Разработана программа экспериментального исследования уровня овладения дошкольниками с ЗПР моральными нормами помощи, щедрости, честности и послушания, понимания морального смысла жизненных ситуаций, действенности общественного и личного мотивов в ситуации нравственного выбора. Приведен подробный сравнительный анализ диагностических данных, характеризующих нравственное поведение дошкольников с нормальным и задержанным психическим развитием. Описана коррекционная психолого-педагогическая программа, направленная на воспитание моральных норм и привычек нравственного поведения у дошкольников с ЗПР средствами традиционных для детского сада видов детской деятельности. Выявлены психолого-педагогические условия развития нравственного поведения у старших дошкольников с ЗПР.
Ключевые слова: нравственное поведение, психолого-педагогические условия развития нравственного поведения, дошкольники с задержкой психического развития.
Annotation. The article presents the results obtained through the study of moral behaviour of senior preschool-age children with delayed mental development. A special programme, aimed at the experimental study of how preschool-age children with delayed mental development assimilate such moral notions as help, generosity, honesty and obedience and understand the moral significance of certain life situations and effectiveness of social and personal motives when facing some moral choice, has been developed by the authors of the work. A detailed comparative analysis of the diagnostic data, characterizing the moral behaviour of senior preschool-age children with delayed mental development and that of their normally developing peers, has been carried out and partly included in the paper. The article also proposes a correctional psycho-pedagogical programme, which can be implemented to instill moral notions and habits of moral behaviour in preschool-age children with delayed mental development through the use of traditional kindergarten activities. Along with that, the article reveals which psycho-pedagogical conditions are necessary for development of moral behaviour in senior preschool-age children with delayed mental development.
Keywords: moral behaviour, psycho-pedagogical conditions necessary for development of moral behavior, preschool-age children with delayed mental development.
Введение. Система российского дошкольного образования в настоящее время ориентирована на подход к ребенку как развивающейся личности, нуждающейся в понимании и уважении ее интересов и прав. Как указывается в «Стратегии развития воспитания в Российской Федерации на период до 2025 года», утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации от 29 мая 2015 г. № 996-р, «приоритетами государственной политики в области воспитания являются: формирование у детей высокого уровня духовно-нравственного развития, формирование внутренней позиции личности по отношению к окружающей социальной действительности; формирование стабильной системы нравственных и смысловых установок личности» (раздел II).
Необходимость нравственного развития и формирования осознанного поведения на основе нравственных ценностей подчеркивается и в Федеральном государственном образовательном стандарте дошкольного образования, утвержденном приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 17 октября 2013 № 1155 [2].
Дошкольный возраст располагает необходимыми предпосылками для формирования нравственного поведения. Как указывает Г.А. Урунтаева [8], в дошкольном возрасте создаются наиболее благоприятные условия для нравственного развития детей.
Формирование нравственного поведения у дошкольников с задержкой психического развития (ЗПР) является одним из главных моментов в процессе их адаптации в расширяющемся социуме. Вследствие ограниченных возможностей психоречевого развития детей с ЗПР у них отмечается ряд специфических особенностей развития социального поведения в сравнении с нормально развивающимися сверстниками. Ребенку старшего дошкольного возраста с ЗПР трудно регулировать свое поведение, которое отличается ситуативностью, недостаточно сформированными представлениями о нравственных качествах человека, слабой ориентировкой в нравственно-этических нормах [5, 6]. Это нацеливает ученых-исследователей на поиск наиболее эффективных направлений и форм коррекционной психолого-педагогической работы по формированию нравственного поведения старших дошкольников с ЗПР [3, 7].
Изложение основного материала статьи. Нами проведено экспериментальное исследование нравственного поведения дошкольников с задержкой психического развития, включающее в себя выявление его специфики по сравнению с нормально развивающимися детьми, а также определение психолого-педагогических условий эффективной коррекции недостатков нравственного развития у дошкольников с данным типом дизонтогенеза.
Исследование проводилось на базе МБДОУ «Детский сад № 40» г. Сарова Нижегородской области. В исследовании приняли участие 50 дошкольников, посещающих подготовительные группы данного образовательного учреждения. Из них 30 дошкольников с ЗПР и 20 детей с нормальным темпом психического развития.
Для выявления специфики развития нравственного поведения у старших дошкольников с ЗПР по сравнению с нормально развивающимися сверстниками, была разработана экспериментальная
