О вопросе экспериментального изучения внешнего фотоэлектрическогоэффекта Текст научной статьи по специальности «Науки об образовании»

третьем разделе знакомимся с понятием выборки и ее характеристиками. Учимся представлять данные в виде ранжированных таблиц, гистограмм и находить числовые характеристики выборок: моду, медиану, среднее выборочное, знакомятся с формулой Бернулли. В процессе занятий учащиеся получают новые знания, развивают логику и творческие способности, повышают культуру мышления и познавательный интерес.

Таким образом, факультативный курс по комбинаторике, теории вероятностей и матема-

тической статистике призван дать учителю теоретический материал, обучить решению задач, помочь в овладении методикой проведения занятий, предостеречь от возможных ошибок.

Особенность курса - возможность использовать компьютер в качестве универсального источника случая, позволяющего в считанные секунды или минуты провести миллион случайных экспериментов и получить достаточно точные статистические оценки вероятности.

Литература

1. Виленкин Н.Я. Комбинаторика. - М.: Наука, 2007. - 345 с.

2. Ежов И.И., Скороход А.В., Ядренко М.И. Элементы комбинаторики. - М.: Наука, 1977. 80 с.

3. Кибирев В.В. Теория вероятностей с элементами комбинаторики: учеб. пособие. - Улан-Удэ: Изд-во Бурят. гос. ун-та, 2009. 132 с.

4. Лютикас В.С. Школьнику о теории вероятностей: учеб. пособие для учашдхся. - М.: Просвещение, 2005. 160 с.

5. Пугачев В.С. Теория вероятностей и математическая статистика: учеб. пособие. - М.: Наука, 1979. 495 с.

Кибирев Владимир Васильевич, кандидат физико-математических наук, профессор кафедры прикладной математики Бурятского государственного университета, тел.(8301-2)217573, e-mail: [email protected]

Kibirev Vladimir Vasilievich, candidate of physical and mathematical sciences, professor, applied mathematics department, Buryat State University.

УДК 378:53

© В.В. Коваленко, Р.А. Филипьев

О вопросе экспериментального изучения внешнего фотоэлектрического эффекта

В статье рассматриваются состояние, проблемы и вопросы развития современного естественно-научного образования. Предложены актуализированные методы изучения квантовых явлений - фотоэлектрического эффекта - с количественной интерпретацией результатов тестирующего лабораторного эксперимента, адаптированные для студентов младших курсов.

VV Kovalenko, R.A. Filipyev

On the issue of experimental study of outward photoelectric effect

The article considers the state, problems and issues of modem natural-scientific education. The actualized methods of quantum phenomena study have been proposed, that is, the photoelectric effect with the results of quantitative interpretation of testing laboratory study, adapted for students of junior years of study.

Физика - наука, составляющая фундамент естественно-научного образования и теоретического мышления будущих специалистов. Известный физик - академик Л.А. Арцимович довольно лаконично и образно определил знание физической науки для человечества, подчеркивая ее мировоззренческий и политехнический характер: «Современная физика - это своего рода двуликий Янус. С одной стороны - это наука с горящим взором, которая стремится проникнуть вглубь великих законов материального мира. С другой стороны - это фундамент новой техники, мастерская смелых технических идей, опора и движущая сила непрерывного индустриального прогресса». Вместе с тем колоссаль-

ный объем знаний, накопленный физикой сегодня, делает задачу обучения необычайно трудной. В этих условиях единственный путь решения - интенсификация процесса обучения на основе исключения дублирующего среднюю школу материала, приближение учебного курса физики к действительному содержанию ее как науки, модернизация и структурирование программы, использование достижений современных технологий обучения. Оно может быть признано успешным, если обучаемый активно овладел комплексом базовых стандартных физических моделей, конструктивно ими пользуется, раскрывая механизмы физических явлений и структуры физических объектов, владеет куль-

турой физического мышления.

Отмеченные факты предполагают поиск возможностей решения различного уровня физических задач через виртуализацию реальности физического макро- и микромира в форме проведения лабораторного практикума со студентами

1 курса инженерных специальностей, профилей бакалавриата. Следует констатировать, что такая традиция реализации учебного процесса в системе высшего политехнического образования была и остается потенциальной и наиболее значимой, результативной компонентой естественно-научной, общей профессиональной и специальной подготовки в области техники и технологий.

Сказанное позволяет конкретизировать направления развития технического сопровождения студенческого лабораторного практикума:

• модернизация и использование действующего лабораторного оборудования и отдельных комплексов и установок;

• широкое внедрение информатизации (1Т-технологий) через использование как виртуальных, так и совмещенных с реальными установками лабораторных комплексов.

Установка, разработанная НПО «ТулаНауч-Прибор» и внедренная в учебный процесс на кафедре физики Сибирского государственного индустриального университета для изучения явления внешнего фотоэффекта представлена в виде блока облучения (1), содержащего светодиоды, фотоприемник (2) с фотоэлементом СЦВ-3 на основе сурьмяно-цезиевого (С838Ь) катода; блок измерения (3) со специально настроенной чувствительной схемой усиления слабых фототоков; два универсальных мультиметра с цифровым отображением результатов измерений напряжения на фотоэлементе на индикаторном устройстве.

Такая установка является более универсальной с точки зрения реализации одновременной фиксации, регистрации результатов измерений и применения дублирующих независимых методов оценки постоянной Планка, работы выхода электронов из материала фотокатода и красной границы фотоэффекта.

Практическая реализация поставленных задач с использованием предлагаемой методики является во многом новаторской в работе со студентами и с точки зрения современности и технологичности используемого оборудования, и с точки зрения методик количественного описания наблюдаемых результатов.

Известные типовые зависимости «напряжение - сила тока», вольт-амперные характеристики (ВАХ) изображаются графически в виде мо-

нотонных плавных кривых, состоящих из двух ветвей - прямой, лежащей в положительной полуплоскости декартовой системы координат, и обратной - в отрицательной полуплоскости [1, 2]. Такая форма ВАХ соответствует двум режимам измерений - при прямом и обратном подключении электродов фотоэлемента. Получение реальной обратной ветви для четырех различных длин волн приводит к возможности нахождения задерживающей разности потенциалов, при которой фотоэффект прекращается. При этом увеличение напряжения на катоде сопровождается уменьшением тока, который при достижении нуля изменяет направление и растет по модулю с постепенным выходом кривой на насыщение. Такой интересный факт объясняется действием механизма эмиссии электронов с анода под действием рассеянного в фотоэлементе света. Можно говорить о работе двух подключенных антипараллельно основного и побочного фотоэлементов, индуцирующих фотоэлектрический ток, представляющий собой «суперпозицию» антинаправленных токов. Таким образом, значение модуля задерживающей разности потенциалов (из) будет определяться не в точках, где 1фото=0 (традиционный подход), а там, где кривая переходит в участок со слабым наклоном для отдельных значений длин полихроматической волны, что устанавливается в реальном эксперименте.

Для полноценной интерпретации явления фотоэлектрического эффекта, особенно в случаях его исследования в условиях облучения фотоэлемента электромагнитными волнами различной частоты (длины волны) и различной интенсивности светового потока, необходимо получать отдельную зависимость «сила фототока -напряжение» - прямую ветвь ВАХ. Именно раздельное рассмотрение и анализ вида кривых распределения способствует понять, в какой момент фототок, достигая насыщения (выхода на стабильные значения), сигнализирует о достижении и прекращении процесса вырывания фотоэлектронов с поверхности катода в независимости от значений интенсивности падающего излучения.

Сложившаяся за многие годы вузовская практика изучения явлений квантовой физики, таких как внешний фотоэффект, предполагает идентификацию количественных параметров, входящих в уравнение А. Эйнштейна: постоянная М. Планка, работа выхода электронов из металла, граничная частота - красная граница фотоэффекта, задерживающая разность потенциалов [1, 2].

Следует отметить, что описанный выше современный формат выполнения лабораторного эксперимента в этом смысле является классическим [3], но одновременно предоставляющим широкие возможности более глубокого осмысления получаемых результатов как на качественном, так и количественном уровне, на основе сопоставления данных независимых экспериментов. Предлагаемые методы складываются из процессов построения зависимости «задерживающая разность потенциалов - частота света» и кривой спектральной чувствительности материала фотокатода «фототок - длина волны света».

Графические данные (рис. 1 и 2), проведенные на их основе тестирующие оценки параметров фотоэффекта, полученные при первичном анализе результатов эксперимента, дают их значения с достаточно высокой точностью относительно известных табличных данных.

Для более точных оценок значений работы выхода электронов, минимальной частоты (максимальной длины волны) света, падающего на фотокатод фотоэлемента, постоянной М. Планка методика предполагает применение метода наименьших квадратов для прямопропорциональной зависимости (рис.1) [3].

Рис. 1. Зависимость задерживающей разности потенциалов от частоты света

4>П 4~0 <>0 *"0 6ЇО гі'О

Рис. 2. Кривая спектральной чувствительности -зависимость фототока от напряжения на фотоэлементе

Таким образом, комплекс современных методик моделирования квантово-оптических явлений и интерпретации количественных данных лабораторного эксперимента по их изучению позволяет получать достоверные результаты фундаментальных закономерностей и характеристик квантового фотоэлектрического эффекта.

XXI в. открывает перед всеми жителями нашей планеты необъятные возможности, серьезные перспективы для более глубокого понимания сущности окружающего нас мироздания. Несомненно, именно физическая наука, являющаяся беспрекословным фундаментом в его изучении и сформулированная великим русским мыслителем, талантливым ученым М.В. Ломоносовым как наука о природе, позволяет наиболее полно ощутить всю ее гармонию. Э. Резерфорд недвусмысленно разделил все науки на Земле «на физику и коллекционирование марок», тем самым подтверждая величественность и красоту физики. Без постороннего пафоса следует понимать, что педагогическое сообщество должно отдавать себе отчет в том, что, несмотря на все общественно-политические и финансово-

экономические перипетии, неестественным путем иногда дискредитирующие фундаментальность, традиции, незыблемые устои и принципы естественнонаучного познания мира, оно превращается тем самым в невольных апологетов физической науки, порой забывающих о своем профессиональном предназначении - обучении и воспитании специалиста, человека, гражданина. Преподаватели бывают разными, как и методики обучения, качественными и некачественными, но всегда важно помнить, что каждый новый этап в профессиональной деятельности педагога, ученого предполагает его совершенствование, развитие через расширение своего научного кругозора, внедрение новых технологий обучения, образования, познания окружающего мира. Поэтому обучение, с нашей точки зрения, естественным наукам (физике) с широким применением современных технологий (информационных, компьютерных) должно способствовать более интенсивному процессу интеллектуального, духовного, эстетического роста молодого человека (студента). В связи с этим изложенные тезисы в настоящей статье могут вос-

Макунина Т.А., Очиров М.Н. Формирование профессионального самоопределения будущего учителя: современная интерпретация___________________________________________________________________________________________________

приниматься как попытка некоторого осмысления и обобщения опыта педагогической деятельности сотрудников коллектива кафедры физики одного из крупнейших вузов политехниче-

ского профиля в части применения современных технологий физического образования одного из интереснейших разделов - квантовой оптики.

Литература

1. Савельев И.В. Курс общей физики / И.В. Савельев. - СПб.: Лань, 2007. - Т.5. - 327 с.

2. Иродов И.Е. Квантовая физика / И.Е. Иродов. - М.: Физматлит, 2002. - 271 с.

3. Лабораторный практикум по физике: учеб. пособие для студентов вузов / К.А. Барсукова, Ю.И. Уханов. - М.: Высшая школа, 1988. - 350 с.

Коваленко Виктор Викторович, кандидат физико-математических наук, доцент, кафедра физики, Сибирский государственный индустриальный университет. 654000, г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42, e-mail: [email protected]

Филипьев Роман Анатольевич, кандидат технических наук, доцент, кафедра физики, Сибирский государственный индустриальный университет, 654000, г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42.

Kovalenko Victor Victorovich, candidate of physical and mathematical sciences, associate professor, department of physics, Siberian State Industrial University. 654000, Novokuznetsk, Kirov st., 42, department of physics, e-mail: [email protected]

Filipyev Roman Anatolevich, candidate of engineering sciences, associate professor, department of physics, Siberian State Industrial University. 654000, Novokuznetsk, Kirov st., 42.

УДК 378.1

© Т.А. Макунина, М.Н. Очиров Формирование профессионального самоопределения будущего учителя: современная интерпретация

В статье изложен современный подход к развитию профессионального самоопределения будущего учителя. Основным методом избран проблемный метод.

Ключевые слова: потребность в профессиональном самоопределении, проблемная ситуация, профессиональнотворческие и профессионально-рефлексивные способности.

Т.А. Маkuninа, МЖ. Ochirov Formation of professional self-determination of the future teacher: modern interpretation

The article states a modern approach to the development of professional self-determination of the future teacher. The problem solving method has been chosen as the principal one.

Keywords: a need in professional self-determination, problem situation, professional-creative and professional-reflexive abilities.

Педагогическая деятельность по профессиональному самоопределению будущего учителя должна обеспечить, с одной стороны, его теоретическую готовность на уровне, соответствующем современным научно-педагогическим достижениям, с другой - его практическую готовность выполнения своих профессиональных обязанностей на уровне, отвечающем нормам и требованиям Госстандарта, а также ожиданиям учащихся и родителей.

В современной педагогической науке наблюдаются значительные инновационные процессы. Личностно-ориентированный подход в образовании, являясь естественной, логически оправ-

данной альтернативой авторитарно-поучительному и поэтому неэффективному подходу, рассчитан на внутреннее воздействие, на создание актуальных личностных структур. Воздействие достигается за счет создания необходимых педагогических условий и последующей их интерио-ризации. Для этого разработан метод поэтапного формирования умственных действий.

Трудность этого подхода для учителей состояла в разработке текста для перевода во внутренний план. Наиболее подходящим он был для начальных классов, когда учебный материал в силу элементарного уровня позволял планомерную интериоризацию. Еще одно ограниче-