CC BY
15
недавно открытый эффект гальваномагнитных вихрей в полупроводниках, помещенных в магнитное поле, относили к ошибке измерения. В то время как учет данного явления мог во многом способствовать улучшению полезных свойств полупроводниковых материалов.
В связи с этим исследование кинетических свойств твердых тел, в особенности полупроводников, имеет не только важное научное значение, но и техническое, поскольку тщательно изученные свойства полупроводниковых материалов позволяют создавать на их основе более качественные и точные приборы.
В то же время исследование кинетических свойств твердых тел требует от экспериментатора особой тщательности. Особенно если учесть тот факт, что некоторые кинетические явления нестационарны и это не позволяет проводить их исследование в большом временном промежутке. Например, самые точные измерения теплопроводности твердых тел имеют ошибку более чем 5%, в то время как при измерении стационарных процессов ошибка может не превышать даже доли процента. Кроме того, специфика исследований кинетических свойств обязывает снимать множество сигналов одновременно. К тому же еще необходимо управлять магнитным полем, величина которого также должна быть измерена.
С учетом этих обстоятельств перед современным экспериментатором стоит несколько задач. Во-первых, для проведения подобных экспериментов необходимо создание качественной экспериментальной установки, позволяющей исключить как можно большее число ненужных влияний. Во-вторых, экспериментатору необходимо в максимальной степени исключить человеческий фактор при проведении эксперимента, так как банальная невнимательность человека может привести к существенным ошибкам в результатах эксперимента.
Из вышеизложенного делаем вывод, что исследование кинетических свойств твердых тел должно быть автоматизировано, а это подразумевает использование компьютера. Компьютер обладает большой вычислительной мощностью, ресурсами хранения и представления информации. Единственное, чего не может сделать компьютер - измерить и обработать аналоговый сигнал от различных датчиков экспериментальной установки. Для решения этой проблемы существуют аналого-цифровые преобразователи (АЦП).
Для наблюдения сигналов в режиме реального времени необходима высокая вычислительная мощность компьютера, поскольку поток данных от АЦП весьма интенсивен, а частота обновления информации во многом зависит от быстродействия ПК. В таких условиях, если плата АЦП не оснащена устройством, осуществляющим предварительную обработку и коммутацию цифрового потока, то эти функции приходится выполнять центральному процессору ПК. Это приводит к тому, что даже мощные компьютеры могут оказаться не в состоянии производить сбор данных. В этих условиях наиболее рациональным является применение плат сбора данных, содержащих устройства, обеспечивающие предварительную обработку данных. Эти устройства производят синхронизацию сбора данных, коммутацию каналов, запись данных в буфер и передачу их в память ПК. Применение плат сбора данных и персонального компьютера позволяет не только автоматизировать сам процесс измерения, но и автоматизировать процесс обработки полученных результатов. Вследствие этого значительно повышается эффективность научной деятельности.
В.М. Солодовников, Е.Н. Полякова Курганский государственный университет, г. Курган, Россия
ОБ ОДНОЙ ИЗ МЕТОДИК ПРОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМА ПО ФИЗИКЕ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ТЕХНИЧЕСКИХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ И ПРИЧИНАХ ЕЕ ПРИМЕНЕНИЯ
Аннотация: В статье рассматривается методика освоения лабораторного практикума по общей физике для студентов технических специальностей на основе блочной системы.
Ключевые слова: лабораторный практикум, обучение по блокам.
V.M. Solodovnikova, E.N. Polyakova Kurgan State University, Kurgan, Russia
ON A PROCEDURE OF HOLDING A LABORATORY PRACTICAL IN PHYSICS FOR ENGINEERING STUDENTS AND THE REASONS OF ITS APPLICATION
Abstract: The article deals with the procedure of holding a laboratory practical in General Physics for engineering students on a module approach.
Keywords: a laboratory practical, a module approach teaching.
Одним из приоритетных направлений деятельности вузов является воспитание у будущих инженеров умения самостоятельно приобретать научные знания и развитие на этой основе логического и творческого мышления.
Проведенные социологические исследования выявили у многих современных выпускников вузов недостаточный уровень самоорганизации, инициативы, самостоятельности в решении поставленных перед ними профессиональных задач. Основными причинами этого можно считать массовую незаинтересованность студентов в получении качественного образования и отсутствие деятельности кафедр, жестко ориентированной на подготовку всесторонне развитого специалиста, способного в числе прочего и к творческой деятельности.
Кроме того, одним из слабых мест современного вузовского образования являются одинаковые требования ко всем студентам, обучающимся в рамках одной специальности, без учета уровня их знаний.
В то же время опыт приема на обучение в Курганский государственный университет показывает, что конкурсный отбор в основном осуществляется только на бюджетные места, а количество таких мест с каждым годом сокращается. Так, например, почти на всех специальностях инженерно-технического направления в 2007 году было в среднем по 19 - 20 бюджетных мест, а учебные группы на первом курсе комплектуются, как правило, из 23 - 27. Возможна ситуация, когда в группе половина и более - это студенты, принятые на договорной основе. При этом на некоторые специальности отсутствует конкурс вообще, что приводит к набору значительного числа выпускников школ, для которых характерны не только низкий уровень знаний по дисциплинам естественнонаучного цикла, но и очень слабая учебная мотивация.
Положение усугубляется тем, что в течение последних лет происходит постоянное уменьшение количества учебных часов по дисциплинам естественнонаучного цик-
56
ВЕСТНИК КГУ, 2010. №2
ла. Так, в КГУ на некоторых технических специальностях полностью отсутствуют практические занятия по курсу общей физики, количество лабораторных работ сокращено вдвое по сравнению с предыдущими годами и т.д.
Для того чтобы хотя бы частично исправить сложившуюся ситуацию, нами предлагается новая схема проведения лабораторного практикума по физике для студентов технических специальностей как очной, так заочной форм обучения. Лабораторная работа при этом делится на три блока - теоретический, практический и экспериментальный.
В рамках первого блока преподаватель, лучше, если это будет лектор, вслед за лекцией проводит небольшой семинар по теме лабораторного занятия, на котором подробно обсуждает вместе с группой основные вопросы изучаемого материала.
Второй блок посвящен обязательному разбору одной или нескольких принципиальных в рамках темы данной лабораторной работы задач. После этого каждый студент выполняет индивидуальную практическую работу под обязательным руководством преподавателя.
Вопрос с методической оснащенностью второго блока был решен так.
Преподавателями кафедры «Общая физика» было создано учебное пособие, состоящее из трех частей, в которых по классической схеме приведены унифицированная учебная программа, основные формулы, различные методики решения задач, задачи для самостоятельного решения и справочные таблицы. Особенностью данного пособия является то, что в нем очень подробно, практически по шагам, разбираются методы решения физических задач различных типов. Задачи, предлагаемые для самостоятельного решения, строго ориентированы на укрепление полученных навыков. По своему уровню приводимые задачи несложные, поэтому во втором блоке лабораторного занятия студентам предлагается решить от двух до четырех задач. Естественно, что более подготовленным студентам предлагаются задачи повышенной сложности.
В начале третьего (экспериментального) этапа преподаватель совместно с наиболее активными студентами проводит натурный эксперимент, комментируя его сам и привлекая к этому аудиторию. Обсуждаются ход опыта, порядок расчетов и полученные результаты.
Далее студентам предлагается небольшой тест, содержащий этапные вопросы, по результатам которого они допускаются к выполнению виртуальной лабораторной работы по данной теме.
Виртуальные лабораторные работы реализованы с помощью лицензионной программы «Открытая физика», с которой наша кафедра работает уже несколько лет. Заметим, что в зависимости от уровня знаний учащихся заготовки отчетов по лабораторным работам либо выдаются заранее в электронном виде, либо составляются студентами во время занятия под руководством преподавателя.
В зависимости от ряда причин, таких как важность рассматриваемой темы, наличие соответствующей натурной экспериментальной базы, уровень подготовленности группы, возможны два варианта развития событий. В первом случае после выполнения виртуального эксперимента студенты проводят необходимые расчеты, заполняют отчет и сдают его на проверку преподавателю. Во втором случае результаты работы с программой «Открытая физика» являются допуском к выполнению каждым студентом натурной лабораторной работы. После выполнения натурного эксперимента студент должен сравнить в своем отчете виртуальные и реальные результаты, сделать соответствующий вывод.
Очевидно, что данная методика значительно увеличивает время проведения каждой лабораторной работы, уменьшая их общее количество. Это уменьшение компенсируется возрастанием качества проводимых занятий. Естественно, что такую методику следует реализо-вывать только по наиболее значимым для будущего специалиста темам.
В настоящее время отдельные элементы данной системы уже работают на нашей кафедре и дают положительные результаты.
В то же время не следует забывать, что применение такого подхода - это вынужденная мера, призванная дать студентам-будущим инженерам хотя бы минимально необходимые знания по физике, которые позволят им стать не слепыми исполнителями, а полноценными специалистами.
А.П. Тыщенко
Курганский государственный университет, г. Курган, Россия
О ВЫВОДЕ УРАВНЕНИЯ КЛАПЕЙРОНА - КЛАУЗИУСА НА ОСНОВЕ МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКОЙ ИНТЕРПРЕТАЦИИ ПОНЯТИЯ ЭНТРОПИИ
Аннотация: В статье рассматриваются методические аспекты вывода уравнения Клапейрона-Клаузиса на основе молекулярно-кинетической интерпретации энтропии.
Ключевые слова: уравнение Клапейрона-Клаузиса, энтропия.
A.P. Tyshchenko
Kurgan State University, Kurgan, Russia
ABOUT DERIVATION OF THE KLAPEIRON-KLAUSS EQUATION ON THE BASIS OF MOLEKULAR-KINETIC INTERPRETATION OF ENTROPY
Abstract: The article considers some procedural aspects of deriving the Klapeiron-Klauss equation on the basis of a molecular-kinetic interpretation of entropy.
Keywords: the Klapeiron-Klauss equation, entropy.
В [1] предложена молекулярно-кинетическая интерпретация температуры идеального газа как физической величины, численно равной усредненной энергии, которую молекула идеального газа передает термометрическому или иному телу за одно соударение с ним. Такое определение температуры позволяет дать молекуляр-но-кинетическое истолкование понятия энтропии, приведенной теплоты, ввести в курс молекулярной физики энтальпию, свободную энергию, термодинамический потенциал, канонические уравнения состояния Гиббса и т.д. В итоге можно построить курс молекулярной физики, в котором нет необходимости прибегать к понятиям и формулам термодинамики.
Некоторые проблемы в этом случае могут возникнуть в разделе «Фазовые превращения вещества» при выводе уравнения Клапейрона-Клаузиуса, в котором обычно используется формулы для коэффициента полезного действия обратимой тепловой машины. Эти затруднения легко преодолеть, если в курсе молекулярной фи-
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 3
57
