CC BY
31
ПРОФОРИЕНТАЦИОННЫЕ ЗАНЯТИЯ СО ШКОЛЬНИКАМИ ПО ПРОГРАММЕ «ОПТОИНФОРМАТИКА» В СРЕДНЕЙ ШКОЛЕ О.В. Андреева, Г.Н. Виноградова, Л.Н. Капорский, С.А. Козлов
Факультет фотоники и оптоинформатики, созданный как структура, интегрирующая образовательный потенциал СПбГУ ИТМО и научно-исследовательский потенциал ВНЦ «Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова» (ВНЦ ГОИ) уделяет в своей повседневной работе большое внимание систематической работе со школьниками, которая ведется всеми кафедрами факультета, созданными на базе научно-исследовательских лабораторий ВНЦ ГОИ. Основная направленность этих занятий состоит в стимулировании интереса школьников, особенно старшеклассников, к изучению оптики как науки, имеющей огромное поле практических применений. Это вполне оправдано тем, что школьный курс физики в части оптики даже в специализированных школах крайне ограничен и не дает общего представления об этой науке и ее многочисленных применениях, получающих все большее распространение в жизни современного общества.
Работа со школьниками предполагает не только расширение представлений учащихся о содержании оптики как науки. Главная цель всей этой работы состоит в отборе наиболее подготовленных и заинтересованных в расширении своих знаний учащихся, которые в дальнейшем осознанно сделают выбор в пользу поступления для дальнейшей учебы в ИТМО, где продолжат углубленное изучение различных направлений оптической науки и использование ее результатов на практике.
Для практического решения задач, стоящих перед сотрудниками факультета, были использованы экспериментальные возможности ряда лабораторий ВНЦ ГОИ, интегрированных в состав факультета, и отработана программа тематических занятий, ориентированных на учащихся разного возраста и уровня подготовки. При разработке таких занятий наибольшее внимание было уделено тем разделам оптической науки, которые играют важную роль в развитии современных оптико-информационных технологий. В настоящее время занятия проводятся по следующим основным темам.
1. Фотоника и оптоинформатика - новые, развивающиеся направления практического использования оптических явлений и оптико-информационных технологий.
2. Лазер как оптический прибор для получения когерентного излучения. Типы лазеров. Свойства и особенности излучения лазеров. Взаимодействие лазерного излучения с различными материалами. Лазер в быту. Лазеры для записи, обработки и передачи информации.
3. Голография. Основные принципы голографии. Когерентный и некогерентный свет, дифракция и интерференция излучения. Экспериментальные установки и регистрирующие среды для получения голограмм. Изобразительные голограммы и голо-граммные оптические элементы. Информационные возможности объемных голограмм.
4. Микроскоп как оптический прибор. Типы микроскопов. Основные характеристики микроскопа: увеличение, разрешение, качество изображения. Объекты микроскопии. Наблюдение объектов в проходящем и отраженном свете.
5. Оптические материалы. Оптическое стекло его свойства и особенности. Естественные и искусственные кристаллы в оптике. Что такое ситалл. Оптическая связь и основные элементы волоконно-оптических линий связи.
6. История Государственного оптического института им. С.И. Вавилова по материалам Музея ВНЦ ГОИ. ВНЦ ГОИ и Космос. Сотрудники ВНЦ ГОИ - выдающиеся ученые русской науки.
Предлагаемый цикл тематических занятий знакомит учащихся с наиболее востребованными направлениями развития современной оптической науки. Опыт его проведения с учащимися различных школ Санкт-Петербурга, включая специализирован-
ные физико-математические школы и лицеи, свидетельствует о том, что разработанный цикл тематических занятий вполне отвечает требованиям нашего времени, помогает глубже понять физические законы, лежащие в основе оптических явлений, знакомит школьников с новыми направлениями исследований по оптике и способствует пониманию таких сложных вопросов, как, например, природа света, его волновые и корпускулярные свойства.
Проводимые занятия сгруппированы по тематическому принципу. Каждое занятие, посвященное одной из тем, состоит, как правило, из двух частей. В первой части занятий (30-40 мин.) учащихся знакомят с основными определениями, оптическими явлениями и закономерностями, имеющими прямое отношение к рассматриваемой теме. Вторая часть занятий (40-50 мин.) носит демонстрационный характер. Учащимся демонстрируют оптические явления и работу оптических приборов и устройств, основанных на использовании оптических явлений, о которых шла речь в первой части занятий. Предложенная форма занятий - лекция-беседа и демонстрационная часть с учащимися в малых группах (6-10 чел.) - оказалась вполне эффективной. Это видно из неподдельного интереса учащихся, особенно к демонстрационной части занятий. Как правило, то, что им показывают, они видят в первый раз, независимо от возраста. Суждение об эффективности занятий по характеру и числу задаваемых на занятиях вопросов достаточно сложно и не всегда объективно. Малое число вопросов, задаваемых преподавателю по теме занятий, является скорее типично школьной спецификой. Непреодоленная стеснительность, неумение сформулировать вопрос по существу обсуждаемой темы - вот, по нашему мнению, основная причина малочисленности вопросов.
Нельзя не отметить еще одну особенность тематических занятий, проводимых в рамках данной программы. Эта особенность состоит в том, что тематические занятия со школьниками проводят высококвалифицированные специалисты, каждый из которых десятки лет проработал в ВНЦ ГОИ и внес свой заметный вклад в развитие своего направления оптики. Все стремительное развитие оптической науки проходило буквально на глазах и при участии этих специалистов, Любовь к своей профессии, безграничная увлеченность своим делом, желание неформально рассказать о том, чему была посвящена вся сознательная часть жизни, делают эти занятия яркими, эмоциональными и содержательными, что школьники всегда отмечают при проведении анкетирования.
Тесное взаимодействие факультета со школьными учителями позволяет проводить предварительную подготовку школьников к занятиям в лабораториях ВНЦ ГОИ. В свою очередь, сотрудники ВНЦ ГОИ при проведении занятий учитывают пожелания учителей, внося корректировки как в содержательную, так и в методическую стороны проводимых занятий.
В настоящее время особо тесные контакты налажены факультетом фотоники и оптоинформатики с коллективом физико-математического лицея № 30. Основная направленность этого сотрудничества состоит в подготовке мотивированного контингента абитуриентов. Для учеников 10-х классов этой школы в начале лета 2004 года предполагается провести учебную практику в лабораториях ВНЦ ГОИ. Программа этой практики предусматривает выполнение экспериментальных работ на установках лабораторий института в течение недели. Предполагается, что полученные учащимися результаты будут оформлены в виде отчетов, включающих описательную, расчетную и иллюстративную (схемы, графики) части. Предусмотрено проведение итогового заседания семинара с участием сотрудников ВНЦ ГОИ и учителей школы № 30. На этом заседании ученики, прошедшие практику и выполнившие работу, должны будут публично представить и защитить свои результаты. К проведению практики подготовлен цикл лабораторных работ, рассчитанный на уровень подготовки учеников 10 классов. Примеры предлагаемых лабораторных работ из разработанного цикла приведены ниже:
Задание по практике 1. Определить спектральный интервал излучения лазерной указки с помощью монохроматора. В работе предлагается изучить устройство спектральных приборов на примере монохроматора; произвести градуировку монохромато-ра, используя набор спектральных ламп; измерить длины волн излучения имеющихся в наличии полупроводниковых лазеров и указок. При оформлении отчета о проделанной работе необходимо обработать полученные экспериментальные данные, сравнить спектры полупроводниковых лазеров со спектрами других источников излучения и отметить их особенности.
Задание по практике 2. Получить голограмму произвольного объекта по методу Ю.Н. Денисюка. В работе предполагается ознакомиться с методом регистрации изобразительных голограмм, наблюдаемых в белом свете; подобрать объект или создать свою композицию для регистрации ее голографической копии; зарегистрировать голограмму, провести ее постэкспозиционную обработку и придать полученной голограмме товарный вид. В качестве отчета необходимо предъявить качественную голограмму, описание метода ее получения и наблюдения, а также перечислить отличия голографическо-го метода получения изображений от других методов изобразительной техники.
Предполагается, что число предлагаемых для выполнения работ будет превышать число учащихся, проходящих практику. Это позволит учащимся осуществить свободный выбор. Предшествующий опыт показал, что наиболее целесообразно работу выполнять вдвоем. Так будет и в этот раз. Формирование пар - свободное. Совершенно естественно, что выполнение экспериментальной работы будет проходить при непосредственном участии руководителя сотрудника лаборатории ГОИ. С нашей точки зрения, это обстоятельство весьма полезно, так как способствует прямой передаче знаний и навыков учащимся при их совместной работе с высококвалифицированным специалистом.
Хочется обратить внимание на одно важное, с нашей точки зрения, обстоятельство. При внеклассной работе со школьниками 10-х классов могут быть созданы условия, благоприятствующие изменению концептуального подхода к процессу изучения физики на примере оптики. Эти изменения состоят в том, что от задачи просто научить следует по возможности переходить к задаче научить учиться. В рамках заданий, которые формулируются преподавателем, учащиеся должны, проявляя инициативу, стремиться к тому, чтобы научиться учиться, используя для этого все доступные для них средства, такие как чтение литературы, знакомство и работа со справочной литературой и каталогами, взаимное обсуждение предполагаемого хода выполнения задания, беседы с руководителем практики.
Необходимо стремиться к тому, чтобы у учащихся формировалось представление о выполняемой работе как о части более крупной проблемы, представляющей одно из направлений современной оптики. Как в процессе выполнения заданий, так и при знакомстве с рекомендованными материалами учащиеся должны выписывать все встречающиеся им непонятные термины и определения с тем, чтобы потом обязательно добиться их понимания по существу.
В заключение сообщения отметим, что одной из форм работы со школьниками является клуб любителей физики «Оптоинформатика», который функционирует в системе факультета с сентября 2003 года. Перечислим основные задачи клуба.
1. Объединение школьников, проявивших интерес к углубленному изучению физики (оптики) и привлечение их к регулярным занятиям в СПбГУ ИТМО и в ВНЦ ГОИ.
2. Повышение уровня знаний школьников-членов клуба по разделам физики, которые связаны с изучением оптических явлений, используемых в современных информационных технологиях.
3. Ориентировка членов клуба на поступление для продолжения учебы в СПбГУИТ-МО по направлению «Фотоника и оптоинформатика». Для желающих вести систе-
матическую исследовательскую работу - подбор научных руководителей-кураторов из числа специалистов СПбГУИТМО и ВНЦ ГОИ.
Программа работы клуба предусматривает участие его членов в российских и международных программах по организации научно-исследовательской работы школьников и в программах по повышению уровня естественнонаучного образования школьников. Организация непосредственной работы школьников в клубе предусматривает теоретические занятия по определенным темам; экспериментальный практикум по основам оптики и оптоинформатики; подготовку рефератов и выступлений с сообщениями на заданную тему; участие членов клуба в научно-исследовательской работе совместно с кураторами-наставниками и выполнение курсовых научно-исследовательских работ соответствующего уровня; работу членов клуба с перспективными школьниками и с новичками; подготовку материалов о работе клуба, предназначенных для размещения на сайте факультета фотоники и оптоинформатики (http://ysa.ifmo.ru/optoinformatics/).
Занятия, заседания и семинары клуба будут происходить еженедельно по программе, составленной на учебный семестр. Каждый член клуба, как правило, участвует в них один раз в 3-4 недели. Занятия проводятся в действующих научно-исследовательских подразделениях СПбГУ ИТМО и ВНЦ ГОИ под руководством ведущих специалистов по адресу Санкт-Петербург, Васильевский остров, Тучков пер. дом 1. Для предварительного собеседования можно записаться по телефону: 232-14-67. Электронный адрес клуба: [email protected] .
Работа выполнена при частичной поддержке Федеральной целевой программы «Интеграция науки и высшего образования России на 2002-2006 годы», Проект № Б0120 -Направление 1.1.-УНЦ «Оптика и научное приборостроение».
