Download pdf - Комплексное компьютерное сопровождение изучения основ теории энергетических зон в курсе физики

120 Ôèçè÷åñêîå îáðàçîâàíèå â âóçàõ, Ò. 7, ¹ 4, 2001

Êîìïëåêñíîå êîìïüþòåðíîå ñîïðîâîæäåíèå èçó÷åíèÿ îñíîâòåîðèè ýíåðãåòè÷åñêèõ çîí â êóðñå ôèçèêè

Â.Ì. Èåâëåâ, Â.À. Åëèñååâ, À.À. Äîëãà÷åâÂîðîíåæñêèé ãîñóäàðñòâåííûé òåõíè÷åñêèé óíèâåðñèòåò

Îïðåäåëåíû äèäàêòè÷åñêèå öåëè è ñðåäñòâà äëÿ äîñòèæåíèÿ âòîðîãî è òðåòüåãî óðîâíÿ óñâîåíèÿó÷åáíîãî ìàòåðèàëà. Ðàññìîòðåíû âîïðîñû êîìïëåêñíîãî êîìïüþòåðíîãî ñîïðîâîæäåíèÿ îñíîâòåîðèè ýíåðãåòè÷åñêèõ çîí â êóðñå ôèçèêè, íàïðàâëåííûå íà óñèëåíèå ôóíäàìåíòàëüíîéïîäãîòîâêè ñòóäåíòîâ.

Îäíîé èç ôîðì èíôîðìàöèîííî-ìåòîäè÷åñêîé ïîääåðæêè ôóíäàìåíòàëüíîãîîáðàçîâàíèÿ ÿâëÿåòñÿ ñîçäàíèå ïðîãðàììíî-ìåòîäè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ äëÿ ïåäàãîãè÷åñêèõòåõíîëîãèé, ñïîñîáñòâóþùèõ îðãàíèçàöèè ñàìîñòîÿòåëüíîé è èíäèâèäóàëüíîé ðàáîòûñòóäåíòîâ â ñîâðåìåííûõ óñëîâèÿõ. Ëè÷íîñòíî-îðèåíòèðîâàííîå ñîäåðæàíèå,äèôôåðåíöèàöèÿ è èíäèâèäóàëèçàöèÿ ïðîöåññà îáó÷åíèÿ - îñíîâà ýòèõ òåõíîëîãèé,ó÷èòûâàþùèõ ðàçíûé óðîâåíü ôóíäàìåíòàëüíîé ïîäãîòîâêè ñòóäåíòîâ è èíäèâèäóàëüíûåîñîáåííîñòè [1].

Îäíàêî, íåñìîòðÿ íà øèðîêîå ïðèìåíåíèå âû÷èñëèòåëüíîé òåõíèêè â ó÷åáíîìïðîöåññå, äî ñèõ ïîð îòñóòñòâóåò êîìïëåêñíûé ìåòîäè÷åñêèé, ïðîãðàììíûé è àïïàðàòíûéïîäõîä ê èñïîëüçîâàíèþ âñåõ åå âîçìîæíîñòåé â ïðåïîäàâàíèè. Ëèøü íåáîëüøîå ÷èñëîðàáîò ïðåäïîëàãàåò ðåàëèçàöèþ ïðèíöèïà ðàçâèâàþùåãî îáó÷åíèÿ è íàëè÷èå çàäàíèé ðàçíûõóðîâíåé. Øèðîêîå ïðèìåíåíèå êîìïüþòåðíîé òåõíèêè â ïðåïîäàâàíèè ÷àùå âñåãî ñëóæèòóñèëåíèþ íàãëÿäíîñòè, îïåðàòèâíîñòè óïðàâëåíèÿ è íå ñíèìàåò ìåòîäîëîãè÷åñêèå ïðîáëåìûôîðìèðîâàíèÿ ëè÷íîñòè [2].

Êîìïüþòåðíîå ñîïðîâîæäåíèå ïðåïîäàâàíèÿ êóðñà ôèçèêè â òåõíè÷åñêîì âóçåïðèçâàíî ðåøàòü òàêèå ñòðàòåãè÷åñêèå çàäà÷è êàê:

· àêòèâíàÿ ïîääåðæêà ñèñòåìû ôóíäàìåíòàëüíîãî îáðàçîâàíèÿ;· îáó÷åíèå ñòóäåíòîâ ñòðàòåãèè íàó÷íîãî ïîçíàíèÿ ñóùíîñòè ôèçè÷åñêèõ ÿâëåíèé;· ôîðìèðîâàíèå ïðàâèëüíîãî ïðåäñòàâëåíèÿ î ðîëè ÝÂÌ â ñîâðåìåííîé ôèçèêå è

òåõíèêå.Ïîëîæèòåëüíûì ýôôåêòîì ïðèìåíåíèÿ ÝÂÌ â îáó÷åíèè ñëåäóåò ñ÷èòàòü òàêæå è

ôèêñàöèþ ðåçóëüòàòîâ îáùåíèÿ ñòóäåíòà ñ ÝÂÌ äëÿ îïåðàòèâíîãî óïðàâëåíèÿïîçíàâàòåëüíîé äåÿòåëüíîñòüþ ñòóäåíòîâ è ðåéòèíãîâîãî êîíòðîëÿ èõ çíàíèé.

Ïðè àíàëèçå áîëüøîãî êîëè÷åñòâà îáó÷àþùèõ ïðîãðàìì áûëè ñôîðìóëèðîâàíûêðèòåðèè êà÷åñòâà, êîòîðûå ìîãóò áûòü ïîëîæåíû â îñíîâó îáùèõ òðåáîâàíèé ê îáó÷àþùèìïðîãðàììàì êàê ê ïðîãðàììíîìó ïðîäóêòó ïåäàãîãè÷åñêîãî íàçíà÷åíèÿ. Ýòî â ïåðâóþî÷åðåäü èõ ìåòîäè÷åñêèå ñâîéñòâà, îáåñïå÷èâàþùèå ýôôåêòèâíîñòü êîìïüþòåðíîéïîääåðæêè, èíòåðàêòèâíûé ðåæèì ðàáîòû ïðåïîäàâàòåëÿ è ñòóäåíòà ñ êîìïüþòåðîì.

Òàêîé ïîäõîä áûë ðåàëèçîâàí íàìè ïðè èçó÷åíèè òåìû «Îñíîâû òåîðèè ýíåðãåòè÷åñêèõ

121Êîìïëåêñíîå êîìïüþòåðíîå ñîïðîâîæäåíèå èçó÷åíèÿ îñíîâ òåîðèè ýíåðãåòè÷åñêèõ çîí...

çîí». Óñèëåíèå ôóíäàìåíòàëüíîé ïîäãîòîâêè äîñòèãíóòî çà ñ÷åò ìàòåìàòè÷åñêîé îáðàáîòêèýêñïåðèìåíòà, â êîòîðîé ïî ðåçóëüòàòàì ïðÿìûõ èçìåðåíèé îïðåäåëÿþòñÿ âåëè÷èíû,íåïîñðåäñòâåííî íå èçìåðÿåìûå, íî ÿâëÿþùèåñÿ âàæíîé õàðàêòåðèñòèêîé ïðîöåññà èëèïàðàìåòðîì. Ýòî ïîçâîëÿåò ïðîâåñòè ãëóáîêîå è äåòàëüíîå èññëåäîâàíèå ôèçè÷åñêèõÿâëåíèé.

Ïîñëå îòáîðà è ñòðóêòóðèðîâàíèÿ ñîäåðæàíèÿ ó÷åáíîãî ìàòåðèàëà ïî ýòîé òåìå áûëèñôîðìóëèðîâàíû òðåáîâàíèÿ ïî óðîâíþ åãî ïðåäñòàâëåíèÿ è óðîâíþ óñâîåíèÿ. Ñîãëàñíîñèñòåìå äèäàêòè÷åñêèõ ïîêàçàòåëåé, ïðåäëîæåííîé Â.Ï. Áåñïàëüêî [3], â íàñòîÿùåé ðàáîòåèñïîëüçóåòñÿ òðåòèé óðîâåíü ïðåäñòàâëåíèÿ ó÷åáíîãî ìàòåðèàëà – óðîâåíüìàòåìàòè÷åñêîãî îïèñàíèÿ ÿâëåíèé, â ÷àñòíîñòè ïðîöåññîâ â îáëàñòè p-n-ïåðåõîäà, êîòîðûéñîçäàåò âîçìîæíîñòü êîëè÷åñòâåííîãî ïðîãíîçèðîâàíèÿ èñõîäîâ ÿâëåíèé. Â ñîîòâåòñòâèèñ ýòèì ïðè ïðîåêòèðîâàíèè ñîñòàâà êîìïëåêñà êîìïüþòåðíîãî ñîïðîâîæäåíèÿ òåìû ÷åòêîîïðåäåëåíû äèäàêòè÷åñêèå öåëè è ñðåäñòâà äëÿ äîñòèæåíèÿ âòîðîãî èëè òðåòüåãî óðîâíÿóñâîåíèÿ ó÷åáíîãî ìàòåðèàëà.

Èíôîðìàöèîííîå îáåñïå÷åíèå âêëþ÷àåò ïîëíîå òåîðåòè÷åñêîå ââåäåíèå ïî òåìå«Îñíîâû òåîðèè ýíåðãåòè÷åñêèõ çîí», îïèñàíèå ìåòîäà àâòîìàòèçèðîâàííîãî èçìåðåíèÿ èóïðàâëåíèÿ èçìåðèòåëüíûì êîìïëåêñîì.

Ýêñïåðèìåíòàëüíîå ïîäòâåðæäåíèå îñíîâíûõ ïîëîæåíèé òåîðèè áàçèðóåòñÿ íàëàáîðàòîðíîì ïðàêòèêóìå, êîòîðûé âêëþ÷àåò:1) èññëåäîâàíèå ðàñïðåäåëåíèÿ ýëåêòðîíîâ â ìåòàëëàõ ïî ýíåðãèè ïðè êîìíàòíîé

òåìïåðàòóðå ïî èçìåðåíèÿì âíåøíåãî ôîòîýôôåêòà;2) èññëåäîâàíèå òåìïåðàòóðíîé çàâèñèìîñòè ñîïðîòèâëåíèÿ ïî èçìåðåíèÿì âîëüòàìïåðíîé

õàðàêòåðèñòèêè òåðìîðåçèñòîðà;3) èçìåðåíèå âðåìåíè æèçíè àòîìîâ â âîçáóæäåííîì ñîñòîÿíèè ïî èçìåðåíèÿì êðèâîé

çàòóõàíèÿ ëþìèíîôîðà;4) îïðåäåëåíèå ïàðàìåòðîâ ïîëóïðîâîäíèêîâîãî äèîäà ïî èçìåðåíèÿì åãî âîëüòàìïåðíîé

õàðàêòåðèñòèêè â ïðÿìîì íàïðàâëåíèè.Ìåòîäèêà âûïîëíåíèÿ ýòèõ ðàáîò ìàêñèìàëüíî ïðèáëèæåíà ê ðåàëüíûì èñïûòàíèÿì.

Ëàáîðàòîðíûé ïðàêòèêóìÈññëåäîâàíèå çàêîíîâ âíåøíåãî ôîòîýôôåêòà äàåò âîçìîæíîñòü ïîêàçàòü

ðàñïðåäåëåíèå ôîòîýëåêòðîíîâ ïî ýíåðãèÿì. Â çàäåðæèâàþùåì ýëåêòðè÷åñêîì ïîëåïîâåðõíîñòè àíîäà äîñòèãàþò òîëüêî òå ýëåêòðîíû, íà÷àëüíàÿ êèíåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ êîòîðûõäîñòàòî÷íà äëÿ ïðåîäîëåíèÿ òîðìîçÿùåãî ïîëÿ. Òîê ÷åðåç ôîòîýëåìåíò çàâèñèò îò ÷èñëàôîòîýëåêòðîíîâ, îáëàäàþùèõ ïðè âûëåòå èç êàòîäà äîñòàòî÷íîé ýíåðãèåé, à ïðîèçâîäíàÿôîòîòîêà ïî íàïðÿæåíèþ äàåò êðèâóþ ðàñïðåäåëåíèÿ âûëåòåâøèõ ýëåêòðîíîâ ïî íà÷àëüíûìýíåðãèÿì. Â äàííîé ðàáîòå îñóùåñòâëÿåòñÿ òàêæå èìèòàöèîííîå ìîäåëèðîâàíèå âíåøíåãîôîòîýôôåêòà äëÿ ðàçëè÷íûõ íà÷àëüíûõ óñëîâèé è ó÷èòûâàåòñÿ êîíòàêòíàÿ ðàçíîñòü

122 Â.Ì. Èåâëåâ, Â.À. Åëèñååâ, À.À. Äîëãà÷åâ

ïîòåíöèàëîâ ìåæäó àíîäîì è êàòîäîì â çàìêíóòîé ýëåêòðè÷åñêîé öåïè, îïðåäåëÿåìàÿ êàêðàçíîñòü ðàáîò âûõîäà ýëåêòðîíîâ èç ýòèõ ìåòàëëîâ. Íàëè÷èå ïðè ìîäåëèðîâàíèè ÷åòêîãîàëãîðèòìà ïîçâîëÿåò ìàêñèìàëüíî ïðèáëèçèòü ïðåïîäàâàíèå ôèçèêè ê ýëåìåíòàì íàó÷íîãîïîçíàíèÿ è ñïîñîáñòâóåò ôîðìèðîâàíèþ íåîáõîäèìûõ èññëåäîâàòåëüñêèõ íàâûêîâ è óìåíèé.

Â äðóãîì ñëó÷àå ïðè èññëåäîâàíèè ñòàòè÷åñêîé âîëüòàìïåðíîé õàðàêòåðèñòèêèíåëèíåéíûõ ñîïðîòèâëåíèé äîïîëíèòåëüíàÿ ìàòåìàòè÷åñêàÿ îáðàáîòêà ýêñïåðèìåíòàëüíûõðåçóëüòàòîâ äàåò âîçìîæíîñòü ïîñòðîèòü òåìïåðàòóðíóþ çàâèñèìîñòü ñîïðîòèâëåíèÿ.Òåìïåðàòóðà â êàæäîé òî÷êå âîëüòàìïåðíîé õàðàêòåðèñòèêè íàõîäèòñÿ ïðè ðàâåíñòâåïîòðåáëÿåìîé òåðìîðåçèñòîðîì ìîùíîñòè (îïðåäåëÿåìîé çàêîíîì Äæîóëÿ – Ëåíöà) èèçëó÷àåìîé ìîùíîñòè (êîòîðàÿ ïîä÷èíÿåòñÿ çàêîíó Ñòåôàíà – Áîëüöìàíà).

Àíàëîãè÷íàÿ ìåòîäèêà ïðèìåíåíà ïðè èññëåäîâàíèè ÿâëåíèÿ ëþìèíåñöåíöèè [4]. Ñïîìîùüþ ìåòîäà íàèìåíüøèõ êâàäðàòîâ â àâòîìàòèçèðîâàííûõ èçìåðåíèÿõ èíòåíñèâíîñòèïîñëåñâå÷åíèÿ îïðåäåëåí âèä ôóíêöèîíàëüíîé çàâèñèìîñòè èíòåíñèâíîñòè ïîñëåñâå÷åíèÿîò âðåìåíè, ÷òî ñëóæèò äèàãíîñòè÷åñêèì ïðèçíàêîì è äàåò âîçìîæíîñòü ïðîÿñíèòüìåõàíèçì ïðîòåêàíèÿ äàííîãî ïðîöåññà íà îñíîâå çîííîé òåîðèè. Äàëüíåéøèå âû÷èñëåíèÿêîýôôèöèåíòîâ ýòîé çàâèñèìîñòè ïîäâîäÿò ê îïðåäåëåíèþ âðåìåíè æèçíè àòîìà ââîçáóæäåííîì ñîñòîÿíèè. Â ýòîì ñëó÷àå âíèìàíèå îáó÷àåìûõ îáðàùàåòñÿ êàê íà ïîíèìàíèåôèçè÷åñêîé ñóùíîñòè ðàññìàòðèâàåìûõ ÿâëåíèé, òàê è íà âçàèìîñâÿçü ñ äðóãèìè ïðîöåññàìè.

Â êîìïüþòåðíûé ïðàêòèêóì ïî èññëåäîâàíèþ âîëüòàìïåðíîé õàðàêòåðèñòèêèïîëóïðîâîäíèêîâîãî äèîäà âêëþ÷åíî ïîëíîå òåîðåòè÷åñêîå ðàññìîòðåíèå ïðîöåññîâ â p-n-ïåðåõîäå, àâòîìàòèçèðîâàííîå èçìåðåíèå ýêñïåðèìåíòàëüíîé çàâèñèìîñòè òîêà îòíàïðÿæåíèÿ è ðàñ÷åò ïî äàííûì ýêñïåðèìåíòà òàêèõ õàðàêòåðèñòèê äèîäà êàê âåëè÷èíà òîêàíàñûùåíèÿ, ñîïðîòèâëåíèå áàçû, âåëè÷èíà êîíòàêòíîé ðàçíîñòè ïîòåíöèàëîâ.

Ïðè ýòîì ó÷òåíî, ÷òî íàïðÿæåíèå íà p-n-ïåðåõîäå ðàâíî ðàçíîñòè âíåøíåãî íàïðÿæåíèÿíà äèîäå è ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ â îáúåìå ïîëóïðîâîäíèêà íà åãî áàçå. Îñîáî ïîä÷åðêèâàåòñÿ,÷òî èçìåðåíèÿ ïðè ïðÿìîì òîêå äàþò âîçìîæíîñòü íàéòè îáðàòíûé òîê íàñûùåíèÿ äèîäà.Ïîëó÷åííûå âåëè÷èíû õîðîøî ñîãëàñóþòñÿ ñ ëèòåðàòóðíûìè äàííûìè.

Âî âñåõ ýòèõ ðàáîòàõ â àâòîìàòè÷åñêîì ðåæèìå ñ ïîìîùüþ óïðàâëÿåìîãî ÝÂÌ áëîêàÀÖÏ-ÖÀÏ ïî êîìàíäå îïåðàòîðà ñíèìàåòñÿ íåêîòîðàÿ çàâèñèìîñòü, ïðåäñòàâëÿþùàÿäâóìåðíûé ìàññèâ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ òî÷åê. Ìàòåìàòè÷åñêàÿ îáðàáîòêà ýòîãî ìàññèâà ñèñïîëüçîâàíèåì ìåòîäà íàèìåíüøèõ êâàäðàòîâ ïîçâîëÿåò îïðåäåëèòü íåêîòîðûåäîñòàòî÷íî âàæíûå ïàðàìåòðû ïðîöåññà èëè ïðèáîðà, ñâÿçàòü îñîáåííîñòè âíóòðåííåãîñòðîåíèÿ è ñâîéñòâ êðèñòàëëîâ ñ èõ âíåøíèìè ïðîÿâëåíèÿìè.

Äëÿ ïðîâåäåíèÿ ïðàêòèêóìà ðàçðàáîòàí è ñîçäàí ó÷åáíî-èññëåäîâàòåëüñêèé ñòåíä. Âåãî ñîñòàâ âõîäÿò ñëåäóþùèå êîìïîíåíòû: êîìïüþòåð Pentium ñ âñòðîåííûì áëîêîì ÀÖÏ,óïðàâëÿåìûé èñòî÷íèê ïèòàíèÿ, èçìåðèòåëüíûé áëîê, äîïîëíèòåëüíûå ìîäóëè äëÿñîåäèíåíèÿ ñ ëàáîðàòîðíîé óñòàíîâêîé, èíôîðìàöèîííîå è ïðîãðàììíîå îáåñïå÷åíèå.

Ó÷åáíî-èññëåäîâàòåëüñêèé ñòåíä ïîçâîëÿåò:


1. çàäàâàòü â äèàëîãîâîì ðåæèìå íàïðÿæåíèå, ïîäàâàåìîå óïðàâëÿåìûì èñòî÷íèêîìïèòàíèÿ íà ëàáîðàòîðíóþ óñòàíîâêó;

2. ïðîèçâîäèòü àâòîìàòèçèðîâàííûå èçìåðåíèÿ äâóõ íàïðÿæåíèé â ñõåìå èçìåðèòåëüíîãîáëîêà;

3. ïåðåñ÷èòûâàòü ýòè íàïðÿæåíèÿ è îòîáðàæàòü íà ýêðàíå äèñïëåÿ âîëüòàìïåðíóþõàðàêòåðèñòèêó ïðèáîðà;

4. â äèàëîãîâîì ðåæèìå ñ ïîëüçîâàòåëåì ïðîâîäèòü äàëüíåéøóþ îáðàáîòêó ýòîãî ãðàôèêàñ öåëüþ îïðåäåëåíèÿ ñòàòè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ;

5. êîíòðîëèðîâàòü äåéñòâèÿ ïîëüçîâàòåëÿ è âûäàâàòü íåîáõîäèìóþ ïîìîùü;6. âûäàâàòü ïîëíóþ òåîðåòè÷åñêóþ èíôîðìàöèþ.

Ðèñóíîê 1.

Ïðîãðàììíàÿ îáîëî÷êà ó÷åáíî-èññëåäîâàòåëüñêîãî ñòåíäà âêëþ÷àåò íåñêîëüêîôóíêöèîíàëüíî ñâÿçàííûõ ïîäñèñòåì (Ðèñóíîê 1).

Ïîäñèñòåìà àâòîìàòèçèðîâàííûõ èçìåðåíèé ïî êîìàíäå îïåðàòîðà ïðîãðàììíîóñòàíàâëèâàåò íåîáõîäèìîå íàïðÿæåíèå, óïðàâëÿåò äâóõêàíàëüíûì âîñüìèðàçðÿäíûìàíàëîãî-öèôðîâûì ïðåîáðàçîâàòåëåì è âûäàåò íà ýêðàí äèñïëåÿ ïåðâè÷íóþ çàâèñèìîñòüïðÿìîãî òîêà ÷åðåç ïîëóïðîâîäíèêîâûé äèîä îò ïðèëîæåííîãî íàïðÿæåíèÿ.

Ïîäñèñòåìà îáðàáîòêè ðåçóëüòàòîâ ïðîèçâîäèò îáðàáîòêó ïî ìåòîäó íàèìåíüøèõ


êâàäðàòîâ, ïðåäñòàâëÿåò ýòè èçìåðåíèÿ â íàãëÿäíîé ôîðìå íà ýêðàíå äèñïëåÿ è ïîçâîëÿåòîáó÷àåìîìó ïðîâîäèòü ñ íèìè íåîáõîäèìûå äåéñòâèÿ.

Ïîäñèñòåìà êîíòåêñòíî çàâèñèìîé ïîìîùè îòñëåæèâàåò äåéñòâèÿ îáó÷àåìîãî è ïîçàïðîñó âûäàåò êîíñóëüòàöèþ, ïîäñêàçêó èëè äðóãèå óêàçàíèÿ äëÿ íåîáõîäèìûõ äåéñòâèéíà äàííîì ýòàïå âûïîëíåíèÿ ðàáîòû.

Äëÿ ðàáîòû ñ âõîäÿùèìè â ñîñòàâ êîìïëåêñà ïîäñèñòåìàìè ïîëüçîâàòåëü âûáèðàåòâ îñíîâíîì ìåíþ ïðîãðàììû ñîîòâåòñòâóþùèé ïóíêò, êîòîðûé çàòåì ìîæåò ðàñêðûâàòüñÿâ äîïîëíèòåëüíûå ïîäìåíþ. Íà ýêðàíå ÷àñòî ïîÿâëÿþòñÿ âñïëûâàþùèå ïîäñêàçêè,ïîÿñíÿþùèå íàçíà÷åíèå èëè ðàáîòó ñîîòâåòñòâóþùèõ ýëåìåíòîâ.

Ïðè ïðîñìîòðå òåîðåòè÷åñêîé èíôîðìàöèè ïîëüçîâàòåëþ ïðåäúÿâëÿåòñÿ òåêñòîâàÿè ãðàôè÷åñêàÿ èíôîðìàöèÿ îá èçó÷àåìîì ÿâëåíèè ñ âêëþ÷åíèåì ýëåìåíòîâ ìóëüòèïëèêàöèè.Îí èìååò âîçìîæíîñòü ïåðåäâèãàòüñÿ ïî òåêñòó â ëþáîì íàïðàâëåíèè.

Óñëîâèÿ ïðîâåäåíèÿ ýêñïåðèìåíòà ìîæíî çàäàâàòü â äèàëîãîâîì ðåæèìå, îáðàáîòêàèçìåðèòåëüíîé èíôîðìàöèè ïðîèçâîäèòñÿ â ðåàëüíîì ìàñøòàáå âðåìåíè. Ïåðâè÷íûå èîáðàáîòàííûå ðåçóëüòàòû ýêñïåðèìåíòà ïðåäñòàâëÿþòñÿ â íàãëÿäíîé ôîðìå íà ýêðàíåäèñïëåÿ, à èíôîðìàöèÿ î ðàáîòå óñòàíîâêè çàïîìèíàåòñÿ â ïàìÿòè ÝÂÌ. Âî âðåìÿâûïîëíåíèÿ ðàáîòû âûäàþòñÿ ïîäñêàçêè, îñóùåñòâëÿåòñÿ êîíòðîëü äåéñòâèé îáó÷àåìîãîè íàêàïëèâàåòñÿ ñòàòèñòè÷åñêàÿ èíôîðìàöèÿ äëÿ ðåéòèíãîâîãî êîíòðîëÿ.

Àêòèâíàÿ èññëåäîâàòåëüñêàÿ äåÿòåëüíîñòü îáó÷àåìûõ íà ëàáîðàòîðíîé óñòàíîâêå,ñîåäèíåííîé ñ ÝÂÌ, ïîçâîëÿåò ïðîâîäèòü âåñü êîìïëåêñ ðàáîò ïî âûäà÷å èíôîðìàöèè,ïðîâåðêå åå óñâîåíèÿ, ìîäåëèðîâàíèþ ÿâëåíèé è èòîãîâîìó çà÷åòó ïî òåìå. Òàêîé ïîäõîäïîçâîëÿåò çàêðåïèòü çàêîíîìåðíîñòè è âûâîäû çîííîé òåîðèè, ñâÿçàòü îñîáåííîñòèâíóòðåííåãî ñòðîåíèÿ è ñâîéñòâ êðèñòàëëîâ ñ èõ âíåøíèìè ïðîÿâëåíèÿìè, ÷òî çíà÷èòåëüíîïîâûøàåò êàê èíòåðåñ ê ñàìîñòîÿòåëüíîé ðàáîòå ñòóäåíòîâ ñ ÝÂÌ, òàê è êà÷åñòâîïîäãîòîâêè ñïåöèàëèñòîâ, ñòèìóëèðóåò àêòèâíóþ èññëåäîâàòåëüñêóþ äåÿòåëüíîñòüîáó÷àåìûõ íà ëàáîðàòîðíîé óñòàíîâêå, ñîåäèíåííîé ñ ÝÂÌ.

Â ýòîì êîìïüþòåðíîì ïðàêòèêóìå ïðåäîñòàâëåíèå âîçìîæíîñòè äëÿèíòåëëåêòóàëüíîãî ðîñòà íà îñíîâå äîñòèæåíèÿ áîëåå âûñîêîãî óðîâíÿ îáðàçîâàííîñòè âîáëàñòè åñòåñòâîçíàíèÿ, îñâîåíèÿ ñòðàòåãèé è óíèâåðñàëüíûõ ìåòîäîâ ðàöèîíàëüíîãîïîçíàíèÿ ðàññìàòðèâàåòñÿ êàê ëè÷íîñòíàÿ íàïðàâëåííîñòü â ïðîöåññå îáó÷åíèÿ [5].

Ëåêöèîííûå çàíÿòèÿÔîðìà ïðåïîäíåñåíèÿ èíôîðìàöèè âïîëíå îïðåäåëåííî âëèÿåò íà óñâîåíèå

èçó÷àåìîãî ìàòåðèàëà. Êîìïüþòåðíîå ñîïðîâîæäåíèå ëåêöèîííûõ çàíÿòèé ïðèçâàíîîòâå÷àòü öåëåâûì óñòàíîâêàì îáðàçîâàíèÿ – ïîâûøåíèþ êà÷åñòâà óñâîåíèÿ ó÷åáíîãîìàòåðèàëà, ïîâûøåíèþ êà÷åñòâà ïîäà÷è ìàòåðèàëà ëåêòîðîì, óâåëè÷åíèþ îáúåìà ó÷åáíîãîìàòåðèàëà, óñâàèâàåìîãî îáó÷àåìûì. Îñíîâîé êîìïüþòåðíîé äåìîíñòðàöèè ÿâëÿåòñÿìàòåìàòè÷åñêàÿ ìîäåëü èññëåäóåìîãî ÿâëåíèÿ. Ýòî îïðåäåëÿåò äèäàêòè÷åñêîå ìåñòî


äåìîíñòðàöèè, êàê ñïîñîáà íàãëÿäíîãî ïðåäñòàâëåíèÿ ìîäåëè, çàíèìàþùåãî ïðîìåæóòî÷íîåïîëîæåíèå ìåæäó òåîðåòè÷åñêèì åå îïèñàíèåì è ðåàëüíûì ôèçè÷åñêèì îïûòîì. Êàê èìàòåìàòè÷åñêàÿ ìîäåëü, êîìïüþòåðíàÿ äåìîíñòðàöèÿ ïîçâîëÿåò èçó÷àòü îñíîâíûå ñâîéñòâàÿâëåíèÿ, àáñòðàãèðóÿñü îò íåñóùåñòâåííûõ äåòàëåé. Êîìïüþòåðíûå ëåêöèîííûåäåìîíñòðàöèè íåñóò íå òîëüêî äèäàêòè÷åñêóþ, íî è ìîòèâàöèîííóþ íàãðóçêó è äîêàçûâàþòâîçìîæíîñòü ïðåâðàùåíèÿ ÝÂÌ èç ïðîñòîãî òåõíè÷åñêîãî ñðåäñòâà â ñðåäñòâî,ïîçâîëÿþùåå ðàñøèðèòü ñîäåðæàíèå ó÷åáíîãî ïðîöåññà è ñïîñîáñòâóþùåå óñâîåíèþ òîé÷àñòè èíôîðìàöèè, êîòîðàÿ ïðè äðóãèõ ìåòîäàõ íå äîõîäèò äî áîëüøèíñòâà ñòóäåíòîâ. Íàìèíàðàáîòàí äîñòàòî÷íî áîëüøîé ïàêåò ôðàãìåíòîâ äëÿ êîìïüþòåðíîãî ñîïðîâîæäåíèÿëåêöèîííîãî êóðñà ôèçèêè «Îñíîâû çîííîé òåîðèè». Êîìïüþòåðíûå äåìîíñòðàöèè äëÿîáúÿñíåíèÿ íà îñíîâå çîííîé òåîðèè ïîâåäåíèÿ êðèñòàëëîâ ïðè îáëó÷åíèè èõ ñâåòîì èäðóãèõ âíåøíèõ âîçäåéñòâèÿõ îñîáåííî øèðîêî èñïîëüçóþòñÿ â òåìàõ «Ôîòîýôôåêò»,«Ôîòîïðîâîäèìîñòü», «Íåðàâíîâåñíîå èçëó÷åíèå», «Ïîëóïðîâîäíèêîâûå äèîäû». Ýòîôðàãìåíòû äëÿ ïîÿñíåíèÿ èçìåíåíèÿ ýíåðãåòè÷åñêèõ áàðüåðîâ è ðàñùåïëåíèÿ óðîâíåé ïðèñáëèæåíèè êðèñòàëëîâ, ýíåðãåòè÷åñêèå ñòðóêòóðû ðàçëè÷íûõ ïîëóïðîâîäíèêîâ è äðóãèõâåùåñòâ, àíèìàöèÿ îáðàçîâàíèÿ ýëåêòðîííî-äûðî÷íîãî ïåðåõîäà, ãðàôèêè è äèàãðàììû.

Àíèìàöèîííûå ëåêöèîííûå äåìîíñòðàöèè ïî îñíîâàì çîííîé òåîðèè òâåðäîãî òåëàâêëþ÷åíû è â äðóãèå ïðîãðàììíûå ìîäóëè [6,7].

Âåñîìóþ äîáàâêó ê ëåêöèîííûì äåìîíñòðàöèÿì äàþò àâòîìàòèçèðîâàííûåèíôîðìàöèîííûå ìîäóëè, âêëþ÷àþùèå ïîëíîå òåîðåòè÷åñêîå ñîïðîâîæäåíèå, íàãëÿäíîåìîäåëèðîâàíèå ÿâëåíèé, âîçìîæíîñòü òðåíèðîâêè. Ïðèìåðîì òàêîãî ìîäóëÿ ÿâëÿåòñÿ ÀÎÑïî îñíîâàì çîííîé òåîðèè.

ÊîíòðîëüÏðè êîìïüþòåðíîì ñîïðîâîæäåíèè ïðåïîäàâàíèÿ ôèçèêè èñïîëüçóþòñÿ ðàçëè÷íûå

âèäû êîíòðîëÿ, íî â íàñòîÿùåå âðåìÿ âñå âîçðàñòàþùåå çíà÷åíèå ïðèäàåòñÿ ñàìîêîíòðîëþ.Ïðè íàëè÷èè àâòîìàòèçèðîâàííîé îáó÷àþùåé ñèñòåìû è äîñòàòî÷íî ýôôåêòèâíîéïîäñèñòåìû ñàìîêîíòðîëÿ âîçìîæåí ïîñòåïåííûé ïåðåõîä ê èíäèâèäóàëüíîìó îáó÷åíèþñòóäåíòîâ â çàâèñèìîñòè îò ñïîñîáíîñòåé ñòóäåíòîâ, èõ çàíÿòîñòè, ðàáîòîñïîñîáíîñòè èèíèöèàòèâû. Êîíòðîëü ñòàíîâèòñÿ íå òîëüêî ñðåäñòâîì ïîëó÷åíèÿ èíôîðìàöèè î ñòåïåíèïîíèìàíèÿ è îâëàäåíèÿ ó÷åáíûì ìàòåðèàëîì, íî è â áîëüøåé ñòåïåíè ñðåäñòâîì ðàáîòû ñíèì, àêòèâèçàöèè ýòîé ðàáîòû, ÷òî â êîíå÷íîì èòîãå òàêæå âëèÿåò íà êà÷åñòâî çíàíèé èñïîñîáñòâóåò ðàçâèòèþ óìåíèé ñàìîêîíòðîëÿ è êîððåêöèè ñîáñòâåííûõ äåéñòâèé.

Íàçíà÷åíèå ïðåäâàðèòåëüíîãî êîíòðîëÿ íå òîëüêî ïîëó÷èòü ñâåäåíèÿ î ãëóáèíåïîäãîòîâêè è íàëè÷èè ïåðâè÷íûõ ñâåäåíèé äëÿ èçó÷åíèÿ äàííîé òåìû, íî è íàïðàâèòüñòóäåíòîâ íà öåëåíàïðàâëåííûå èññëåäîâàíèÿ. Ïðåäâàðèòåëüíûé êîíòðîëü ïðîâîäèòñÿ ïðèèçó÷åíèè òàêèõ âîïðîñîâ ýòîé òåìû, êàê «Òåïëîâîå èçëó÷åíèå», «Íà÷àëà êâàíòîâîé òåîðèè»,«Ôîòîýôôåêò», «Ëþìèíåñöåíöèÿ», «Ïîëóïðîâîäíèêè», «Îñíîâû òåîðèè ýíåðãåòè÷åñêèõ


çîí».Êðîìå òîãî, ïðè òàêîì êîíòðîëå âûÿñíÿþòñÿ íåêîòîðûå âîïðîñû ýêñïåðèìåíòàëüíîãî

õàðàêòåðà: öåëè è ðåçóëüòàòû ðàáîòû, íàçíà÷åíèå ïðèáîðîâ è îðãàíîâ óïðàâëåíèÿ, èñòî÷íèêèâîçìîæíûõ ïîãðåøíîñòåé.

Â ãðàôèê ó÷åáíîãî ïðîöåññà íà êàôåäðå âêëþ÷åíû òàêæå êîìïüþòåðíûé ïðàêòèêóìïî ðåøåíèþ ðàñ÷åòíî-ãðàôè÷åñêèõ çàäà÷ [8] è ïðîãðàììèðîâàííûå êîëëîêâèóìû,ïðîâîäèòñÿ êîìïüþòåðíàÿ îáðàáîòêà ðåçóëüòàòîâ ëàáîðàòîðíîãî ïðàêòèêóìà è íàêîïëåíèåñòàòèñòè÷åñêîé èíôîðìàöèè äëÿ ðåéòèíãîâîãî êîíòðîëÿ óñïåâàåìîñòè ïî ôèçèêå [9].

Âñå îáùåíèå ñòóäåíòîâ ñ ÝÂÌ â äèñïëåéíîì êëàññå è åãî ðåçóëüòàò îáÿçàòåëüíîôèêñèðóåòñÿ è õðàíèòñÿ â ïàìÿòè ÝÂÌ â òå÷åíèå âñåãî ñåìåñòðà. Ýòî ïîçâîëÿåò ñòóäåíòàìñ ó÷åòîì èõ ñâîáîäíîãî âðåìåíè âûïîëíÿòü êîìïüþòåðíûå ðàáîòû â íåñêîëüêî ïðèåìîâ.Äëÿ ýòîãî â ðàñïèñàíèè ðàáîòû äèñïëåéíîãî êëàññà âûäåëåíû ÷àñû ñàìîïîäãîòîâêèñòóäåíòîâ ëþáûõ ãðóïï, êîãäà îíè, ïîëüçóÿñü ãîòîâûìè ïðîãðàììàìè, ìîãóò ïîëó÷èòü íàÝÂÌ êîíñóëüòàöèþ ïî òðóäíûì âîïðîñàì êóðñà ôèçèêè, ïîòðåíèðîâàòüñÿ â ðåøåíèè çàäà÷,ïðîâåñòè êîìïüþòåðíûé ýêñïåðèìåíò.

Ïî îêîí÷àíèè çàíÿòèÿ ïðåïîäàâàòåëü ïîëó÷àåò ðàñïå÷àòêó ñòàòèñòè÷åñêîé èíôîðìàöèè ïîâñåé ãðóïïå ñòóäåíòîâ. Îñâîáîæäåííûé îò ðóòèííûõ îïåðàöèé ïî ïðåäúÿâëåíèþ ó÷åáíîéèíôîðìàöèè è ïðîâåðêå ðåøåíèé, ïðåïîäàâàòåëü ìîæåò áîëüøå âðåìåíè óäåëÿòüèíäèâèäóàëüíûì êîíñóëüòàöèÿì è ïîäãîòîâêå äèäàêòè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ.

Îïûò ïðîâåäåíèÿ çàíÿòèé ñ êîìïüþòåðíûì ñîïðîâîæäåíèåì íà êàôåäðå ôèçèêè ÂÃÒÓïîçâîëÿåò îòìåòèòü ðÿä ïîëîæèòåëüíûõ ðåçóëüòàòîâ â ðàáîòå:- â êîìïüþòåðíîì ëàáîðàòîðíîì ïðàêòèêóìå âñå ñòóäåíòû ðàáîòàþò äåéñòâèòåëüíî

ñàìîñòîÿòåëüíî è âûïîëíÿþò ïîëíûé îáúåì ðàáîòû â îòëè÷èå îò îáû÷íûõ çàíÿòèé,êîãäà ÷àñòü èç íèõ îãðàíè÷èâàåòñÿ ëèøü ïàññèâíûì ïðèñóòñòâèåì;

- èíäèâèäóàëüíûé òåìï ðàáîòû ñîçäàåò èì óñëîâèÿ ïñèõîëîãè÷åñêîãî êîìôîðòà, àèíäèâèäóàëüíûå çàäàíèÿ äëÿ êàæäîãî ñòóäåíòà ñî÷åòàþòñÿ ñ åäèíûìè äëÿ âñåõòðåáîâàíèÿìè è ôîðìèðóþò íåîáõîäèìûé óðîâåíü óñâîåíèÿ ó÷åáíîãî ìàòåðèàëà;

- êîìïüþòåðíûé êîíòðîëü îáåñïå÷èâàåò äîñòàòî÷íî ãëóáîêóþ, áûñòðóþ è ðåãóëÿðíóþïðîâåðêó çíàíèé âñåõ îáó÷àåìûõ;

- ðàáîòà ñ ìîäåëèðóþùèìè ïðîãðàììàìè ðàçâèâàåò ó ñòóäåíòîâ èíòåðåñ ê èññëåäîâàíèÿìè ôîðìèðóåò íåîáõîäèìûå äëÿ ýòîãî íàâûêè è óìåíèÿ.

Âñå ñîçäàâàåìûå â ÂÃÒÓ ïðîãðàììíûå ïðîäóêòû è ëàáîðàòîðíûå óñòàíîâêè ïðîõîäÿòïîëíîå òåñòèðîâàíèå íà ñîîòâåòñòâèå ìåòîäè÷åñêèì, ïñèõîëîãî-ïåäàãîãè÷åñêèìè è äðóãèìòðåáîâàíèÿì, ïðåäúÿâëÿåìûì ê ïðîãðàììíûì ïðîäóêòàì ó÷åáíîãî íàçíà÷åíèÿ. Çäåñüèìåþòñÿ âñå âîçìîæíîñòè è äëÿ òèðàæèðîâàíèÿ ãîòîâûõ ïðîãðàììíûõ ïðîäóêòîâ èìåòîäè÷åñêèõ ðàçðàáîòîê. Ðÿä ðàçðàáîòîê óæå ïðîäàí è óñïåøíî èñïîëüçóåòñÿ â äðóãèõ


âóçàõ ðåãèîíà. Êðîìå òîãî, â êîìïüþòåðíîì êëàññå êàôåäðû ôèçèêè ðàñïîëîæåí ñåðâåðñåòè INTERNET ñ ýëåêòðîííîé ïî÷òîé ([email protected]), ÷òî ïîçâîëÿåò îïåðàòèâíîîáìåíèâàòüñÿ ïðîãðàììíûìè ðàçðàáîòêàìè. Èìååòñÿ òàêæå ñîáñòâåííàÿ àêòèâíîðàáîòàþùàÿ ìàòåðèàëüíî-òåõíè÷åñêàÿ áàçà äëÿ òèðàæèðîâàíèÿ ïå÷àòíîé ïðîäóêöèè.

Ëèòåðàòóðà

1. Ñóõàíîâ À.Ä.. Êîíöåïöèÿ ôóíäàìåíòàëèçàöèè âûñøåãî îáðàçîâàíèÿ è åå îòðàæåíèå â Ãîñóäàðñòâåííûõ

îáðàçîâàòåëüíûõ ñòàíäàðòàõ //Âûñøåå îáðàçîâàíèå â Ðîññèè 1996, ¹ 3.

2. Âèøíåòåöêèé Å.È., Êðèâîøååâ À.Î. Ïðèìåíåíèé èíôîðìàöèîííûõ òåõíîëîãèé â ñôåðå îáðàçîâàíèÿ è îáó÷åíèÿ

//Èíôîðìàöèîííûå òåõíîëîãèè. 1998, ¹2, Ñ. 32.

3. Áåñïàëüêî Â.Ï. Îñíîâû òåîðèè ïåäàãîãè÷åñêèõ ñèñòåì. Âîðîíåæ: Èçä-âî ÂÃÓ, 1977.

4. Åëèñååâ Â.À. Êîìïüþòåðíîå ñîïðîâîæäåíèå òåìû «Íåðàâíîâåñíîå èçëó÷åíèå» // Ñá. òåç. äîêë. IV ó÷åáíî-

ìåòîäè÷åñêîé êîíôåðåíöèè ñòðàí Ñîäðóæåñòâà «Ñîâðåìåííûé ôèçè÷åñêèé ïðàêòèêóì». ×åëÿáèíñê, 1997, Ñ.

184.

5. Ãîëóáåâà Î.Í., Ñóõàíîâ À.Ä. Ñîâðåìåííûé âçãëÿä íà ñòðóêòóðó ôèçèêè è åå îòðàæåíèå â ó÷åáíîì êóðñå //

Ôèçè÷åñêîå îáðàçîâàíèå â âóçàõ. 1996, Ò. 3, Ñ. 12-20.

6. Åëèñååâ Â.À., Åâñþêîâ Â.À., Áàçîâîå îáðàçîâàíèå â êîìïüþòåðíîì ôèçè÷åñêîì ïðàêòèêóìå //Ñá. òåç. äîêë. V

ó÷åáíî-ìåòîäè÷åñêîé êîíôåðåíöèè ñòðàí ÑÍÃ «Ñîâðåìåííûé ôèçè÷åñêèé ïðàêòèêóì». Ìîñêâà, 1998, Ñ. 175.

7. Åëèñååâ Â.À. Îñíîâû òåîðèè ýíåðãåòè÷åñêèõ çîí. ×. 1: Ìåòîäè÷åñêèå óêàçàíèÿ äëÿ ñàìîñòîÿòåëüíîé ðàáîòû

ñòóäåíòîâ èíæåíåðíûõ ñïåöèàëüíîñòåé âñåõ ôîðì îáó÷åíèÿ. Âîðîíåæ: Èçä-âî ÂÃÒÓ, 1996.

8. Åëèñååâ Â.À. Ðàñ÷åòíî-ãðàôè÷åñêèå çàäà÷è â êîìïüþòåðíîì ïðàêòèêóìå ïî ôèçèêå //Ñá. òåç. äîêë. III êîíôåðåíöèè

ñòðàí Ñîäðóæåñòâà «Ñîâðåìåííûé ôèçè÷åñêèé ïðàêòèêóì» Ìîñêâà, 1995.

9. Åëèñååâ Â.À., Åâñþêîâ Â.À., Äîëãà÷åâ À.À. Ôèçè÷åñêèé ïðàêòèêóì ïî îñíîâàì òåîðèè ýíåðãåòè÷åñêèõ çîí //Ñá.

òåç. äîêë. VI ó÷åáíî-ìåòîäè÷åñêîé êîíôåðåíöèè ñòðàí Ñîäðóæåñòâà «Ñîâðåìåííûé ôèçè÷åñêèé ïðàêòèêóì».-

Ìîñêâà, 2000.