Российской Федерации Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана (мгту им. Н. Э. Баумана)




НазваниеРоссийской Федерации Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана (мгту им. Н. Э. Баумана)
страница1/6
Дата конвертации21.01.2013
Размер0.67 Mb.
ТипОтчет
  1   2   3   4   5   6


Министерство образования Российской Федерации

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

(МГТУ им. Н.Э. Баумана)


УДК 658.512.011.56:519.87+53:002

ГРНТИ 14.17.43

№ госрегистрации ______________

Инв.№



СОГЛАСОВАНО

Руководитель головной организации по

НТП «Создание системы открытого образования», Директор Российского государственного института открытого образования Минобразования России

д-р ф.н., профессор

____________ В.И. Солдаткин

«____»_______ 2002 г.

М.П.

УТВЕРЖДАЮ

Руководитель организации – Исполнителя

Ректор МГТУ им. Н.Э. Баумана

д-р техн. наук, профессор


______________ И.Б. Федоров

«___» ________ 2002 г.

М.П.



ОТЧЕТ

О НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ



СОЗДАНИЕ МНОГОТОМНОГО КУРСА "ФИЗИКА В ТЕХНИЧЕСКОМ УНИВЕРСИТЕТЕ" ДЛЯ ФЕДЕРАЛЬНОГО ФОНДА УЧЕБНЫХ КУРСОВ СИСТЕМЫ ОО

выполненной по научно-технической программе

«Создание системы открытого образования»


Подпрограмма: Научное, научно-методическое и информационное обеспечение создания системы открытого образования

Раздел 1.1. Научное, научно-методическое и концептуальное обеспечение функционирования системы открытого образования

Подраздел 1.1.2. Методическое обеспечение открытого образования

Код 1.1.2.5(104).039


(заключительный)


Руководитель проекта

Д-р. физ.-мат. наук, профессор ___________ (Л.К. Мартинсон)


Москва 2002

СПИСОК ИСПОЛНИТЕЛЕЙ


Руководитель темы,

д-р физ.-мат. наук,

профессор ___________ Л.К. Мартинсон (введение, раздел 5,заключение)


Исполнители темы

канд. физ.-мат. наук,

доцент ___________ А.М. Афонин (введение, раздел 1, заключение)

канд. философ. наук

доцент ___________ Л.С. Великая (раздел 8)

д-р. физ.-мат. наук,

профессоор ___________ Б.Е. Винтайкин ( раздел 6)

канд. техн. наук,

доцент ___________ К.В. Глаголев ( раздел 2)

д-р. физ.-мат. наук,

профессор ___________ В.С. Горелик (раздел 4)

канд. техн. наук,

доцент ___________ Ю.В. Костиков (раздел 8)

д-р. физ.-мат. наук,

профессор ___________ О.С. Литвинов (раздел 4)

д-р. физ.-мат. наук,

профессор ___________ А.М. Макаров (раздел 3)

д-р. физ.-мат. наук,

профессор ___________ А.Н. Морозов (раздел 2)

д-р. физ.-мат. наук,

профессор ___________ К.Б. Павлов (раздел 4)

студент ___________ Н.А. Полякова (раздел 8)

канд. техн. наук ___________ К.В. Разгуляев (раздел 7)

канд. физ.-мат. наук,

доцент ___________ Е.В. Смирнов (раздел 5)


Нормоконтролер ______________ О.Н. Косичкин



РЕФЕРАТ


Отчет с. 49, 1 кн., 9 источников, без прил.

ЭЛЕКТРОННЫЙ УЧЕБНИК, КУРС ФИЗИКИ В ТЕХНИЧЕСКОМ УНИВЕРСИТЕТЕ, ОКРЫТОЕ ОБРАЗОВАНИЕ, ИНФОРМАЦИОННО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ СРЕДА

Целью настоящей работы является разработка комплекта электронных учебников для полного курса физики в техническом университете, а также научно-методических основ создания электронных учебников для системы открытого образования.

Задача работы состоит в создании полнотекстового учебника по курсу физики, доступного студенту через сеть Интернет и в обобщении существующих подходов к созданию компьютерных учебников, разработке научно-методических основ создания компьютерного учебника для системы открытого образования, выработке единых требований к содержанию этого учебника, способам представления текста и организации обратной связи, реализации функций интерактивности с учетом особенностей работы виртуального представительства ВУЗа в информационно-образовательной среде с целью создания компьютерного учебника для системы открытого образования.

Объектом исследования и разработки являются курс физики в техническом университете и научно-методические основы и технологии создания компьютерного учебника.

В результате проведенных исследований создан курс физики из 6 электронных пособий, собрана и проанализирована информация по существующим компьютерным учебникам, разработаны научно-методические основы создания компьютерного учебника для системы открытого образования, выработаны единые требования к содержанию этого учебника, способам представления текста и организации обратной связи, реализации функций интерактивности с учетом особенностей работы виртуального представительства ВУЗа в информационно-образовательной среде. Определено содержание информационного блока компьютерного учебника в форматах и структуре виртуального представительства информационно-образовательной среды системы открытого образования.


СОДЕРЖАНИЕ


ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………………..5

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ……………………………………………………...6

2. ФИЗИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА………………………………………………………..10

3. ВВЕДЕНИЕ В ТЕОРИЮ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ ………………………………19

4. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ И ОПТИКА……………………………………………..21

5. КВАНТОВАЯ ФИЗИКА………………………….……………………………………………25

6.ОСНОВЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА………………………………………………………32

7.ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА РАЗРАБОТКИ

ЭЛЕКТРОННОГО УЧЕБНИКА………………………………………………………………. 35

8. разработка научно-методических основ создания

электронных учебников для системы открытого образования…… 36

8.1. Аналитический обзор публикаций……………………………………………………37

8.2. Общие требования к содержанию компьютерных сетевых учебников…………….38

8.3. Структура компьютерных сетевых учебников………………………………………41

8.4. Требования к компьютерным тестовым заданиям…………………………………..46

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………………………….47

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ……………………………………………49


ВВЕДЕНИЕ


Данный отчет является отчетом о работе, проводимой в рамках научно-технической программы "Создание системы открытого образования " (подпрограмма «Научное, научно-методическое и информационное обеспечение создания системы открытого образования», раздел 1.1 «Научное, научно-методическое и концептуальное обеспечение функционирования системы открытого образования», подраздел 1.1.2 «Методическое обеспечение открытого образования») за период 2001-2002 гг.;

Начало двадцать первого столетия характеризуется переходом от индустриального к информационному обществу, в котором знания становятся основной производительной силой. В информационном обществе существенным образом изменяется стратегия образования, важнейшими направлениями модернизации которого становятся информатизация и ускоренное развитие системы открытого образования. Быстрый прогресс в области информационных технологий позволяет использовать персональные компьютеры в качестве эффективного средства обучения. Автоматизация процесса обучения осуществляется с использованием компьютерных обучающих программ и электронных учебников. В этой связи очень важным является разработка концепции создания электронных учебников по различным учебным дисциплинам.

Важнейшим элементом основанной на широком использовании современных информационных и телекоммуникационных технологий системы образования является специализированная информационно-образовательная среда (ИОС), позволяющая реализовать современные технологии обучения. Она представляет собой совокупность региональных и специализированных ИОС (виртуальных университетов) учебных заведений регионов и отраслей знаний. Помимо инструментальных ресурсов и программных продуктов ИОС объединяет в себе интеллектуальные ресурсы учебных заведений: структурные подразделения вузов, занимающиеся разработкой и внедрением информационных технологий в учебный процесс, профессорско-преподавательский состав, научных сотрудников и обслуживающий персонал ИОС. Достоинством ИОС является создание среды профессионального общения педагогических и научных кадров, независимо от их места нахождения и характера профессиональной деятельности.

Для наполнения информационно-образовательной среды, а также для эффективного использования локальных и глобальных компьютерных сетей необходима оперативная разработка сетевых электронных учебников высокого качества, отвечающих современному состоянию науки в данной предметной области.

  1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ


Раздел, посвященный механике, обычно открывает курс физики, так исторически вся физика нового времени началась с работ Ньютона, который сделал физику точной наукой, неразрывно соединив ее с механикой. Студенты технических университетов обычно изучают значительный курс теоретической механики (обычная протяженность – 3 семестра). Поэтому в части курса, посвященной механике, необходимо избегать параллелизма и дублирования, сохраняя в то же время неразрывность всего курса физики. Исходя из этого в состав тома, посвященного механике, были включены следующие 8 глав: вводная, кинематика и динамика материальной точки, три главы о законах сохранения, а также релятивистская кинематика и динамика, включая три закона сохранения.

Во вводной главе раскрывается место механики среди других разделов физики, кратко характеризуется используемый в механике математический аппарат описания происходящих процессов. Далее описываются используемые модели различных тел, уточняется необходимая сложность модели в зависимости от постановки задачи и вида исследуемых движений. В следующем пункте главы проведено сопоставление описания движений при различных скоростях тел, разъяснен характер изменений, происходящих в представлениях о пространстве и времени при скоростях движений, близких к скорости света. Подчеркнуто, что в этом случае неприменимы методы теоретической механики в связи с невозможностью введения понятия потенциальной энергии. Затем проведено сопоставление описаний движения материальных тел при преобладании их волновых (квантовая механика) или корпускулярных (классическая механика) свойств. В последнем разделе главы рассмотрено понятие системы единиц, используемой в механике, а также соображения подобия. Описаны современные эталоны основных механических величин –массы, времени и длины. Приведены примеры их использования для получения решения простейших задач.

Во второй главе введено понятие точечного объекта (частицы) и рассмотрены основные способы геометрического описания его движения – кинематика материальной точки. В следующем пункте изложены простейшие случаи кинематики твердого тела, так как именно такое тело служит телом отсчета при выборе системы отсчета. Более сложные варианты движений оставлены для изучения в курсе теоретической механики. Заключительный пункт главы рассматривает связь кинематических величин в различных системах отсчета, произвольно двигающихся друг относительно друга. Такое рассмотрение необходимо в динамике для получения выражения сил инерции.

В третьей главе излагается динамика одиночной частицы, а также динамика системы частиц. Вводится понятие инерциальной системы отсчета, рассматриваются представления о пространстве и времени, приводящие к преобразованиям Галилея при переходе от одной системы отсчета к другой. Раскрывается суть первого закона Ньютона. Следующий пункт посвящен второму закону Ньютона. При дальнейшем изложении ньютоновой механики рассматривается третий закон Ньютон, указывается ограниченность области его применимости, вытекающая из представления о дальнодействии. Затем излагаются основные 4 типа взаимодействия (гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое) и рассматриваются законы сил, наиболее часто возникающие при решении задач о динамике частицы (тяготения – в двух видах, упругости, трения сухого и вязкого). Решение основной задачи механики частицы составляет основу завершающего пункта главы. Даны несколько основных приемов ее решения. Завершает главу список разделов теоретического материала, вопросы для самоконтроля, а также примеры решения задач и задания для самостоятельной работы.

В четвертой главе вводится понятие импульса частицы и системы частиц, рассматривается закон сохранения импульса. В начальном разделе показывается, что с помощью понятия импульса первые два закона Ньютона приобретают неразрывное единство, а их обобщением на случай замкнутой системы частиц является закон сохранения импульса. Указано обобщение на случай неинерциальной системы отсчета, а также на связь сохранения импульса со свойством однородности пространства. В следующем разделе вводится понятие центра масс системы частиц и рассматривается система центра масс. Выводится уравнение движения центра масс, записываются выражения основных величин в системе центра масс. В качестве примера применения закона сохранения в предпоследнем разделе изучены случаи различных взаимодействий (столкновений) двух частиц, имеющие также аналогии с задачами атомной и ядерной физики. В последнем разделе изложена динамика частицы переменной массы. Завершают главу вопросы для самоконтроля, а также примеры решения задач и задания для самостоятельной работы.

В пятой главе вводится понятие работы силы, энергии частицы и системы частиц, выводится закон сохранения механической энергии на основе уравнений Ньютона. Рассматривается понятие потенциальной силы и поля сил, даются конкретные примеры таких полей. Для системы центра масс записываются соответствующие выражения для механической энергии системы. Указаны пути обобщения полученных выражений на неинерциальные системы отсчета. В конце главы дан материал для самостоятельной проработки.

В шестой главе вводится понятие момента импульса частицы и системы частиц, рассматривается закон сохранения момента импульса. Показывается связь закона сохранения момента импульса со свойством изотропности пространства. Даются примеры устройств, для работы которых применяется понятие момента импульса (различного вида гироскопы). В конце главы имеются вопросы для контроля усвоения теоретического материала и задачи для самостоятельной работы.

В седьмой главе начинается изложение релятивистской механики – кинематика частицы (материальной точки). В начале изложены основные отличия в представлениях ньютоновой и релятивистской механики. В следующем разделе приведены постулаты Эйнштейна. На их основе, а также на линейности свойств пространства и времени, выведены преобразования Лоренца для координат и времени при переходе из одной инерциальной системы отсчета в другую. Кинематические следствия преобразований Лоренца, такие как относительность одновременности, изменение расстояний и интервалов времени рассматриваются в следующем разделе. Релятивистский закон сложения скоростей вместе с его выводом на основе преобразований Лоренца составляет суть другого раздела главы. Интервал между событиями и собственные параметры частицы рассматриваются далее. На их основе обобщается понятие трехмерного вектора и вводится понятие четырехвектора, позволяющего наиболее логически просто изложить суть релятивистской механики. Приводятся преобразования Лоренца для произвольного четырехвектора.

В восьмой главе рассмотрены вопросы релятивистской динамики. Во введении к главе дана логическая схема построения этого вопроса. Начинается изложение с введения релятивистского импульса и вводится понятие четырехимпульса. Затем рассмотрено основное уравнение релятивистской динамики. Дано выражение для четырехвектора силы, пояснен его физический смысл и изложены преобразования Лоренца для него. Следующий раздел главы рассматривает энергию свободной частицы, а также связь между массой и энергией. Объясняется понятие энергии покоя частицы. Дальнейшие разделы главы рассматривают связь между энергией и импульсом частицы. При переходе между инерциальными системами отсчета важнейшую роль играют релятивистские инварианты, выражения для которых получены в следующем разделе, а также там выведен закон сохранения энергии-импульса. После уединенной частицы рассмотрена система релятивистских частиц и важные для практики понятия дефекта массы и энергия связи ядра. Для обеспечения логической связи с изложением ньютоновой механики в следующем разделе приведены некоторые свойства тензоров и введено понятие момента импульса частицы в релятивистской механике. Заключительный раздел главы посвящен моменту импульса системы, ее центру масс и системе центра масс в релятивистском случае. Завершает главу список разделов теоретического материала, вопросы для самоконтроля, а также примеры решения задач и задания для самостоятельной работы.

В дальнейшем предполагается дополнение электронного учебного пособия двумя большими главами.

В одной главе предполагается рассмотрение важнейшего частного случая движения частицы вблизи положения устойчивого равновесия – колебательного движения. В главу будут включены не только вопросы линейных колебаний, но и физически очень важные случаи параметрического воздействия на колебательную систему, влияние нелинейности в колебательной системе и возникновения автоколебательного процесса. Для иллюстрации теоретического материала будут приведены примеры и задачи на колебания в различных механических системах.

В другой главе рассматривается волновое движение в сплошной упругой среде, которое является наиболее быстрым способом восстановления равновесия в любой физической системе. Вводятся основные характеристики волнового движения, даются выражения для объемной плотности энергии волны и вектора плотности потока энергии. Рассматривается случай стоячих волн.

  1. ФИЗИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА


В разделе физическая термодинамика курса общей физики рассматриваются методы описания физических систем, состоящих из очень большого числа частиц. Как правило (но не всегда), это
  1   2   3   4   5   6

Добавить в свой блог или на сайт

Похожие:

Российской Федерации Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана (мгту им. Н. Э. Баумана) icon«Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана» (мгту им. Н. Э. Баумана)
Программа учебной дисциплины составлена в соответствии с основной образовательной программой подготовки впо мгту им. Н. Э. Баумана...

Российской Федерации Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана (мгту им. Н. Э. Баумана) iconЗакон распределения случайного вектора
«Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана» (мгту им. Н. Э. Баумана)

Российской Федерации Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана (мгту им. Н. Э. Баумана) icon«Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана» (мгту им. Н. Э. Баумана) Утверждено
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Российской Федерации Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана (мгту им. Н. Э. Баумана) iconТехнология снижения материалоёмкости сельскохозяйственных машин с помощью систем управляемых затяжек
Работа выполнена в гоу впо “Московский государственный технический университет” им. Н. Э. Баумана, Калужский филиал (кф мгту им....

Российской Федерации Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана (мгту им. Н. Э. Баумана) iconН. Э. Баумана (мгту им. Н. Э. Баумана)” Военное обучение в мгту им. Н. Э. Баумана 85 лет Москва Издательство мгту им. Н. Э. Баумана 2011
Авторы: В. Л. Власов, В. И. Горелов, А. Ю. Кабардинский, В. А. Кузнецов, А. А. Лахтиков, Н. Д. Максименко, И. П. Малышев, С. П. Остриков,...

Российской Федерации Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана (мгту им. Н. Э. Баумана) iconБюллетень новых поступлений за февраль 2011г
В. И. Козинцев [и др.]; Моск гос техн ун-т (мгту) им. Н. Э. Баумана. Москва : Московский государственный технический университет...

Российской Федерации Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана (мгту им. Н. Э. Баумана) icon«Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана» (мгту им. Н. Э. Баумана)
Оно призвано сейчас не только обеспечивать процесс производства конкурентоспособной продукции, но и способствовать при этом достижению...

Российской Федерации Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана (мгту им. Н. Э. Баумана) iconМосковский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана Факультет "Инженерный бизнес и менеджмент" Кафедра "Менеджмент" М.
М-51 Меняев М. Ф. Содержание организационно-экономической части дипломного проекта (для проектов, связанных с разработкой программного...

Российской Федерации Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана (мгту им. Н. Э. Баумана) iconМосковский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана Факультет "Инженерный бизнес и менеджмент" Кафедра "Менеджмент" М.
М-51 Меняев М. Ф. Содержание организационно-экономической части дипломного проекта (для проектов, связанных с разработкой программного...

Российской Федерации Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана (мгту им. Н. Э. Баумана) iconМеждународной Конференции «голоэкспо 2012»
Минск, Республика Беларусь), Специализированное предприятие «Голография» (г. Киев, Украина), ООО "Микро и наноголографические системы"...


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница