- 166 -
ГЛАВА 3
ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ ПО ПРОВЕРКЕ
ГИПОТЕЗЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
1. ПЛАНИРОВАНИЕ ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
1.1. НАПРАВЛЕНИЯ ПРОВЕРКИ ГИПОТЕЗЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Гипотеза
настоящего исследования состоит в том, что разработка методики
фундаментального эксперимента со звуковыми волнами, включающей
новые учебные опыты,делает возможным создание необходимой и це-
лесообразной в учебном процессе системы фундаментального экспе-
римента по волновой физике, позволяющей более полно сформиро-
вать у учащихся эмпирический базис теории волн.
Существенная часть гипотезы, связанная с возможностью соз-
дания системы фундаментального эксперимента по волновой физике
доказана во второй главе, содержащей описание входящих в эту
систему опытов. Покажем, что она более полна, чем системы учеб-
ного фундаментального эксперимента с другими видами волн.
Система учебного фундаментального эксперимента по волновой
физике со звуковыми волнами - целостный объект, состоящий из
взаимосвязанных элементов, образующих иерархическую структуру.
- 167 -
Система замкнута, то есть охватывает элементы одного класса -
учебные опыты со звуком. Ее логическая непротиворечивость сле-
дует из того, что эта система представляет собой учебный вари-
ант системы фундаментальных экспериментов, лежащих в основании
волновой физики как раздела науки.
Известны и другие системы учебного эксперимента по волно-
вой физике:с волнами на поверхности жидкости,световыми и радио-
волнами. Для оценки и сравнения полноты всех этих систем опытов
введем коэффициент полноты P, равный отношению количества
явлений, функциональных зависимостей и методов определения фун-
даментальных констант, которые можно экспериментально изучить с
помощью данной системы опытов, к их общему числу N:

В табл.3.1 (Приложение 3) представлен список фундаменталь-
ных опытов волновой физики и дана оценка разработанности каждо-
го из них с различными видами волн. Если эксперимент разработан
так, что его возможно использовать в учебном процессе, то ста-
вилась оценка - 1 балл, если нет - О баллов. Сравнивая коэффи-
циенты полноты систем опытов P , получаем, что для предлагае-
мой нами системы опытов со звуковыми волнами он наиболее высок
и составляет 1,ОО.
Из таблицы видно, что феноменологический и константный эк-
сперименты наиболее полно разработаны для волн на поверхности
жидкости и для звуковых волн. Это объясняется природой, параме-
трами волн и современным уровнем развития техники.Например,про-
демонстрировать такие явления, как эффект Доплера, давление, и
соответствующие функциональные зависимости для электромагнитных
волн на современном школьном оборудовании невозможно. Неразра-
ботанность функциональных опытов с волнами на поверхности жид-
кости объясняется отсутствием требуемых датчиков и измерителей
- 168 -
амплитуды, фазы и частоты, а также спецификой этих волн,сущест-
венно отличающихся по характеру движения или процесса от звуко-
вых и электромагнитных.
Таким образом, система учебного фундаментального экспери-
мента со звуковыми волнами полнее аналогичных систем опытов с
другими видами волн и поэтому позволяет сформировать у учащихся
эмпирический базис наиболее полным образом.
Необходимость создания и использования системы учебного
фундаментального эксперимента по волновой физике с наибольшей
убедительностью может быть подтверждено констатирующим дидакти-
ческим экспериментом, задачей которого является определение
уровня сформированности эмпирического базиса у учащихся. Для
этого требуется оценить их способности описывать физические
опыты, доказывающие существование волновых явлений и функцио-
нальных зависимостей, а также узнавать волновые явления в конк-
ретных ситуациях. Если, как мы и предполагали, окажется, что
даже учителя высшей квалификации достигают в физико-математи-
ческих классах сравнительно невысокого уровня сформированности
эмпирического базиса, то это может быть объяснено только недос-
таточным использованием физического эксперимента в учебном про-
цессе. Если к тому же изучение и анализ методической литературы
показывают, что не все требуемые для полного обучения физичес-
кие опыты разработаны в учебных вариантах, то отсюда и вытекает
необходимость создания и применения системы фундаментального
учебного эксперимента по волновой физике.
Целесообразность использования предложенной системы уче-
бного фундаментального эксперимента, строго говоря, следует из
широко известного и многократно подтвержденного, в том числе и
педагогическим экспериментом, тезиса об эффективности использо-
- 169 -
вания учебных опытов в процессе обучения.Работы таких известных
методистов, как Л.И.Анциферов [3, 4], А.И.Бугаев [125], Ю.И.Дик
[125], О.Ф.Кабардин [45,46], И.М.Пищиков [4], В.Г.Разумовский
[125,14О], С.А.Хорошавин [176,177,179], Н.М.Шахмаев [184,185,
187,188], В.Ф.Шилов [189,192], Т.Н.Шамало [181,182] посвящены
исследованию роли и места учебного физического эксперимента при
изучении физики.
Для оценки эффективности новой методики обычно проводят
дидактический эксперимент, позволяющий зафиксировать ее преиму-
щества по сравнению с известными. Очевидно, это имеет смысл де-
лать только в том случае, когда традиционная и новая методики,
имеют общее содержание обучения. В нашем случае большинство
предлагаемых экспериментов не имеет аналогов в традиционной ме-
тодике, с которыми их можно было бы сравнить. Если сравнивать,
например, традиционную методику изучения временной когерентно-
сти с предлагаемой нами, отличающейся использованием нового
учебного эксперимента со звуковыми цугами, то без особых дока-
зательств понятно, что эффективность изучения возрастет, так
как это изучение проводится не только теоретически, а дополни-
тельно опирается на эксперимент.
Таким образом, если разработан новый учебный опыт, позво-
ляющий экспериментально изучить физическое явление или характе-
ризующую его функциональную зависимость, чего нельзя было сде-
лать раньше,то найдется такая методика использования этого опы-
та в учебном процессе,которая даст больший положительный эффект
по сравнению с традиционной, основывающейся на теоретическом
изучении этого явления или зависимости.Поэтому проблема состоит
в оценке разработанной методики на предмет ее теоретической
- 17О -
доступности, а также в определении характера наблюдаемого поло-
ложительного эффекта.
Если проведенный нами педагогический эксперимент докажет,
что применение предлагаемой в диссертации системы фундаменталь-
ных опытов со звуковыми волнами и обеспечивающего ее комплекта
приборов позволяет более полно сформировать эмпирический базис
волновой физики, способствует развитию творческих способностей
во внеурочной работе с учащимися, естественным образом вписыва-
ется в реальный учебный процесс, то это решит сформулированную
выше проблему и еще раз подтвердит целесообразность использова-
ния обсуждаемой системы опытов.
1.2. СТРУКТУРА ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА. Планирование
и проведение педагогического эксперимента осуществлялось в со-
ответствии с общими положениями, изложенными в монографиях [8],
[1О5], [1О6], [148].
Педагогический эксперимент в идеальном варианте предпола-
гает определения генеральной совокупности, состоящей, например,
из учащихся всех школ России, и получения из нее случайной вы-
борки достаточного объема. Эта случайная выборка характеризует
генеральную совокупность и поэтому называется репрезентативной.
Работая с репрезентативной выборкой, проводя необходимые наблю-
дения, тесты, организуя экспериментальное обучение, исследова-
тель получает результаты, распространяющиеся на всю генеральную
совокупность.
Отметим, что проведение подобного эксперимента в рассмот-
ренном варианте требует больших материальных затрат, которые,
вообще говоря, не всегда оправданы. В самом деле, если, напри-
мер, в исследовании И.И.Нурминского [122,123] и Н.К.Гладышевой
- 171 -
[123] педагогический эксперимент выступает в качестве основного
метода изучения закономерностей формирования знаний и умений у
учащихся, позволяющего получить новый результат, и поэтому по
праву занимает одно из центральных мест, то в настоящей работе
самым существенным является создание методики фундаментального
эксперимента по волновой физике,разработка новых учебных опытов
и соответствующего оборудования. Роль педагогического экспери-
мента значительно скромнее: подтвердить необходимость и целесо-
образность использования разработанной методики фундаментально-
го эксперимента по волновой физике, доступность ее для реально-
го учебного процесса.
Поэтому в нашем дидактическом эксперименте случайность вы-
борки обеспечивается тем, что используемые в нем группы учащих-
ся взяты совершенно произвольно из нескольких классов с углуб-
ленным изучением физики. При этом в каждую группу вошли как
сильные, так и относительно слабые учащиеся, имеющие достаточно
широкий спектр интересов, с различными умственными способностя-
ми, складом мышления. Понятно, что при таком подходе нельзя из-
бежать влияния на экспериментальные результаты таких факторов,
как педагогический коллектив школы, личность учителя физики,
место проживания и учебы школьников, родители и их культурный и
материальный уровни и т.д. Однако, на наш взгляд, все это в го-
раздо меньшей степени определяет степень сформированности эмпи-
рического базиса волновой физики и поэтому перечисленными фак-
торами можно пренебречь.
Несмотря на то, что данная выборка, строго говоря, не яв-
ляется репрезентативной, нет оснований считать, что используе-
мые нами учащиеся чем-то принципиально отличаются от среднеста-
тистического учащегося России. Таким образом, нет видимых при-
- 172 -
чин, чтобы не рассматривать результаты проведенного дидактичес-
кого эксперимента,как приближенную характеристику реального по-
ложения вещей, которая, возможно, не так точна,как хотелось бы,
но, тем не менее, вполне объективна.
Проведенный нами дидактический эксперимент состоит из двух
компонентов: констатирующего и обучающего. Констатирующий экс-
перимент доказывает следующие положения:
- учащиеся не узнают волновые явления в конкретных ситуа-
циях,что свидетельствует о недостаточности и формализме их зна-
ний, неумении эти знания использовать на практике,
- наибольшую доказательную силу с точки зрения не только
учителя, но и учащихся имеет такое изучение физического опыта,
при котором этот эксперимент демонстрируется учителем на уроке
или выполняется учащимся в лабораторной работе,
- при экспериментальном обосновании существования волновых
явлений учащиеся в первую очередь ссылаются на опыты или наблю-
дения,которые производились на уроках или в повседневной жизни,
- уровень сформированности эмпирического базиса волновой
физики у учащихся сравнительно невысок,что обусловлено недоста-
точным использованием при обучении физического эксперимента и
подтверждает необходимость применения системы учебного фунда-
ментального эксперимента, разработке методики и техники которо-
го и посвящено настоящее диссертационное исследование.
Обучающий дидактический эксперимент должен доказывать, что
использование разработанной нами системы фундаментального экс-
перимента позволяет повысить уровень сформированности эмпириче-
ского базиса волновой физики,а сама эта система полностью соот-
ветствует требованиям, предъявляемым к системам учебных опытов
и естественно вписывается в реальный учебный процесс.Существен-
- 173 -
ным элементом обучающего эксперимента является внедрение разра-
ботанных методики и оборудования в учебный процесс школ и ву-
зов, наблюдение за деятельностью учащихся при использовании но-
вой методики.
1.3. ОЦЕНКА УРОВНЯ СФОРМИРОВАННОСТИ ЭМПИРИЧЕСКОГО БАЗИСА И
МЕТОДЫ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ. В педагогическом
эксперименте для оценки уровня сформированности эмпирического
базиса мы выбрали метод тестирования [12,1О5].Известны требова-
ния, предъявляемые к тестам: адекватность (валидность), опреде-
ленность (общепонятность), простота,однозначность и надежность.
Под валидностью теста понимают соответствие содержания теста
выявляемому или оцениваемому признаку. Определенность характе-
ризует понимание учащимися, что именно они должны делать, какие
знания и в каком объеме должны показать. Требование простоты
предполагает необходимость четких и прямых формулировок заданий.
Однозначность означает, что в тесте так выделены структурные
элементы, что их оценка независимо от субъективных качеств экс-
перта дает одинаковые результаты.Под надежностью понимают обес-
печение близких результатов тестирования одного и того же испы-
туемого. Исходя из перечисленных требований, нами были разрабо-
таны тесты.
Эмпирический базис представляет собой совокупность резуль-
татов физических экспериментов и наблюдений, поэтому для оценки
уровня его сформированности у данного учащегося следует опреде-
лить уровень усвоения им всех фундаментальных экспериментов,ле-
жащих в основании изучаемой теории. Это позволяет сделать дида-
ктическая модель усвоенности физического эксперимента, рассмот-
ренная в первой главе (с.4О).
- 174 -
Для оценки уровня сформированности эмпирического базиса
целесообразно предложить учащимся тест, ответы на задания кото-
рого позволят определить уровни усвоения фундаментальных экспе-
риментов, и по ним вычислить требуемую оценку. В нашем случае
тесты содержат перечни основных явлений и функциональных зави-
симостей волновой физики, а также задание в нескольких предло-
жениях описать и схематическим рисунком изобразить опыты или
наблюдения, доказывающие, что указанные явления и функциональ-
ные зависимости действительно имеют место. Отметим, что опыт
считают доказательным, если его результат можно объяснить толь-
ко исходя из предположения о существовании данного явления или
функциональной зависимости.Например, опыт со звучащим динамиком,
который вращается на некотором расстоянии от неподвижного наб-
людателя, нельзя рассматривать как экспериментальное доказате-
льство существования эффекта Доплера, так как наблюдаемые изме-
нения восприятия звука могут быть объяснены не только доплеров-
ским смещением частоты, но и перемещением интерференционных ми-
нимумов и максимумов стоячей волны, возникшей в аудитории.
Количественная оценка степени усвоения конкретного экспе-
римента осуществлялась по двухбалльной шкале О-1. Оценка О бал-
лов ставилась в случае, когда учащийся не выполнял задание или
неправильно выполнял его, что соответствует нулевому и первому
уровням усвоения физического эксперимента в рассмотренной выше
модели (глава 1, п.3.2). Оценка 1 ставилась при правильном вы-
полнении задания учащимся, что отвечает второму и третьему уро-
вням усвоения физического эксперимента. По всему тесту для каж-
дого учащегося находилась суммарная оценка ,равная числу пра-
вильных ответов.
- 175 -
Коэффициентом сформированности эмпирического базиса по
оцениваемой группе явлений или функциональных зависимостей бу-
дем называть отношение оценки X к общему числу M явлений или
функциональных зависимостей в тесте:

Чтобы различать коэффициенты сформированности эмпирического ба-
зиса по явлениям и функциональным зависимостям, будем использо-
вать индексы 1 и 2 соответственно.
Методы проверки статистических гипотез подробно рассмотре-
ны в [26, 32, 33]. Специфика проведенного нами дидактического
эксперимента требует использования такого метода статистической
обработки полученных результатов, который позволяет по неболь-
шой выборке из генеральной совокупности определить доверитель-
ный интервал измеряемой величины с заданной надежностью. Одним
из таких методов является метод Стьюдента [21, с.312-33О], [27,
с. 213-223].
Метод Стьюдента используется при обработке независимых ре-
зультатов, распределенных по нормальному закону. Независимость
отдельных результатов педагогического эксперимента обеспечива-
лась тем, что при тестировании учащиеся были рассажены по одно-
му и не могли общаться друг с другом, поэтому их влиянием друг
на друга можно пренебречь. Задания в тестах также отвечают тре-
бованию независимости: из того, что учащийся справился с одним
из них отнюдь не следует, что он выполнит другое. В то же время
следует иметь в виду, что абсолютно независимых объектов несу-
ществует, независимость всегда относительна, хотя бы потому,что
все учащиеся изучают одни и те же предметы по примерно близким
программам, а задания в тесте относятся к одной теме.
- 176 -
Степень соответствия полученных распределений нормальному
закону нами специально не оценивалась. Однако достаточно очеви-
дно,что результат каждого отдельного акта измерения,то есть вы-
полнения одним учащимся конкретного задания, определяется целым
рядом слабо взаимосвязанных факторов случайного характера. Как
известно,в этом случае результирующий параметр имеет нормальное
распределение.
Для статистической обработки результатов тестирования их
сводят в таблицу,образец которой приведен в Приложении 3 (табл.
3.2). В первом столбце дана оценка X_i каждой работы учащегося,
принимающая целые значения от О до M, где M - число заданий в
тесте. Во втором столбце представлены соответствующие значения
измеряемого коэффициента, определяемого по формуле k_i = X_i/M,
третий столбец содержит частоты n_i появления оценки X_i. Сред-
нее арифметическое коэффициента K_cp определяют по формуле

где N - число тестируемых.
Для нахождения доверительных интервалов вычисляют "исправ-
ленное" среднее квадратическое отклонение

Доверительный интервал с надежностью gamma определяется по ме-
тоду Стьюдента

- 177 -
где t_\gamma - параметр, зависящий от количества тестируемых N
и надежности оценки \gamma, находится по таблице [27, с.357].
Мы ограничимся надежностью О,95. Это означает, что при повторе-
нии данного эксперимента математическое ожидание определяемой
величины K с вероятностью 95% будет содержаться в интервале

Для сравнения параметров двух распределений,законы которых
неизвестны, как правило, используются непараметрические методы,
рассмотренные в монографии [33]: хи-квадрат, Вилкоксона, Макна-
мары, знаков, медиан и др. Мы ограничимся критерием хи-квадрат,
который применяется в случае, когда обе выборки случайные, не-
зависимые, а шкала измерений представляет собой шкалу наимено-
ваний с двумя или более категориями.
Критерий хи-квадрат используется для опровержения нулевой
гипотезы о равенстве двух распределений сравниваемых величин.
В нашем случае число степеней свободы всегда равно 1, поэтому
экспериментальные результаты представляют в виде таблицы 2 х 2
(Приложение 3, табл. 3.7) и вычисляют наблюдаемое значение ста-
тистики критерия по следующей формуле:

где n_1, O_10, O_11 и n_2, O_20, O_21 - количества актов измере-
ний и ответов учащихся, оцененных в О и 1 баллов, в контрольной
и экспериментальной группах соответственно. По специальной таб-
лице[33,с.13О] определяют критическое значение критерия на дан-
- 178 -
ном уровне значимости a. Если наблюдаемое значение статистики
превышает критическое, то значит достаточно оснований,чтобы оп-
ровергнуть нулевую гипотезу на данном уровне значимости и при-
нять альтернативную гипотезу, о том, что отличия между сравни-
ваемыми распределениями вызваны не случайными, а закономерными
причинами. Чем меньше уровень значимости, тем жесче критерий. В
педагогических исследованиях обычно ограничиваются уровнем зна-
чимости a =О,О5, что соответствует уровню достоверности О,95.
Ввиду значительного объема непосредственных результатов
педагогического эксперимента рабочие таблицы в диссертации не
приводятся.
2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ
КОНСТАТИРУЮЩЕГО ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1. ОЦЕНКА УЗНАВАЕМОСТИ ЯВЛЕНИЙ ВОЛНОВОЙ ФИЗИКИ. Основная
задача обучения состоит не только в приобретении учащимися оп-
ределенной суммы знаний, но и в применении этих знаний на прак-
тике. Чрезмерная загруженность теоретическими построениями и
отсутствие связи с реальными объектами приводят к формализму
знаний, неумению их использовать в конкретных ситуациях.
Нами разработаны два варианта теста на узнавание основных
явлений волновой физики, состоящие из описаний ситуаций, в ко-
торых имеют место различные волновые явления. Выше выделено 11
основных явлений, и тест составлен так, что на каждое из них
приходится по три ситуации с любыми видами волн. В тесте описа-
ния ситуаций расположены беспорядочно и пронумерованы.
- 179 -
--------------------------------------------------------------¬
¦ ТЕСТ 1. УЗНАВАНИЕ ВОЛНОВЫХ ЯВЛЕНИЙ ¦
¦ Вариант 1 ¦
+-------------------------------------------------------------+
¦ 1. Внезапно на берег обрушились мощные цунами(огромные во- ¦
¦ лны) и разрушили населенный пункт. ¦
¦ 2. На тонкой нити подвешено коромысло, к одному из концов ¦
¦ которого прикреплен бумажный диск. К диску поднесли ди- ¦
¦ намик и диск отклонилcя. Когда звук выключили, диск ве- ¦
¦ рнулся в исходное положение. ¦
¦ 3. Духовой оркестр, играя,сворачивает в переулок и исчеза- ¦
¦ ет из поля зрения. При этом наблюдатель слышит музыку. ¦
¦ 4. Если по камертону ударить молоточком, возникает звук. ¦
¦ 5. На поверхности воды плавает длинная доска. Если привес- ¦
¦ ти доску в колебательное движение, то в обе стороны от ¦
¦ нее будут распространяться плоские волны, амплитуда ко- ¦
¦ торых по мере удаления уменьшается. ¦
¦ 6. Если в пучок белого света, сфокусированный на экране, ¦
¦ ввести призму, то на экране наблюдается спектр. ¦
¦ 7. На поверхности воды возбудили синусоидальную волну и ¦
¦ поместили две щепки на разных расстояниях от источника. ¦
¦ Колебания второй,более удаленной от источника щепки от- ¦
¦ стают по фазе от колебаний первой. ¦
¦ 8. Если на легкое зеркало,подвешенное на тонкой нити, нап- ¦
¦ равить мощный импульс света, то произойдет отклонение ¦
¦ зеркала из положения равновесия. ¦
¦ 9. Вы стоите на перроне, мимо проносится тепловоз, издавая ¦
¦ звуковой сигнал. Вы слышите, что высота тона резко сни- ¦
¦ жается после того, как тепловоз стал удаляться. ¦
¦ 1О. Волна падает на границу раздела двух сред и частично ¦
¦ возвращается в первую среду. ¦
¦ 11. На поверхности выдутого вами мыльного пузыря перелива- ¦
¦ ются разноцветные полосы. ¦
¦ 12. Ультразвуковая волна большой интенсивности снизу падает ¦
¦ на поверхность воды и вспучивает ее. ¦
¦ 13. Если через сферическую колбу с водой посмотреть на ¦
¦ предмет, то он будет казаться искаженным. ¦
¦ 14. Явление проникновения волны в область геометрической ¦
¦ тени от препятствия. ¦
¦ 15. Испущенная радиолокатором электромагнитная волна,дости- ¦
¦ гнув самолета, частично возвращается обратно. ¦
¦ 16. Птица, влетевшая в пучок мощного радиолокатора,сгорает. ¦
¦ 17. Явление зависимости показателя преломления от длины ¦
¦ волны. ¦
¦ 18. Явление уменьшения интенсивности плоской волны при про- ¦
¦ хождении ее через среду. ¦
¦ 19. Перемещение волновой поверхности от источника волны. ¦
¦ 2О. На динамик подают переменное напряжение, в результате ¦
¦ чего его диффузор приходит в колебательное движение. ¦
¦ Слышен звук. ¦
¦ 21. Явление перераспределения энергии в области простран- ¦
¦ ства, в которой накладываются две или несколько волн. ¦
¦ 22. Если в горах громко крикнуть, то слышно эхо. ¦
¦ 23. Явление изменения частоты звука, воспринимаемого прием- ¦
¦ ником, при его движении относительно источника. ¦
¦ 24. С помощью двояковыпуклой линзы можно сфокусировать сол- ¦
¦ нечные лучи. ¦
- 18О -
¦ 25. Напротив динамика расположен подключенный к осциллогра- ¦
¦ фу микрофон, а за ним установлен твердый лист перпенди- ¦
¦ кулярно направлению распространения волны.При приближе- ¦
¦ нии листа к микрофону амплитуда осциллограммы то увели- ¦
¦ чивается, то уменьшается. ¦
¦ 26. Чтобы стало теплее, вы направляете на себя излучение ¦
¦ бытового рефлектора. ¦
¦ 27. Частота радиоволны, отраженной движущимся самолетом, не ¦
¦ совпадает с частотой радиолокатора. ¦
¦ 28. При переходе света из одной оптически однородной среды ¦
¦ в другую происходит изменение направления распростране- ¦
¦ ния. ¦
¦ 29. Наблюдатель, глядя на удаленную лампу сквозь кусок тка- ¦
¦ ни, видит разноцветные пятна и полоски. ¦
¦ 3О. При возбуждении колебательной системы в окружающей сре- ¦
¦ де возникает волна. ¦
¦ 31. Когда волна падает на покатый берег, быстрее достигают ¦
¦ суши более короткие волны. ¦
¦ 32. Если в шторм на поверхность воды вылить масло,то волне- ¦
¦ ние уменьшится. ¦
¦ 33. Сейсмические волны, возникшие в результате землетрясе- ¦
¦ ния, достигли города. ¦
---------------------------------------------------------------
--------------------------------------------------------------¬
¦ ТЕСТ 1. УЗНАВАНИЕ ВОЛНОВЫХ ЯВЛЕНИЙ ¦
¦ Вариант 2 ¦
+-------------------------------------------------------------+
¦ 1. Явление огибания волной непрозрачных для нее препятст- ¦
¦ вий. ¦
¦ 2. Пучок мощного лазера сжигает цель на расстоянии неско- ¦
¦ ких километров. ¦
¦ 3. Волна падает на препятствие.Чувствительный прибор пока- ¦
¦ зывает, что на препятствие действует сила, направленная ¦
¦ в сторону распространения волны. ¦
¦ 4. Во время дождя или сразу после него,когда солнце выгля- ¦
¦ дывает из-за туч, можно видеть радугу. ¦
¦ 5. Явление переноса волной фазы с течением времени. ¦
¦ 6. Чтобы уменьшить громкость шума дверь дополнительно пок- ¦
¦ рыли еще одним слоем поролона. ¦
¦ 7. При возбуждении колебательной системы в окружающей сре- ¦
¦ де образуются волны. ¦
¦ 8. Два динамика подключены к одному и тому же генератору. ¦
¦ При перемещении одного динамика относительно другого ¦
¦ слышны возрастания и уменьшения громкости звука. ¦
¦ 9. Приемник волны движется относительно источника. Частота ¦
¦ колебаний, воспринимаемых приемником, не равна частоте ¦
¦ волны, излучаемой источником. ¦
¦ 1О. Если стакан наполнить водой, то его кажущаяся глубина ¦
¦ будет меньше действительной. ¦
¦ 11. Явление изменения направления распространения волны на ¦
¦ границе раздела двух сред, при котором волна возвращае- ¦
¦ тся обратно в первую среду. ¦
¦ 12. Волна падает и отражается от зеркала. В области наложе- ¦
¦ ния падающей и отраженной волн имеются точки, амплитуда ¦
¦ колебаний в которых равна нулю. ¦
- 181 -
¦ 13. На пути светового пучка от точечного источника света ¦
¦ расположили небольшой непрозрачный шарик и в центре ге- ¦
¦ ометрической тени от него обнаружили светлое пятно. ¦
¦ 14. Независимо от того, к Солнцу или от него движется коме- ¦
¦ та, ее хвост всегда направлен от Солнца. ¦
¦ 15. Ультразвуковая волна при переходе из стекла в воду из- ¦
¦ меняет направление своего распространения. ¦
¦ 16. Если дернуть за леску, привязанный к ней поплавок нач- ¦
¦ нет колебаться и на поверхности воды возникает волна. ¦
¦ 17. Ваш знакомый отвернулся от вас и продолжает говорить. ¦
¦ Несмотря на то,что вы находитесь сзади, его речь хорошо ¦
¦ слышна. ¦
¦ 18. Явление наложения двух волн, при котором результирующая ¦
¦ интенсивность в некоторой точке не равна сумме интен- ¦
¦ сивностей каждой из волн по отдельности. ¦
¦ 19. Если неподвижный микрофон начать приближать к звучащему ¦
¦ динамику, то частота сигнала на выходе микрофона увели- ¦
¦ чится. ¦
¦ 2О. Явление зависимости фазовой скорости волны от частоты. ¦
¦ 21. В спектрах разбегающихся галактик наблюдается смещение ¦
¦ спектральных линий в красную область. ¦
¦ 22. Если дунуть в свисток, его язычок придет в автоколеба- ¦
¦ тельное движение и будет слышен звук. ¦
¦ 23. Эхолот вырабатывает ультразвуковой импульс, который до- ¦
¦ стигнув морского дна, возвращается обратно. ¦
¦ 24. Явление изменения направления распространения волны при ¦
¦ прохождении через границу раздела двух сред. ¦
¦ 25. Явление уменьшения амплитуды волны за счет перехода ее ¦
¦ энергии во внутреннюю энергию среды. ¦
¦ 26. По натянутому резиновому шнуру, один из концов которого ¦
¦ привели в колебательное движение, бежит волна. ¦
¦ 27. Пучок белого света падает на поверхность воды. Опыт по- ¦
¦ казывает, что фиолетовые лучи преломляются сильнее кра- ¦
¦ сных. ¦
¦ 28. При освещении почвы солнечными лучами происходит ее на- ¦
¦ грев. ¦
¦ 29. К чувствительным крутильным весам прикреплено легкое ¦
¦ зеркальце. Когда на него падает мощный световой импульс ¦
¦ от лазера, крутильные весы поворачиваются. ¦
¦ 3О. В солнечный день зеркалом можно направить "зайчик" в ¦
¦ окно комнаты. ¦
¦ 31. В туманное утро удаленные предметы не видны. ¦
¦ 32. Если в озеро бросить камень, то образующиеся волны рас- ¦
¦ ходятся во все стороны и через некоторое время достига- ¦
¦ ют берега. ¦
¦ 33. Когда звуковой импульс достигает микрофона, на его вы- ¦
¦ ходе возникает всплеск напряжения. ¦
---------------------------------------------------------------
Перед тестированием учащиеся заготавливают бланки ответа,
по приводимому здесь образцу. Далее им раздают тест так, чтобы
у рядом сидящих учащихся оказались разные варианты, и формули-
руют задачу: для каждой ситуации выявить,какое из перечисленных
- 182 -
--------------------------------------------------------------¬
¦ БЛАНК ВЫПОЛНЕНИЯ ТЕСТА 1 ¦
+-------------------------------------------------------------+
¦ ¦
¦ ВАРИАНТ N ____ ДАТА_________________ ¦
¦ ¦
¦ ¦
¦ ФИО _________________________________ Школа N____ Класс____ ¦
¦ ¦
¦ В таблице перечислены явления волновой физики. В оставлен- ¦
¦ ные пустыми клетки проставьте соответствующие явлениям но- ¦
¦ мера ситуаций, приведенных в Вашем тесте. В одной ситуации ¦
¦ может заключаться несколько явлений - нужно выбрать глав- ¦
¦ ное или определяющее и именно против этого явления проста- ¦
¦ вить номер ситуации. ¦
¦ ¦
+----------------T--T--T--T--T--T--------------T--T--T--T--T--+
¦ Излучение ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ Дисперсия ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
+----------------+--+--+--+--+--+--------------+--+--+--+--+--+
¦ Распространение¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ Отражение ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
+----------------+--+--+--+--+--+--------------+--+--+--+--+--+
¦ Затухание ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ Преломление ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
+----------------+--+--+--+--+--+--------------+--+--+--+--+--+
¦ Явление Доплера¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ Давление ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
+----------------+--+--+--+--+--+--------------+--+--+--+--+--+
¦ Перенос энергии¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ Дифракция ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
+----------------+--+--+--+--+--+--------------+--+--+--+--+--+
¦ Интерференция ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
-----------------+--+--+--+--+--+--------------+--+--+--+--+---
явлений в данном случае определяющее и поставить номер напротив
его названия в бланке ответа. Время тестирования 3О - 4О минут.
Проверка результатов тестирования осуществлялась с помощью при-
водимого ниже ключа.
Тест на узнавание волновых явлений был проведен в 11-а
классе физико-математического лицея (учитель физики В.А.Саранин,
канд. физ.-мат. наук, доцент), в классе с углубленным изучением
физики 11-а школы N1 города Глазова (учитель физики С.М.Новиков,
канд. пед.наук, доцент) и на 1 курсе физико-математического фа-
культета Глазовского пединститута. Общее количество тестируемых
84 человека.
- 183 -
----------------------------------------------------------¬
¦ КЛЮЧ К ТЕСТУ 1 ¦
+--------------------------T---------------T--------------+
¦ Явления волновой физики ¦ Вариант 1 ¦ Вариант 2 ¦
+--------------------------+---------------+--------------+
¦ 1. Излучение ¦ 4, 2О, 3О ¦ 7, 16, 22 ¦
¦ 2. Распространение ¦ 7, 19, 33 ¦ 5, 25, 32 ¦
¦ 3. Затухание (поглощение)¦ 5, 18, 32 ¦ 6, 25, 31 ¦
¦ 4. Явление Доплера ¦ 9, 23, 27 ¦ 9, 19, 21 ¦
¦ 5. Перенос энергии ¦ 1, 16, 26 ¦ 2, 28, 33 ¦
¦ 6. Интерференция ¦ 11, 21, 25 ¦ 8, 12, 18 ¦
¦ 7. Дисперсия ¦ 6, 17, 31 ¦ 4, 2О, 27 ¦
¦ 8. Отражение ¦ 1О, 15, 22 ¦ 11, 23, 3О ¦
¦ 9. Преломление ¦ 13, 24, 28 ¦ 1О, 15, 24 ¦
¦1О. Давление ¦ 2, 8, 12 ¦ 3, 14, 29 ¦
¦11. Дифракция ¦ 3, 14, 29 ¦ 1, 13, 17 ¦
L--------------------------+---------------+---------------
Оценивание результатов тестирования осуществлялось по сле-
дующей методике. Бланки с ответами учащихся сверялись с ключом
и напротив каждого j - ого явления ставилось количество прави-
льных ответов: О, 1, 2 или 3. Затем все результаты были собраны
в рабочую таблицу.
Введем коэффициент узнаваемости U_j j -ого явления, как
отношение числа правильных ответов X_j по данному явлению к
максимально возможному числу правильных ответов, равному 3:

Когда по j -му явлению учащийся дал ни одного, один,два или три
правильных ответа, то U_j принимает значения О,ОО, О,33, О,67,
1,ОО соответственно. В сводной таблице 3.3 (Приложение 3) даны
частоты появления этих значений коэффициента узнаваемости для
каждого из явлений,средний коэффициент узнаваемости явлений,его
абсолютная погрешность и графическое представление результатов
педагогического эксперимента.
Статистическая обработка результатов осуществлялась по ме-
тоду Стьюдента, как описано выше. Для числа тестируемых N = 84
- 184 -
при надежности g= О,95 коэффициент t_g= 1,991 [27, с.357].Общий
коэффициент узнаваемости по всем волновым явлениям был опреде-
лен по коэффициентам узнаваемости отдельных явлений также ме-
тодом Стьюдента, но для числа явлений N = 11 при надежности
g = О,95 табличное значение коэффициента t_g = 2,23.
Анализируя полученные результаты, приходим к заключению,
что наиболее высокой узнаваемостью характеризуются явления пре-
ломления и отражения, что обусловлено продолжительным изучением
этих явлений в школе и их распространенностью в повседневной
жизни. Наиболее низкая узнаваемость у эффекта Доплера, не изу-
чаемого в школе. Для остальных явлений коэффициент узнаваемости
лежит в пределах от О,25 до О,55, то есть учащиеся даже физико-
математических классов узнают не более половины основных явле-
ний волновой физики.
Как показал В.П.Беспалько [13, с.6О-61], процесс обучения
допустимо считать завершенным, когда коэффициент усвоения дея-
тельности превосходит О,7. Из полученных нами результатов сле-
дует, что формирование эмпирического базиса волновой физики
нельзя считать завершенным. Можно предположить, что низкие зна-
чения полученных коэффициентов сформированности эмпирического
базиса волновой физики объясняются в основном тем, что некото-
рые явления и функциональные зависимости, представленные в тес-
тах, не изучаются в школе: явление Доплера, зависимость допле-
ровского сдвига частоты от скорости движения источника относи-
тельно приемника, зависимость коэффициента поглощения от часто-
ты и др. Однако подробный анализ условий и результатов дидакти-
ческого эксперимента показывает, что это не так: учет указанно-
го обстоятельства дает поправку, которая существенно не меняет
положение вещей.
- 185 -
2.2. ОЦЕНКА УРОВНЯ СФОРМИРОВАННОСТИ ЭМПИРИЧЕСКОГО БАЗИСА
ВОЛНОВОЙ ФИЗИКИ. Для определения коэффициента сформированности
эмпирического базиса волновой физики у учащихся нами разработа-
ны тесты 2 и 3, посвященные феноменологическому и функциональ-
ному экспериментам соответственно.
--------------------------------------------------------------¬
¦ ТЕСТ 2. ДОКАЗАТЕЛЬСТВО СУЩЕСТВОВАНИЯ ВОЛНОВЫХ ЯВЛЕНИЙ ¦
+-------------------------------------------------------------+
¦ Физика - наука экспериментальная, критерием правильности ¦
¦ наших знаний об окружающем мире являются опыты и наблюдения.¦
¦ Ниже перечислены основные явления волновой физики и даны их ¦
¦ определения. Ваша задача состоит в том,чтобы для каждого из ¦
¦ перечисленных явлений в нескольких предложениях описать, ¦
¦ схематическим рисунком изобразить эксперимент или наблюде- ¦
¦ ние, доказывающие существование явления. ¦
+-------------------------------------------------------------+
¦ 1. ИЗЛУЧЕНИЕ - процесс возбуждения волны осциллятором. ¦
¦ 2. РАСПРОСТРАНЕНИЕ - перемещение волны с течением времени. ¦
¦ 3. ЗАТУХАНИЕ (ПОГЛОЩЕНИЕ) - уменьшение амплитуды (интенсив- ¦
¦ ности) волны в результате перехода ее энергии во внут- ¦
¦ реннюю энергию среды. ¦
¦ 4. ЯВЛЕНИЕ ДОПЛЕРА - изменение частоты волны,воспринимаемой ¦
¦ приемником при его движении относительно источника. ¦
¦ 5. ПЕРЕНОС ЭНЕРГИИ - перемещение энергии от источника в на- ¦
¦ правлении распространения волны. ¦
¦ 6. ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ - наложение нескольких волн, при котором ¦
¦ результирующая интенсивность в точке наблюдения не равна ¦
¦ сумме интенсивностей в этой точке каждой из волн по от- ¦
¦ дельности. ¦
¦ 7. ДИСПЕРСИЯ - зависимость фазовой скорости (скорости пере- ¦
¦ мещения фазы волной) от частоты. ¦
¦ 8. ОТРАЖЕНИЕ - изменение направления распространения волны ¦
¦ на границе раздела двух сред,при котором волна возвраща- ¦
¦ ется обратно в первую среду. ¦
¦ 9. ПРЕЛОМЛЕНИЕ - изменение направления распространения вол- ¦
¦ ны при переходе через границу раздела двух сред. ¦
¦1О. ДАВЛЕНИЕ - появление постоянной силы,действующей на пре- ¦
¦ пятствие со стороны падающей на него волны. ¦
¦11. ДИФРАКЦИЯ - огибание волной препятствия. ¦
---------------------------------------------------------------
- 186 -
--------------------------------------------------------------¬
¦ ТЕСТ 3. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ ВОЛНОВОЙ ФИЗИКИ ¦
+-------------------------------------------------------------+
¦ Физика - наука экспериментальная,критерием правильности на- ¦
¦ ших знаний об окружающем мире являются опыты или наблюдения.¦
¦ Ниже перечислены основные функциональные зависимости волно- ¦
¦ вой физики. Ваша задача состоит в том, чтобы для каждой из ¦
¦ перечисленных зависимостей в нескольких предложениях опи- ¦
¦ сать и схематическим рисунком изобразить эксперимент или ¦
¦ наблюдение,подтверждающие данную зависимость.Описание долж- ¦
¦ но содержать перечень оборудования, порядок проведения экс- ¦
¦ перимента и его результат. ¦
+-------------------------------------------------------------+
¦ 1. Интенсивность сферической волны обратно пропорциональна ¦
¦ квадрату расстояния от точечного источника. ¦
¦ 2. Проходимое волной расстояние в однородной среде пропор- ¦
¦ ционально времени распространения волны. ¦
¦ 3. При относительном сближении (удалении) источника и при- ¦
¦ емника некоторой волны частота колебаний, воспринимаемых ¦
¦ приемником, больше (меньше) частоты источника. ¦
¦ 4. Если разность хода интерферирующих волн равна четному ¦
¦ (нечетному) числу длин полуволн, наблюдается максимум ¦
¦ (минимум) интенсивности. ¦
¦ 5. Фазовая скорость определяется частотой волны и частотой ¦
¦ собственных колебаний осцилляторов среды. ¦
¦ 6. Коэффициент поглощения среды определяется частотой волны ¦
¦ и частотой собственных колебаний среды. ¦
¦ 7. Угол отражения волны равен углу падения. ¦
¦ 8. Отношение синусов углов падения и преломления волны есть ¦
¦ величина постоянная для данных двух сред. ¦
¦ 9. Параметры дифракционной картины определяются длиной вол- ¦
¦ ны, размерами препятствия и расстоянием до места наблю- ¦
¦ дения. ¦
---------------------------------------------------------------
Тест 2 на доказательство существования основных явлений
волновой физики был проведен в 11-а и 11-б классах физико-мате-
матического лицея, в 11-а и 11-б классах школы 15 (учитель фи-
зики П.П.Колчин), в 11-а классе с углубленным изучением физики
школы 1. Общее количество учащихся, охваченных данным тестом,
96 человек. Тест одновременно является входным для обучающего
эксперимента, рассмотренного ниже. Аналогичный тест 3 на знание
экспериментов по функциональным зависимостям волновой физики
был проведен среди 38 студентов первого курса Глазовского пед-
института.
- 187 -
Результаты математической обработки данных эксперимента
сведены в таблицу 3.4 (Приложение 3). Из этой таблицы видно,что
значения коэффициента сформированности эмпирического базиса по
явлениям K_1 и функциональным зависимостям K_2 соответственно
составляют О,41 плюс-минус О,О4 и О,24 плюс-минус О,О4. Таким
образом, дидактический эксперимент показал, что учащиеся 11-х
классов способны обосновать ссылкой на эксперимент менее полови-
ны основных явлений и около четверти функциональных зависимос-
тей волновой физики из той совокупности, которая была предложена
им в тестах.
2.3. УЧЕБНЫЙ ФИЗИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ КАК ОПРЕДЕЛЯЮЩИЙ ФАК-
ТОР ФОРМИРОВАНИЯ ЭМПИРИЧЕСКОГО БАЗИСА. Формирование у учащихся
эмпирического базиса при изучении любого раздела физики не мо-
жет быть осуществлено без использования учебных опытов. Необхо-
димость учебного физического эксперимента бесспорна[18,125],так
как он является источником новых и критерием истинности приоб-
ретенных знаний, методом обучения, средством развития физичес-
кого мышления. Однако сами учащиеся физический эксперимент на
уроке зачастую воспринимают, как элемент наглядности или даже
развлекательности. Поэтому представляет интерес оценка самими
учащимися физического эксперимента в качестве доказательства
существования явления или функциональной зависимости.
Проведенный анализ позволил выделить наиболее распростра-
ненные варианты изучения физических опытов, которые составили
содержание теста 4.
Тест 4 прошли 129 учащихся 9-х классов школы 15 (учитель
физики И.А.Волков), только приступившие к изучению физики, и 62
студента 3 и 4 курса физико-математического факультета Глазовс-
кого пединститута. На ответы по тесту предоставлялось 1О минут.
- 188 -
-------------------------------------------------------------¬
¦ ТЕСТ 4 ¦
¦ ВАРИАНТЫ ИЗУЧЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ОПЫТОВ ¦
+------------------------------------------------------------+
¦ Оцените убедительность каждого из перечисленных вариантов ¦
¦ изучения физического эксперимента по шкале 1-2-3-4-5-6, то ¦
¦ есть самому убедительному на Ваш взгляд варианту поставьте ¦
¦ оценку 6, менее убедительному - меньшую оценку и т.д. Оди- ¦
¦ наково убедительные варианты оцените одним и тем же числом ¦
¦ баллов. ¦
+------------------------------------------------------------+
¦ А. Учитель рассказывает,как изучаемый эксперимент или наб- ¦
¦ людение выполняли ученые. ¦
¦ Б. Учитель рассказывает, как он самостоятельно делал опыт ¦
¦ или проводил наблюдение. ¦
¦ В. Учащийся самостоятельно проводит эксперимент на лабора- ¦
¦ торной работе. ¦
¦ Г. Учитель показывает видео- или кинофрагмент, в котором ¦
¦ продемонстрирован опыт. ¦
¦ Д. Учитель демонстрирует изучаемый эксперимент на уроке. ¦
¦ Е. Учитель напоминает опыт или наблюдение,которые учащиеся ¦
¦ производят в повседневной жизни. ¦
L-------------------------------------------------------------
Результаты тестирования представлены в табл.3.5 (Приложе-
ние 3), содержащей частоты различных оценок перечисленных вари-
антов изучения физического эксперимента отдельно для школьников
и для студентов.Результирующая оценка и ее доверительный интер-
вал для каждого варианта вычисляется аналогично предыдущему
случаю.Ограничиваясь надежностью g = О,95 по таблице [27,с.357]
получаем, что для 12О и 62 актов измерения коэффициенты Стью-
дента t_g соответственно равны 1,96О и 2,ОО1. Под таблицей гра-
фически представлены интервалы, в которых с вероятностью 95%
лежат оценки предложенных вариантов.
Видно, что по мнению школьников наиболее доказательным яв-
ляется вариант изучения физического опыта, предполагающий демо-
нстрацию изучаемого эксперимента на уроке. Для студентов убеди-
тельность этого варианта примерно такая же, что и при самостоя-
тельном выполнении эксперимента на лабораторной работе. Доказа-
тельность изучения эксперимента аудиовизуальными средствами и
- 189 -
школьниками, и студентами оценивается ниже. Рассказ учителя о
том, как изучаемый опыт делали ученые, он сам или ссылки на на-
блюдения учащихся оцениваются как наименее убедительные. Школь-
ники, начинающие изучение физики, несколько занижают убедитель-
ность самостоятельных экспериментов и наблюдений вне школы, что
видимо связано с несформированностью у них экспериментальных
умений.
Таким образом, наиболее доказательным для учащихся являет-
ся эксперимент, реально выполняемый на уроке самими учащимися
или учителем. Это еще раз свидетельствует о необходимости пол-
ной разработки фундаментального учебного эксперимента и полного
использования его в реальном учебном процессе.
Чтобы объективно показать, что определяющим фактором в фо-
рмировании эмпирического базиса являются опыты, выполняемые на
уроке, а также наблюдения, проводимые учащимися в повседневной
жизни, мы использовали результаты теста 2, проведенного в 11-х
классах школы N15 с 42 учащимися. По ним было определено, как
часто учащиеся ссылаются на эксперименты, которые, как мы уста-
новили из бесед с учителем, они изучали чисто теоретически, а
также выполняли на уроке или вне его.
Анализ работ учащихся позволил выделить явления, для дока-
зательства существования которых учащиеся ссылались на опыты,
изучавшиеся чисто теоретически и опыты, выполнявшиеся на уроке
или самостоятельно вне урока. К этим явлениям относятся излуче-
ние,распространение, перенос энергии, интерференция, дифракция,
отражение и преломление волн. Выяснилось, что существование яв-
лений излучения, распространения и переноса энергии учащиеся
доказывают ссылкой на одни и те же опыты и наблюдения.
- 19О -
Нами составлена рабочая таблица,в которой перечислены опы-
ты и наблюдения, используемые учащимися для доказательства су-
ществования перечисленных выше явлений и указано число ссылок
на них, а также буквами Э и Т отмечены ситуации, наблюдавшиеся
учащимися на уроке или в повседневной жизни и опыты,изучавшиеся
чисто теоретически.
Список опытов и наблюдений с указанием числа учащихся,сос-
лавшихся на них, был представлен в рабочей таблице, которая в
диссертации не приводится. В ней буквой Э обозначены ситуации,
наблюдаемые учащимися на уроке и в повседневной жизни,Т -опыты,
изучавшиеся чисто теоретически. По таблице для каждого явления
определено количество опытов, изучавшихся теоретически и выпол-
нявшихся учащимися, а также число ссылок на них. Эти результаты
представлены в табл.3.6 (Приложение 3).
Из последней таблицы видно, что учащиеся значительно реже
ссылаются на эксперименты, изучавшиеся чисто теоретически. Это
прежде всего объясняется тем, что в школьном курсе физики суще-
ственное внимание уделяется изучению физических явлений, встре-
чающихся на каждом шагу и используемых в технике. Лишь неболь-
шая часть изучаемых по программе опытов не может быть показана
на уроках. Чтобы исключить влияние этого фактора, нами были вы-
числены коэффициенты предпочтения опытов учащимися по формуле

где m_т и n_т, m_э и n_э - число ссылок и опытов, изучавшихся
только теоретически и выполнявшихся учащимися соответственно.
Отношения m_т/n_т и m_э/n_э показывают количество ссылок, при-
ходящихся на один опыт для каждого случая. Полученные пять зна-
- 191 -
чений коэффициента K для каждого явления после статистической
обработки по методу Стьюдента с надежностью g = О,95 (t_g=2,78)
дают следующий результат: K = 1,6 плюс-минус О,2.
Таким образом, учащиеся в качестве доказательства сущест-
вования физического явления примерно в полтора раза чаще приво-
дят опыт или наблюдение, выполнявшиеся ими, по сравнению с экс-
периментами, изучавшимися чисто теоретически. Это еще раз подт-
верждает, что учебный эксперимент является определяющим факто-
ром формирования эмпирического базиса изучаемой физической тео-
рии.
3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ОБУЧАЮЩЕГО
ЭКСПЕРИМЕНТА
3.1. ФОРМИРОВАНИЕ ЭМПИРИЧЕСКОГО БАЗИСА ВОЛНОВОЙ ФИЗИКИ С
ПОМОЩЬЮ ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА. На этом этапе педаго-
гического эксперимента гипотезой является следующее положение:
использование системы феноменологических опытов со звуковыми
волнами позволяет более полно сформировать убеждения учащихся в
том, что основные явления волновой физики действительно сущест-
вуют.
Для экспериментальной проверки этого утверждения на основе
трех 11-х классов были скомпанованы контрольная группа в соста-
ве 11-б класса физико-математического лицея г. Глазова (учитель
физики В.П.Докучаев) и экспериментальная группа в составе 11-а
класса физико-математического лицея г. Глазова (учитель физики
В.А.Саранин) и 11-а класса с углубленным изучением физики школы
N1 (учитель физики С.М.Новиков). Во всех трех классах неожидан-
- 192 -
но для учеников был проведен входной тест 2 на эксперименталь-
ное доказательство существования волновых явлений по методике,
рассмотренной в предыдущем параграфе. Затем в экспериментальных
классах были организованы двухчасовые занятия, на каждом из ко-
торых учащиеся изучали 11 феноменологических экспериментов, до-
казывающих существование соответствующих явлений. В среднем на
изучение одного опыта приходилось около 1О минут, в течение ко-
торых учащиеся наблюдали эксперимент, зарисовывали его схему и
кратко записывали результаты наблюдений в тетради. Какие бы то
ни было установки на повторение пройденного материала дома им
не были даны.
Задача состояла в регистрации статистически значимого по-
вышения уровня сформированности эмпирического базиса в экспери-
ментальной группе учащихся, изучивших систему феноменологичес-
ких опытов по волновой физике со звуком, по сравнению с конт-
рольной группой, которая этих опытов не видела. Поэтому, чтобы
свести к минимуму влияние побочных факторов, связанных с прове-
дением занятий новым учителем, и тем самым обеспечить чистоту
эксперимента, мы вынуждены были рассмотреть все феноменологи-
ческие опыты на одном занятии. В результате, экспериментальная
группа отличалась от контрольной только лишь тем,что в ней про-
ведено одно двухчасовое занятие с демонстрацией опытов. При
этом учащиеся из экспериментальной группы были поставлены в
достаточно жесткие условия,так как вынуждены были усвоить боль-
шой объем информации за сравнительно малый промежуток времени.
Примерно через неделю во всех классах был проведен выход-
ной тест 2 по несколько измененной методике. Учащимся были во-
звращены их работы по входному тесту и поставлена задача: исп-
равить или дополнить свои ответы. При этом предполагалось, что
- 193 -
в экспериментальной группе прирост коэффициента сформированно-
сти эмпирического базиса будет выше, чем в контрольной.
Результаты входного и выходного тестов обеих групп учащих-
ся представлены в табл.3.7 (Приложение 3). Из таблицы видно,что
коэффициент сформированности эмпирического базиса волновой фи-
зики, по результатам входного теста в контрольной группе равен
О,47, а в экспериментальной - О,35. Методом хи-квадрат проверим
нулевую гипотезу о том, что эта разница обусловлена случайными
причинами, то есть уровень сформированности эмпирического бази-
са в обеих группах одинаков. Для этого вычислим статистику Т -
критерия. Подставляя в формулу (6) значения n_1= 198 и n_2= 396
общего числа ответов в контрольной и экспериментальной группах
соответственно,а также количества неправильных O_10= 1О5 и пра-
вильных O_11 = 93 ответов в контрольной группе, и неправильных
O_20 = 256 и правильных O_21 = 14О ответов в экспериментальной
группе, получаем наблюдаемое значение Т-критерия T_н = 7,47.
По таблице [33, с.13О] находим критическое значение ста-
тистики критерия для одной степени свободы и уровня значимости
a =О,О1: T_к = 6,635. Так как наблюдаемое значение больше кри-
тического, то полученные результаты позволяют отклонить на дан-
ном уровне значимости нулевую гипотезу. Таким образом, коэффи-
циент сформированности эмпирического базиса, зафиксированный
входным тестом, в экспериментальной группе значимо ниже, чем в
контрольной.
Проверим нулевую гипотезу о равенстве распределений ре-
зультатов тестирования в контрольной и экспериментальной груп-
пе в выходном тесте. Определим статистику критерия хи-квадрат
по формуле (6) так же, как это было сделано выше. Имеем, что
n_1 = 198, n_2= 396, O_10= 86, O_11= 112, O_20= 13О, O_21= 266,
по этим данным наблюдаемое значение Т-критерия T_н = 6,41.
- 194 -
Из таблицы [33, с.13О] видно, что нулевая гипотеза может
быть отвергнута на уровне значимости a =О,О25, так как соответ-
ствующее критическое значение статистики для одной степени сво-
боды составляет T_к = 5,О24. Таким образом, с достоверностью
97,5% можно утверждать, что результаты выходного теста в экспе-
риментальной группе выше, чем в контрольной.
Итак, коэффициент сформированности эмпирического базиса в
экспериментальной группе до обучения значимо ниже, а после обу-
чения значимо выше, чем в контрольной группе. Прирост коэффици-
ента сформированности в контрольной группе обусловлен тем, что
тест проводился повторно и у учащихся была возможность подумать,
изучить и обсудить варианты ответов. Большее значение прироста
коэффициента сформированности в экспериментальной группе может
быть объяснено только использованием при обучении нового учеб-
ного эксперимента. Об этом же свидетельствует анализ выходного
теста: в экспериментальных классах в подавляющем большинстве
случаев учащиеся ссылались на опыты со звуком. Невысокое абсо-
лютное значение прироста коэффициента сформированности эмпири-
ческого базиса вызвано тем, что учащиеся были поставлены в дос-
таточно жесткие условия: за одно двухчасовое занятие они экспе-
риментально изучили все основные явления волновой физики,и кро-
ме того, процесс обучения не был завершенным, так как отсутст-
вовали обязательные элементы осмысления и закрепления получен-
ных знаний вне урока. Можно обоснованно предположить, что сис-
тематическое использование системы феноменологического экспери-
мента по волновой физике в соответствии с изучаемым материалом,
позволит достигнуть более высокого уровня сформированности эм-
пирического базиса у учащихся.
- 195 -
3.2. ФОРМИРОВАНИЕ ЭМПИРИЧЕСКОГО БАЗИСА С ПОМОЩЬЮ СИСТЕМЫ
ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА. Для доказательства гипотезы ис-
следования нами был разработан и проведен дидактический экспе-
римент, подтверждающий следующее положение: предлагаемая систе-
ма учебных функциональных опытов позволяет более полно сформи-
ровать у учащихся знания об экспериментальном обосновании функ-
циональных зависимостей волновой физики.
Из рассмотренных во второй главе функциональных экспери-
ментов волновой физики мы составили две серии опытов.Первая се-
рия включает четыре опыта:зависимость интенсивности сферической
волны от расстояния до точечного источника (опыт 2.2); зависи-
мость времени распространения волны от пройденного расстояния в
однородной среде (опыт 6.1);зависимость угла отражения волны от
угла падения (опыт 8.1); зависимость параметров дифракционной
картины от длины волны,размеров препятствия и расстояния до об-
ласти наблюдения (опыт 11.1). Вторая серия состоит также из че-
тырех опытов: зависимость доплеровского смещения частоты от ве-
личины и направления скорости относительного движения источника
и приемника волны (опыт4.1); зависимость результата интерферен-
ции от разности хода волн (опыт 5.1); зависимость фазовой ско-
рости волны от ее частоты (опыт 7.1); зависимость коэффициента
поглощения от частоты волны (опыт 3.2).
Проверка приведенной выше гипотезы осуществлялась на сту-
дентах третьего и четвертого курсов физико-математического фа-
культета Глазовского педагогического института. Студенты были
разбиты на две группы, каждой из которых в течение двух часов
демонстрировались одна из двух серий функциональных эксперимен-
тов. Таким образом, каждая группа являлась одновременно экспе-
- 196 -
риментальной для одной серии опытов и контрольной для другой
серии. В ходе экспериментального обучения студенты рисовали и
описывали наблюдаемые опыты в тетради, однако, чтобы исключить
домашнюю подготовку, специальной установки на изучение изложен-
ного материала не давалось.
Через неделю после экспериментального обучения был прове-
ден выходной тест 2 по оценке уровня сформированности эмпири-
ческого базиса отдельно по первой и второй сериям функциональ-
ных зависимостей. Ожидалось, что по тем сериям функциональных
зависимостей, которые экспериментально изучались в каждой груп-
пе студентов, его величина будет выше.
Выполнение каждого задания оценивалось по двухбалльной
шкале О-1, как описано в п.1.3. Отдельно по первой и второй се-
риям функциональных зависимостей определялись суммарные оценки
для каждой группы учащихся.
Результаты тестирования представлены в табл. 3.8 (Приложе-
ни 3). Видно, что для обеих серий опытов коэффициент сформиро-
ванности эмпирического базиса в экспериментальной группе, наб-
людавшей эти опыты, выше, чем в контрольной. Это нельзя объяс-
нить тем, что одна из групп сильнее другой,так как каждая груп-
па студентов одновременно была контрольной для одной серии опы-
тов и экспериментальной для другой серии опытов.
Проверим нулевую гипотезу о равенстве распределений резу-
льтатов тестирования в каждой группе учащихся для первой и для
второй серии опытов. Для первой и второй серий опытов значения
статистик критерия хи-квадрат, вычисленные по формуле (6) с ис-
пользованием данных таблицы 3.8, подобно тому, как это сделано
на с.193, соответственно равны: T_н1 = 1О, 64 и T_н2 = 2О,77.
- 197 -
Критическое значение критерия хи-квадрат для одной степени
свободы на уровне значимости a= О,О1 составляет T_к= 6,635. Так
как наблюдаемое значение статистики в обоих случаях больше кри-
тического,то у нас достаточно оснований для того, чтобы отверг-
нуть нулевую гипотезу на данном уровне значимости. Таким обра-
зом, коэффициент сформированности эмпирического базиса для обе-
их серий опытов в экспериментальной группе значимо выше, чем в
контрольной.
Анализ работ показывает, что студенты, прошедшие обучение,
чаще для обоснования функциональных зависимостей используют
опыты со звуковыми волнами, которые они наблюдали в ходе экспе-
риментального обучения. Все это доказывает, что использование
системы функционального эксперимента со звуковыми волнами спо-
собствует более глубокому формированию у студентов эмпирическо-
го базиса волновой физики.
3.3. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СИСТЕМЫ ФУНДАМЕНТАЛЬНОГО
ЭКСПЕРИМЕНТА ПО ВОЛНОВОЙ ФИЗИКЕ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ.Одним из ос-
новных элементов проведенного педагогического эксперимента яв-
ляется внедрение разработанной методики в реальный учебный про-
цесс школы и вуза, использование новых приборов при изучении
физики, проведение наблюдений за деятельностью учащихся.
В ходе настоящего исследования нами были разработаны гене-
ратор звуковых цугов, индикатор времени распространения звука,
измеритель времени распространения звука,частотный детектор для
индикации доплеровского смещения частоты, малоинерционный узко-
полосный частотомер, измеритель интенсивности звука,искусствен-
ная резонирующая среда. Эти приборы вместе с известными позво-
ляют реализовать восемь новых экспериментальных установок:
- 198 -
- установка для измерения скорости звука в газообразных и
твердых средах,
- установка для экспериментального изучения интерференции
звуковых цугов,
- установка для измерения групповой и фазовой скорости
звука в диспергирующей среде,
- установка для экспериментального изучения дисперсии и
поглощения звука,
- установка для демонстрации принципа Ферма при распрост-
ранении звуковой волны в однородной среде и отражении,
- установка для экспериментального изучения зависимости
скорости звука в воздухе от температуры,
- установка для экспериментального изучения зависимости
интенсивности волны от колебательных параметров источника и
расстояния до точки наблюдения,
- установка для экспериментального изучения явления Допле-
ра для звуковых волн.
Перечисленные приборы и установки были внедрены в учебный
процесс ряда средних и высших учебных заведений. К ним относят-
ся Ижевский технический, Кемеровский, Пермский,Челябинский уни-
верситеты, Глазовский пединститут, школы N1 и N11 г. Глазова, в
которых от двух до четырех лет успешно используются приборы для
демонстрации эффекта Доплера, измерители времени распростране-
ния звука, генератор звуковых цугов и другое оборудование. Сис-
тема учебного фундаментального эксперимента по волновой физике
со звуковыми волнами применяется в Глазовском пединституте. Ни-
же приведен список учебных опытов, использованных при изучении
волновой физики, с указанием количества учащихся.
- 199 -
----------------------------------------------------T---------¬
¦ Название опыта, группа учащихся, прошедших ¦ Число ¦
¦ экспериментальное обучение ¦ учащихся¦
+---------------------------------------------------+---------+
¦1. Экспериментальное изучение распространения волны¦ ¦
¦ 1-й курс физмата ГГПИ, "Механика" ¦ 26 ¦
¦ 3-й курс физмата ГГПИ, "Оптика" ¦ 45 ¦
¦2. Экспериментальное изучение зависимости интенсив-¦ ¦
¦ ности волны от расстояния до точечного источника¦ ¦
¦ 1-й курс физмата ГГПИ, "Механика" ¦ 15 ¦
¦ 4-й курс физмата ГГПИ, спецсеминар ¦ 48 ¦
¦3. Экспериментальное изучение зависимости коэффици-¦ ¦
¦ ента поглощения от частоты волны ¦ ¦
¦ 1-й курс физмата ГГПИ, "Механика" ¦ 26 ¦
¦ 3-й курс физмата ГГПИ, "Оптика" ¦ 45 ¦
¦4. Экспериментальное изучение явления Доплера ¦ ¦
¦ 11 класс школы 1 и физ.-мат. лицея ¦ 36 ¦
¦ 4-й курс физмата ГГПИ, спецсеминар ¦ 32 ¦
¦ Курсы повышения квалификации учителей Удмуртии ¦ 22 ¦
¦5. Экспериментальное изучение дисперсии звука ¦ ¦
¦ 11 класс школы 1 и физ.-мат. лицея ¦ 36 ¦
¦ 1-й курс физмата ГГПИ, "Механика" ¦ 26 ¦
¦ 3-й курс физмата ГГПИ, "Оптика" ¦ 45 ¦
¦6. Измерение групповой скорости звука в воздухе ¦ ¦
¦ 1-й курс физмата ГГПИ, "Механика" ¦ 54 ¦
¦ 1-й, 2-й курсы ИТУ, "Физика" ¦ 78 ¦
¦ 4-й курс физмата ГГПИ, спецкурс ¦ 48 ¦
¦ Курсы повышения квалификации учителей Удмуртии ¦ 22 ¦
L---------------------------------------------------+----------
В процессе использования разработанной методики фундамен-
тального эксперимента по волновой физике проводилось целенап-
равленное наблюдение за деятельностью учащихся, в ходе которо-
го выявлялись основные трудности в понимании отдельных вопросов.
На основе анализа результатов наблюдений, ощущений учителя со-
вершенствовалась методика обучения, модернизировалось оборудо-
вание. Например, в первоначальном варианте, предназначенном для
выполнения учащимися индивидуального эксперимента, измеритель
времени распространения звука был выполнен в виде отдельных мо-
дулей: генератора счетных импульсов, ключевого устройства,счет-
чика импульсов, блока питания. Использование данного комплекта
в демонстрационном эксперименте показало,что учитель испытывает
трудности при подготовке установки к работе,обусловленные боль-
шим количеством соединений между блоками. В то же время выделе-
- 2ОО -
ние конструктивных элементов электронно-цифрового измерителя
времени позволяет понять работу прибора, а значит должно быть
сохранено. В результате был разработан окончательный вариант
прибора, лицевая панель которого разбита на отдельные части,
соответствующие входящим в него блокам (рис. 31). Это позволило
успешно использовать измеритель времени распространения звука
как в лабораторном, так и в демонстрационном экспериментах.
При экспериментальном изучении дисперсии и поглощения зву-
ка учащиеся затруднялись в определении среды, в которой наблю-
дается дисперсия, а также не могли объяснить зависимость коэф-
фициента поглощения от частоты. Это заставило в дальнейшем раз-
личать модель резонирующей среды,- совокупность резонаторов, и
исскуственную диспергирующую среду, которой является слой воз-
духа вблизи их открытых концов. Кроме того, методика изучения
дисперсии и затухания звука была дополнена объяснением акусти-
ческого резонанса, сопровождающегося большими потерями энергии.
Необходимым условием повышения интереса учащихся к уроку
физики является высокий творческий потенциал учителя,в прошлом-
студента педагогического института. Развитию творческих способ-
ностей студентов способствует их участие в научных исследовани-
ях. Так С.И.Архангельский еще в 1974 году отмечал: "Современное
состояние высшей школы и тенденции ее развития ставят одной из
задач прохождение студентами школы научных поисков и научного
мышления" [5, с.296]. Ниже он пишет: "В содержание эксперимен-
тальных исследований включается: исследование свойств материа-
лов и явлений, происходящих в них в результате определенного
воздействия; конструирование приборов,приспособлений,устройств;
опытная проверка выдвинутых гипотетических положений теории и
практики; наладка технических устройств;модернизация лаборатор-
- 2О1 -
ных работ по специальным курсам; испытание действия тех или
иных устройств и снятие соответствующих характеристик; проведе-
ние модельного исследования" [5, с. 297].
С этих позиций особый интерес в педагогическом институте
представляет собой привлечение студента к исследовательской ра-
боте над учебным экспериментом,которая в зависимости от конкре-
тных условий может полностью или частично включать этапы:
- теоретическое изучение проблемы исследования,
- изучение известных экспериментальных методов исследова-
ния данного явления, определение их недостатков,
- планирование нового эксперимента,прогнозирование его ре-
зультатов,
- разработка и изготовление приборов,
- создание экспериментальной установки,
- проведение эксперимента,
- получение и обработка экспериментальных результатов,
- оформление работы, выступление на семинаре или конферен-
ции, публикация и т.д.
Подавляющее большинство студентов, как правило, не в сос-
тоянии самостоятельно решить проблему, представляющую научный
интерес. Поэтому наиболее оптимальной является совместная рабо-
та с преподавателем, в ходе которой наряду с субъективно новыми
для студента результатами получаются результаты, представляющие
объективную новизну, что осознается студентом.
Поставленный нами обучающий педагогический эксперимент по-
казал, что предложенные в настоящей диссертации новые учебные
приборы и экспериментальные установки позволяют организовать
научно-исследовательскую и учебно-исследовательскую работу сту-
дентов.В таблице 3.9 (Приложение 3) перечислены темы студенчес-
- 2О2 -
ких исследований, указаны решенные ими задачи исследовательско-
го и конструкторского типа по классификации В.Г.Разумовского
[14О, с.45-46]. Наблюдения за деятельностью студентов, оценки
преподавателей, анализ курсовых и дипломных работ, выступлений
студентов на научных конференциях, беседы с самими студентами
показывают,что предложенная в диссертации новая эксперименталь-
ная техника способствует повышению интереса студентов к физике,
совершенствованию экспериментальных навыков,развитию творческих
способностей. Кроме того,работа со студентами пединститута под-
твердила, что предлагаемые нами учебные фундаментальные экспе-
рименты доступны для постановки и реализуют общие функции учеб-
ного эксперимента: являются источником и критерием правильности
новых знаний, средством наглядности, эффективным методом обуче-
ния, развития физического мышления, творческих способностей,ин-
теллектуальных и практических умений.
К Р А Т К И Е В Ы В О Д Ы
1. Сопоставление систем учебного эксперимента по волновой
физике с волнами на поверхности жидкости, звуковыми, световыми
и радиоволнами позволяет сделать вывод, что наиболее полной яв-
ляется предлагаемая нами система учебного фундаментального экс-
перимента со звуковыми волнами.
2. Результаты констатирующего эксперимента свидетельствуют
о низкой узнаваемости учащимися волновых явлений и невысоком
уровне сформированности эмпирического базиса волновой физики.
- 2О3 -
3. Обучающий педагогический эксперимент показал, что испо-
льзование предлагаемой системы фундаментального учебного экспе-
римента по волновой физике со звуковыми волнами способствует
более полному формированию эмпирического базиса волновой физи-
ки.
4. Внедрение разработанных приборов и экспериментальных
установок в учебный процесс средней и высшей школы позволило
подтвердить их теоретическую доступность для усвоения учащимися,
целесообразность использования при изучении физики.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проведенное нами исследование показало, что разработка ме-
тодики фундаментальных экспериментов со звуковыми волнами,вклю-
чающей новые опыты по распространению, интерференции, дисперсии
волн, явлению Доплера, принципу Ферма, измерению скорости волны
делает возможным создание необходимой и целесообразной в учеб-
ном процессе системы учебных фундаментальных экспериментов по
волновой физике,обеспечивающей наиболее полное формирование эм-
пирического базиса теории волн,и тем самым подтвердило выдвину-
тую гипотезу.
В соответствии с целью и гипотезой исследования были реше-
ны следующие задачи.
1. Определено понятие учебного фундаментального экспери-
мента и построена дидактическая модель эмпирического базиса во-
лновой физики. На основе этого выявлено содержание и структура
учебного фундаментального эксперимента по волновой физике.
- 2О4 -
2. Разработана новая методика фундаментальных эксперимен-
тов по волновой физике со звуковыми волнами,обеспечивающая изу-
чение явлений распространения,поглощения, дисперсии волн, явле-
ния Доплера, зависимостей интенсивности волны от колебательных
параметров источника, от расстояния, пройденного волной в пог-
лощающей среде; времени распространения от траектории распрост-
ранения и ее длины; фазовой скорости волны и коэффициента пог-
лощения от частоты волны;доплеровского смещения частоты от ско-
рости движения источника и приемника волны;результата интерфе-
ренции от степени когерентности волн;фазовой и групповой скоро-
сти волны от свойств среды; а также метода измерения групповой
скорости волны.
3. Доказана возможность создания системы учебного фунда-
ментального эксперимента по волновой физике со звуковыми волна-
ми, обеспечивающей формирование эмпирического базиса волновой
физики наиболее полным образом. Она включает в себя 31 опыт, в
том числе 19 новых (не считая вариантов). Показано,что аналоги-
чные системы учебных опытов с другими видами волн не позволяют
изучить основные волновые явления в таком объеме.
4. Педагогический эксперимент подтвердил, что предложенная
методика учебного фундаментального эксперимента со звуковыми
волнами позволяет сформировать в сознании учащихся эмпирический
базис волновой физики,а ее использование в учебном процессе не-
обходимо и целесообразно.
Из результатов настоящего исследования можно сделать сле-
дующие _выводы ..
1. Система учебного фундаментального эксперимента по вол-
новой физике - совокупность феноменологических, функциональных
и константных опытов, позволяющая сформировать в сознании уча-
- 2О5 -
щихся эмпирический базис теории волн. Создание наиболее полной
системы учебного фундаментального эксперимента по волновой фи-
зике возможно только на основе объединения опытов со звуковыми
волнами.
2. Система учебного фундаментального эксперимента со зву-
ковыми волнами требует использования нового оборудования. Для
измерения групповой скорости волны, изучения принципа Ферма не-
обходимы генератор звуковых импульсов, измеритель времени расп-
ространения звука или осциллограф со ждущей разверткой. Демон-
страция интерференции частично когерентных волн обеспечивается
генератором звуковых цугов.Для изучения зависимости интенсивно-
сти звуковой волны от частоты требуется специальный измеритель.
Количественный эксперимент по явлению Доплера может быть обес-
печен при использовании малоинерционного узкополосного частото-
мера. Дисперсию и поглощение волны можно изучать в акустической
среде, состоящей из слоя воздуха перед открытыми отверстиями
одинаковых резонаторов.
3. Предлагаемая система акустических экспериментов обеспе-
чивает формирование эмпирического базиса волновой физики наибо-
лее полным образом. Эксперименты с радиоволнами и светом под-
тверждают волновую природу электромагнитного излучения и поз-
воляют изучить его специфические свойства.