Опыт создания образовательного сервера ''Оптика''

Ôèçè÷åñêîå îáðàçîâàíèå â âóçàõ, Ò.6, ¹ 1, 2000

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Îïûò ñîçäàíèÿ îáðàçîâàòåëüíîãî ñåðâåðà “Îïòèêà” Ì.Â. Ñóõîðóêîâà, Ñ.Ê. Ñòàôååâ, Å.Â. Ñìèðíîâà, À.Ñ. Ñêîðîáîãàòîâ, Þ.Þ. Ñïèðêèíà, Í.È. Âàóëèíà, À.À. Çèí÷èê, Ä.Í. Ôåäîòîâ Ñàíêò-Ïåòåðáóðãñêèé ãîñóäàðñòâåííûé èíñòèòóò òî÷íîé ìåõàíèêè è îïòèêè (òåõíè÷åñêèé óíèâåðñèòåò)

 íàøåì óíèâåðñèòåòå óäåëÿåòñÿ áîëüøîå âíèìàíèå ðàçâèòèþ íîâûõ êîìïüþòåðíûõ òåõíîëîãèé äëÿ ïðåïîäàâàíèÿ êóðñà ôèçèêè è åãî èçó÷åíèÿ [1-3].  ðàìêàõ ðàçâèòèÿ è ïîääåðæêè ýëåêòðîííûõ ïóáëèêàöèé â Internet òâîð÷åñêèì êîëëåêòèâîì ïðåïîäàâàòåëåé, ñîòðóäíèêîâ è ñòóäåíòîâ êàôåäðû ôèçèêè óíèâåðñèòåòà ñîçäàí ñåðâåð “Îïòèêà” (http:// optics.ifmo.ru). Ñåðâåð ñîäåðæèò èíôîðìàöèþ, êîòîðàÿ ìîæåò áûòü ïîëåçíà è èíòåðåñíà íå òîëüêî ó÷àùèìñÿ øêîë, àáèòóðèåíòàì è ñòóäåíòàì âóçîâ, íî òàêæå è ïðåïîäàâàòåëÿì ôèçèêè, çàèíòåðåñîâàííûì â ïîâûøåíèè êà÷åñòâà ïðîâîäèìûõ çàíÿòèé ïî ïðåäìåòó è â óâåëè÷åíèè èíòåðåñà ê íåìó ñî ñòîðîíû ó÷àùèõñÿ. Ñåðâåð “Îïòèêà” (Ðèñóíîê 1) ñîñòîèò èç ÷åòûðåõ îñíîâíûõ áëîêîâ, êîòîðûå ïðåäëàãàåòñÿ ïîñåòèòü è èçó÷èòü íåïîñðåäñòâåííî â ñåòè Internet: ó÷åáíûå ïîñîáèÿ, âèðòóàëüíàÿ ëàáîðàòîðèÿ, ñïðàâî÷íî-èíôîðìàöèîííàÿ áàçà è èñòîðè÷åñêàÿ ýíöèêëîïåäèÿ.

Ðèñóíîê 1. Òèòóëüíàÿ ñòðàíèöà ñåðâåðà “Îïòèêà”.

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Ì. Â. Ñóõîðóêîâà, Ñ.Ê. Ñòàôååâ è äð.

Ýëåêòðîííîå ó÷åáíîå ïîñîáèå ÿâëÿåòñÿ àëüòåðíàòèâîé ïîëèãðàôè÷åñêîãî èçäàíèÿ è íà äàííûé ìîìåíò âðåìåíè øèðîêî ïðèìåíÿåòñÿ ïðè èíäèâèäóàëüíîì è ãðóïïîâîì îáó÷åíèè. Ê íåñîìíåííûì äîñòîèíñòâàì ïîñîáèé â ýëåêòðîííîì âèäå îòíîñèòñÿ èõ äîñòóïíîñòü ïðàêòè÷åñêè èç ëþáîé òî÷êè ïëàíåòû. Íà ñåðâåðå “Îïòèêà” ýëåêòðîííîå ïîñîáèå ñîñòîèò èç òðåõ êðóïíûõ ðàçäåëîâ: ãåîìåòðè÷åñêàÿ îïòèêà, èíòåðôåðåíöèÿ è äèôðàêöèÿ ñâåòà. Ïåðâûì ðàçäåëîì ïîñîáèÿ ÿâëÿåòñÿ ãåîìåòðè÷åñêàÿ îïòèêà (Ðèñóíîê 2), êîòîðàÿ ñîäåðæèò ñëåäóþùèå ÷àñòè: îáùèå ñâåäåíèÿ, çàêîíû ãåîìåòðè÷åñêîé îïòèêè, ñôåðè÷åñêèå çåðêàëà, òîíêèå ëèíçû, îïòè÷åñêèå ñèñòåìû, íåîäíîðîäíûå ñðåäû. Âòîðûì ðàçäåëîì ýëåêòðîííîãî ó÷åáíîãî ïîñîáèÿ ÿâëÿåòñÿ ïîñîáèå ïî èíòåðôåðåíöèè, è îíî âêëþ÷àåò â ñåáÿ òàêèå ðàçäåëû, êàê èíòåðôåðåíöèÿ ìîíîõðîìàòè÷åñêîãî ñâåòà, èíòåðôåðåíöèîííûå îïûòû ïî ìåòîäó äåëåíèÿ âîëíîâîãî ôðîíòà, äåëåíèå àìïëèòóäû, ëîêàëèçàöèÿ èíòåðôåðåíöèîííûõ ïîëîñ, èíòåðôåðåíöèÿ êâàçèìîíîõðîìàòè÷åñêîãî ñâåòà, âðåìåííàÿ êîãåðåíòíîñòü, ðîëü êîíå÷íûõ ðàçìåðîâ èñòî÷íèêà ñâåòà, ïðîñòðàíñòâåííàÿ êîãåðåíòíîñòü, äâóõëó÷åâûå èíòåðôåðîìåòðû è ìíîãîëó÷åâàÿ èíòåðôåðåíöèÿ. Òðåòüÿ ÷àñòü − ó÷åáíîå ïîñîáèå ïî äèôðàêöèè (Ðèñóíîê 3) è ïîëÿðèçàöèè ñâåòà ñîñòîèò èç ðàçäåëîâ: îáùèå ñâåäåíèÿ, äèôðàêöèÿ Ôðåíåëÿ, äèôðàêöèÿ Ôðàóíãîôåðà, ñèñòåìà ùåëåé, èíòåðôåðîìåòð Ìàéêåëüñîíà è äð.

Ðèñóíîê 2 . Ó÷åáíîå ïîñîáèå “Ãåîìåòðè÷åñêàÿ îïòèêà”.

Îïûò ñîçäàíèÿ îáðàçîâàòåëüíîãî ñåðâåðà “Îïòèêà”

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Âèðòóàëüíàÿ ëàáîðàòîðèÿ ñîäåðæèò äâà ðàçäåëà − ó÷åáíûé ïðàêòèêóì è “îïòè÷åñêóþ ñêàìüþ”. Ó÷åáíûé ïðàêòèêóì îáåñïå÷èâàåò ïðîâåäåíèå ðàáîò ëàáîðàòîðíîãî ïðàêòèêóìà ïî ôèçèêå â ãëîáàëüíîé ñåòè Internet. Ïðîãðàììíîå îáåñïå÷åíèå, íàïèñàííîå íà ÿçûêå Java, ïîçâîëÿåò ïðîâîäèòü ëàáîðàòîðíûå çàíÿòèÿ ïðàêòè÷åñêè èç ëþáîé òî÷êè ìèðà. Ê íàñòîÿùåìó ìîìåíòó íà ñåðâåðå ïðåäñòàâëåíî íåñêîëüêî ëàáîðàòîðíûõ ðàáîò ïî ðàçäåëàì êóðñà ôèçèêè: îïòèêà è àòîìíàÿ ôèçèêà. Ïðîãðàììíîå îáåñïå÷åíèå ïîääåðæèâàåò òîëüêî èìèòàöèîííûé ðåæèì ðàáîòû, òî åñòü ïðåïîäàâàòåëåì çàðàíåå ñîçäàþòñÿ ôàéëû äàííûõ, ïîëó÷åííûå â ðåàëüíîì ýêñïåðèìåíòå. Ôàéëû ñ äàííûìè ðàçìåùàþòñÿ íà WWWñåðâåðå âìåñòå ñ ñàìîé ïðîãðàììîé è çàãðóæàþòñÿ îäíîâðåìåííî ñ íåé. Äëÿ çàïóñêà ïðîãðàììû íåîáõîäèì áðîóçåð Internet Explorer âåðñèè 4.0 èëè Netscape Navigator 4.5 è âûøå. Âòîðîé ðàçäåë âèðòóàëüíîé ëàáîðàòîðèè - “îïòè÷åñêàÿ ñêàìüÿ” (Ðèñóíîê 4), íàïèñàí íà ÿçûêå Visual Basic è âêëþ÷àåò â ñåáÿ ïÿòü ïîäðàçäåëîâ: èññëåäîâàíèå ïëàñòèíêè, ëèíçû, ñèñòåìû ëèíç, ñôåðè÷åñêîãî çåðêàëà, è çåðêàëüíî-ëèíçîâîé ñèñòåìû. Êàæäûé èç ïåðå÷èñëåííûõ ðàçäåëîâ ìîæåò áûòü îôîðìëåí â êà÷åñòâå ñàìîñòîÿòåëüíîé ëàáîðàòîðíîé ðàáîòû.

Ðèñóíîê 3. Ó÷åáíûé ïðàêòèêóì “Äèôðàêöèÿ íà ùåëè”.

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Ì. Â. Ñóõîðóêîâà, Ñ.Ê. Ñòàôååâ è äð.

Ñåðâåð “Îïòèêà” ïðåäñòàâëåí ðÿäîì èíòåðåñíûõ ðàçäåëîâ, â òîì ÷èñëå è ãèïåðòåêñòîâîé ýíöèêëîïåäèåé ïî èñòîðèè îïòèêè, ñîñòîÿùåé íà ñåãîäíÿøíèé äåíü èç òðåõ ÷àñòåé – àíòè÷íîñòè, ñðåäíèõ âåêîâ è 17-ãî âåêà, òî åñòü îõâà÷åí ïåðèîä òâîð÷åñòâà ó÷åíûõ îò Ïèôàãîðà äî ñîâðåìåííèêîâ Íüþòîíà è Ëîìîíîñîâà.

Ðèñóíîê 4. Îïòè÷åñêàÿ ñêàìüÿ.

Êàæäûé èç ýòèõ áëîêîâ ñîñòîèò èç èñòîðè÷åñêèõ ñâåäåíèé ïîä íàçâàíèåì «Êðàòêàÿ èñòîðè÷åñêàÿ ñïðàâêà» è ñîáñòâåííî ìàòåðèàëà ïî èñòîðèè îïòèêè, êîòîðûé èìååò íàçâàíèå «Ñòàíîâëåíèå/ðàçâèòèå ïðåäñòàâëåíèé îá îïòèêå». «Êðàòêàÿ èñòîðè÷åñêàÿ ñïðàâêà» â ñâîþ î÷åðåäü ðàñêðûâàåòñÿ íà íåñêîëüêî ïîäðàçäåëîâ, êàæäûé èç íèõ èìååò äâà óðîâíÿ ðàñêðûòèÿ − ñæàòûé è ðàçâåðíóòûé, äëÿ êðàòêîãî è íàèáîëåå ïîëíîãî èçó÷åíèÿ. «Ïðåäñòàâëåíèÿ îá îïòèêå» â íåêîòîðûõ ðàçäåëàõ èìåþò ñâîè ïîäóðîâíè, à â íåêîòîðûõ ÿâëÿþòñÿ åäèíûì òåêñòîì, ñîäåðæàùèì â êà÷åñòâå ãèïåðññûëîê èìåíà ó÷åíûõ. Âñå âñòðå÷àþùèåñÿ â òåêñòå èìåíà ó÷åíûõ ÿâëÿþòñÿ ãèïåðòåêñòîâûìè ññûëêàìè íà îïèñàíèÿ æèçíè è òâîð÷åñòâà ó÷åíûõ. Âûáîð ìàòåðèàëà ïðîèçâîäèëñÿ èç ìíîãèõ èñòî÷íèêîâ, â òîì ÷èñëå èñïîëüçîâàëèñü õóäîæåñòâåííûå ïóáëèêàöèè, ó÷åáíûå èçäàíèÿ, à òàêæå íà äàííûé ìîìåíò çàäåéñòâîâàíû ìàòåðèàëû Áðèòàíñêîé ýíöèêëîïåäèè. Ïîñëå îòáîðà ìàòåðèàëà ïðîèçâîäèëîñü åãî ðåäàêòèðîâàíèå òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû íàèáîëåå ïîëíî áûëè îñâåùåíû ïðîáëåìû èìåííî îïòèêè, è ïðè íåîáõîäèìîñòè ïðîèçâîäèëîñü äîïîëíåíèå ýòîãî ìàòåðèàëà

Îïûò ñîçäàíèÿ îáðàçîâàòåëüíîãî ñåðâåðà “Îïòèêà”

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èç äðóãèõ èñòî÷íèêîâ. Ðàçäåëîì ñïðàâî÷íî-èíôîðìàöèîííîé áàçû ÿâëÿþòñÿ ïðèìåðû äèôðàêöèîííûõ èçîáðàæåíèé. Ýòè èçîáðàæåíèÿ ñîäåðæàò ðåàëüíûå èçîáðàæåíèÿ, ïîëó÷åííûå ñ ïîìîùüþ ÏÇÑ-êàìåðû, è ïîýòîìó îáëàäàþò âñåìè äîñòîèíñòâàìè íàñòîÿùèõ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ. Êàæäûé ðàçäåë ïðåäñòàâëåí íàáîðîì èçîáðàæåíèé, ñíÿòûõ ïðè ðàçëè÷íûõ ïàðàìåòðàõ è ïîýòîìó îòðàæàþùèõ íàèáîëåå íàãëÿäíî ôèçè÷åñêóþ ñóùíîñòü ðàññìàòðèâàåìîãî ÿâëåíèÿ, à òàêæå ñíàáæåí êðàòêèìè êîììåíòàðèÿìè ê íèì.

Ðèñóíîê 5. Ñáîðíèê ïðèìåðîâ äèôðàêöèîííûõ èçîáðàæåíèé.

Ýòè ðàçäåëû ïîñâÿùåíû òàêèì ÿâëåíèÿì êàê ïÿòíî Ïóàññîíà (Ðèñóíîê 5), äèôðàêöèÿ Ôðåíåëÿ íà êðóãëîì îòâåðñòèè, äèôðàêöèÿ Ôðåíåëÿ íà ùåëè, äèôðàêöèÿ Ôðàóíãîôåðà íà ùåëè è ò. ä. Äðóãèì ðàçäåëîì ñïðàâî÷íî-èíôîðìàöèîííîé áàçû ÿâëÿåòñÿ èíòåðàêòèâíàÿ êàðòîòåêà àòîìàðíûõ ñïåêòðîâ èñïóñêàíèÿ íàèáîëåå ÷àñòî âñòðå÷àþùèõñÿ âåùåñòâ è ãàçîâ. Ïðè âûáîðå íóæíîãî ñïåêòðà èç îáùåãî ïåðå÷íÿ çàãðóæàåòñÿ îòäåëüíàÿ ñòðàíèöà, â êîòîðîé ïðèñóòñòâóþò âûáðàííûé ñïåêòð è ñîîòâåòñòâóþùàÿ åìó òàáëèöà ñ ÷èñëîâûìè çíà÷åíèÿìè äëèí âîëí. Ïðè íàæàòèè êíîïêîé “ìûøè” íà ñïåêòðàëüíóþ ëèíèþ ÿ÷åéêà òàáëèöû, â êîòîðîé íàõîäèòñÿ ÷èñëîâîå çíà÷åíèå äëèíû âîëíû, âûñâå÷èâàåòñÿ öâåòîì âûáðàííîé ñïåêòðàëüíîé ëèíèè. Ýòî èìååò îñîáóþ ìåòîäè÷åñêóþ öåííîñòü, òàê êàê îáó÷àþùèéñÿ ñîîòíîñèò îïðåäåëåííîå ÷èñëåííîå çíà÷åíèå äëèíû âîëíû ñ ñîîòâåòñòâóþùèì åìó ðåàëüíûì öâåòîì. Òðåòèé ðàçäåë áàçû − “Òàáëèöà çíà÷åíèé îòíîñèòåëüíîé ñïåêòðàëüíîé ÷óâñòâèòåëüíîñòè

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Ì. Â. Ñóõîðóêîâà, Ñ.Ê. Ñòàôååâ è äð.

ñðåäíåãî ÷åëîâå÷åñêîãî ãëàçà” ïðåäñòàâëåíà òàáëèöåé çàâèñèìîñòè ÷óâñòâèòåëüíîñòè ãëàçà ÷åëîâåêà îò äëèíû âîëíû â âèäèìîì äèàïàçîíå (îò 400 äî 750 íì) è äâóìÿ ãðàôè÷åñêèìè çàâèñèìîñòÿìè (ëèíåéíîé è ëîãàðèôìè÷åñêîé).  çàêëþ÷åíèå îòìåòèì áîëüøîé èíòåðåñ, êîòîðûé ïðîÿâëÿþò ñòóäåíòû ïðè ðàáîòå ñ ñåðâåðîì “Îïòèêà”, è òîò áîëüøîé ñïðàâî÷íî-èíôîðìàöèîííûé ïîòåíöèàë ðàçðàáîòàííîãî è ñèñòåìàòèçèðîâàííîãî ìàòåðèàëà.  íàñòîÿùåå âðåìÿ âåäóòñÿ äàëüíåéøèå ðàáîòû ïî ñîçäàíèþ íîâûõ ðàçäåëîâ ñåðâåðà è ðàçâèòèþ óæå ñóùåñòâóþùèõ.

Ëèòåðàòóðà 1. Âàñèëüåâ Â.Í., Êîëåñíèêîâ Þ.Ë., Ìîíàõîâ Â.Â., Ñòàôååâ Ñ.Ê., Êîæåäóá À.Â., Ïàðàìîíîâ Ñ.Á., Ñìèðíîâ À.Â., Çèí÷èê À.À. Ñàíêò-Ïåòåðáóðãñêàÿ îáðàçîâàòåëüíàÿ ñåòü ïî ôèçèêå è ñèñòåìà óäàëåííîãî òåñòèðîâàíèÿ çíàíèé â Internet//  ñá.: Ìàòåðèàëû 6-îé Ìåæäóíàðîäíîé êîíôåðåíöèè ïî äèñòàíöèîííîìó îáðàçîâàíèþ. - Ì.: 1998, Ñ. 128-130. 2. Âàñèëüåâ Â.Í., Êîëåñíèêîâ Þ.Ë., Ìîíàõîâ Â.Â., Ïîëÿêîâ À.À., Ñòàôååâ Ñ.Ê. Ðàçðàáîòêà ôðàãìåíòîâ Ñàíêò-Ïåòåðáóðãñêîé ðåãèîíàëüíîé îáðàçîâàòåëüíîé ñåòè, ðàçäåëû “Ìåõàíèêà” è “Îïòèêà”//  ñáîðíèêå: Òåçèñû äîêëàäîâ V ó÷åáíî-ìåòîäè÷åñêîé êîíôåðåíöèè ñòðàí ÑÍà “Ñîâðåìåííûé ôèçè÷åñêèé ïðàêòèêóì” (ã. Íîâîðîññèéñê, 22-24 ñåíòÿáðÿ 1998 ã.) - Ì.: Èçä. äîì ÌÔÎ, 1998 ã., Ñ. 166-167. 3. Áåðåñíåâ À.Ä., Âàóëèíà Í.È., Êîëåñíèêîâ Þ.Ë., Ïðèùåïåíîê Î.Á., Ñòàôååâ Ñ.Ê., Ñìèðíîâ À.Â., Ñïèðêèíà Þ.Þ., Ôåäîòîâ Ä.Í. Îïûò ïðèâëå÷åíèÿ ñòóäåíòîâ ê ðàçðàáîòêå ìåòîäèêè ïðîâåäåíèÿ ëàáîðàòîðíîãî ïðàêòèêóìà ïî îïòèêå // Ôèçè÷åñêîå îáðàçîâàíèå â âóçàõ - 1998 - Ò. 4, ¹ 4, Ñ. 43-51.