Проблемы автоматизации научного эксперимента по исследованию кинетических свойств твердых тел в магнитном поле при низких температурах

роже и занимают в аудитории больше места, чем доски с прямой проекцией. Поскольку экран работает на просвет, возможны проблемы с видимостью изображения под большими углами.

Используемые в интерактивных досках технологии подразделяются на несколько основных типов.

Аналогово-резистивная доска - многослойный «пирог», покрытый износостойким полиэфирным пластиком с матовой поверхностью. Внутри размещены два листа из гибкого резистивного материала, разделенные воздушной прослойкой. По сторонам к резистивным листам подключены полосные электроды: у одного листа по бокам, у другого - снизу и сверху. При нажатии поверхность доски прогибается, резистивные листы соприкасаются в точке нажатия. Встроенные электронные коммутаторы подключают электроды А и В к источнику постоянного напряжения, замыкают электроды С и D между собой и подключают их к входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП). На его выходе появляется код, определяющий вертикальную координату. Затем схемы перекоммутируются так, чтобы напряжение подавалось на электроды C и D, а снималось с электродов A и B. В этот момент АЦП регистрирует код, соответствующий горизонтальной координате. Разрешение аналого-резистивной интерактивной доски измеряется тысячами точек по горизонтали и вертикали. Например, разрешение широко распространенных интерактивных досок SMARTboard канадской компании SMART Technologies 4000x4000. Для работы с сенсорной аналого-резистивной доской не нужно иметь специальные маркеры, т.к. можно пользоваться пальцем или указкой.

При использовании электромагнитной технологии интерактивная доска имеет твердую поверхность. Внутри слоистой структуры находятся регулярные решетки из расположенных часто вертикальных и горизонтальных координатных проводников. Электронное перо (маркер) с катушкой индуктивности на кончике, которое может быть активным или пассивным, наводит электромагнитные сигналы на координатных проводниках, номера которых определяют местоположение кончика пера. Активное перо питается от батарей или получает энергию по проводу, которым привязано к доске, пассивное работает от наводимого в катушке напряжения. Перо в некоторых моделях способно различать градации силы нажатия. Электромагнитные доски обычно откликаются на действия пользователя несколько быстрее, чем аналого-резистивные.

Коротко упомянем лазерную технологию. Принцип ее работы основан на сканировании поверхности доски двумя ИК-лучами, которые фиксируют координаты маркера. В качестве самой доски может быть использована любая поверхность. Лазерные интерактивные доски наиболее дороги в производстве.

Автором при чтении лекций использовалась доска SMARTBOARD с резистивной технологией. В качестве программного обеспечения здесь выступает утилита SMART Notebook. В программе SMART Notebook имеется обширная коллекция шаблонов и образцов картинок, графических объектов и анимационных роликов - от разлинованной бумаги до макетов электрической цепи.

Следует отметить, что основным недостатком является задержка реакции доски на прикосновение. Поэтому писать длинные формулы или текст очень затруднительно. Наиболее результативным, на наш взгляд, является использование слайдов с последующим внесением в них коротких записей или пометок. Как правило, на слайде размещается рисунок, таблица, определение, клип. Выводимые формулы, уравнения и т. п. лучше не писать

маркером на доске, а выводить в виде анимации, например, средствами PowerPoint. То есть показывается первая запись, затем после нажатия «пробела» или прикосновения к доске появляется вторая и так далее. Это значительно повышает скорость изложения и избавляет преподавателя от необходимости выписывать отдельно каждую букву или цифру. Но, конечно, требует значительно больше времени на подготовку подобного материала.

Вообще, освоение интерактивной доски требует довольно большого времени. Не все возможности сразу становятся ясными. Попытка использовать доску как обычную непроизводительна, а перевести мышление в новые рамки непросто. И поскольку интерактивные доски еще мало распространены в России, то опыт их применения мал. Не разработаны методики, использующие их в полной мере. Хотелось бы иметь гораздо больше готовых шаблонов и заготовок, в частности, по физике. Поскольку доска хороша именно тем, что на ней можно работать не с «нуля», а использовать готовое мультимедиа-содержание.

А.В. Ротное

Курганский государственный университет, г. Курган, Россия

ПРОБЛЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ НАУЧНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА ПО ИССЛЕДОВАНИЮ КИНЕТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТВЕРДЫХ ТЕЛ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ

Аннотация: В статье рассмотрены проблемы автоматизации научного эксперимента по исследованию кинетических свойств твердых тел в магнитном поле при низких температурах.

Ключевые слова: магнитное поле, автоматизация научного эксперимента, низкие температуры.

A.V. Rotnov

Kurgan State University, Kurgan, Russia

PROBLEMS OF AUTOMATION OF THE RESEARCH EXPERIMENT ON STUDYING KINETIC PROPERTIES OF RIGID BODIES IN THE MAGNETIC FIELD AT LOW TEMPERATURES

Abstract: The article has considered the problems of automation of the research experiment on studying kinetic properties of rigid bodies in the magnetic field at low temperatures.

Keywords: the magnetic field, automation of a research experiment, low temperatures.

В современной физике все большее значение уделяется точности в исследованиях свойств веществ. Кроме того, многие уже имеющиеся в распоряжении ученых данные требуют значительного уточнения. Это связано, во-первых, с необходимостью повышения эффективности используемых в науке и технике материалов, во-вторых, в некоторых экспериментах отклонения от теоретических расчетов списывают на погрешность измерений, в то время как это могут быть просто непредсказанные еще эффектаы или свойства. Например, сравнительно

СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 3

55

недавно открытый эффект гальваномагнитных вихрей в полупроводниках, помещенных в магнитное поле, относили к ошибке измерения. В то время как учет данного явления мог во многом способствовать улучшению полезных свойств полупроводниковых материалов.

В связи с этим исследование кинетических свойств твердых тел, в особенности полупроводников, имеет не только важное научное значение, но и техническое, поскольку тщательно изученные свойства полупроводниковых материалов позволяют создавать на их основе более качественные и точные приборы.

В то же время исследование кинетических свойств твердых тел требует от экспериментатора особой тщательности. Особенно если учесть тот факт, что некоторые кинетические явления нестационарны и это не позволяет проводить их исследование в большом временном промежутке. Например, самые точные измерения теплопроводности твердых тел имеют ошибку более чем 5%, в то время как при измерении стационарных процессов ошибка может не превышать даже доли процента. Кроме того, специфика исследований кинетических свойств обязывает снимать множество сигналов одновременно. К тому же еще необходимо управлять магнитным полем, величина которого также должна быть измерена.

С учетом этих обстоятельств перед современным экспериментатором стоит несколько задач. Во-первых, для проведения подобных экспериментов необходимо создание качественной экспериментальной установки, позволяющей исключить как можно большее число ненужных влияний. Во-вторых, экспериментатору необходимо в максимальной степени исключить человеческий фактор при проведении эксперимента, так как банальная невнимательность человека может привести к существенным ошибкам в результатах эксперимента.

Из вышеизложенного делаем вывод, что исследование кинетических свойств твердых тел должно быть автоматизировано, а это подразумевает использование компьютера. Компьютер обладает большой вычислительной мощностью, ресурсами хранения и представления информации. Единственное, чего не может сделать компьютер - измерить и обработать аналоговый сигнал от различных датчиков экспериментальной установки. Для решения этой проблемы существуют аналого-цифровые преобразователи (АЦП).

Для наблюдения сигналов в режиме реального времени необходима высокая вычислительная мощность компьютера, поскольку поток данных от АЦП весьма интенсивен, а частота обновления информации во многом зависит от быстродействия ПК. В таких условиях, если плата АЦП не оснащена устройством, осуществляющим предварительную обработку и коммутацию цифрового потока, то эти функции приходится выполнять центральному процессору ПК. Это приводит к тому, что даже мощные компьютеры могут оказаться не в состоянии производить сбор данных. В этих условиях наиболее рациональным является применение плат сбора данных, содержащих устройства, обеспечивающие предварительную обработку данных. Эти устройства производят синхронизацию сбора данных, коммутацию каналов, запись данных в буфер и передачу их в память ПК. Применение плат сбора данных и персонального компьютера позволяет не только автоматизировать сам процесс измерения, но и автоматизировать процесс обработки полученных результатов. Вследствие этого значительно повышается эффективность научной деятельности.

В.М. Солодовников, Е.Н. Полякова Курганский государственный университет, г. Курган, Россия

ОБ ОДНОЙ ИЗ МЕТОДИК ПРОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМА ПО ФИЗИКЕ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ТЕХНИЧЕСКИХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ И ПРИЧИНАХ ЕЕ ПРИМЕНЕНИЯ

Аннотация: В статье рассматривается методика освоения лабораторного практикума по общей физике для студентов технических специальностей на основе блочной системы.

Ключевые слова: лабораторный практикум, обучение по блокам.

V.M. Solodovnikova, E.N. Polyakova Kurgan State University, Kurgan, Russia

ON A PROCEDURE OF HOLDING A LABORATORY PRACTICAL IN PHYSICS FOR ENGINEERING STUDENTS AND THE REASONS OF ITS APPLICATION

Abstract: The article deals with the procedure of holding a laboratory practical in General Physics for engineering students on a module approach.

Keywords: a laboratory practical, a module approach teaching.

Одним из приоритетных направлений деятельности вузов является воспитание у будущих инженеров умения самостоятельно приобретать научные знания и развитие на этой основе логического и творческого мышления.

Проведенные социологические исследования выявили у многих современных выпускников вузов недостаточный уровень самоорганизации, инициативы, самостоятельности в решении поставленных перед ними профессиональных задач. Основными причинами этого можно считать массовую незаинтересованность студентов в получении качественного образования и отсутствие деятельности кафедр, жестко ориентированной на подготовку всесторонне развитого специалиста, способного в числе прочего и к творческой деятельности.

Кроме того, одним из слабых мест современного вузовского образования являются одинаковые требования ко всем студентам, обучающимся в рамках одной специальности, без учета уровня их знаний.

В то же время опыт приема на обучение в Курганский государственный университет показывает, что конкурсный отбор в основном осуществляется только на бюджетные места, а количество таких мест с каждым годом сокращается. Так, например, почти на всех специальностях инженерно-технического направления в 2007 году было в среднем по 19 - 20 бюджетных мест, а учебные группы на первом курсе комплектуются, как правило, из 23 - 27. Возможна ситуация, когда в группе половина и более - это студенты, принятые на договорной основе. При этом на некоторые специальности отсутствует конкурс вообще, что приводит к набору значительного числа выпускников школ, для которых характерны не только низкий уровень знаний по дисциплинам естественнонаучного цикла, но и очень слабая учебная мотивация.

Положение усугубляется тем, что в течение последних лет происходит постоянное уменьшение количества учебных часов по дисциплинам естественнонаучного цик-

56

ВЕСТНИК КГУ, 2010. №2