ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. Методические указания к преподаванию некоторых основных разделов нелинейной физики
1.1. Нелинейность физических явлений 6
1.2. Введение в теорию хаоса 9
1.3. Гидродинамическая нелинейность и неустойчивость 11
ГЛАВА 2. Методические пособия для изучения фракталов и аттракторов
2.1. Фрактальная геометрия 13
2.2. Странный аттрактор Лоренца 24
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 32
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 33
ПРИЛОЖЕНИЯ 34
Актуальность: Классическая физика Ньютона, специальная и общая теории относительности Эйнштейна, квантовая теория, теория струн и ещё много теорий непосредственно описывают многие физические явления и процессы. Используемые в них формулы, уравнения, законы в большинстве своем имеют следующий вид: равное изменение одной независимой величины ведет к равному изменению зависимой. То есть можно заметить линейность математической записи. Но огромное количество сложных систем невозможно описать обычными линейно-зависимыми уравнениями. Здесь необходимы нелинейные дифференциальные уравнения. Это говорит о том, что мир отнюдь не линеен, он более сложный, хаотичный. Но для простоты объяснений и вычислений обычно этим пренебрегают, используют простые модели и т.д. Необходимо и важно показать, что существует очень много нелинейных явлений в физике, которые также интересны и разнообразны. Ведь наш мир - это сплошная нелинейность[1]. Изучение нелинейной физики следует начинать не торопясь, постепенно вникая в теорию и практику, ибо наше восприятие и мышление, будто бы заточено на линейность. Правильное, с точки зрения методики обучения, преподавание нелинейной физики позволит студентам эффективнее и быстрее воспринимать учебный материал. Поэтому так важно подготовить руководство по методике преподавания некоторых основных разделов нелинейной физики для преподавателей в высших учебных заведениях. Это может быть методическое пособие для студентов. В теоретической части работы описаны методы и подходы к преподаванию некоторых основных разделов нелинейной физики, в практической части - непосредственно методическое пособие для студентов, в котором показана связь теории и практики, столь необходимая в современном подходе к обучению и воспитанию.
Научная новизна: Методика обучения в области нелинейной физики - достаточно новое направление, так как, обычно, данному разделу уделяют мало внимания или пробегают вскользь. Но, как можно заметить, наш мир не состоит из идеально правильных, упрощенных моделей; они нужны для простоты изучения и расчетов некоторых физических процессов. При преподавании, так сказать, классической физики преподаватель, в основном, и использует физические модели такие, как материальная точка, идеальный газ, математический маятник и т.д. Студент видит лишь упрощение, на основе которого легче объяснить материал или произвести сложные расчеты. Что же касается реальной картины мира, как физической, так и природной в целом, не видно до конца её полноты и ясности из-за таких пренебрежений. Именно поэтому важно показать, что нелинейная физика - это то, что вокруг нас с учетом всевозможных нюансов, тонкостей, взаимодействий и процессов, которые обычно не берут во внимание. Это имеется ввиду во время преподавания. Люди, занимающиеся наукой непосредственно, конечно, учитывают всевозможные погрешности и тонкости, но работа будет касаться именно методики преподавания, а не научного подхода к изучению. Хотя с какой-то стороны, эти подходы и взаимосвязаны.
С развитием научно-технического прогресса появилась возможность применения наглядного, а что самое интересное, виртуального физического эксперимента. Особенно это эффективно для разделов физики, в которых обычный лабораторный эксперимент провести невозможно. Например, квантовая и ядерная физика. Сюда же можно отнести и некоторые разделы нелинейной физики. Таким образом, создание методики преподавания основных разделов нелинейной физики позволит расширить кругозор студентов и их взгляд вообще на физическую картину мира. Особым вкладом будет создание методического пособия на основе виртуального физического эксперимента, конкретнее сказать, не совсем эксперименте, а лабораторной работе, которую студент может произвести самостоятельно, что увеличит восприятие учебного материала и его более прочное усвоение. Материал, который предоставляется в такого рода работах рассчитан на уровень знаний студентов 4-5 курсов, что вполне реально и не трудоемко.
Цель работы: подготовить руководство по методике преподавания некоторых основных разделов нелинейной физики.
Задачи:
1) ознакомиться с основными разделами нелинейной физики;
2) раскрыть и сформулировать методы и приёмы преподавания данных разделов нелинейной физики в теоретической части работы;
3) создать методическое пособие для изучения фрактальной геометрии и странного аттрактора Лоренца для студентов 4-5 курсов высших учебных заведений.
Практическая значимость: подготовленные методические пособия могут быть использованы студентами 4-5 курсов высших учебных заведений при изучении нелинейных явлений.
Структура ВКР: ВКР состоит из введения, двух глав, заключения, списка использованной литературы, приложений.
В ходе выпускной квалификационной работы были подготовлены методические рекомендации к преподаванию некоторых основных разделов нелинейной физики: нелинейность физических явлений, введение в теорию хаоса, гидродинамическая нелинейность и неустойчивость.
Следует отметить также этапы достижения поставленной цели:
- были рассмотрены некоторые основные разделы нелинейной физики,
- раскрыты и сформулированы методы и приёмы преподавания данных разделов нелинейной физики.
Итогом написания данной выпускной квалификационной работы является: создание методического пособия для изучения фрактальной геометрии и странного аттрактора Лоренца для студентов 4-5 курсов высших учебных заведений.
