Тема 2. Элективные курсы по физике
Элективные курсы в предпрофильной и профильной подготовке учащихся. Типология элективных курсов и их роль в организации профильного обучения. Цель элективных курсов. Правила оформления программ. Критерии оценки программы элективного курса Анализ элективных курсов по физике. Разработка программы элективного курса по физике.
Тема 3. Методика преподавания курса физики в классах гуманитарного профиля
Специфика гуманитарного профиля. Состояние практики преподавания физики в классах гуманитарного профиля. Учебно-методическое обеспечение преподавания физики в классах гуманитарного профиля. Разработка фрагмента урока физики для классов гуманитарного профиля.
Тема 4. Методика преподавания курса физики в классах физико-математического профиля
Специфика физико-математического профиля. Состояние практики преподавания физики в классах физико-математического профиля. Учебно-методическое обеспечение преподавания физики в классах физико-математического профиля. Разработка фрагмента урока физики для классов физико-математического профиля.
Тема 5. Методика преподавания курса физики в классах химико-биологического профиля
Специфика химико-билогического профиля. Состояние практики преподавания физики в классах химико-билогического профиля. Учебно-методическое обеспечение преподавания физики в классах химико-билогического профиля. Разработка фрагмента урока физики для классов химико-билогического профиля.
Тема 6. Использование лаборатории L-микро на уроках физики
Характеристика кабинета физики и лаборатории L-микро. Лаборатория L-микро (механика, молекулярная физика, электричество, волновая и геометрическая оптика)
Тема 7. Современные технологии обучения на уроках физики в профильной школе Технологии активного, модульного, дистанционного, проблемного обучения на уроках физики в профильной школе.
Общая трудоемкость дисциплины: 42 часа.
Разработчик: , к. п.н., доцент.
СД
СД. Ф.1 Общая и экспериментальная физика
Цель - является формирование личности будущего учителя, подготовка специалистов к преподаванию физики в современной школе, овладение научным методом познания; выработка у студентов навыков самостоятельной учебной деятельности, развитие у них познавательной потребности.
Задачи дисциплины:
Ø обучение студентов научным знаниям по основным разделам физики;
Ø овладение элементарными навыками в проведении физических экспериментов;
Ø изучить закономерности измерений, методов теории подобия и размерностей, различных измерительных систем, элементов современной физической картины мира;
Ø определить проблемы физико-технического обеспечения инженерных решений проблем измерений, физических принципов создания современной эталонной базы с использованием различных физических явлений;
Ø теоретическими и экспериментальными методами решения физических задач;
Ø Развить умение составления и оценивания результатов измерений по своему предмету.
Краткое содержание дисциплины.
1. Кинематика. Введение в экспериментальную физику. Классификация измерений. Метод размерности в физике
2. Погрешности измерений. Исторический обзор развития механики. Погрешности измерений.
3. Оценка результатов и случайных погрешностей прямых измерений. Оценка результатов и случайных погрешностей прямых измерений. Скалярные и векторные величины. Действия над векторами.
4. Порядок обработки результатов прямых измерений. Порядок обработки результатов прямых измерений. Практическое применение законов сохранения энергии и импульса
5. Оценка погрешностей косвенных измерений. Оценка погрешностей косвенных измерений.
6. Порядок обработки результатов косвенных измерений. Порядок обработки результатов косвенных измерений.
7. Построение графиков и вычисление погрешностей. Правила выполнения и оформления лабораторных работ. Построение графиков и вычисление погрешностей. Правила выполнения и оформления лабораторных работ
Общая трудоемкость дисциплины – 1122 часа.
Составитель: , кандидат педагогических наук, доцент.
СД. Ф.2. Основы теоретической физики
Цель дисциплины – добиться понимания студентами общей структуры физической науки и структуры конкретных физических теорий. Задачи дисциплины состоят в следующем:
сосредоточить внимание студентов на наиболее общих понятиях, принципах и законах физики и научить студентов применять эти принципы и законы для анализа конкретных физических процессов и явлений;
ознакомить студентов с основными методами теоретической физики, обращая внимание на методологические обобщения и связь изучаемых физических теорий с современной техникой.
Студент, завершивший изучение дисциплины “Основы теоретической физики” должен:
понимать структуру современной физики в целом;
знать общую структуру и базисные элементы конкретных физических теорий;
знать наиболее общие понятия, принципы и законы физики;
уметь применять эти принципы и законы при анализе конкретных физических процессов и явлений;
уметь проецировать приобретенные знания на школьный курс физики.
Студент, завершивший изучение дисциплины "Основы теоретической физики. Классическая механика" должен:
понимать
· структуру классической механики и механики сплошных сред в целом,
знать:
· наиболее общие понятия, принципы и законы классической механики,
· общую структуру классической механики и её место в физической картине мира,
· базисные элементы конкретных физических теорий в классической механике,
· основные положения и законы векторной динамики Ньютона,
· основные положения и законы аналитической динамики Лагранжа,
· принципы лагранжева и гамильтонова формализмов в классической механике,
· общую структуру и базисные элементы классической механики, аналитической динамики Лагранжа, механики сплошных сред и теории относительности,
· основы теории малых колебаний и теории динамики поступательного и вращательного движения твёрдого тела и уметь применять их для решения конкретных задач,
· смысл и значение идеализаций и моделей механики,
· наиболее общие понятия, принципы и законы механики, иерархию этих законов, а также границы их применимости,
· основные положения и законы специальной теории относительности;
уметь:
· применять общие принципы и законы механики при анализе конкретных физических процессов и явлений,
· применять уравнения Лагранжа и Гамильтона для решения практических задач классической механики,
· применять метод Гамильтона-Якоби для решения конкретных задач,
· решать задачи о рассеянии частицы центральным полем и, в частности, уметь выводить формулу Резерфорда для сечения рассеяния заряженной частицы кулоновским центром,
· решать задачи о периодическом движении типа колебания или вращения посредством перехода к переменным "действие-угол",
· проецировать приобретённые знания на школьный курс физики;
владеть навыками:
· составления и записи уравнений равновесия механической системы,
· составления и решения уравнений движения механической системы в форме Ньютона в инерциальной и неинерциальной системах отсчёта,
· применения законов сохранения импульса, момента импульса и механической энергии (в том числе для релятивистского случая) к конкретным задачам механики,
· применения теорем об изменении импульса, момента импульса и механической энергии к конкретным задачам механики,
· составления функций Лагранжа и Гамильтона, записи и решения уравнений Лагранжа второго рода и канонических уравнений движения,
· применения преобразований Лоренца и их следствий к решению типичных релятивистских задач механики,
· записи и решения основного уравнения динамики для релятивистского случая.
Краткое содержание дисциплины
Раздел 1. Классическая механика
1. Кинематика материальной точки и простейших систем.
2. Основания динамики Ньютона. Динамика частицы. Одномерная задача динамики.
3. Динамика системы частиц. Законы сохранения и изменения импульса, момента импульса и энергии системы точек.
4. Движение частицы в полях.
5. Движение частицы в центрально-симметричном поле. Движение материальной точки в кулоновском поле.
6. Теория рассеяния. Формула Резерфорда.
7. Основы аналитической механики. Уравнение Лагранжа. Уравнение Лагранжа для абсолютно твёрдого тела. Канонические уравнения.
8. Динамика твёрдого тела. Теория малых линейных и нелинейных колебаний.
Раздел 2. Электродинамика и теория относительности
1. Электрическое поле в вакууме. Постоянное электрическое поле в вакууме. Методы решения электростатических задач.
2. Электрическое поле в вакууме и веществе. Теорема Гаусса и её применение к вычислению электрических полей простейших распределений плотности заряда. Уравнения Максвелла-Лоренца в среде. Статическое приближение.
3. Электрическое поле в веществе. Интегрирование уравнений Лапласа и Пуассона.
4. Излучение и рассеяние электромагнитных волн. Электрическое дипольное приближение. Оценки мультипольного излучения. Антенны.
5. Электростатика проводников и диэлектриков. Метод электрических изображений. Граничные условия.
6. Электростатика проводников. Энергия электростатического поля. Ёмкость проводников и конденсаторов. Силы, действующие на заряды и проводники в электрическом поле. Электростатика диэлектриков.
7. Постоянный электрический ток. Законы Ома и Джоуля-Ленца в дифференциальной и интегральной формах. Правила Кирхгофа. Работа и мощность электрического тока.
8. Стационарное магнитное поле. Закон Био-Савара-Лапласа. Теорема Стокса и её применение к вычислению магнитных полей простейших распределений плотности тока. Методы решения магнитостатических задач.
9. Магнитное поле в вакууме и веществе. Магнитное поле в различных средах. Расчёт магнитных полей с помощью закона Эрстеда.
10. Движение заряженных частиц в электрических и магнитных полях. Электромагнитная индукция. Закон Фарадея.
11. Основы электронной теории. Квазистационарное приближение. Глубина проникновения электромагнитного поля в проводник.
12. Электродинамика движущихся сред. Элементы магнитной гидродинамики.
13. Распространение электромагнитных волн в волноводах и резонаторах.
14. Релятивистская электродинамика. Взаимодействие зарядов с полем. Уравнения электромагнитного поля.
Раздел 3. Квантовая механика
1. Основные понятия квантовой механики. Квантовомеханические операторы, их собственные функции и собственные значения. Линейные пространства и линейные операторы. Собственные функции и собственные значения. Эрмитовы операторы. Коммутатор. Алгебра Гейзенберга-Вейде.
2. Энергия и импульс. Соотношение неопределённостей Гейзенберга. Соотношение неопределённостей Бора-Гейзенберга.
3. Уравнение Шрёдингера. Волновая функция. Бесконечно глубокая потенциальная яма. Потенциальная яма конечной глубины.
4. Уравнение Шрёдингера. Квантовый гармонический осциллятор. Представление Фока. Потенциальный барьер.
-образный потенциальный барьер.
5. Движение в центрально-симметричном поле. Центрально-симметричное поле.
6. Спин. Векторная модель многоэлектронных атомов. Правила Хунда. Атомные термы. Структура атомных термов. LS-связь. Понятие о JJ-связи. Периодическая система элементов Менделеева. Преобразование волновых функций и операторов при поворотах. Правила отбора для тензорных операторов. Теорема Вигнера-Эккарта. Уравнение Паули.
7. Атом. Атом водорода. Атом гелия. Вариационный метод. Самосогласованное поле, уравнения Хартри-Фока.
8. Теория возмущений. Методы теории возмущений.
9. Теория возмущений. Атом в постоянном внешнем электрическом поле. Эффект Штарка.
10. Теория возмущений. Атом в постоянном внешнем магнитном поле. Эффекты Зеемана, Пашена-Бака.
11. Тождественность частиц. Тождественность частиц в квантовой механике. Эффекты тождественности. Волновые функции систем бозонов и фермионов. Принцип Паули. Понятие о вторичном квантовании.
Раздел 4. Статистическая физика и термодинамика
1. Основные понятия статистической физики. Микросостояния квантовой и классической макросистем. Фазовое пространство. Фазовые траектории. Теорема Лиувилля. Статистический ансамбль и статистическое распределение. Термодинамические величины как средние по ансамблю и как средние по времени.
2. Микроканоническое распределение.
3. Распределение Гиббса. Каноническое распределение Гиббса. Зависимость числа состояний от энергии. Распределение по энергиям. Статистический смысл энтропии. Температура. Статистическая сумма и статистический интеграл.
4. Большое каноническое распределение. Большой потенциал.
5. Идеальный газ. Распределение Максвелла-Больцмана.
6. Идеальный газ. Распределение Максвелла. Распределение Больцмана.
7. Квантовая статистика. Квантовое каноническое распределение невырожденного газа. Статистическая сумма.
8. Квантовая статистика. Распределение Ферми-Дирака. Свободные электроны в металлах как вырожденный Ферми-газ. Внутренняя энергия, теплоёмкость и давление электронного газа в металлах.
9. Квантовая статистика. Распределение Бозе-Эйнштейна.
10. Квантовая статистика. Термодинамика излучения абсолютно чёрного тела.
11. Неидеальный газ. Основное термодинамическое равенство для реальных газов. Термическое и калорическое уравнения состояния реальных газов. Квантовомеханический смысл теплоты и работы. Метод термодинамических потенциалов. Отклонение газов от идеальности. Разложение по степеням плотности. Вывод формулы уравнения Ван-дер-Ваальса. Метод корреляционных функций. Равновесие фаз: условия равновесия; формула Клапейрона-Клаузиуса. Экстремальные свойства термодинамических потенциалов. Критическая точка. Закон соответственных состояний.
12. Флуктуации. Флуктуации основных термодинамических величин. Флуктуации в идеальном газе. Теория неравновесных процессов. Кинетическое уравнение Больцмана. Флуктуация энергии чёрного излучения. Флуктуации в растворах. Основы теории флуктуаций и броуновское движение. Формула Пуассона. Её вывод из распределения Гиббса.
Раздел 5. Физика атомного ядра и элементарных частиц
1. Радиоактивность. Естественная и искусственная радиоактивность. Законы радиоактивного распада. Активность радионуклидов, единицы измерения активности. Радиоактивные превращения ядер. Виды радиоактивного излучения. a-распад. b-распады. b-превращения. g-излучение ядер.
2. Ядерные реакции. Законы сохранения в ядерных реакциях. Ядерные реакции и превращение элементов. Закон сохранения заряда и массового числа в ядерных реакциях. Правила смещения Фаянса-Содди. Ядерные реакции и превращение элементов. Деление ядер. Деление ядер урана. Цепная ядерная реакция. Ядерные реакции под действием нейтронов. Реакции синтеза. Термоядерные реакции.
3. Модели атомных ядер. Состав и строение атомного ядра. Энергия связи нуклонов в ядре. Формула Вайцзеккера для энергии связи и масс ядер.
4. Элементарные частицы. Частицы и античастицы. Позитрон. Взаимопревращения элементарных частиц. Применение закона Эйнштейна к процессам аннигиляции и образования пар. Фундаментальные взаимодействия. Четыре типа фундаментальных взаимодействий. Частицы участники и частицы переносчики взаимодействий. Фундаментальные частицы.
5. Кварковая модель. Кварковая теория адронов. Новые квантовые числа. Аромат и цвет. Цвет и очарование.
Общая трудоемкость дисциплины: 600 часов.
Разработчик: , к. т.н., доцент.
ДС
ДС. Ф.1 Математическая логика.
Целью преподавания учебной дисциплины «Математическая логика» является формирование представлений о методах математической логики, о решении проблем оснований математики и знакомство с основными результатами в этой области.
Требования к уровню усвоения содержания дисциплины
· иметь представление об основных понятиях математической логики; представление о проблемах оснований математики и основных результатах в математической логике;
· знать и уметь доказывать основные теоремы курса математической логики;
· уметь распознавать тождественные истины и общезначимые формулы; записывать на языке логики предикатов содержательные математические предложения; иллюстрировать примерами основные характеристики теории первого порядка; приводить примеры теорий первого порядка и их моделей;
· владеть дедуктивным аппаратом изучаемых логических исчислений.
Краткое содержание дисциплины
№ | Тема или раздел | Содержание |
1. | Введение | Дедуктивный характер математики. Предмет математической логики, её роль в вопросах обоснования математики. Интенсивное развитие математической логики в настоящее время в связи с созданием и применением автоматических систем управления и распространением метода формализации при изучении различных теорий. |
2. | Алгебра высказываний и ее аксиоматическое построение | Понятие высказывания. Логические операции над высказываниями. Формулы. Истинностные значения формул. Равносильность. Равносильные преобразования формул. Представление истинностных функций формулами. Полные и неполные системы функций. Тавтологии– законы логики высказываний. Законы контрапозиции, исключенного третьего, двойного отрицания, приведение к абсурду и др. Нормальные формы. |
3. | Логика предикатов | Понятие предиката. Кванторы общности и существования. Формулы логики предикатов. Свободные и связные переменные. Истинностные значения формул. Равносильность. Основные равносильности. Равносильные преобразования формул. Предваренная нормальная форма. Общезначимость и выполнимость формул. Свойства. Примеры формулы, выполнимой в бесконечной области и невыполнимой ни в какой конечной области. Проблема разрешения для общезначимости и выполнимости, неразрешимость ее в общем случае (без доказательств |
4. | Формализованные математические теории | Язык первого порядка. Термы и формулы. Логические и специальные аксиомы. Правила вывода. Примеры математических теорий из алгебры, анализа, геометрии. Доказательства в теории. Производные правила вывода. Доказуемость частных случаев тавтологий. Теорема дедукции. Проблемы непротиворечивости, полноты, разрешимости теорий. Непротиворечивость исчисления предикатов (теории без специальных аксиом). Интерпретация языка теории. Истинностные значения формул в интерпретации. |
Общая трудоемкость дисциплины: 64 часа.
Составитель: , кандидат физико-математических наук, доцент.
ДС. Ф.2 Дискретная математика.
“Дискретная математика” определяется ее взаимодействием с иными дисциплинами учебной программы. Целью преподавания данной дисциплины является подготовка студентов для успешного усвоения ими других разделов математики, информатики и программирования; формирование у студентов представлений о понятиях и методах в области исследования конечных математических структур и проблемах эффективности и сложности алгоритмов в таких структурах;
Требования к уровню усвоения содержания дисциплины
иметь представление о значении и областях применения данной дисциплины, о новейших достижениях в дискретной математике;
знать основные понятия разделов дискретной математики, основные положения и методы дискретной математики;
уметь составлять и решать простейшие рекуррентные соотношения, преобразовывать и вычислять конечные суммы, решать комбинаторные задачи, решать задачи теории графов.
Краткое содержание дисциплины
№ п/п | Тема/ раздел | Содержание |
1 | Суммы и рекуррентности. | Рекуррентные соотношения. Задачи, приводящие к рекуррентным соотношениям. Способы решения рекуррентных соотношений. Числа Фибоначчи. Суммы и рекуррентности. Преобразования сумм. Методы суммирования: метод приведения, метод производящих функций. Кратные суммы. Целочисленные функции |
2 | Графы | Основные понятия теории графов ( псевдограф, мультиграф, граф и их ориентированные аналоги). Степень вершины графа. Теорема о сумме степеней вершин графа и её следствие. Подграф. Путь, цепь, простая цепь, цикл, простой цикл. Связные графы. Компоненты связности графа и их число. . Число различных графов с |
Общая трудоемкость дисциплины: 64 часа.
Составитель: , ассистент, , к. ф.-м. н., доцент.
ДС. Ф.3 Элементы абстрактной и компьютерной алгебры.
Целью данной дисциплины является демонстрация того, как компьютер может быть применён для решения невычислительных математических задач, а также возможностей применения математических методов в информатике;
Требования к уровню освоения содержания дисциплины
В результате освоения дисциплины студент должен:
· иметь представление о роли и месте фундаментального математического знания в компьютерных науках, о межпредметных связи на уроках математики и информатики, об основных задачах помехоустойчивого кодирования и криптографии;
· знать о возможностях приложения математических методов в различных областях и быть готовым применить эти знания для повышения заинтересованности учащихся в изучении математики, для разработки соответствующих элективных курсов, знать определения основных алгебраических структур и их основные свойства, основные требования к представлению данных в компьютере.
уметь переводить целые и дробные числа из одной системы счисления в другую, выполнять операции с элементами конечных полей, применять простейшие алгоритмы для нахождения и исправления одной ошибки, выполнять простейшие символьные преобразования.
Краткое содержание дисциплины
№ | Тема/ раздел | Содержание |
1 | Представление данных в компьютере. Алгоритмы символьных преобразований | Представление данных в компьютере. Позиционные системы счисления. Представление натуральных чисел. Представление дробей в компьютере. Дробные числа в позиционных системах счисления. Алгоритмы работы с обыкновенными дробями. Представления символьных данных. Общие сведения о программе Maple. Простейшие алгоритмы символьных преобразований (многочлены, дробно-рациональные выражения). Кольцо многочленов от одной переменной, теория делимости. Многочлены от нескольких переменных. Алгоритмы символьных преобразований (числа, многочлены, выражения, дифференцирование, интегрирование). |
2 | Элементы абстрактной алгебры | Понятие группы, кольца, поля, булевой алгебры. Алгебры и алгебраические системы. Теория делимости в кольце целых чисел. Кольца классов вычетов. Поле комплексных чисел. Подгруппы. Смежные классы по подгруппе, факторгруппы. Подкольца. Идеалы кольца, факторкольца. Расширения полей, алгебраические и конечные расширения. Конечные поля. их общие свойства. Классификация. Вычисления над конечными полями. |
3 | Элементы теории кодирования | Первоначальные представления о теории кодирования. Принципы помехоустойчивого кодирования, подгруппа линейных кодов и классы смежности. Алгоритмы с исправлением одной или двух ошибок, пути усовершенствования алгоритмов для исправления большего числа ошибок (применение конечных полей). Криптографические системы с открытым ключом. |
Общая трудоемкость дисциплины: 64 часа.
Составитель: , к. б.н, доцент
ДС. Ф.4 Теория алгоритмов.
Целью изучения данного курса является формирование представления о понятиях алгоритма и вычислимой функции. Основные задачи курса состоят в усвоении основ теории вычислимости – дисциплины, пограничной между математикой и информатикой, подготовке студентов к восприятию ряда дисциплин теории информатики, усвоение характерных черт алгоритмов, а также формировании умения самостоятельного конструирования некоторых алгоритмов.
Краткое содержание дисциплины
Алгоритмы в математике. Происхождение и интуитивное определение понятия алгоритма. Основные группы алгоритмов. Необходимость уточнения понятия алгоритма. Различные формы уточнения. Понятие вычислимой функции, разрешимого и перечислимого множества. Свойства перечислимых множеств, связь между понятиями перечислимости и разрешимости. Существование перечислимого, но не разрешимого множества натуральных чисел. Числовые функции и алгоритмы их вычисления.
Простейшие функции. Операция суперпозиции, схема примитивной рекурсии, операция минимизации. Понятия примитивно рекурсивной и частично рекурсивной функции. Примеры. Связь между примитивно рекурсивными и частично рекурсивными функциями. Примитивно рекурсивные и частично рекурсивные множества. Оператор слабой минимизации. Рекурсивные функции. Связь между примитивно рекурсивными, частично рекурсивными и рекурсивными функциями. Вспомогательные операции над частично рекурсивными функциями. Рекурсивные предикаты, логические операции над ними. Ограниченные кванторы. Примитивно рекурсивные и рекурсивные предикаты, их свойства. Подстановка функций в предикат. Оператор условного перехода (кусочное задание функции). Универсальная функция. Теорема Клини.
Понятие машины Тьюринга, понятие слова и конфигурации машины Тьюринга. Вычислимые и частично вычислимые по Тьюрингу функции. Правильно вычислимые по Тьюрингу функции. Операции над машинами Тьюринга. Элементарные машины Тьюринга. Конструирование машин Тьюринга. Правильная вычислимость по Тьюрингу примитивно и частично рекурсивных функций. Тезис Тьюринга. Теорема о совпадении класса частично рекурсивных функций с классом функций, вычислимых по Тьюрингу. Тезис Черча. Функция Аккермана. Неразрешимые алгоритмические проблемы. Алгоритмическая сводимость. Теорема Райса.
Общая трудоемкость дисциплины: 64 часа.
Составители: , ассистент; , кандидат физико-математических, доцент
ДС. Ф.5 Теория вероятности и математическая статистика.
Место дисциплины «Теория вероятностей и математическая статистика» определяется ее взаимодействием с иными дисциплинами учебной программы. Данный курс опирается на пройденный ранее курс математического анализа (1,2 курсы), дифференциальных уравнений, теории функций действительной и комплексной переменной. Целью преподавания учебной дисциплины «Теория вероятностей и математическая статистика» является формирование умения создавать вероятностные модели реальных объектов, дающие возможность изучить различные свойства случайных явлений на абстрактном и обобщённом уровне.
При преподавании дисциплины «Теория вероятностей и математическая статистика» ставятся следующие задачи:
· сформировать у студентов систему базовых понятий о фундаментальных понятиях теории вероятностей и математической статистики;
· развить у студентов вероятностно – статистическое мышление, расширить математический кругозор и развить общую математическую культуру;
· продемонстрировать возможности теории вероятностей и математической статистики при построении моделей различных процессов.
В результате освоения дисциплины «Теория вероятностей и математическая статистика» обучающийся должен:
знать определения основных понятий теории вероятностей и математической статистики, аксиомы вероятности, классическое, геометрическое и статистическое определение вероятности, определение случайной величины и случайного процесса, функции распределения вероятностей;
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 |


