Створення сучасного комплекту для вивчення оптичного випромінювання у практикумі з фізики в закладах вищої освіти

У спектрометрі робоча частота одиничного розрахунку сигналу на вході МСР 3201 близька v = 450 кГц, що у відповідності до паспортних даних мікросхеми дає можливість отримувати на такій частоті дванадцяти бітне число, яке відповідає аналоговому сигналу з точністю до чотирьох значень. Оскільки 12-ти бітний АЦП розбиває 100% сигнал, приблизно на 4000-чі значень, то відхилення, створене роботою МСР 3201 в чотири значення у перерахунку на вимірювання інтенсивності світла, складає близько 0.1 %. Величиною такої похибки можна знехтувати і вважати, що мікросхема не впливає на точність вимірювання інтенсивності спектральних ліній.

Електрична схема АЦП показана на рис. 3.12.

R1 - 62 кОм

R2 - 5,1 кОм

VT1 - BC847

Рис. 3.12. Електрична схема аналогово-цифрового перетворювача

Виводи Р 1, Р 2 та Р 3 призначенні для під'єднання АЦП до порту комп'ютера, а клема А - для під'єднання вихідного сигналу з підсилювача інтенсивності фотоструму. Наведена на рис. 3.12 схема виготовлена з радіодеталей, що відповідають стандарту SMD технологій і відповідно розміри електричної плати складають 10 х 30 мм.

Габарити АЦП сприяли його розміщенню безпосередньо біля штекера приєднання приладу до комп'ютера, що надало можливість обміну інформацією мікросхеми з програмою на частоті v = 450 кГц, яка наближається до граничних робочих частот LPT порту для прикладних програм зі стандартним пріоритетом виконання.

Для роботи фотоелектронного помножувача прилад оснащений високовольтним джерелом постійної напруги U = - 1150 В. Хоча максимальна потужність джерела не перевищує Р = 3 Вт, її робоче навантаження знаходиться в межах Р = 1,2 Вт, що відповідає 40 % від можливого завантаження. Навантаженням джерела слугує потенціометр (рис. 3.10) і паралельний резистор R = 3 МОм, призначений для розрядки конденсаторних фільтрів у разі відключення кабеля живлення "ФЕУ-130". Схему імпульсного блока високовольтного живлення подано на рис. 3.13.

Рис. 3.13. Електрична схема імпульсного високовольтного блока живлення

Для отримання змінного потоку у сердечнику трансформатора на його первинну обмотку, яка складається з 72-ти витків, подаються прямокутні імпульси з амплітудою U = 12 В і частотою слідування v = 64 кГц, що дозволяє отримати на вторинній обмотці, яка має 230 витків, імпульси амплітудою U = 575 В. Трансформатор зібрано на феритовому кільці l = 280 мм, площею поперечного перерізу S = 144 мм ² та магнітною проникливістю р = 3000 нм.

Первинна обмотка навантажена на колектори транзисторів КТ 817Г, які закріплені на охолоджуючих елементах. Робоча частота трансформації формується на лічильнику К 155ИЕ 5, який ділить на чверть частоту слідування імпульсів з генератора, що зібраний на мікросхемі К 155ЛА 3. Генератор має автозбуджуючий елемент, реалізований на С 1, R1, та задаючий кварцовий елемент, що резонує на частоті коливань v = 256 кГц. Для попереднього підсилення сигналу від лічильника К 155ИЕ 5

використовуються транзисторні вимикачі, зібрані на базі КТ 315Г та КТ 361Г. Випрямлення струму на виході здійснюється за схемою з подвоєнням напруги та використанням згладжувальних фільтрів С 4 - С 7. Живлення ключів стабілізоване. Тому при постійному навантаженні на вторинну обмотку на виході ми отримуємо високовольтну постійну напругу U = -1150 В. Використання лічильників VD5 і VD6 дозволяє отримати прямокутні імпульси з частотою v = 125 Гц для переміщення сканера при ручному режимі керування.

Вхідним джерелом електроенергії приладу слугує мережа з напругою від U = 15 В до U = 18 В та частотою v = 50 Гц, або джерело постійної напруги від U = 15 В до U = 20 В. На виході блоку живлення отримується декілька електричних ліній, які відповідно стабілізовані і забезпечують необхідний робочий режим живлення усіх електричних частин приладу. Електрична схема живлення приладу показана на рис. 3.14.

Рис. 3.14. Електрична схема живлення приладу

Вихідними напругами джерела живлення є напруга U1 = 12 В - для живлення крокових двигунів і високовольтного блоку живлення; напруга U2 = 5 В - для живлення логічних схем, аналогово-цифрового перетворювача (АЦП) і блоку фотореєстрації.

Для живлення підсилювача розроблений додатковий блок живлення, електрична схема якого показана на рис. 3.15. На первинну обмотку трансформатора Ті подаються прямокутні імпульси з амплітудою U = 12 В і частотою слідування v = 64 кГц. З вторинних обмоток Ті знімається змінна напруга Us = 20 В та U4 = 20 В, що дозволяє після випрямлення на мостах VD1-VD4 і VD5-VD8 і стабілізації на LM7815 і LM7915, отримати полярне живлення відповідно U5 = 15 В і Ue = -15 В.

Рис. 3.15. Блок живлення підсилювача

С 9, Cl 1,С 13,С 15 - 25Вх 1 ОООмкФ CIO, С 12, С 14, С 16- 22 нФ

Таке живлення приладу дозволяє реалізувати автоматичне сканування оптичного спектру; контролювати дефекти, пов'язані з хроматичною аберацією; визначати інтенсивність спектральних ліній. Робота вузлів визначається програмним забезпеченням.

Частина розглянутих електричних схем виконана за класичними варіантами. Разом з цим є і власні розробки, наприклад, блок керування кроковим двигуном сканера, що

може бути використаний при виготовленні іншого навчального обладнання, де є необхідність реалізувати точне переміщення рухомих частин або деталей установки.

3.5. Засадничі підходи до створення алгоритму функціонування спектрального комплекту та їх реалізація. Для керування спектральним комплектом використовується програма "Спектрометр_01.ехе", написана мовою C+ + з використанням API функцій [36]. Функції програми можна поділити на такі блоки: графічний інтерфейс; керування сканером; керування переміщенням щілини; керування аналогово-цифровим перетворювачем (АЦП); обробка отриманих даних; зчитування та збереження інформації на диску комп'ютера.

Графічне відображення інформації реалізоване за допомогою стандартних API функцій [40]. Керування блоками спектрометра здійснюється через паралельний порт комп'ютера. Робота з LPT портом виконується за допомогою файлу динамічної бібліотеки "io.dll", розміщеним на жорсткому диску комп'ютера у папці "system32". Для передачі даних програма використовує два сегменти паралельного порту по шість і чотири біти відповідно, а для отримання інформації від приладу зчитується сегмент розрядністю в чотири біти.

Схему використання LPT порту показано на рис. 3.16.

Рис. 3.16. Використання LPT порту

Для контролю та керування спектральним приладом в програмі передбачена функція TimerProcl [41], що виконується циклічно з тактовою частотою v= 330 Гц за алгоритмом, який забезпечує чотири режими приладу. Програмний перехід між режимами здійснюється через ініціювання змінної а, яка набуває значень від 1 до 4. Алгоритм циклічної функції TimerProcl показано на рис. 3.17.

Якщо змінна а = 1, прилад працює в напівавтоматичному режимі. Цей режим визначається тим, що користувач програми може встановити сканер і щілину в будь-яке положення, а також виконати регулювання інтенсивності випромінювання джерела світла, яке приєднано до приладу. Якщо а = 2, то прилад виконує автоматично сканування всього спектру і відображає отриману інформацію у вікні програми. При завершенні автоматичного сканування або при виході з напівавтоматичного режиму прилад переходить до "очікування". При цьому змінна набуває значення а = 3. При вмиканні спектрометра відбувається пошук координат - а = 4.

Алгоритм функції TimerProcl можна розділити на дві частини, блок "Прийняття рішень ¹" та блок "Виконання команд"". У першому блоці проводиться аналіз даних, які програма отримує від приладу і визначає співвідношення між змінними, що моделюють роботу пристроїв.

Блок "Виконання команд"" призначений для реалізації рішень, орієнтовані на роботу: сканера, пристрою переміщення щілини та АЦП. Взаємодія між блоками реалізується через змінні flagBl та flagB2.

Рис. 3.17. Алгоритм циклічної функції TimerProcl



Якщо flagBl = 0, то блок виконання рішень знаходиться у режимі очікування, якщо блок "Прийняття рішень ¹" встановлює flagBl = 1, то блоку виконання необхідно зробити крок сканера у напрямку змінної reversBl. Отримавши команду flagBl = 1, блок "Виконання команд''" формує jlagBl = 2, що блокує алгоритм "Прийняття рішень"" до моменту, поки сканер не виконає крок, а блок виконання повідомить про це, сформувавши flagBl = 3. Аналогічно до flagBl використовується flagB2 для реалізації переміщення щілини. Фрагмент програми блоку "Прийняття рішень"", що ілюструє даний алгоритм, показано на рис. 3.18.

Рис. 3.18. Фрагмент програми блоку прийняття рішень

Як видно з рис. 3.18, у цій частині програми використовуються чотири оператора умовного розгалуження if. Перший оператор порівнює чи є більшим значення заданої координати сканера ZadaneZn від реальної координати realneZn і, якщо умова виконується, то формується flagBl = 1, який вказує на те, що блоку "Виконання рішень" потрібно виконати крок. При цьому змінній reversBl присвоюється значення 0, яке визначає прямий рух сканера. Другий оператор if, подібний до першого, і відрізняється лише тим, що вказує на рух сканера в реверсному режимі. Третій і четвертий оператор даного фрагменту програми забезпечують формування команди flagB2 = 1 для переміщення щілини на один крок у відповідності до співвідношення (realneF < ZadaneF) та значення змінної reversB2.

Рух, який виконує сканер і щілина, фізично реалізуються за допомогою крокових двигунів. Для кутового переміщення ротора даних пристроїв необхідно сформувати на клемах двигуна певну послідовність імпульсів. У програмі формуванням імпульсів займається блок "Виконання рішень", хоча це і не єдина його функція. Як видно з рис. 3.19, при створенні імпульсу важливим є виконання трьох дій, що відповідають моментам часу: ti, t2 та із.

Рис. 3.19. Формування імпульсу

Передумовою виникнення моменту часу tl є формування блоком "Прийняття рішень" команди flagBl = 1. Після того як керування передається до блока "Виконання команд", він формує на потрібній клемі порту підвищення потенціалу від Uo до Ui, і створює команду flagBl = 2, яка блокує прийняття рішень та запускає лічильник lichBl. Коли lichBl досягає значення truvBl, блок "Виконання рішень'" відтворює подію t2. Коли значення lichBl подвоюється і стає рівним (2 *truvB1\ блок "Виконання команд""створює подію ts, зупиняє lichBl та формує flagBl = 3. Значення flagBl = 3 сповіщає про закінчення симетричного імпульсу. Отримавши команду flagBl = 3, блок "Прийняття рішень"" розблоковується та формує flagBl = 0, що передбачає створення нових команд. Фрагмент програми, де реалізується момент часу tl для сканера, показано на рис. 3.20, де можна виявити перший оператор if, що формує дозвіл руху, другий та третій оператори, що визначають напрямок переміщення, і четвертий, що ініціює змінну координату сканера realneZn.

Рис. 3.20. Фрагмент програми реалізації початкової фази створення імпульсу для переміщення сканера на один крок

Після виконання четвертого оператора if, збільшивши значення змінної Port888 на 1 і подавши дане число на порт за допомогою функції PortOut(888), програма створює наростання імпульсу на клемі порту, що відповідає моменту часу ti. Присвоївши змінній flagBl значення, рівне 2, початкова фаза формування імпульсу закінчується.

Для виконання кінцевої фази формування імпульсу виконується частина програми, що зображена на рис. 3.21: перший оператор умовного розгалуження при умові (lichBl == truvBl) зменшує значення Port888 на 1 і викликає функцію PortOut(888), що зменшує спад імпульсу до t2.

Коли виконується умова (lichBl == 2*truvBP), оператор if формує flagBl = 3, що сигналізує про закінчення симетричного імпульсу. Останній оператор розгалуження за умовою (flagBl == 3) зупиняє лічильник lichBl.

Рис. 3.21. Кінцева фаза формування імпульсу для переміщення сканера

У програмі для формування початкової фази кроку переміщення вихідної щілини є відмінність у порівнянні з реалізацією переміщення сканера. Така ситуація обумовлена додатковою можливістю переміщення сканера в ручному режимі кнопкою, яка вносить відмінність як в електричні схеми, так і в алгоритми керування пристроями.

На рис. 3.22 показано фрагмент програми для реалізації початкової фази кроку переміщення щілини при прямому ході ротора двигуна. Відповідно до алгоритму з рис. 3.7 у повороті ротора крокового двигуна задіяні чотири розряди порту, на які вказує змінна kytB2.



Рис. 3.22. Початкова фаза кроку переміщення щілини при прямому ході ротора двигуна

Як випливає з рис. 3.22, після встановлення flagB2 = 2 оператор вибірки switch(kytB2') формує наростання фронту на тій клемі порту, яка відповідає порядку слідування відповідно до алгоритму переміщення. Прямому руху щілини відповідає циклічна зміна значення kytB2 від одиниці до чотирьох, тобто після числа чотири знову формується одиниця і цикл повторюється. Фрагмент програми для забезпечення реверсного руху подібний до того, який показаний на рис. 3.22 за однією відмінністю, що цикл зміни значень kytB2 відбувається у зворотному напрямку.

Симетричність імпульсу на клемах порту створюється за допомогою використання змінних lichB2 та truvB2, а також операторів умовного розгалуження, які перевіряють умову істинності (lichB2 == truvB2') та (lichB2 == 2*truvB2). Кінцева фаза формування кроку характерна тим, що на всі чотири розряди для керування рухом двигуна, встановлюється логічний 0, а лічильник lichB2 зупиняється. Для встановлення 0 змінна Port890 ініційована числом 203 та викликається функція PortOut(890). Повідомленням блоку "Прийняття рішень ¹" про закінчення кроку щілини здійснюється через формування flagB2 = 3. Фрагмент програми, що реалізовує даний алгоритм закінчення кроку щілини, показано на рис. 3.23.

Рис. 3.23. Фрагмент програми реалізації кінцевої фази кроку переміщення щілини

Робота з АЦП відбувається через клеми CS (старт розрахунків АЦП), CLK (синхронізація АЦП) та Dout (інформаційний вихід АЦП). Входи CS і CLK призначені для керування аналогово-цифровим перетворювачем, а Dout це лінія, по якій передається до комп'ютера у двійковому коді дванадцяти бітне значення розрахованого сигналу. Коли від програми на CS поступає імпульс, то АЦП виконує старт обчислення сигналу, а переведення результату розрахунку з аналогово-цифрового перетворювача до програми відбувається синхронно від першого біту до дванадцятого у відповідності до формування імпульсів на клемі CLK. Після перших двох імпульсів синхронізації на виході Dout формується потенціал логічного "0". Третій імпульс на CLK спричиняє створення на Dout значення першого біту - Bitl, зчитавши який, програма формує четвертий імпульс синхронізації і зчитує - Bit2, і так далі, тобто завдяки синхронізуючим імпульсам відбувається зчитування всіх дванадцяти біт. Отримавши значення сигналу у двійковому вигляді, програма виконує переведення результату розрахунку АЦП за стандартним алгоритмом у десяткову систему числення.

На рис. 3.24 показано алгоритм слідування імпульсів, які визначають правильну роботу аналогово-цифрового перетворювача.

Рис. 3.24. Алгоритм слідування імпульсів для виконання розрахунку інтенсивності сигналу на вході АЦП

Фрагмент програми, який реалізує алгоритм розрахунку значення інтенсивності сигналу на вході АЦП, показано на рис. 3.25.

Рис. 3.25. Фрагмент програми для розрахунку значення інтенсивності сигналу на вході АЦП

Цей фрагмент поділений на частини порожнім рядком. Кожна частина відповідає певній логічно завершеній дії. Перша частина з ім'ям start подає імпульс на CS, за допомогою функції роботи з портом PortOut. Після команди старт на вході АЦП формується послідовно три синхронізуючі імпульси на CLK, а також за допомогою функції PortInvukonatuBitl виконується зчитування значення першого розряду числа і здійснюється присвоєння його змінній bitl. Такі дії виконуються циклічно до моменту, коли всі змінні від bitl до bit12 будуть ініційовані відповідними значеннями. Переведення числа з двійкової системи числення у десяткову відбувається за стандартним алгоритмом, а саме: значення bitl множиться на 1, плюс значення bit2, яке множене на 2, плюс значення bit3, яке множене на 4, і так далі до додавання останнього добутку значення bit12 та числа 2048. В результаті виконаних математичних дій змінній znachenyaSugnalyACP2 присвоюється число у десятковій формі, яке відповідає інтенсивності сигналу.

Після виконання корекції значення znachenya Sugnaly ACP2, що обумовлено чутливістю ФЕП і уточненням коефіцієнта підсилення, значення сигналу заноситься в робочий масив IntCoordSK, де зберігаються дані про інтенсивність спектральних ліній для кожної координати сканера.

Для збереження результатів сканування на жорсткому диску програма використовує два файли з розширенням "спк" та "bmp". У файлі з розширенням "спк" зберігається масив IntCoordSK, а у "bmp" - графічне зображення спектра.

На рис. 3.26 показано фрагмент програмного циклу на основі змінної іі, який дозволяє в залежності від спектра сформувати масив пікселів aBitmapBits для збереження графічного зображення. Відповідно до значення Stan_2_2 оператор умовного розгалуження вказує на спектр у вигляді графіка або у вигляді кольорових спектральних ліній.

В обох випадках розгалуження за умовою (Stan_2_2 == 1), як видно з рис. 3.26, відбувається ініціювання кожної точки зображення трьома складовими кольору. У першому випадку зображення формується на основі чорного і жовтого кольору, а в другому - з використанням всього набору кольорів веселки.

Рис. 3.26. Фрагмент програми для формування графічного зображення спектрів при збереженні його на жорсткому диску комп'ютера

Повний текст програми "Спектрометр_01.ехе" є об'ємним і налічує близько п'яти тисяч рядків. Тому ми розглянули лише її основні блоки, що дозволяють зрозуміти алгоритми та програмну реалізацію функціонування основних вузлів приладу.

3.6. Експериментальні функції для налаштування роботи приладу.

Для виконання кількісного і якісного аналізу спектрів на основі створеного комплекту у програмі передбачена можливість налаштування системи фотореєстрації та переміщення сканера. Наявність неточності у фотореєстрації викликана залежністю чутливості ФЕП від довжин світлових хвиль - А = f(A), а також нелінійністю коефіцієнта підсилення сигналу - Коп = f(Uex) та шкідливим впливом хроматичної аберації оптичної системи, який коригується функцією залежності положення вихідної щілини від довжини світлової хвилі - а = f(A). Сканер приладу налаштовується за допомогою експериментальної функції - А = f(x), що вказує на співвідношення між координатами сканера та довжиною хвилі. Під час роботи програми зазначені експериментальні функції задаються табличним методом сорока однією точкою, що містяться у спеціальних масивах при виконанні умов: 1 - положення числа у масиві вказує на значення незалежної змінної; 2 - модуль числа визначає значення цієї функції.

Для отримання вигляду А = f(x) потрібно виконати сканування спектра еталонного джерела випромінювання з відомим пакетом довжин хвиль. При цьому, переміщуючи сканер від однієї лінії до іншої, визначають співвідношення між координатами і довжинами хвиль, які їм відповідають. На основі отриманих експериментальних даних будується графік А = f(x). Потім з даного графіка визначаються значення функції для всієї ділянки спектра з кроком у двісті п'ятдесят точок. Отримані чисельні значення сорока однієї пари - (х, 1) використовуються для ініціювання спеціального масиву CoordHvulya, який призначений для збереження даних про табличний метод представлення функції А = f(x).

Для отримання експериментальної залежності Коп = f(Uex) використовується електрична схема, що зображена на рис. 3.27. При цьому вимірювання проводять для всього діапазону вхідних напруг з кроком у 0,025 від максимально можливого значення.

Рис. 3.27. Електрична схема для визначення експериментальної характеристики Коп = f(Uex)Зазначимо, що в приладі встановлено підсилювач з коефіцієнтом підсилення близьким до Коп = 40000, а напруга на його виході змінюється в наступних межах: 0 В < Увих < 4,2 В. При вимірюванні вихідної напруги слід пам'ятати, що одне значення АЦП відповідає Увих = 1,235 мВ. Після проведення вимірювання та обчислення, отримані результати використовують для ініціювання спеціального масиву Pidsuluvach. Під час роботи програма, опираючись на експериментальну функцію Коп = flUtnc), буде виконувати корекцію коефіцієнта підсилення до значення, яке умовно названо "ідеальним".

Для усунення паразитичного впливу хроматичної аберації у приладі передбачено автоматичне переміщення вихідної щілини у відповідності до фокусування на зображеннях різних ділянок спектра.

Для отримання експериментального вигляду а = f(A) та побудови її графіка в програмі при скануванні еталонного лінійчастого спектра використовують напівавтоматичний режим переміщення вихідної щілини та сканера. Під час виконання сканування для кожної спектральної лінії А добирають таке положення а, при якому сканування спричинює мінімальне по ширині відображення лінії в робочому інтервалі програми. Використовуючи побудований на основі експериментальних даних графік а = f(A), проводять визначення по ньому сорока значень а для кожної А, які кратні ДА = 10 нм. Отримані результати використовують для ініціювання масиву CoordChilun.

Змоделювати чутливість ФЕП і забезпечити точне вимірювання кількісного співвідношення між інтенсивностями спектральних ліній можна за допомогою експериментальної функції A=f(A). Це моделювання необхідне, бо в реальних умовах при скануванні оптичного випромінювання, енергія якого розподілена рівномірно по всьому спектру, ми можемо спостерігати максимум величини фотоструму для фіолетової ділянки спектра і його зменшення під час переміщення сканера у ділянку червоного діапазону спектра, що обумовлене явищем фотоефекту. Тому, при використанні фотоелементів для точного вимірювання, необхідно знати їхню нелінійну характеристику, яка відображає залежність між інтенсивністю монохроматичного випромінювання, довжиною хвилі та величиною фотоструму.

Для визначення функції А = f(A), яка моделює чутливість ФЕП, потрібне еталонне джерело світла із суцільним спектром, для якого відомий розподіл енергії у спектрі. Тобто джерело з відомою залежністю І = f(A), де І це відносна інтенсивність спектральної лінії, що відповідає деякій довжині хвилі А. Інтенсивність І у даній залежності задається у відсотках.

Детальніше оцінимо як створюється характеристика І = f(1) за допомогою еталонного спектрометра. Нехай під час сканування випромінювання вказаного джерела за допомогою еталонного спектрометра, деякій довжині хвилі 1 буде відповідати інтенсивність і_л. Тоді знайшовши як співвідноситься і_л до максимально можливої і_макс в даному спектрі, ми знаходимо шукану величину інтенсивності І1 для даної довжини хвилі А, а саме:

І 100%.

А

і

макс

(3.1)

Виконавши аналіз усього набору спектра еталонного джерела світла приладом "Спектрометр 0Г для довжин хвиль від 1=350 нм до 1=750 нм, ми отримаємо деяку спектральну характеристику E=f(1), де Е - інтенсивність сигналу, яка зареєстрована та розрахована за допомогою ланцюга ФЕП та АЦП. Виконавши порівняння E=f(1) та характеристики еталонного джерела I=f(1), можна отримати точну спектральну характеристику чутливості фото-датчика, що використовується при вимірюванні інтенсивності сигналу у приладі "Спектрометр 01".

де А 1 - чутливість фотореєструючого елемента приладу; Е 1 - значення інтенсивності Е, отримане за допомогою АЦП, що відповідає 1; І1 - відносна інтенсивність спектральної лінії для еталонної довжини хвилі.

Знаходження значення Аа за допомогою графіків І = f(A) і Е = f(A) виконують для довжин хвиль від А = 350 нм до А = 750 нм з кроком у ДА = 10 нм, що дозволяє отримати сорок одну пару значень (Аа, А). Отримані результати використовують для ініціювання спеціального масиву FEU.

Зазначимо, що ініціювання масивів: CoordChilun, CoordHvulya, Pidsuluvach, FEU функціями: a=f(A), A=f(A), A=f(x), Kon=f(Uex) виконується через створення та під'єднання до програми спеціального CLB файлу, про що йтиме при розгляді інтерфейсу діалогового вікна "Калібрування".

3.7. Робота з інтерфейсом програми,,Спектрометр_01.ехЄ''¹. Робота з програмою "СпектрометрОІ.ехе" починається з головного вікна, що відповідає вимогам до прикладних програм операційної системи Windows і показано на рис. 3.28.

Рис. 3.28. Вигляд головного вікна програми

Зміна розмірів вікна, а саме його мінімізація (максимізація або закриття), можуть бути здійсненні за допомогою стандартних елементів, які показано на рис. 3.29.



Рис.3.29. Елементи головного вікна, які дозволяють змінити його розміри або закрити

Панель меню складається з чотирьох кнопок: "Файл", "Вид", "Спектрометр"" та "Довідка"".

Меню кнопки "Файл"" призначене для збереження на жорсткому диску файлів з розширенням "спк", в яких містяться дані про інтенсивність спектральних ліній, що отримані під час сканування ОВ. Вигляд зазначеного меню показано на рис. 3.30.

Рис. 3.30. Меню кнопки " Файл "

Вибір пункту "Зберегти спектр"" викликає стандартне діалогове вікно "Зберегти як"" (рис. 3.31). За допомогою даного вікна можна вказати місце збереження та ім'я файлу. При збереженні "спк" файлу програма автоматично зберігає "bmp" файл із зображенням спектра у вигляді графіка або у вигляді кольорового спектра.



Рис. 3.31. Вікно для збереження " спк " файлів

Спосіб збереження спектра буде залежати від того, яким чином в момент збереження "спк" файлу відображалася інформації про спектр, а саме: у вигляді графіка чи у вигляді кольорового спектра.

Ім'я "bmp" файлу формується автоматично і визначається системним часом, а відповідно містить у чисельному вигляді: секунду, хвилину, годину, день, місяць та рік збереження спектра. Наприклад, ім'я "23.17.10.29.12.2011.bmp", означає: 23 секунда, 17 хвилина, 10 година, 29 число, 12 місяць та 2011 рік збереження зображення. Отриманий файл може бути відкритий будь- яким графічним редактором операційної системи Windows, наприклад, стандартним графічним редактором "MSPainf". Після відкриття файлу можна проаналізувати спектри і роздрукувати їх.

На горизонтальній шкалі, в нижній частині зображення, числа вказують на довжину хвиль оптичного діапазону в "нм". На спектрі "Графік"" величина піків точно відповідає відношенню інтенсивності у відсотках до максимально можливого значення. Порівнявши висоту ділянки, де зображений графік, та висоту піка, можна зробити висновок про інтенсивність спектральної лінії, яка відповідає даному піку. В програмі є можливість задання максимального значення інтенсивності, що по суті дозволяє змінювати масштаб відображення спектра по вертикалі.

Скориставшись пунктом "Відкрити файл"", можна завантажити раніше збережений "спк"" файл з жорсткого диска в програму з метою його подальшого аналізу. Останній пункт "Вихід"" в меню кнопки "Файл"" дозволяє завершити роботу програми.

Меню "Вид"" призначене для зміни способу відображення графічної інформації в робочій області вікна. Вигляд меню показано на рис. 3.32.

Рис. 3.32. Вигляд меню кнопки "Вид"

Пункт "Масштаб" викликає однойменне діалогове вікно, яке дозволяє змінити горизонтальні розміри відображення спектра. Вигляд даного вікна показано на рис. 3.33.

Рис. 3.33. Вигляд діалогового вікна "Масштаб"

Переміщуючи вертикальний повзунок у вікні "Масштаб", можна обрати масштаб спектра до розмірів у пропорції 1:1, 1:2, 1:4, що дозволяє бачити спектр повністю, його половину, або четверту частину. Вигляд довжин хвиль у вікні при цьому змінюється, як на рис. 3.34.

Рис. 3.34. Зміна вигляду шкали при різних положенням повзунка в діалоговому вікні "Масштаб": а -1:4; б - 1:2; в - 1:1

Вибір пункту "Зміна вигляду робочої області"" дозволяє змінити графічний спосіб відображення спектра в головному вікні програми на кольоровий спектр, що відповідає реальному сприйняттю ока, а повернення до попереднього вигляду - при повторному виборі даного пункту.

Вигляд вікна, в якому набраний спектр відображається як графік, показано на рис. 3.35, а у вигляді кольорового спектра - на рис. 3.36.

Рис. 3.35. Представлення спектра і вигляді графіка

Вибір відображення спектра в робочому діапазоні визначає, у якому вигляді будуть зберігатись "bmp" зображення при збереженні "спк" файлу.



Рис. 3.36. Представлення спектра у вигляді кольорових ліній, які відповідають візуальному сприйняттю людини

Головне вікно програми "Спектрометр_01.ехе"" має також такі стандартні елементи вікна, як "Панель інструментів'" та "Стрічка стану"". Ці об'єкти можна прибрати або повернути на місце, скориставшись однойменними пунктами в меню кнопки "Вид"". Якщо біля "Стрічка стану"" або "Панель інструментів"" стоїть мітка, то даний об'єкт відображається у вікні, а якщо мітки немає - об'єкт відсутній.

Пункт "Очистити робочу зону"" використовується у випадку, коли постає необхідність очистити зображення вікна від графічних елементів, які були отримані під час попередніх процесах сканування. Слід пам'ятати, що вибір даної дії не тільки очистить робочу зону вікна, а й ініціюватиме обнулення усіх елементів масиву, де зберігалися дані про інтенсивність раніше досліджуваних спектральних ліній.

Меню кнопки "Спектрометр"" призначене для переведення приладу в один з можливих робочих режимів, а також для налаштування систем сканування та оптичної реєстрації. Меню кнопки "Спектрометр"" зображене на рис. 3.37.



Рис. 3.37. Меню кнопки "Спектрометр"

Точність роботи спектрального приладу визначається чотирма експериментальними кривими:

1) А = f(X)\ 2) Кп = f(Uex);

3) а = f(k)\ 4) A = f(x),

які по суті виконують налаштування систем: оптичної реєстрації; переміщення сканера; переміщення реєструючої щілини. Такі виділені експериментальні функції завантажуються в програму зі спеціального файлу "CLB". Передбачена можливість користувача власноруч створювати такі файли. Після завантаження програми система ініціюється стандартним виглядом кривих, що не дозволяють виконувати вимірювання з визначеною точністю. Тому для кожного завантаження програми необхідно під'єднати до неї "CLB" файл. Створити та під'єднати "CLB" файл можна, скориставшись діалоговим вікном "Калібрування"". Викликати дане діалогове вікно можна за допомогою однойменного пункту з меню кнопки "Спектрометр"".

Вигляд діалогового вікна показано на рис. 3.38, де вікно розділене на чотири ділянки із заголовками, що відповідають назві кожної з експериментальних кривих.



Рис. 3.38. Діалогове вікно "Калібрування"

Після ініціювання всіх полів діалогового вікна "Калібруванні" необхідними даними можна створити "CLB"" файл, скориставшись кнопкою у нижньому лівому куті вікна. Проміжним етапом при цьому є стандартне діалогове вікно "Зберегти як"", що дозволяє вибрати місце збереження та ім'я створеного файлу. Під'єднати створений файл можна, скориставшись кнопкою "Під 'єднати CLB файл"", яка викликає вікно "Відкрити файл"".

Прилад має можливість виконувати сканування спектра в автоматичному та напівавтоматичному режимах, вибравши пункт "Набір спектра"" з меню кнопки "Спектрометр"".

Якщо сканування виконується вперше, то програма повідомить користувача про те, що приладу необхідно провести пошук координат. Натиснувши на кнопку "ок", користувач підтвердить виконання дії пошуку. Вигляд даного вікна з повідомленням показано на рис. 3.39.

Пошук сканера в залежності від його координат може тривати декілька хвилин, автоматичне сканування триває At = 300 с. При цьому результати сканування відображаються графічно і заносяться в робочий масив збереження інтенсивності спектральних ліній.



Рис. 3.39. Вікно з повідомленням про необхідність пошуку сканера

Якщо виникає необхідність припинити автоматичний набір спектра, то для цього можна скористатись пунктом "Відміна набору спектра"" з меню кнопки "Спектрометр"".

Для реалізації напівавтоматичного керування приладом використовується діалогове вікно "Ручний режим сканування спектра'", яке показано на рис. 3.40.

Рис. 3.40. Діалогове вікно для напівавтоматичного керування спектрометром

Вікно для напівавтоматичного керування розділено на чотири частини: переміщення сканера, регулювання інтенсивності світла, переміщення щілини та блок АЦП.

Інтенсивність джерела світла, що рекомендується до приладу можна змінити, переміщуючи повзунок в положення, яке забезпечує необхідну інтенсивність. У блоці АЦП проти мітки "АЦП" програма відображає таке значення сигналу, що відповідає отриманому з аналогово-цифрового перетворювача. Мітка "Максимум сигналу"" відноситься до інтерфейсу і по суті є масштабом зображення спектра по вертикалі.

Змінити максимум можна за допомогою кнопок """ і """ з блоку АЦП. Максимальне значення інтенсивності може набувати конкретної величини, зокрема: 4200, 3500, 2800, 1900, 1300, 900, 500, 300, 200 та 100.

Автоматичне переміщення щілини відповідно до "CLB" файлу відбувається в тому випадку, якщо мітка в блоці "переміщення щілини" стоїть в положенні "автоматично", а якщо ця мітка перебуває в положенні "ручне", то користувач сам може задати необхідне положення, записавши потрібну координату у відповідне поле та натиснувши кнопку "Виконати". Разом з цим можна здійснювати покрокове переміщення щілини на величину 5 координат. Для цього користуються кнопками """ та """. При цьому координата щілини може знаходитися у межах від 0 до 120. У випадку, коли є спроба задати недопустимі координати щілини, програма автоматично блокує введення змін. Реальне положення щілини відображається у місці проти мітки "координата".

У блоці переміщення сканера подібно до переміщення щілини можна задати значення необхідної координати у відповідному полі та натиснути кнопку "виконати", або скористатись покроковим переміщенням сканера, натискаючи на кнопки """ і """. Величину одного кроку при цьому оператор встановлює у групі міток "одиничне переміщення на:". Це значення може бути рівним відповідно: 1, 50, та 200.

У групі міток "Швидкість сканера" можна задати одну з трьох швидкостей: першу - І (найбільшу), другу - ІІ та третю - ІІІ (найменшу).

У групі міток "Спосіб переміщення" можна вибрати на що саме буде орієнтуватися програма при покроковому переміщенні: на координати чи на довжини хвиль. При виборі мітки "По довжині хвилі" змінюється як налаштування переміщення, так і графічне відображення діалогового вікна. Вигляд вікна при переміщенні за довжинами хвиль показано на рис. 3.41.



Рис. 3.41. Вигляд діалогового вікна напівавтоматичного керування для переміщення сканера за довжинами хвиль

Спосіб переміщення сканера у вікні завжди відображає координату та довжину хвилі, яка їй відповідає у "CLB" файлі.

Пункт "Номер порту'" з меню кнопки "Спектрометр"" дозволяє вибрати один з можливих варіантів взаємодії програми з приладом. Для пункту "А" програма передає на "LPT" порт дані, орієнтуючись на дочірні порти з іменами: 888, 889 та 890, а для пункту "В"з іменами: 632, 633 та 634.

Вибір пункту "Опис програми"" з метою "Довідка"", що показано на рис. 3.42, дозволяє викликати "Довідка"" з даними про авторів програми.

Рис. 3.42. Меню кнопки "Довідка"

Вигляд цього вікна показано на рис. 3.43.



Рис. 3.43. Вікно інформації про авторів-розробників приладу

Переважна більшість пунктів меню продубльована у панелі інструментів програми. Вигляд панелі інструментів показано на рис. 3.44. Якщо навести курсор мишки на кнопки з панелі інструментів, то біля них з'явиться підказка про те, до якого пункту меню відноситься дана кнопка.

Рис. 3.44. Панель інструментів з підказкою

У нижній частині головного вікна програми розміщена стрічка стану, її зображення показано на рис. 3.45. Основна функція цього елемента полягає у відображенні інформації про робочі параметри приладу.

Рис. 3.45. Вигляд стрічки стану

Поля з іменами: "Координата", "Інтенсивність" та "Задана координата" призначені відповідно для відображення: реальної координати сканера, інтенсивності спектральної лінії, на яку вказує сканер з урахуванням даних з "CLB" файлу, та інформації про задану координату, куди спрямовується сканер. Поля "Довжина хвилі" та "Інтен. %" призначенні для аналізу зображення графіка спектра. Якщо перемістити стрілку мишки на деякий пік і клацнути на його вершині лівою клавішою мишки, то значення довжини хвилі, якій відповідає цей пік, та його інтенсивність відповідно будуть відображатись у полях "Довжина хвилі" та "Інтен. %". У ході роботи приладу програма інформує користувача про дії, які виконуються на даний момент за допомогою повідомлень у першому полі стрічки стану. Зразок цих повідомлень показано на рис. 3.46.

Рис. 3.46. Зразок повідомлень про дії, які виконані програмою

При натисканні правої клавіші вказує на робочу ділянку, з'являється мишки, коли курсор контекстне меню, що дублює меню кнопки "Спектрометр'".

Дидактичні можливості створеного спектрального комплекту. У сучасних умовах реформування фізичної освіти в середніх та вищих навчальних закладах освітній процес з вивчення фізики організовується диференційовано й орієнтується на задоволення інтересів і побажань учнів з урахуванням останніх досягнень в галузі психологічних і педагогічних досліджень. За цих умов ознайомлення учнів і студентів з основами фізичних методів дослідження і зокрема з основами спектрального аналізу неможливе без запровадження нових сучасних технологій, широкого використання засобів їх реалізації. Значною мірою рівень опанування основами методів пізнання залежить від широти використання інформаційних, цифрових і новітніх технологій у навчальному процесі. При цьому використання ІКТ не тільки полегшує обчислення, але й відкриває широкі можливості для творчого аналізу досліджуваних проблем, одночасно оперативно підтверджуючи справедливість тієї чи іншої моделі фізичного явища чи спектральної закономірності. За цих умов комп'ютер не лише виконує роль експериментальної установки для вивчення об'єкта дослідження у вигляді імітаційних комп'ютерних моделей, а й виступає як засіб моделювання складних фізичних експериментів, виконує роль інструмента для вивчення певного фізичного явища.

Таким чином, комп'ютеризація як сучасна тенденція розвитку експериментальних методів вивчення навколишнього світу дозволяє розширити інформативні можливості навчального фізичного експерименту у відтворенні через відповідні моделі певні явища і процеси, котрі у звичайних умовах неможливо виконати. Крім того, комп'ютер дозволяє індивідуалізувати навчальний процес. Однак, робота з комп'ютером не може замінити роботу з реальними спектрами, фізичними приладами та матеріальними моделями, що є особливим у сучасному інформатизованому навчальному середовищі.

До того ж у сучасній фізичній галузі науки є ряд основних дослідів, які є досить вагомими і цінними для навчального процесу. Такі досліди є фундаментальними, вони лежать в основі фізичних теорій і мають велике пізнавальне та виховне значення, але складні у виконанні, вимагають дорогоцінного обладнання, інколи є недоступними для відтворення в умовах кабінету фізики у ЗЗСО і навіть у закладах вищої освіти. Наявність комп'ютера дозволяє знайомити кожного учня і студента із схемами основних експериментів і дослідів із спектрального аналізу, а також одержати та проаналізувати якісні і кількісні результати не лише реальних експериментів, а й віртуальних дослідів. Одночасно комп'ютерна графіка легко зображає на екрані дисплея графічні залежності і співвідношення та можливість показати ті процеси, які наочно не спостерігаються в експерименті, але їх роль є важливою для з'ясування механізму їх сутності.

У ході виконання індивідуальних дослідів, лабораторних робіт та фізичного практикуму використання комп'ютерів перетворює пізнавальний процес у самостійне дослідницьке завдання, яке учень (студент)виконує творчо, поліпшуючи і вдосконалюючи рівень умінь в експериментуванні та розвиваючи свою дослідницьку компетентність.

Підсумовуючи власний досвід та досвід вчених- дидактів і методистів, можна узагальнити. 1. Використання цифрових технологій та ІКТ реалізує індивідуальність навчання, оскільки кожен студент має різний рівень розвитку, знань, умінь, навичок і здатний до різного темпу пізнання та опанування навчальним фізичним матеріалом. Запровадження в освітньому процесі ІКТ дозволяє студентові працювати індивідуально, відповідно до своїх особистих здібностей і одержувати позитивні результати. 2. ІКТ розвивають самостійність учнів у навчанні. Працюючи з індивідуальними завданнями, вправами та навчальними проектами, студенти відповідають на кожне запитання самостійно, усвідомлюючи його зміст. За цих умов підвищується інтерес до предмета пізнання, формується віра

у здатність засвоїти самостійно відповідні питання чи предмет в цілому, активізується навчально-пізнавальна діяльність студента, розвивається дослідницька діяльність, що актуалізує творче виконання студентами фізичного практикуму. 3. ІКТ дозволяють моделювати фізичні явища і процеси. При цьому методи комп'ютерного моделювання і машинної графіки дозволяють створювати моделі як реальних, так і віртуальних образів, візуально відображаючи їх на екрані монітора. Одночасно вони дозволяють проводити достатньо серйозні дослідження і одержувати в ході таких досліджень досить переконливі та аргументовані результати.

При позитивному впливі ІКТ на освітній процес в цілому досить гостро постає проблема розробки відповідного програмно-педагогічного забезпечення, бо це: 1) відкриває можливість проектування фізичного експерименту, швидкої орієнтовної оцінки його результатів, що дозволяє виконувати проектно-конструкторські завдання з фізичним і технічним змістом; 2) в ході застосування ІКТ спостерігається своєрідний психологічний ефект - у учнів (студентів) виникає емоційний підйом, підвищується активність, швидше засвоюється фізична сутність основного змісту навчальної інформації; 3) ІКТ сприяють активізації навчально-пошукової діяльності студентів, доводячи її до рівня дослідницької, розвивають їхнє мислення; 4) у системі навчального фізичного експерименту підвищується ступінь і рівень наочності, реалізуються принципи науковості і доступності у навчанні.

Однак, комп'ютерне моделювання ми не відносимо до універсальних методів, воно не може замінити роботу з реальними фізичними приладами та матеріальними моделями, мета комп'ютерного моделювання зводиться до доповнення інформації, одержану з підручників та інших джерел; поліпшити її сприймання, активізувати навчально- пізнавальну діяльність.

За цих умов використання реального навчального фізичного експерименту і комп'ютерного (віртуального) навчального експерименту є взаємодоповнюючими способами вивчення реального оточуючого світу, його законів та закономірностей розвитку як у методичному, так і в методологічному аспекті, а в освітньому процесі вони мають запроваджуватися інтегровано.

Вирішення проблеми широкого запровадження засобів ІКТ для розвитку знань про основи експериментальних методів дослідження та основи спектрального аналізу є достатньо непростим завданням внаслідок відсутності добре розроблених програмних засобів, які відповідають ергономічним вимогам й узгоджені із наявним та створеним новим спектральним обладнанням, а також із спектральними комплектами в цілому, а наявність такого ППЗ, яке враховує специфічність спектрального аналізу, де проявляється багатофакторний вплив на одержані результати дослідницької діяльності, на сьогодні є рідкісним для освіти.

З метою візуалізації досліджуваних явищ і для одночасного підвищення активності учнів та студентів у вивченні спектрів та їхніх закономірностей нами створені і запропоновані комп'ютерні програми, які дозволяють опрацювати результати виконаних та апробованих лабораторних робіт і робіт фізичного практикуму.

3.8.1. Вивчення дифракційної гратки

3.8.2. Градуювання шкали спектрометра

3.8.3. Вивчення законів поглинання світла за допомогою спектрометра

3.8.4. Вивчення законів фотометрії

3.8.5. Визначення температури спіралі лампи розжарення та перевірка закону Віна

3.8.6. Вивчення фотоефекту

3.8.7. Дослідження спектрів випромінювання атомів гідрогену, неону, гелію та ртуті

3.8.8. Вивчення якісного спектрального аналізу

3.8.9. Вивчення емісійного кількісного спектрального аналізу

Виконання експериментальних досліджень на основі спектрального комплекту "Спектрометр 07"передбачає використання різних джерел оптичного випромінювання. Найбільш поширені з них описані у Додатку А.

Приклади оформлення окремих звітів та результатів вимірювань в ході виконання робіт фізичного практикуму представлені у Додатку Б.



Висновки

Наведені результати науково-теоретичного узагальнення методики вивчення оптичного випромінювання і спектрів у курсі загальної фізики педагогічних закладів вищої освіти та виокремлений і обґрунтований варіант її поліпшення у зв'язку із розробленням сучасного обладнання у поєднанні із засобами ІКТ у фізичному практикумі дають можливість зробити такі висновки.

1. Аналіз джерельної бази дослідження дозволив визначити як досить важливу проблему модернізації навчального обладнання з вивчення і дослідження оптичного випромінювання і спектрів у вишах та її вирішення через обґрунтування методичних засад розробки та використання сучасного обладнання у поєднанні з комп'ютерною технікою для вивчення оптичного випромінювання і спектрів. Аналіз дозволяє виокремити дидактичну складову як відповідність сучасному рівневі розвитку фізики та вимогам методики й техніки фізичного експерименту: відображати головні й найбільш загальні властивості оптичного випромінювання, зокрема інтенсивність, частоту, довжину хвилі тощо; надавати можливість викладачеві просто і чітко подавати навчальний матеріал, робити його доступним для сприймання; забезпечувати оптимальність інформаційного потоку: короткочасність проведення навчальних дослідів, емоційно впливати на сприйняття навчального матеріалу, сприяти проблемному навчанню фізики, активізуючи і збуджуючи цілеспрямовану навчально-дослідну діяльність студентів; нести виховне навантаження; технічну складову: постійна готовність до якісного та кількісного дослідження оптичного випромінювання; зручність збереження і транспортування результатів; безпечність у роботі; зручність використання під час різних форм навчання; забезпечення ефективності у навчальному процесі; комп'ютерно- орієнтовану складову: автоматизація процесу дослідження, збереження, відтворювання, копіювання, друк та аналіз експериментальних даних, що розширює функціональні можливості навчального обладнання та забезпечує дослідницьку діяльність студентів.

2. На основі виявлених засадничих положень розроблено і виготовлено та запропоновано сучасний навчальний комплект "Спектрометр 01", до якого входить: 1 - прилад "Спектрометр 01", що розкладає оптичне випромінювання на спектральні складові, здатний вимірювати інтегральні енергетичні характеристики світла, створювати власні регульовані оптичні потоки і графічно їх інтерпретувати; 2 - програмне педагогічне забезпечення "Спектрометр_01.ехе", що забезпечує керування кожною із систем окремо й керування приладом в цілому та роботу з відображення, аналізу, збереження і друку спектрограм у ході реалізації комплекту; 3 - персональний комп'ютер на базі операційної системи Windows (2000, XP, vista).

3. Запропоновано методику використання навчального комплекту "Спектрометр 01" для дослідження оптичного випромінювання і спектрів у навчальному процесі з фізики в педагогічних університетах, яка будується на основі інтеграції теоретичної та експериментальної складових фундаментальної фізичної підготовки вчителя з напряму "Фізика"; передбачає дослідницьку діяльність студентів, орієнтовану на розвиток теоретичних знань, експериментальних умінь і навичок, пошуково-орієнтаційних умінь, творчих здібностей; вимірювання довжини хвилі досліджуваної ділянки в усьому діапазоні видимого спектра, фіксування інтенсивності вибраної ділянки, яка сприймається як монохроматична; встановлення залежності їх інтенсивності і довжини хвилі при наявності (чи відсутності) еталону. Методика реалізації "Спектрометра 01" передбачає автоматичний режим роботи приладу, що забезпечується комп'ютерною технікою і системою керування приладом: керування вхідною щілиною, керування сканером поворотного дзеркала, представлення результатів вимірювання у вигляді цифрової (чи графічної) інтерпретації; використання педагогічного програмного засобу навчального призначення, що спрямоване на формування професійних і дослідницьких компетентностей у майбутніх учителів фізики.

4. З метою посилення ролі самостійної пізнавальної діяльності студентів у процесі дослідження оптичного випромінювання і спектрів розроблене уніфіковане програмне забезпечення, яке є невід'ємною складовою у будові і роботі навчального приладу. Одночасно програмне забезпечення виступає як обов'язковий компонент і методики використання комплекту в освітньому процесі з курсу загальної фізики: на лекційних заняттях передбачає можливість використання мультимедійної системи та аналізу заздалегідь підготовлених спектрограм і результатів; на лабораторних заняттях виконується якісний і кількісний аналіз спектрограм, здійснюється обробка результатів та їх аналіз; на заняттях з фізичного практикуму передбачається виконання різних видів дослідницьких завдань; для організації самостійної навчальної та наукової діяльності студента запроваджуються інтегровані та професійно спрямовані завдання та навчальні проекти і вправи.

5. На основі створеного комплекту "Спектрометр 01" та запропонованої методики його запровадження в освітньому процесі з фізики, розроблена й апробована система робіт фізичного практикуму з вивчення та дослідження оптичного випромінювання і спектрів, що спрямована на формування професійних компетентностей майбутнього вчителя фізики.

6. Дослідно-експериментальна перевірка дидактичних якостей навчального комплекту "Спектрометр 01" та запропонованої методики його запровадження і методичного забезпечення проводилися в декілька етапів (проектування, розробка, виготовлення комплекту, відпрацювання методики запровадження, їх апробація) у навчальному процесі з курсу загальної фізики у 5 закладах вищої освіти України і одержала позитивну оцінку на 6 міжнародних та 11 всеукраїнських конференціях з методики фізики.

Перспективи подальших пошуків дослідження вбачаємо у створенні у закладі вищої освіти Наукового центру на базі комплекту "Спектрометр 01" для забезпечення ефективного дистанційного виконання спектральних досліджень у фізичному практикумі з усіх навчальних дисциплін природничого циклу, що викладаються у вищому закладі для майбутніх фахівців високопрофесійного рівня, а також забезпечення вдосконалення як технологічного аспекту фізичного практикуму з основ спектроскопії, так і розширення переліку дослідницьких навчальних і наукових завдань та посилення ролі індивідуальної пізнавальної діяльності студентів з метою самоосвіти і самовиховання; формування професійних якостей фахівця з напрямку "Фізика" та його дослідницьких компетентностей [41; 42].

...