3.1. Вимоги до лазерів, які використовуються у навчальному процесі

Як і будь-який інший навчальний прилад лазер, рекомендований для використання його у шкільному курсі фізики, повинен відповідати всім ергономічним, педагогічним і дидактичним вимогам, які ставляться до шкільного обладнання.

Перш за все, він повинен забезпечувати безпеку при роботі з ним як вчителю, так і учням всього класу. Як відомо, найуразливішим для людини при дії лазерного випромінювання є око.

На підставі ряду досліджень вітчизняних і зарубіжних науковців і фахівців у галузі квантової електроніки можна привести наступні дані. При освітленні пучком гелій-неонового лазера безперервної дії ураження очей у вигляді опіків на сітчатці ока людини від пучка ОКГ не виявляються після експозиції тривалістю в 1 годину, якщо потужність лазерного випромінювання складає 2÷5 мВт, але вже при потужності 25 мВт опіки розвиваються при експозиції в декілька секунд. Дослідження показують, що порогові рівні руйнування роговиці ока при опромінюванні його звичайним світлом від природних теплових джерел світла і у разі лазерного випромінювання безперервної дії характеризуються малими величинами, а вірогідність ураження ока при потужності лазера 10 мВт складає 10^-4 %.

Отже, як навчальний прилад цілком виправданим, доступним, безпечним і найраціональнішим є лазер безперервної дії потужністю, яка не більша 5 мВт.

Одним з недоліків усіх навчальних лазерів як вітчизняних (ЛГ-209, ЛДІ-67, ЛГ-55, ЛГ-56), так і зарубіжних (ЛГ-200, який Польща демонструвала в Москві на виставці „Шкільне устаткування - 73", французькі, німецькі та ін.) є складність налагодження дзеркал резонатора. Шкільний навчальний лазер повинен налаштовуватися швидко без спеціальних приладів і навіть безпосередньо в ході уроку, що, на жаль, не реалізовано у навчальній моделі.

Загальні педагогічні вимоги до шкільного навчального лазера повинні полягати в наступному:

1. ОКГ для навчальних цілей повинен бути єдиної, одноблокової конструкції, зручним для зберігання і транспортування, розмірами порядка 500 х 300 х 150 мм, вагою - близько 5 кг.

2. Його максимальна вихідна потужність повинна бути не більшою 4 -5 мВт і змінюватися не менше ніж в 3 рази у бік зменшення потужності.

3. Кришка непрозора, відкидна, знімна; конструкція випромінювальної головки наочна з елементами демонстраційності.

4. Юстування дзеркал резонатора безпечне, зручне, швидке і без застосування додаткових інструментів.

5. Навчальний лазер повинен повністю відповідати вимогам техніки безпеки: блок живлення закритим, струмопровідні ділянки повинні мати високу надійну і міцну ізоляцію, потужність випромінювання < 5 мВт, наявність заземлення корпусу, тумблер повинен відключати одночасно обидва мережеві дроти, наявність запобіжників і спеціальної сигнальної лампочки та інші засоби комунікації.

6. На виході лазера повинен бути пристрій для надійного кріплення вузлів і деталей в ході демонстрацій та виконання різних видів навчальних дослідів.

7. Навчальний варіант ОКГ повинен бути укомплектований набором необхідного обладнання, що доповнює типове устаткування шкільного фізичного кабінету.

8. Навчальна модель лазера повинна відповідати вимогам естетики, а за вартістю – доступною для масової школи.

КОМПЛЕКТ навчального ЛАЗЕРА. У даний час з усіх лазерів, що випускаються промисловістю, найзручнішим для шкільних цілей і найбільшою мірою відповідає вимогам до навчального лазера, є лазер ЛГ −209. Проте і він не повністю задовольняє вимогам школи і легкого та простого експлуатування у шкільному кабінеті фізики.

До навчального лазера повинні додаватися набори приладдя і деталей для постановки різних дослідів з курсу фізики середньої школи. Зокрема, в комплект навчального лазера повинні входити такі набори:

1. Набір з фізичної оптики, до складу якого входять рейтери для установки лазера та його кріплення на оптичній лаві; двох короткофокусних лінз (F₁=17мм, F₂=4мм); голограми і скляної пластинки в окремих утримувачах; світловоди; дзеркала; модулятор світла; фотоприймач; попередній підсилювач низької частоти на транзисторах; інтерферометр Майкельсона (його можна рекомендувати для факультативних занять і класів з поглибленим вивченням фізики, а також для позакласних заходів); кронштейн з маятником для демонстрації ефекту Допплера; фотоелемент для реєстрації ефекту Допплера (його легко одержати з низькочастотного транзистора МП-41); скляної трубки на підставці; приставка-деполяризатор.

2) Набір з геометричної оптики, який включає ділильну головку, панель для дослідів з геометричної оптики, набір дзеркал, лінз і призм, дисковий екран, кювету, стрілки змінної довжини тощо.

Навчальний лазер, що випускається зараз промисловістю, має наступний комплект приладів і деталей для постановки шкільних фізичних дослідів.

Досвід роботи показує, що застосування лазера для вдосконалення і підвищення ефективності шкільного навчального експерименту є найефективнішим з розділу «Світлові явища» у 7 класі та з оптики в 11 класі, зокрема, з геометричної і хвильової оптики, а також з теми „Випромінювання і спектри", що складають зміст курсу у випускному класі за програмами профільного навчання.