Статья «Использование информационных технологий при решении графических задач по физике. »

Использование информационных технологий при решении графических задач по физике.

Худяков А.Б., Еделев А.Ю.

Графические задачи - задачи, в процессе решения которых ис­пользуют графики. По роли графиков в решении задач их можно под­разделить на два вида: 1) задачи, ответ на вопрос которых может быть найден в результате построения графика; 2) задачи, ответ на вопрос ко­торых может быть найден с помощью анализа графика. В таблице 1 приведена классификация графических задач по данным основаниям.

Таблица 1

Классификация графических задач

Конечно, многообразие графических задач не исчерпывается при­веденными в таблице видами. Можно привести и другие виды задач:

• исследование углов наклона графиков. Например, tgα в вольт- амперной характеристике численно равен проводимости, ctgα - электрическому сопротивлению;

• определение значения физической величины по площади огра­ниченной графиками. Например, площадь, ограниченная гра­фиком I(t) численно равна заряду, прошедшему по цепи;

• вычисление по графику или семейству графиков третьей вели­чины. Например, для семейства графиков зависимости кинети- ческой энергии фотоэлектронов от частоты падающего излуче­ния определить максимальную скорость фотоэлектронов для разных металлов.

Графические задачи позволяют наиболее наглядно и доходчиво выражать функциональные зависимости между величинами, характери­зующими процессы, протекающие в природе и технике. Иногда только с помощью графиков могут быть представлены процессы, которые лишь на более поздних стадиях обучения физике можно выразить аналитически (например, работа переменной силы). Графический метод использу­ется в обучении физике не только для решения задач, но и для форми­рования и анализа изучаемых физических понятий (путем раскрытия их связи с другими понятиями), обобщения, систематизации знаний и т. д. При этом у обучающихся развиваются важные операции мышления (анализ, синтез, обобщение и т.д.), и качества (сообразительность, внимание и т. д.), что, безусловно, способствует пониманию изучаемого материала и является его неотъемлемой составляющей.

В старшей школе ученики часто сталкиваются с трудностями при построении графиков и анализе различных функциональных зависимостей. Использование программы Excel может сделать этот процесс более интересным и эффективным, попутно способствуя расширению знаний и в информатике. Ее можно использовать при объяснении нового материала, для демонстрации графических зависимостей, а также для сравнения результатов анализа и построения некоторых графиков при обычном подходе и с использованием современных, компьютерных методов.

Графические задачи занимают особое место в школьном курсе физики. К началу изучения предмета учащиеся уже имеют некоторые понятия о графиках, почерпнутые из математики, но переносят знания в область физики с трудом. Одна из причин такого положения связана с возрастными особенностями развития школьников. В этом возрасте у них еще преобладает наглядно - образное мышление. Даже сама операция замены математических переменных на физические величины идет непросто. К выходу из школы учащиеся должны уметь представлять информацию в графическом виде и «читать графики». И опять же, свертывание информации идет легче, чем обратный процесс по разворачиванию информации - «прочитать график» оказывается сложнее, чем построить графическую зависимость. Собственно, если вдуматься в этот эффект, то станет понятно, что данная ситуация естественна. Когда сворачиваем информацию, мы ее перекодируем или преобразуем сами, выделяем существенное, что-то теряя, но имея в сознании первоисточник полной информации. Когда разворачиваем информацию, то выполняем операцию достройки. Причем, мы можем достроить даже то, что не имел в виду первоисточник. Как это бывает с литературными произведениями, когда читатель прочитывает более того, что хотел выразить писатель. Поэтому такое большое внимание уделяется именно «чтению графиков», то есть умению брать максимально большой объем информации, анализируя графическую зависимость. Учащиеся научаются, кроме элементарных операций по считыванию данных:

• объяснять физический смысл зависимости, особых точек графика;

• проводить операцию сравнения зависимостей, объяснять физический смысл их отличия и сходства;

• давать математическую интерпретацию зависимости, делать расчет постоянных коэффициентов по графику;

• выяснять физический смысл площади под графиком.

В качестве примера рассмотрим графическую интерпретацию затухающих колебаний, заданных уравнением

X=X_me^-λtCOS(ωt+φ₀), где

X - смещение точки от положения равновесия,

X_m - амплитуда колебаний,

λ - коэффициент затухания,

ω - циклическая частота,

φ₀ - начальная фаза.

На первом этапе учащиеся строят график Рис.1, используя программу Excel, которая дает возможность изменять параметры, перестраивая при этом функциональную зависимость.

Рис.1

Далее учащиеся изменяют параметры колебательной системы, например частоту Рис.2, коэффициент затухания Рис.3, сравнивают, анализируют полученные результаты, делают выводы.

Рис.2

Рис.3

Использование информационных технологий на уроках физики позволяет проводить вычислительные эксперименты, применять информационные технологии для обработки результатов опыта, построения таблиц, диаграмм, графиков. Огромным потенциалом при обучении физики являются и имитационные технологии. Компьютеры позволяют имитировать деятельность реально существующей техники с возможностью подключения к компьютеру других технических средств, приборов для произведения замеров, снятия показания. Компьютерные программы так же позволяют педагогу проводить как текущий, так и итоговый контроль знаний и умений по отдельным разделам предмета физика. Некоторые программы позволяют оперативно анализировать и оценивать работу учащихся, а также распечатывать результаты их деятельности.

С помощью информационных технологий на уроках физики целесообразно организовывать учебно-исследовательские проекты. Метод проектов может иметь место при изучении свойств объектов, определении взаимосвязей между объектами, установлении причинно - следственных связей между событиями и явлениями, отработке навыков решения различных физических задач. Существенным в проектной деятельности является применение для исследования методов научного познания.

Таким образом, широкое внедрение разнообразных информационных технологий в учебный процесс позволит при сохранении достоинств традиционного российского образования, дающего обширные и глубокие знания, развить в учениках способности к более эффективному использованию полученного багажа знаний, креативному мышлению, воспитать в них чувство ответственности за результаты самостоятельной учебной деятельности .

6