Компьютерный эксперимент в школе

Преподавание физики, как школьного предмета, подразумевает постоянное сопровождение курса демонстрационным экспериментом. Но в современной школе проведение фронтального эксперимента по физике часто затруднено недостатком учебного времени, отсутствием современного материально-технического оснащения. Постановка реальных экспериментов, в особенности фронтальных работ, требуют большого времени на развертывание оборудования, имеет малую эффективность в выявлении физических закономерностей из-за значительного влияния второстепенных факторов и погрешностей измерений.

Дополнить "экспериментальную" часть курса физики и значительно повысить эффективность уроков способен компьютерный эксперимент.

В настоящее время существует большое количество программ для физического эксперимента, но только небольшая часть из них адаптирована к школьному курсу физики "Физикон", "Физика в картинках"... Тем не менее, даже существующие программы способны дать в руки преподавателей неплохой инструментарий для проведения уроков с использованием интерактивных моделей.

Основная цель компьютерного эксперимента состоит в том, чтобы способствовать более глубокому изучению физики, формировать у учеников практические навыки работы с имитационным экспериментом, измерения физических величин и вычисления по ним других параметров физической системы.

Задачами же являются развитие творческих способностей школьников, умение анализировать, моделировать, прогнозировать, творчески мыслить. Повышать интерес к изучению физики. Совершенствовать практические навыки учеников в работе на ПК. Сформировать умение учащихся получать знания самостоятельно, работая с обучающими программами на компьютере.

Осуществлять дифференцированный подход к учащимся при обучении физике, используя компьютер.

Целью моей работы является разработка методических аспектов преподавания физики с использованием компьютерного эксперимента и апробации их на практике в школе.

Передо мной стоят такие задачи:

• Выяснить современное состояние вопроса физического компьютерного эксперимента в школе, проведя литературный обзор.

• Выбрать из существующих программ ту, которая более полно соответствует школьному курсу физики.

• Разработать методическую часть применимо к данной программе.

• Апробировать на практике разработанную методику, проведя урок.

• Проанализировать полученные результаты.

В настоящее время происходит изменение роли компьютера в обучении: из средства, используемого лишь на уроках информатик для изучения программирования, компьютер превращается в активного помощника учителя-предметника. К настоящему моменту уже выпущено более десятка лазерных дисков, предназначенных для изучения физики. Среди этих дисков, безусловно, выделяется мультимедийный учебный компьютерный курс: в двух частях "Открытая физика2.6", в котором представлены все разделы, предусмотренные программой общеобразовательной школы.

Автор содержания курса «Открытая Физика » - Станислав Миронович Козел, профессор МФТИ, руководитель сборной команды России на международных олимпиадах школьников по физике, Заслуженный деятель науки РФ.

Разделы "Открытая физика "

• Механика

• Термодинамика

• Механические колебания и волны

• Электричество и магнетизм

• Оптика

• Квантовая физика

Автор, на протяжении 6 лет выпустил несколько версий данного программного продукта, от "Открытая Физика 1.1." до "Открытая Физика 2.6." , в каждой новой версии есть дополнения и увеличилось число лабораторных и практических работ, даны конкретные методические разработки отдельных тем и уроков с применением этих программ. Назначение предлагаемых материалов заключается в том, чтобы в какой-то, пусть и самой скромной мере, восполнить указанные пробелы и помочь учителю физики владеть приемами использования информационных технологий в своей профессиональной деятельности.

Компьютерные модели курса "Открытая физика 2.6" удобно использовать в демонстрационном варианте при объяснении нового материала или при решении задач. Согласитесь, что гораздо проще и нагляднее показать, как тело движется при наличии положительной начальной скорости и отрицательного ускорения, используя модель "Движение с постоянным ускорением", чем объяснять это при помощи доски и мела. Ведь на экране компьютера кроме движущегося спортсмена, который в соответствии с заданными начальными условиями тормозит, разворачивается, а затем набирает скорость в противоположном направлении, еще и, соответственно, изменяется длина и направление вектора его скорости, а также в динамическом режиме на экран выводятся графики координаты. Пути и проекции скорости. Какими еще средствами можно обеспечить описанную выше демонстрацию?

Что же делать, чтобы урок в компьютерном классе был не только интересен по форме, но и дал максимальный эффект?

Учителю необходимо заранее подготовить план работы с выбранной для изучения компьютерной моделью, сформулировать вопросы и задачи, согласованные с функциональными возможностями модели, а так же желательно предупредить учащихся, что им в конце урока будет необходимо ответить на вопросы (вопросы так же необходимо подготовить заранее) или написать небольшой отчет о проделанной работе. Идеальным является вариант, при котором учитель в начале урока раздает учащимся индивидуальные задания и контрольные вопросы в распечатанном виде.

Какие же виды заданий и учебной деятельности можно предложить учащимся при работе с компьютерными моделями и как организовать эту деятельность?

В процессе преподавания с использованием компьютерного курса "Открытая физика 2.6" были разработаны следующие виды заданий для учащихся:

1. Ознакомительное задание

2. Компьютерные эксперименты

3. Экспериментальные задачи

4. Расчетные задачи с последующей компьютерной проверкой

5. Неоднозначные задачи

6. Задачи с недостающими данными

7. Творческое задание

8. Исследовательское задание

9. Проблемное задание

10. Качественные вопросы

Пример технологической карты к уроку-исследованию «Механические волны»

Компьютерная модель «Продольные и поперечные волны»

Ознакомительное задание

Откройте в разделе «Механические волны» окно модели «Продольные и поперечные волны».

Модель представляет собой демонстрационный компьютерный эксперимент по наблюдению продольных и поперечных волн. Продольные волны наблюдаются в твердом стержне и в газе, поперечные - в резиновом жгуте. В каждом из этих случаев имеется возможность изменять параметры эксперимента (модуль Юнга E и плотность ρ твердого стержня, плотность ρ и модуль B(Коэффициент пропорциональности B в этой формуле называется модулем всестороннего сжатия.) всестороннего сжатия газа, натяжение T и погонную массу μ резинового жгута) и наблюдать влияние этих параметров на скорость распространения волн.

Установите режим: поперечные волны, в жгуте.

Нажмите кнопку «Старт», понаблюдайте за происходящим на экране.

Прервите распространение волны нажатием кнопки «Сброс». Обратите внимание на то, что на экране компьютера отображаются значения длины волны и скорости распространения волны.

Ответьте на вопросы:

1. В каких направлениях совершаются колебания в продольной волне?

2. Какой стрелкой на рисунке правильно отмечена длина волны?

3. В каких средах могут распространяться упругие продольные волны?

Пример технологической карты к уроку - лабораторная работа по теме: "Колебательные движения"

Лабораторная работа: «Определение периода колебаний маятника»

Цель:

1. Формирование у учащихся умений работать с информацией, развитие коммуникативных способностей.

2. Создание мотивации к учебному материалу.

3. Формирование исследовательских умений, умений принимать оптимальные решения.

4. Раскрыть способность понимать влияние условий на характер протекания физических процессов

Ответить на вопросы к лабораторной работе

Вопросы: используется диск открытая физика. Полный интерактивный курс физики. Часть 1. Лабораторная работа.

Разработка заданий проблемного и исследовательского характера

Некоторые модели компьютерного курса "Открытая физика" позволяют предложить учащимся наиболее интересные задания - это задания проблемного и исследовательского характера. В разделе механика к таким моделям можно отнести компьютерные модели "Свободное падение тел" и "Упругие и неупругие соударения".

Одним из приоритетных направлений информатизации общества является процесс информатизации образования, предполагающий использование новых информационных технологий для интенсификации всех уровней учебно-воспитательного процесса, повышения его эффективности и качества.

Результаты использования компьютерного курса в школьной практике

Объект исследования: процесс обучения физике 10 класса подростков МКОУ СОШ №2 г. Барабинска на базе использования мультимедийного курса «Открытая физика 2.6.».

Предмет исследования: виртуальная лаборатория «Открытая физика 2.6.» как средство обучения физике 10 класса подростков МКОУ СОШ №2.

Темы лабораторных работ компьютерного практикума, цели и этапы деятельности преподавателя и учащихся¹.

Электрическое поле точечных зарядов

Взаимодействие электрических зарядов

Поле плоского конденсатора

Цепи постоянного тока

Последовательное соединение проводников

Магнитное ноле прямого тока

Магнитное поле кругового витка с током и соленоида.

Темы фронтальных лабораторных работ в курсе «Электричество и магнетизм»:

традиционный практикум [27]

компьютерный практикум на базе «Открытой физики»

1. Исследование смешанного соединения проводников.

1. Электрическое поле точечных зарядов.

2. Изучение закона Ома для полной цепи.

2. Взаимодействие электрических зарядов.

3. Изучение явления электромагнитной индукции.

3. Поле плоского конденсатора.

4. Цепи постоянного тока.

5. Последовательное соединение проводников.

6. Магнитное поле прямого тока.

7. Магнитное поле кругового витка с током и соленоида.

По результатам проведенного исследования можно сделать следующие выводы:

• использование средств мультимедиа в учебном процессе позволяет визуализировать многие сложные физические явления, что в свою очередь, содействует более прочному и качественному усвоению знаний, повышает эффективность урока, в учебный процесс вовлекается большее количество школьников;

• применение информационных технологий в процесс обучения школьников способствует усилению фундаментальной составляющей подготовки: учащиеся проявляют глубокое понимание физических процессов, большой интерес и внимание к изучаемой теме;

• информатизация учебного процесса способствует формированию целостного представления об окружающей действительности и соотнесенной с ней системой научных знаний, а также формированию информационной компетенции: умения самостоятельно искать, отбирать нужную информацию, анализировать, организовывать, представлять и передавать ее; моделировать и проектировать объекты и процессы.

Заключение

Экспериментальная апробация методики использования мультимедийного курса «Открытая физика» позволяет говорить о том, что система обучения на основе применения компьютерных технологий весьма эффективна, удобна для использования в преподавании физики и дает возможность повысить уровень усвоения учебного материала учащимися.

1