Методические аспекты применения ИКТ на уроках физики.
Условия возникновения и становления проблемы.
В соответствии с современными требованиями российского образования перед школой поставлены следующие цели:
· ориентация образования не только на усвоение обучающимися определенной суммы знаний, но и на развитие его личности, его познавательных и созидательных способностей;
· формирование школой целостной системы универсальных знаний, умений и навыков;
· формирование ключевых компетенции (самостоятельной деятельности и личной ответственности) обучающихся.
Реалии современного образования и в частности предмета физики таковы, что объём информации, который необходимо освоить учащемуся возрастает с каждым учебным годом. Причём особенности преподавания предмета таковы (несмотря на концентрический характер структуры предмета), что практически каждый урок несет в себе новый объём информации, который ученик должен освоить (т. е понять и принять). Времени же достаточного на осмысление и закрепления практически не остается. Возникает проблема информационной адаптации человека в обществе. Если ученик не имеет достаточных навыков обработки получаемой им информации, он испытывает колоссальные трудности и теряет интерес как к процессу учения и обучения, так и к самому предмету. Поэтому перед учителем в настоящее время встает проблема научить ребёнка таким технологиям познавательной деятельности, умению осваивать новые знания в любых формах и видах, чтобы он мог быстро, а главное качественно обрабатывать получаемую им информацию, применять её на практике при решении различных видов задач (и заданий), почувствовать личную ответственность и причастность к процессу учения, готовить себя к дальнейшей практической работе и продолжению образования.
Изучение данной проблемы на уроках физики:
1. Анализ анкетирования учащихся на предмет их творческого и интеллектуального потенциала;
2. Отслеживание результатов владения учащимися различными видами исследовательской деятельности при освоении знаний через анализ результатов выполнения контрольных, практических и лабораторных работ:
- умение систематизировать и обобщать полученные знания;
- умение абстрактно представлять изучаемое явление,
составлять структурно – логические схемы при выводе основных физических закономерностей;
- развитие алгоритмического мышления (например, составление
алгоритма решаемой задачи);
- поиск необходимой информации по предложенному заданию из
различных источников;
- развитие самостоятельности учащихся при проведении лабораторной работы и анализ полученных результатов;
- составление плана предлагаемой практической работы (или текста);
- описание наблюдаемого физического явления
показало, что значительная часть учащиеся профильных 10 - 11 классов (70%) владеют данными приёмами и методами работы не в полной мере, испытывают затруднения и теряют интерес к предмету, не реализуют свой творческий потенциал в полной мере.
Причин, которые ведут к потере интереса к освоению новых знаний, к овладению технологией познавательной деятельности (и как следствие потере интереса к предмету), видим несколько:
- применение традиционного обучения рассчитанного на увеличения информационного потока при ограниченном времени, не позволяющего полностью раскрыть учащимся свой творческий потенциал.
- не в полной мере применяются элементы исследования, как важнейшего компонента при обучении физике, в лабораторных и практических работах: в виду недостаточности оборудования или упрощённости самой экспериментальной модели, затрат большого количества времени учащимися на расчет искомых величин и погрешностей измерений, невозможности многократного повторения эксперимента при различных параметрах и т. д.;
- формальный подход к решению физических задач (решение их только на бумаги и невозможность проверки полученного результата на практике);
- слабая оснащенность демонстрационным оборудованием из – за недостаточного финансирования;
- невозможность показа некоторых физических экспериментов в условиях школы, в виду их дорогой стоимости или высокой опасности и т. д.;
Актуальность
На современном этапе развития школы выдвигается задача преобразования традиционной системы обучения в качественно новую систему образования – задача воспитания грамотного, продуктивно мыслящего человека, адаптированного к новым условиям жизни в обществе.
Естественной в учебно – воспитательном процессе становится установка на самостоятельное получение знания обучаемыми, на их самообразование и на самопознание.
В связи с этим в настоящее время особое внимание уделяется индивидуальному (ориентированному на личность) подходу при обучении учащихся, созданию условий, для того чтобы ребёнок овладел многообразными способами самостоятельного получения и усвоения знаний, развивал свой творческий потенциал.
Одним из важнейших направлений, решающих эту задачу является внедрение информационных средств, в процесс обучения.
Первостепенным из данных информационных средств на наш взгляд является использование компьютерных моделей на уроках физики.
Это позволяет решать ряд важных задач в процессе обучения школьников:
- последовательную реализацию деятельностного подхода к процессам
учения и обучения
- использование на уроке различных типов (и форм) познавательной деятельности учащихся в зависимости от их уровня развития;
- развитие личностных качеств ученика;
- включение в содержание образования методов научной деятельности;
- реализацию исследовательского подхода в обучении;
Ведущая педагогическая идея: Развитие навыков исследовательской деятельности, учащихся профильных классов на уроках физики программными средствами компьютера.
Выбранная нами педагогическая идея позволяет решать концептуальные задачи: развитие личности ученика, его познавательных и созидательных способностей. При этом учебный процесс при таком подходе характеризуется высокой интенсивностью, полученные знания отличаются глубиной и прочностью, что является одним из основных требований профильных классов.
Данная идея определила тему работы и её цель:
Тема: «Компьютерное моделирование как фактор развития навыков исследовательской деятельности, учащихся профильных классов на уроках физики».
Цель: Сформировать навыки исследовательской деятельности у учащихся профильных классов средствами компьютерного моделирования.
Задачи:
1. Изучить психолого - педагогическую литературу по данной проблеме;
2. Изучить потенциал учащихся: творческий и интеллектуальный потенциал; уровень владения навыками исследовательской работы; уровень их коммуникативных компетенций, навыки владения ВТ.
3. Разработать основные требования к условиям проведения, содержанию заданий исследовательского характера и критерии оценки результатов исследовательской работы учащихся с компьютерными моделями.
4. Составить тематическое планирование по 10 – 11 классам в соответствии с применяемыми программными средствами.
5. Разработать дидактические материалы: лабораторные работы к компьютерным моделям «Физика 7-11. БНП» и виртуальным лабораториям программы Физикона и новые виды экспериментальных, творческих, и исследовательских заданий, расчетных задач с последующей компьютерной проверкой, неоднозначных задач, задач с недостающими данными к компьютерным моделям
6. Отслеживать результаты того, как применение средств компьютерного моделирования влияют на развитие продуктивного мышления и овладение учащимися методами научного познания.
8. Осуществлять межпредметные связи «информатика – физика» для решения физических задач на уроках информатики средствами программирования и построения компьютерных моделей физических явлений (процессов).
Теоретическая база исследования проблемы…
Целью образования в настоящее время становится освоение самой структуры познания, овладение её методологией, основными способами и средствами познания. Главным ускорителем и средством модернизации системы образования становится информатизация образования: внедрение новых информационных средств и технологий в существующие технологии обучения. Компьютер как инструмент педагогического труда расценивается как самый мощный и объективный фактор эволюции и модернизации всех систем образования.
Использование компьютерных средств и технологий позволяет учителю реализовывать функцию проектирования индивидуального интеллектуального развития каждого конкретного ребенка, организовать обучение ребенка на том уровне интерактивности, которое ему требуется в данный момент. Таким образом, процесс внедрения компьютерных технологий и средств базируется на следующих принципах и идеях:
- принцип природосообразности обучения и воспитания;
- идею развития личности или личностной направленности воспитания и образования;
- признания ребёнка субъектом развития, обучения и воспитания;
- признания способности ребёнка к саморазвитию и его права на индивидуальную траекторию освоения образовательных областей;
- углубление индивидуального подхода;
- идею активизации и использования внутренних саморегулирующих механизмов развития личности;
- приоритет продуктивного компонента содержания образования, выражающейся в созидающей функции ученика над репродуктивным компонентом.
Внедрении информационных средств и технологий в процесс обучения на уроках физики, что позволяет обеспечивать, прежде всего, развитие личностных качеств ученика:
- развитие познавательных интересов;
- развитие абстрактно – логических представлений;
- развитие гибкости, обобщенности, системности и осознанности знаний;
- формирование алгоритмического мышления;
- развитие умений поиска необходимой информации;
- развитие самостоятельности учащихся
- овладение навыками работы с современными средствами ВТ.
Применение компьютерных программ на уроках физики, оправдано или нет? Не вытесняют ли компьютерные программы реальный эксперимент из учебного процесса? Позволяют ли они развивать творческий потенциал учащихся? Эти, и многие другие вопросы приходилось слышать неоднократно, и опасение коллег считаем напрасным, прежде всего в тех случаях, в которых компьютер дает существенное преимущество по сравнению с традиционными формами обучения. Одним из таких случаев является использование компьютерных моделей и виртуальных лабораторий.
Необходимо отметить, что под компьютерными моделями мы понимаем компьютерные программы, которые позволяют имитировать физические явления, эксперименты или идеализированные ситуации, встречающиеся в задачах.
Преимущества использования виртуальных лабораторий
в процессе обучения
Прежде всего, ответим на вопрос в чем, заключается преимущество компьютерного моделирования по сравнению с натурным экспериментом.
Компьютерное моделирование позволяет:
- наглядно иллюстрировать физические эксперименты и явления;
- воспроизводить их тонкие детали, которые могут быть незамечены наблюдателем при реальных экспериментах;
- предоставлять уникальную возможность визуализации упрощенной модели реального явления;
- поэтапно включать в рассмотрение дополнительные факторы, которые постепенно усложняют модель и приближают её к реальному физическому явлению;
- моделировать ситуации, нереализуемые экспериментально в школьном кабинете физики (например, работу ядерной установки).
Значение компьютерного моделирования в процессе обучения
Какова же значимость компьютерного моделирования в процессе обучения?
Работа учащихся с компьютерными моделями и виртуальными лабораториями чрезвычайно полезна, так как:
- они могут многократно повторять эксперимент и даже проводить небольшие исследования;
- интерактивность процесса обучения открывает перед учащимися огромные познавательные возможности, делая их не только наблюдателями, но и активными участниками проводимых экспериментов;
- процесс компьютерного моделирования для учащихся увлекателен и поучителен, так как результат моделирования в ряде случаев может быть весьма неожиданным;
- при выполнении компьютерных лабораторных работ у учащихся формируются навыки, которые пригодятся им и для реальных экспериментов – выбор условий экспериментов, установка параметров опытов и т. д.
Все это превращает выполнение многих заданий в микроисследования, стимулирует развитие продуктивного мышления учащихся, повышает их интерес к физике.
Главная особенность программ Живой физики как проектной среды – это возможность проведение самостоятельных работ по формированию и проведению ученических исследований.
Виды учебной деятельности при использовании виртуальных лабораторий
Все виды учебной деятельности учащихся с использованием лабораторий условно можно разделить на следующие категории:
1. Исследование явления на качественном уровне.
- ученик «наблюдает явление». Это означает, что он учиться выделять наиболее существенные особенности этого явления и дает (или будет готовым дать) его научное описание в устной форме, в тетради или на компьютере;
- ученик «исследует явление». Это значит, что он проводит наблюдение первого явления, меняя параметры и начальное состояние системы.
2. Исследование на количественном уровне.
- ученик «измеряет». К тому, о чем говорилось в предыдущем пункте, добавляются конкретные значения;
- ученик «устанавливает количественную зависимость». Зависимость можно представить в виде таблицы, графика или формулы.
3. Упражнения.
В этих экспериментах деятельность ученика не связана с получением новых знаний. Ученик применяет полученные знания и умения в знакомых и новых условиях. Упражнения могут быть использованы для проверки знаний или же их закрепления.
4. Тренажер.
Ученик многократно повторяет определенные действия, отрабатывая соответствующие навыки. Тренажер можно использовать для проверки знаний.
5. Построение моделей.
Ученик сам подбирает объекты, параметры системы, действующие силы и т. п. Такие задания могут использоваться при проверке знаний.
Виды заданий к компьютерным моделям
В процессе преподавания физики с использованием мультимедийных курсов можно использовать следующие виды заданий для учащихся к компьютерным моделям:
1. Ознакомительное задание.
Это задание предназначено для того, чтобы помочь учащемуся понять назначение модели и освоить её регулировки. Задание содержит инструкции по управлению моделью и контрольные вопросы.
2. Компьютерные эксперименты
После того как компьютерная модель освоена, имеет смысл предложить учащимся 1 –2 эксперимента. Такие эксперименты позволяют учащимся глубже вникнуть в смысл происходящего на экране.
3.Экспериментальные задачи.
Далее можно предложить учащимся экспериментальные задачи, то есть задачи, для решения которых необходимо продумать и поставить соответствующий компьютерный эксперимент. Как правило, учащиеся с особым энтузиазмом берутся за решение таких задач. Несмотря на кажущуюся простоту, такие задачи очень полезны, так как позволяют учащимся увидеть живую связь компьютерного эксперимента и физики изучаемых явлений.
4.Расчётные задачи с последующей компьютерной проверкой.
На данном этапе учащимся уже можно предложить 2 – 3 задачи, которые вначале необходимо решить без использования компьютера, а затем проверить полученный ответ, поставив эксперимент. При составлении таких задач необходимо учитывать как функциональные возможности, так и диапазоны изменения числовых параметров. Следует отметить, что, если эти задачи решаются в компьютерном классе, то время, отведенное на решение любой из этих задач не должно превышать 5 – 8 минут. В противном случае использование компьютера становиться малоэффективным. Задачи, требующие более длительного времени для решения, имеет смысл предложить учащимся для предварительной проработки в виде домашнего задания и \ или обсудить эти задачи на обычном уроке в кабинете физики, и только после этого использовать их в компьютерном классе.
5. Неоднозначные задачи.
В рамках этого задания учащимся предлагается решить задачи, в которых необходимо определить величины двух зависимых параметров, например, в случае бросания тела под углом к горизонту, начальную скорость и угол броска, для того чтобы тело пролетело заданное расстояние. При решении такой задачи учащийся должен самостоятельно выбрать величину одного из параметров с учётом диапазона, заданного авторами модели, а затем решить задачу, чтобы найти величину второго параметра, и только после этого поставить компьютерный эксперимент для проверки полученного ответа. Понятно, что такие задачи имеют множество решений.
6. Задачи с недостающими данными.
При решении таких задач учащийся должен разобраться, какого именно параметра не хватает при решении задачи, самостоятельно выбрать его величину, а далее действовать, как и в предыдущем задании.
7. Творческие задания.
В рамках данного задания учащемуся предлагается составить одну или несколько задач, самостоятельно решить их (в классе или дома), а затем, используя компьютерную модель, проверить правильность полученных результатов. На первых порах это могут быть задачи, составленные по типу решённых на уроке, а затем и задачи нового типа, если это позволяет модель.
8. Исследовательские задания.
Наиболее способным учащимся можно предложить исследовательское задание, то есть задание, в ходе выполнения которого им необходимо спланировать и провести ряд компьютерных экспериментов, которые позволили бы подтвердить или опровергнуть определенные закономерности. Самым сильным ученикам можно предложить самостоятельно сформулировать такие закономерности. Заметим, что в особо сложных случаях, учащимся можно помочь в составлении плана необходимых экспериментов или предложить план, заранее составленный учителем.
9. Проблемные задания.
С помощью ряда моделей можно продемонстрировать так называемые проблемные ситуации, то есть ситуации, которые приводят учащихся к кажущемуся или реальному противоречию, а затем предложить им разобраться в причинах таких ситуаций с использованием компьютерной модели.
10. Поисковые задания.
При выполнении таких заданий учащимся вначале необходимо «найти» идею, а затем проверить её экспериментально. Например, в модели «Упругие и неупругие соударения», найти способ разогнать одну из тележек до максимальной скорости, определить эту скорость.
11. Качественные задачи.
Некоторые модели вполне можно использовать и при решении качественных задач. Такие задачи или вопросы необходимо подобрать из задачников или сформулировать самостоятельно, заранее поработав с моделью.
Отметим, что задания проблемного, исследовательского и поискового характера существенно повышают заинтересованность учащихся в изучении физики и являются дополнительным мотивирующим фактором. Можно сказать, что в таких случаях использование компьютерных моделей наиболее оправдано.
Особенности использования компьютерных моделей при работе с сильными и слабоуспевающими учащимися.
Рассмотрим виды заданий к компьютерным моделям, о которых подробно говорилось на предыдущем занятии с точки зрения их использования при работе с одаренными детьми и слабоуспевающими учащимися. Например, ознакомительные задания, простые компьютерные эксперименты, экспериментальные и качественные задачи больше подойдут для слабоуспевающих учащихся. В то время как расчётные задачи с последующей компьютерной проверкой подходят и для слабых и для одаренных учащихся. В этом случае всё зависит от сложности предлагаемых задач. А вот неоднозначные задачи, задачи с недостающими данными, творческие, исследовательские и проблемные задания больше подходят для сильных учащихся. При оказании помощи со стороны учителя и слабоуспевающие ученики могут выполнить некоторые из этих заданий.
Разумно предлагать всем учащимся ряд заданий различной сложности, и они самостоятельно будут выбирать задания по силам.
Наиболее способным учащимся можно предлагать исследовательские задания, то есть задания, в ходе которых им будет необходимо спланировать и провести ряд компьютерных экспериментов, позволяющих подтвердить или опровергнуть определённые закономерности. Самым сильным ученикам можно предложить самостоятельно сформулировать такие закономерности.
Особое место занимают творческие задания на придумывание собственных задач, к ним проявляют интерес как сильные, так и слабоуспевающие ребята. Например, задания на составление и расчет электрической цепи. При выдаче этого задания учитель регламентирует только количество элементов в цепи и диапазоны их параметров, исходя из функциональных возможностей компьютерной модели.
Преимущества проверки учителем такого рода заданий заключается в том, что учитель избавлен от необходимости, проверять расчеты учащихся. Для проверки правильности их расчетов достаточно одного или нескольких компьютерных экспериментов, которые проводятся за считанные минуты.
Методика работы с компьютерными имитационными моделями.
Для успешной организации самостоятельной работы учеников с компьютерными моделями учителю необходимо определить уровень знаний учащихся не только по физике, но и уровень компьютерной грамотности. Затем в зависимости от полученных результатов учитель выбирает адекватные методы обучения и развития учащихся.
¨ Для учащихся с «высоким» уровнем знаний по физике и «высоким» уровнем компьютерной грамотности целесообразно применять исследовательский метод обучения, особенности которого заключаются в следующем:
- учитель вместе с учащимися формулирует проблему, разрешению которой посвящается соответствующий отрезок учебного времени;
- знания учащимся не сообщаются, они самостоятельно добывают их в процессе работы с компьютерной моделью;
- деятельность учителя сводиться к консультациям.
Исследовательский метод обучения предусматривает творческий уровень усвоения знаний. Учебный процесс при таком подходе характеризуется высокой интенсивностью, полученные знания отличаются глубиной и прочностью. Однако здесь требуются достаточно большие затраты времени и сил преподавателя и учащихся.
¨ Для учащихся, имеющих «средний» уровень знаний по физике и «высокую» компьютерную грамотность или «высокий» уровень знаний по физике, но «средний» уровень компьютерной грамотности, применяется частично – поисковый метод, сущность которого выражается следующими характерными признаками:
- учитель вместе с учениками формулирует проблему, выделяет этапы её решения, поясняет способы действия на каждом этапе;
- знания учащимся не сообщаются в готовом виде, их нужно добыть в ходе самостоятельной работы с моделирующими программами по выделенным этапам, опираясь на рекомендации учителя;
- деятельность учителя сводится к консультированию учеников в качестве дополнительной помощи при работе с программой предлагаются карточки – подсказки.
¨ При работе с учениками, имеющими «низкий» уровень знаний по физике или «низкий» уровень компьютерной грамотности применяется репродуктивный метод. Сущность данного метода заключается в следующем:
- знания учащимся предлагаются в доступной и конкретной форме с объяснением каждого этапа работы;
- учитель поочередно работает с каждой парой учащихся из группы, контролирует выполнение каждого этапа работы;
- учащиеся самостоятельно работают с моделирующей программой под наблюдением учителя и с опорой на его рекомендации.
Как правило, специфика работы ученика с компьютером носит индивидуальный характер. На начальных этапах обучения физике с использованием компьютера, целесообразно организовать фронтальную деятельность учащихся, так как она позволяет осуществлять поэтапное руководство работой учащихся учителем, добиваться хороших результатов при меньшей затрате времени, снимать у школьников страх перед машиной.
Групповая форма работы возможна при достаточно хороших знаниях учащимися ВТ. Когда можно дифференцировать их в микрогруппы, чтобы сильные учащиеся помогали более слабым учащимся в решении поставленных задач. При такой форме повышается самостоятельность в деятельности учеников, облегчается работа учителя: теперь он работает не со всем классом, а дает консультации группам.
Более высокий уровень овладения компьютерной техникой позволяет организовать индивидуальную деятельность учащихся, когда помощь учителя минимальна, а содержание материала позволяет работать с ним самостоятельно.
Результаты работы по данной проблеме.
I. Результаты изучения творческого и интеллектуального потенциала, а также уровней владения навыками исследовательской деятельности, навыками компьютерной грамотности представлены в приложениях.
II. На основе опыта работы «Исследовательские работы по физике» и «Условий, обеспечивающие успешное выполнение заданий учащимися при самостоятельной работе с программными материалами» нами разработаны основные условия и требования к условиям проведения, содержанию заданий исследовательского характера и оценке выполненных работ.
Условия проведения учебных лабораторных (или практических) компьютерных работ с исследовательским подходом.
1. Учителю необходимо создать соответствующую мотивацию, позволяющую учащимися осознать необходимость решения возникшей познавательной задачи;
2. Поставить четкую, понятную и посильную цель наблюдения и исследования.
3. Определить учителем формы работы школьников с компьютерной программой;
4. В результате совместного с учащимися обсуждения проблемы выяснить знания ими способов её решения посредством компьютерной модели;
5. Исследование, проводимое учащимся должно носить характер планомерности (т. е. обязательным компонентом данной работы является самостоятельное (или предлагаемое учителем в зависимости от уровня развития ученика) составление плана, выполняемой работы);
6. Исследование проводимое учащимся должно носить характер системности (т. е возможности многократного повторения наблюдения и / или измерения в течение одного урока);
7. Обработка полученных результатов классификация и анализ данных должны позволить учащемуся сделать определенные выводы в соответствии с поставленной задачей.
8. Учитель организует с помощью учащихся или осуществляет сам необходимую помощь, в соответствии с готовностью учащихся к самостоятельной работе с моделирующими программами.
Требования
к содержанию заданий исследовательского характера, проводимых на уроке.
1. Прямо связанные с учебной программой, доступные для понимания.
2. Разнообразны по содержанию и форме проведения;
3. Интересными по замыслу и содержащими элементы занимательности ;
4. Должны способствовать раскрытию физических основ наблюдаемых явлений и процессов;
5. Формировать элементарные навыки научного труда;
6. Воздействовать на чувства детей, обогащать их яркими впечатлениями.
Контроль и учет исследовательской работы учащихся.
1. Основная цель учета и оценки выполнения исследовательской работы – определение качества и глубины усвоения физического содержания исследуемой проблемы и повышение ответственности учащихся.
2. Учет работы учащихся, кроме того, должен оценивать и качество выполненного труда – простоту, оригинальность решения проблемы, продуманность и форма представления полученных результатов (таблица, график, диаграмма и т. д.);
3. Необходим и учет того, как исследовательская работа способствует развитию продуктивного мышления учащихся (осмыслению, систематизации и обобщению полученных результатов), умения учащегося аргументировать выбранный способ выполнения работы (если им самим составлялся план) и полученные результаты работы.
Критерии оценки исследовательской работы учащихся.
1. Продуманность, оригинальность и простота решения проблемы
2. Качество и глубина исследования поставленной проблемы (учет всех исследуемых параметров представленного физ. явления (процесса); классификация и анализ полученных данных и т. д.)
3. Форма представления полученных результатов ( словесное описание, таблица, диаграмма, график и т. д.)
4. Умение аргументировать выбранный способ выполнения работы или полученный результат.
5. Умение «предвидеть» выдвигать гипотезы для объяснения нового ранее не изучаемого явления.
6. Самостоятельность выполнения работы (как всей в целом, так и её отдельных этапов)
III. Составлено тематическое планирование с включением различных видов деятельности применяемых на уроках физики (демонстрация анимаций, видеофрагментов, видеофильмов, компьютерных моделей и т. п.) в соответствии с темой раздела и урока. (см приложения)
IV. Начата разработка лабораторных и практических работ по различным разделам физики для 10 – 11 классов.
Лабораторная работа
«Исследование движения тела, брошенного под углом к горизонту»
Цель работы: исследовать зависимость дальности полета тела от начальной скорости тела и угла бросания.
Оборудование : компьютерная модель «Максимальная дальность».
Ход работы.
1. Откройте в разделе «Механика» программы Физикона окно модели «Максимальная дальность» (Пуск – Программы – Программы Физикона – Готово – Лаборатории – Механика – Максимальная дальность).
2. Ознакомьтесь с работой данной модели при заданных параметрах
(V0=5 м/с, α =54 0), пронаблюдайте за траекторией движения тела. Какую форму имеет траектория?
3. Рассчитайте, какое значение угла бросания обеспечивает максимальную дальность полета при заданной начальной скорости (V0=5 м/с). (см. теоретическую справку)
4. Установите этот угол, нажмите «старт» и измерьте дальность полета.
5. Нажмите «сброс».
6. Изменяя значение угла бросания, повторите шаги 4 - 5 и проверьте, верен ли ваш расчет.
7. Установите значение начальной скорости (V0=10 м/с) и повторите шаги 3-6.
8. Установите значение начальной скорости (V0=3 м/с) и повторите шаги 3-6.
9. Сделайте выводы из проведенных исследований.
Теоретическая справка:
При описании движения систему координат выберем так, чтобы её начало совпало с точкой бросания, а оси были направлены вдоль поверхности Земли и по нормали к ней в сторону начального смещения тела
Движение тела, брошенного под углом к горизонту с определенной начальной высоты можно описать рядом уравнений:
в момент времени t, когда тело упадет на землю, его координаты равны:
x = s; y = - h. (5).
Результирующая скорость в момент падения равна:
Из уравнений (4) и (5) можно найти время полета:
(7)
Решая уравнения (2), (4) и (5) относительно начального угла бросания α, получим:
(8), поскольку угол бросания не может быть мнимым, то это выражение имеет смысл лишь при условии, что
, т. е. 
откуда следует, что максимальное перемещение тела по горизонтальному направлению равно 
(9). Подставляя выражение для s = s max в формулу (8), получим для угла α, при котором дальность полета наибольшая следующее выражение:
(10)
Практическая работа
«Исследование магнитного поля кругового витка с током»
11 класс
Цель работы: исследовать магнитное поле кругового витка с током в зависимости от силы тока в проводнике и от расстояния до проводника.
Оборудование: компьютерная модель «Магнитное поле кругового витка с током»
Ход работы.
1. Откройте в разделе «Электродинамика» программы Физикона окно модели «Магнитное поле кругового витка с током» (Пуск – Программы – Программы Физикона – Готово – Лаборатории – Электродинамика – Магнитное поле кругового витка с током).
2. Изучите изображение магнитного поля кругового витка с током при заданных параметрах I=5A и х=5 см.
3. Перечертите изображение данного поля в тетрадь и объясните почему вектор В направлен в указанную на чертеже сторону (вправо).
4. Установите переключатель в положение пункта «Железные опилки» и пронаблюдайте качественную структуру магнитного поля.
5. Измените параметры тока I=10A (I=5A) оставив параметр х без изменения. Как изменилось магнитное поле при заданных значениях тока? Изобразите магнитные поля при заданных значениях тока. Чему равно значение В при заданных значениях тока?
6. Пронаблюдайте за изменениями длины вектора В и его значения по мере приближения или удаления от проводника с током ( т. е. в зависимости от координаты х).
7. Сделайте выводы.
Лабораторная работа
«Изучение явления электромагнитной индукции»
11 класс
Цель работы: качественно проверить зависимость ЭДС индукции от скорости движения проводника, от модуля магнитной индукции, площади и угла наклона рамки.
Оборудование: миллиамперметр; катушка – моток; магниты; провод соединительный; компьютерная модель «Явление электромагнитной индукции».
Ход работы.
1. Подключить катушку – моток к зажимам миллиамперметра;
2. Надевайте и снимайте катушку на один из полюсов магнита, изменяя скорость движения и полюса магнита, при этом отмечайте для каждого случая максимальную силу индукционного тока. Сделайте вывод о зависимости ЭДС от скорости движения проводника.
3. Запустите программу «Физика 7-11 кл. БНП». Опишите установку, используемую в компьютерной модели (состав используемых устройств в компьютерном эксперименте)
4. Исследуя работу компьютерной модели «Явление электромагнитной индукции» установите способы изменения магнитного потока.
5. Изменяя модуль магнитной индукции от 0 до 5 Тл, определите, как изменяется ЭДС индукции.
6. Изменяя площадь рамки от 3 до 5 ед. и наклон рамки (от 0 до 45 0 и от 0 до -450) установите зависимость ЭДС от данных параметров. Сделайте вывод.
7. Смените направление тока в обмотках и выполните пункты 5 и 6.
8. Сделайте вывод.
Практическая работа «Генератор переменного тока» виртуальной лаборатории программы «Физикон».
Цель работы: исследовать зависимость магнитного потока Ф и ЭДС индукции, вращающейся рамки в магнитном поле (простейшего генератора)от индукции магнитного поля, частоты вращения и её площади.
Ход работы.
1. Запустите программу «Физикон» виртуальную лабораторию раздела электродинамики, компьютерную модель «Генератор переменного тока».
2. Нажмите кнопку «Старт» и пронаблюдайте работу модели при заданных параметрах (В=0,1 Тл, f= 10 Гц).
3. Нажимая кнопку «Стоп» в моменты когда магнитный поток равен нулю, Ф = 1 *10 -3 Вб, Ф = -1*10-3 Вб проследите изменение положения рамки к направлению вектора магнитной индукции В,
4. Обратите внимание, что изменение ЭДС индукции отстает от изменения магнитного потока по фазе на угол π / 2. Перечертите график зависимости магнитного потока Ф от времени и ЭДС от времени.
5. Измените значение магнитной индукции В= 0,2 Тл и установите как при этом изменились амплитуда магнитного потока и ЭДС. Перечертите график зависимости магнитного потока Ф от времени и ЭДС от времени.
6. Установите значение магнитной индукции В =- 0,2 Тл., установите как при этом изменились графики зависимости магнитного потока Ф и ЭДС от времени. Перечертите график зависимости магнитного потока Ф от времени и ЭДС от времени.
7. Изменяя значение частоты обращения рамки от f =20 Гц до f =2 Гц, установите, как изменялись амплитуды магнитного потока и ЭДС и начертите данные графики.
8. Изменяя площадь рамки от S = 0,5 *10 -2 м 2 до S = 1,2*10-2 м 2 , установите, как изменялись амплитуды магнитного потока и ЭДС и начертите данные графики
9. Сделайте вывод.
Использование исследований учащихся для выполнения дополнительных творческих заданий:
- составление и решение как графических, так и количественных задач на материале своих исследований;
- подбор, составление и решение задач на материале окружающей природы, современной техники;
- подготовка докладов и сообщений о развитии современной науки и техники и т. д.
Межпредметные связи как основа комплексных исследований учащихся.
Полученные на уроках навыки исследовательской работы, а также результаты работы на уроках физики используются учащимися на уроках информатики и факультативных занятиях информатики: создание программ решения задач на языке Турбо Паскаль, построение моделей физических процессов (явлений) при использовании ООП в среде Delphi и в приложении Microsoft Excel. Позволяют учащимся в дальнейшем участвовать в комплексных исследовательских работах в школьных и районных научно- исследовательских конференциях.
Анализ навыков исследовательской познавательной деятельности, 10 а класс | |||
№ п/п | элементы исследовательской познавательной деятельности | время | |
начало года | конец первого полугодия | ||
1 | систематизировать и обобщать полученные знания | 31,20% | 36,20% |
2 | абстрактно представлять изучаемое явление | 20,00% | 38,20% |
3 | составлять структурно - логические схемы при выводе основных закономерностей | 9,20% | 13,50% |
4 | составление алгоритма решаемой задачи | 29,30% | 34,60% |
5 | составление плана предлагаемой практической работы (или сложного плана текста) | 11,50% | 13,50% |
6 | классификация и анализ полученных данных при проведении лабораторных (практических) работ | 34,80% | 45% |
7 | поиск информации по предложенному заданию из различных источников | 30,30% | 35% |
8 | описание наблюдаемого физического явления | 38,90% | 53,60% |
Анализ навыков исследовательской познавательной деятельности, 11а класс | |||
№ п/п | элементы исследовательской познавательной деятельности | время | |
начало года | конец первого полугодия | ||
1 | систематизировать и обобщать полученные знания | 25,50% | 35,00% |
2 | абстрактно представлять изучаемое явление | 47,40% | 54,10% |
3 | составлять структурно - логические схемы при выводе основных закономерностей | 23,10% | 30,00% |
4 | составление алгоритма решаемой задачи | 42,60% | 43,70% |
5 | составление плана предлагаемой практической работы (или сложного плана текста) | 23,10% | 33,40% |
6 | классификация и анализ полученных данных при проведении лабораторных (практических) работ | 45,00% | 53% |
7 | поиск информации по предложенному заданию из различных источников | 38,20% | 63,5% |
8 | описание наблюдаемого физического явления | 54,00% | 78,90% |
Литература.
1. «Особенности использования компьютерных моделей при работе с сильными и слабоуспевающими учащимися»
2. , «Новые информационные технологии в процессе преподавания физики»
3. «Методика проведения компьютерной лабораторной работы»
4. «Виды заданий к компьютерным моделям»
5. «Методика работы с лабораториями Института новых технологий»
6. «Исследовательские работы по физике в 7 – 8 классах» (из опыта работы) М., Просвещение 1990 г.
