Августовский педсовет. Преподавание физики в уч. году. Методическое пособие (стр. 10 )

Приведем примеры задач предложенных на втором Турнире юных физиков – лига юниоров.

Задания ЮТЮФ-2

1.  Взвешивание.

Вы взвесили некоторое тело пружинным динамометром и получили значение 1,00 Н. Теперь Вы поднялись на гору на высоту 1 км и взвесили то же тело тем же динамометром. Какой результат Вы получили на этот раз? Конечно, произвести такой эксперимент не всем доступно – ведь не у каждого есть свой Машук! Но в том-то и сила науки, что, зная законы и понимая сущность явления, результат можно просто вычислить, не производя реального эксперимента! Какого же результата следует ожидать?

2.  Свеча в зеркале.

Поднесите зажженную свечу к зеркалу и дуньте на отражение пламени свечи в зеркале. Что произойдет с настоящим пламенем? Подберите условия, при которых наиболее эффектно и наглядно демонстрируется явление. Объясните явление. Изготовьте видеоклип.

3.  Падающая свеча.

Наблюдайте и опишите поведение пламени свободно падающей свечи в процессе движения и при резком торможении. Объясните наблюдаемые явления. Изготовьте видеоклип.

4.  Подлодка. Известно, что подводная лодка, опустившись на морское дно и пробыв в таком положении достаточно долго, может испытать серьезные трудности с подъемом – просто не всплыть. Промоделируйте и исследуйте это явление. Рассмотрите случай жидкого дна.

5.  Гулливер и лилипуты.

Дж. Свифт наглядно и красочно описал приключения Гулливера в стране лилипутов. Лилипуты Свифта – это в точности такие же люди, как и мы, но только в 12 раз меньше нас по размерам. В одном из эпизодов лилипуты осыпали Гулливера тучей стрел, которые жалили его как тысячи пчел … Нужно сказать, что Свифт был публицистом и совсем не принимал в расчет физических законов. Вы же, будучи юными физиками, должны доказать, что стрелы лилипутов не могли причинить Гулливеру никакого вреда. Заодно выясните, исходя из законов физики, какие явления, с такой легкостью описанные Свифтом, не могли бы происходить в стране лилипутов.

6.  Горы на Земле.

Утверждается, что чем ближе к экватору, тем выше горные вершины. Исследуйте распределение максимальной высоты гор по географической широте. Объясните этот факт.

7.  СВЧ (лед и вода).

В СВЧ-печи можно вскипятить воду в ледяном стакане. Проделайте такой эксперимент и объясните его.

Все вопросы касающиеся Турнира вы можете задать на сайте http://www. *****, там же планируется разместить некоторые решения задач которые были выполнены командами лицея № 000 и школы № 000.

Приложение 1.

1. Взвешивание.

Вы взвесили некоторое тело пружинным динамометром и получили значение 1,00 Н. Теперь Вы поднялись на гору на высоту 1 км и взвесили то же тело тем же динамометром. Какой результат Вы получили на этот раз? Конечно, произвести такой эксперимент не всем доступно – ведь не у каждого есть свой Машук! Но в том-то и сила науки, что, зная законы и понимая сущность явления, результат можно просто вычислить, не производя реального эксперимента! Какого же результата следует ожидать?

Решение:
Разберемся, сначала, что же показывает пружинный динамометр, если к нему подвешен груз?

На левом рисунке показано, что на груз действуют три силы: mg – сила тяжести, Fупр – сила упругости пружины, это именно то, что показывает динамометр и FА – выталкивающая сила Архимеда. Справедливо уравнение: Fупр = mg – FА. Значит, показание динамометра всегда меньше, чем значение силы тяжести. Сила тяжести убывает с высотой, так как с увеличением расстояния между телами сила их взаимного притяжения убывает. Сила Архимеда тоже убывает с высотой, так как с высотой убывает плотность вытесненного телом воздуха. Следовательно, теоретически возможно как увеличение, так и уменьшение показания динамометра с увеличением высоты, на которой производится взвешивание. Это условно показано на правом рисунке. Выведем условие, при котором показание динамометра на высоте h больше, чем на поверхности земли. Пусть r и V – плотность и объем взвешиваемого тела. Тогда m = r×V. Пусть далее F0, g0, r0 – показание динамометра, ускорение свободного падения и плотность воздуха на нулевой высоте и F1, g1, r1 – на высоте 1 км. Пусть F0 < F1. Тогда: r×V×g0 – r0×V×g0 < r×V×g1 – r1×V×g1 и значит

r < (r0×g0 – r1×g1)/(g0 – g1) (1)

Подставив в полученное выражение значения ускорения свободного падения и плотности воздуха у поверхности земли и на высоте 1 км, мы определим, при какой плотности взвешиваемого тела показание динамометра на высоте окажется больше, чем у поверхности земли.
Эти данные мы можем найти в интернете, например, сделав запрос в Яндексе: «ускорение свободного падения на высоте» и «плотность воздуха на высоте».

Высота км	Плотность воздуха кг/м3	Ускорение свободного падения м/с2
0	1,290	9,8066
1	1,137	9,8036

Подставим эти значения в (1).

r < (1,290×9,8066 – 1,137×9,8036)/(9,8066 – 9,8036) = 500 (кг/м3)

Таким образом, если плотность взвешиваемого тела в 2 раза меньше плотности воды, то с увеличением высоты показания динамометра будут увеличиваться. В противном случае – уменьшаться.
Ниже представлена таблица, в которой даны значения показаний динамометра на высоте 1 км для тел различной плотности.

Плотность взвешиваемого тела (кг/м3)	Показание динамометра у поверхности земли (Н)	Показание динамометра на высоте 1 км (Н)
250	1,00000	1,000309
1000	1,00000	0,999847
7800	1,00000	0,999867

2. Свеча в зеркале.

Поднесите зажженную свечу к зеркалу и дуньте на отражение пламени свечи в зеркале. Что произойдет с настоящим пламенем? Подберите условия, при которых наиболее эффектно и наглядно демонстрируется явление. Объясните явление. Изготовьте видеоклип.

Решение:

Если бы воздушная струя была подобна упругому мячику, или световому лучу, то, отразившись от поверхности зеркала, она попала бы на пламя свечи и отклонила бы его в направлении от зеркала.

В действительности воздушная струя ведет себя иначе – попадая на поверхность препятствия, она растекается вдоль этой поверхности. При этом давление с боков струи меньше, чем давление в неподвижной среде. Струя как бы притягивает к себе все, что сбоку от нее. Поэтому пламя свечи отклоняется к зеркалу, как это показано на рисунке.

Подобные явления вы наверняка наблюдали в некоторых других ситуациях. Первый пример: Вы собрались принять душ и, стоя в ванной, отгородились от ванной комнаты легкой пленочной занавеской. Как только вы включите воду, занавеска отклонится (как бы притянется) в сторону водяных струй. Второй пример: Окна в вашей комнате плотно закрыты, а дверь в вашу комнату не плотно прикрыта. Вы открыли окно. Если давление воздуха на улице больше, чем давление в доме, то воздух с улицы устремится в вашу комнату, и давление воздуха в ней станет увеличиваться. Под действием этого все возрастающего давления дверь приоткроется, и воздух начнет выходить из комнаты через образовавшуюся щель в зону пониженного давления.

Так как вдоль поверхности двери со стороны комнаты образовался поток воздушных масс, то давление на дверь с этой стороны будет меньше, чем с другой стороны, где воздух неподвижен. Следовательно, дверь захлопнется и воздушный поток прекратится. Но тогда давление на дверь со стороны комнаты вновь станет больше, чем снаружи, и дверь опять приоткроется. Снова образуется воздушный поток, дверь опять захлопнется – «все опять повторится сначала». Вот почему при сквозняках двери, окна, форточки «хлопают» сами по себе.

3. Гулливер и лилипуты.

Дж. Свифт наглядно и красочно описал приключения Гулливера в стране лилипутов. Лилипуты Свифта – это в точности такие же люди, как и мы, но только в 12 раз меньше нас по размерам. В одном из эпизодов лилипуты осыпали Гулливера тучей стрел, которые жалили его как тысячи пчел … Нужно сказать, что Свифт был публицистом и совсем не принимал в расчет физических законов. Вы же, будучи юными физиками, должны доказать, что стрелы лилипутов не могли причинить Гулливеру никакого вреда. Заодно выясните, исходя из законов физики, какие явления, с такой легкостью описанные Свифтом, не могли бы происходить в стране лилипутов.

Решение:

Если лилипут совершенно подобен человеку и его линейные размеры в n раз меньше человеческих, то все подобные площади частей лилипута меньше в n2 раз, а объемы – в n3 раз. Рассмотрим лук и стрелы лилипута:

Все линейные размеры лука и стрелы меньше в n раз. Сила, развиваемая мышцей, пропорциональна площади сечения мышцы. Следовательно, лилипут может натянуть тетиву лука с силой в n2 меньшей, чем это может сделать человек. Рассуждая далее таким образом, можно записать в таблицу некоторые сравнительные параметры для человека и лилипута:

Параметр	Длина лука	Растяжение лука	Сила натяжения тетивы лука	Коэффициент жесткости тетивы лука	Энергия, запасенная луком	Длина стрелы
Для человека	b	x	F	k = F/x	E = kx2/2	L
Для лилипута	b/n	x/n	F/n2	k/n	E/n3	L/n

Параметр	Масса стрелы	Энергия стрелы	Скорость стрелы	Сечение стрелы	Сила сопротивления движению стрелы	Дальность полета стрелы
Для человека	m	E	V = (2E/m)1/2	d	f = ad	S = E/f
Для лилипута	m/n3	E/n3	V	d/n2	f/n2	S/n

Выводы таковы:

1.Стрела лилипута имеет начальную скорость такую же, что и обычная стрела.

2.Энергия такой стрелы в 1728 раз меньше.

3.Ее дальность полета меньше в 12 раз. Так как средняя дальность полета обычной стрелы 120 м, то дальность полета лилипутской стрелы равна 10 м.

4.Стрела лилипута значительно острее обычной стрелы. Значит, она может вонзиться в кожу человека.

5.Так сила сопротивления движению стрелы в теле человека примерно в 1000 раз больше силы сопротивления в воздухе, то максимальна глубина проникновения стрелы лилипута в тело человека в 1000 раз меньше ее дальности полета и может составлять до 1 см. Значит, стрелы, выпущенные с самого близкого расстояния, могли причинить урон Гулливеру.

6.Однако, большинство стрел подлетали к Гулливер уже на излете и, следовательно, вонзались в кожу Гулливера на ничтожную глубину, не причиняя ему вреда.

4. Лазерная указка.

Лазерная указка в сочетании с метровой рулеткой дает возможность измерить толщину оконного стекла. Сконструируйте такое устройство и измерьте с максимальной точностью толщину предложенного вам стеклянного образца. На турнире вам будет предложен кусочек стекла, толщиной в пределах от 0,3 до 3 мм.

Решение:

Если световой пучок от лазерной указки направить под некоторым углом α на стеклянную пластину, то будут наблюдаться два отраженных пучка – от передней и задней плоскостей пластины. Эти лучи будут параллельны друг к другу.

Пусть d – толщина пластины (искомая величина), n – показатель преломления стекла, a – угол падения лазерного пучка на пластину, g – угол преломления, 2х – расстояние между точками выхода отраженных от пластины световых пучков.

Тогда, из закона преломления Sin(α) = n·Sin(g) и геометрического соотношения tg(g) = x/d следует, что

d = x·{n2/Sin2(α) – 1}1/2 (1)

Если показатель преломления стекла известен, то из (1) можно определить толщину пластины, измерив угол падения a и расстояние х.

Если же показатель преломления стекла не известен, то придется произвести два измерения при двух различных угла падения. Тогда:

d = x1·x2·{(Sin2(α2) – Sin2(α1))/(x22·Sin2(α1) – x12·Sin2(α2))}1/2 (2)

Регламент турнира

•  В состав команд могут входить от 3-х до 5-ти школьников 7-9 классов.

•  Наличие в команде 7-8-классников стимулируется введением коэффициента участника – К.

•  Команда возглавляется Капитаном, который является официальным представителем команды.

•  Обсуждение решений задач Турнира производятся на физбоях.

•  В каждом физбое, состоящем из двух (трех) действий, участвуют две (три) команды, поочередно выполняя роли Докладчика и Оппонента в порядке, определяемом жеребьевкой или итогами конкурса капитанов.
•  В первом действии Оппонент приглашает Докладчика представить решение одной из задач Турнира. Докладчик имеет право принять вызов либо до двух раз отказаться от предложенной задачи без введения штрафных санкций. В этом случае Оппонент предлагает любую другую задачу. Каждый последующий отказ от задачи влечет за собой применение штрафных санкций.
•  Время доклада составляет 12 минут.
•  После уточняющих вопросов Оппонента и ответов Докладчика слово предоставляется Оппоненту, который должен проанализировать данное Докладчиком решение задачи, указать сильные и слабые стороны доклада. Выступление Оппонента не должно сводиться к изложению собственного решения задачи.
•  Время оппонирования – 5 минут.
•  Возможна краткая дискуссия Докладчика и Оппонента.
•  Во втором действии роли команд меняются.
•  Итоги выступлений подводит жюри, выставляя за доклад или оппонирование оценки от 2 (низшая оценка) до 5+ (высшая оценка).
•  Выступление 7-8-классников стимулируется специальным коэффициентом участника – К.
•  Победителем физбоя признается команда, набравшая наибольшее количество баллов по итогам двух действий.
•  Каждая команда участвует в трех отборочных физбоях.
•  Каждый участник Турнира может выступить в отборочных физбоях в качестве Докладчика или Оппонента ограниченное число раз.
•  Распределение команд по группам из двух команд определяется жеребьевкой, которая проводится перед началом физбоев.
•  После отборочных боев проводится финальный физбой, в котором три лучшие команды представляют свои лучшие доклады.
•  Победитель Турнира определяется по итогам финального физбоя.
•  По итогам выступлений участников определяются победители и призеры в личном зачете.
•  Правила расчета коэффициента участника (К), применения штрафных санкций (Кш), вычисления итоговых баллов ( Q ) и порядок ограничения числа выступлений регламентируются Приложением к регламенту турнира.
•  Приложение к регламенту турнира может быть скорректировано, дополнено или изменено на совместном заседании Оргкомитета турнира и руководителей участвующих в Турнире команд, которое проводится перед началом физбоев.

Приложение к Регламенту

•  Коэффициент участника (К) 9-классника равен 1,0;
Коэффициент участника 8-классника равен 1,2;
Коэффициент участника 7-классника равен 1,4.
•  Оценки, выставленные каждым членом жюри за данное выступление, переводятся в очки:

Оценка	5+ 5 5– 4+ 4 4– 3+ 3 3– 2+ 2
Очки	10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

•  Очки, соответствующие высшей и низшей оценкам членов жюри за данное выступление, усредняются и дают вклад в расчет среднего количества очков за выступление как за одну оценку.
•  Среднее арифметическое значение количества очков ( W ) вычисляется с точностью до 0,01.
•  Штрафной коэффициент (Кш) равен единице, если команда Докладчика отказалась от доклада в отборочных физбоях не более двух раз. За каждый отказ от задачи сверх двух раз штрафной коэффициент уменьшается на 0,2.
•  Каждый участник Турнира может выступить в отборочных физбоях в качестве Докладчика или Оппонента не более трех раз, при этом, в качестве Докладчика – не более двух раз.

ГЛАВА 5. Информационные технологии в преподавании физики

,

учитель физики ГОУ ЦО № 000 г. Москвы

Дистанционное обучение – одна из современных образовательных технологий

Все большее значение в наше время приобретает дистанционная форма образования. Это связано, видимо, с новыми возможностями, предоставляемыми для обучения Интернет – технологиями и, с другой стороны, часто возникающей у современного человека необходимостью получить за короткое время дополнительные знания, смежные специальности, освоить новые технологии в своей работе или вообще изменить сферу своей деятельности. Цель настоящей работы – рассмотреть виды дистанционного обучения, его применение в школе, его достоинства и возможные недостатки.

В основной части будет рассмотрены вопросы: что понимается под «дистанционным обучением», существовало ли что-то подобное в «докомпьютерную эпоху», является ли дистанционное обучение необходимым элементом современной образовательной среды, можно ли им заменить все существующие ныне способы обучения, для каких категорий обучающихся и при каких условиях оптимально применение дистанционных технологий, как можно их применять в школах.

Для ЦО№ 000, в котором я работаю, вопрос о дистанционном обучении важен. Довольно большое количество учащихся (в учебном году – 20 человек) обучаются по состоянию здоровья на дому, но для такого обучения предусмотрено меньшее количество часов по каждому предмету, чем для посещающих школу учеников. Кроме того, многие учащиеся часто болеют и пропускают занятия. Осенью 2009 года к каникулам была добавлена неделя карантина, в течение которого учащиеся должны были получать и выполнять домашние задания, но дать домашнее задание по новой теме, не проведя по этой теме полноценного занятия, нельзя. Часть учащихся школы, например, спортсмены, много времени проводящие на сборах и соревнованиях, переходят на экстернатную форму обучения. Все это обусловливает необходимость внедрения элементов дистанционного обучения в школе.

1. Место дистанционного обучения в современном мире

1.1 Что такое «Дистанционное обучение»

Дистанционное обучение - способ организации процесса обучения, основанный на использовании современных информационных и телекоммуникационных технологий, позволяющих осуществлять обучение на расстоянии без непосредственного контакта между преподавателем и учащимся.

1.2 Кого и чему учить

Для кого применимо и даже необходимо дистанционное обучение?

В первую очередь, конечно, для тех, кто сам ищет возможности обучения, имеет сильную мотивацию. Это люди, которым знания нужны для работы, повышения квалификации, которые сами способны себя контролировать. В таких случаях дистанционное обучение может предполагать минимум обратной связи – например, возможность обратиться с вопросом на форуме, если для обучения используется специальный сайт. В таком случае документ об обучении может выдаваться по результатам итоговой работы, возможно, даже выполненной в рамках профессиональной деятельности обучавшегося. К таким случаям я бы отнесла, например, обучение учителей ИКТ – технологиям. Конечно, нужна регистрация на курс и итоговая работа, так как необходим документ об окончании курсов, но темп работы и распределение времени учащийся может регулировать самостоятельно. Бывают случаи, когда документ и вовсе не нужен – человек учится «для себя», например, вязать или чинить сантехнику. Здесь будет достаточно каких-то учебных материалов, выложенных на сайте. Раньше такое обучение проводилось с помощью книг. Но теперь, обучаясь на сайте, мы можем задать вопрос и получить помощь в случае затруднений (сомневаюсь, что это лучше, чем искать ответ самостоятельно при «книжном» обучении).

Видимо, широкое применение может получить дистанционное обучение в сфере получения «второго высшего» образования. Человек, уже имеющий высшее образование и знающий, для чего он учится, сможет правильно распределить свое время и оптимально воспользоваться предоставленными материалами, но обратная связь, конечно, должна быть достаточно хорошо отработана, так как необходимо иметь возможность получить зачеты по всем курсам, входящим в программу обучения и, как правило, существует практическая часть программы, правильность выполнения которой должен проверить специалист высокой квалификации (вряд ли даже продвинутый студент может быть уверен, что правильно выполнил контрольную по сопромату или по английскому языку).

Для тех, кто первый раз получает высшее образование, давно существует заочная форма обучения, возможности, предоставляемые современными технологиями, дополнили бы такое обучение и изменили его в лучшую сторону, ведь они могут предоставить обратную связь даже на лучшем уровне, чем при обычном заочном обучении. Но не стоит забывать, что, например, в медицинских ВУЗах не бывает заочной формы обучения, как и в некоторых других, где необходимо прохождение практической части на высоком уровне. Студенты – вчерашние школьники требуют постоянного контроля, они еще не умеют правильно распоряжаться своим временем, привыкли, что их действиями руководят. Поэтому для такой категории обучающихся дистанционное обучение должно предполагать интенсивную обратную связь, довольно жесткий контроль по срокам, качеству выполнения заданий (то есть высокое качество проверки заданий, полноценная рецензия, а не заготовленный для высылки всем учащимся файл с фразой: «Вы получили зачет») и продуманные санкции. Следовательно, в этом случае количество обучающихся на одного преподавателя не должно превышать принятого для очного обучения, а требования к квалификации преподавательского состава даже выше, чем при очном обучении.

Дистанционное обучение для освоения основного общего образования предъявляет еще более жесткие требования к контролю, так как мотивация школьников недостаточно высока для осуществления самоконтроля. Кроме того, необходима тщательно продуманная методика преподнесения учебного материала, ребенку труднее сосредоточиться, он не станет заставлять себя вдумываться в текст и стараться разобраться в непонятном самостоятельно. Поэтому дистанционное обучение в школе требует огромного труда как учителей, так и родителей, особых методик и технологий. Зачем вообще при таких сложностях нужно школе дистанционное обучение, я объясню в ходе дальнейшего изложения.

2. Дистанционное обучение в школе

2.1. Зачем в школе дистанционное обучение

В современном обществе образование должно быть доступно всем категориям граждан, что отражено и в Основном Законе Российской Федерации. В то же время известно о больших проблемах сельских малокомплектных школ, ребенок может жить с родителями в связи со спецификой их работы там, где школы нет (лесничество, отдаленное сельхозпредприятие). В наших городских школах учится множество детей – инвалидов, просто детей с ослабленным здоровьем, которые не могут посещать школу или посещают её нерегулярно. Некоторые учащиеся выбирают экстернатную форму обучения. Редко это связано с тем, что способности ребенка делают бесполезным его пребывание в обычной школе, так как ему не нужны подробные объяснения, отработка решений на «примерах по образцу» и т. д. Как раз такие дети могут в наше время найти школу, где им будет с кем общаться и чему учиться. (Как-то в МЦНМО я была свидетелем разговора двух девочек – раскрасневшиеся, все в снегу, нормальные хорошо повалявшиеся в сугробе дети, они решали задачу и общались на совершенно недоступном моим лучшим ученикам уровне). На экстернат уходят спортсмены, достигшие уже такого уровня, что большую часть времени проводят на сборах и на соревнованиях; участники профессиональных творческих коллективов; подростки, по семейным обстоятельствам вынужденные работать или поторопившиеся вступить во взрослую семейную жизнь; те, кто испытывает трудности с общением и кого родители предпочитают обучать дома и т. п.