Лабораторные работы в современном кабинете физики с использованием локальной компьютерной сети

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ В СОВРЕМЕННОМ КАБИНЕТЕ ФИЗИКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЛОКАЛЬНОЙ КОМПЬЮТЕРНОЙ СЕТИ

,

учитель физики высшей категории лицея № 38 Советского района  Нижнего Новгорода

В  рамках инновационной программы «Наша новая школа» предлагается новый стандарт образования, в котором содержатся государственные требования к структуре, содержанию,  результатам и условиям образовательного процесса. Реализовывать эти условия можно по-разному, например, используя информационные технологии.

Преподавание физики в школе, как впрочем, и любого другого предмета, связано с различной деятельностью учителя. Поскольку мы живем уже в двадцать первом веке во время развивающихся информационных технологий и коммуникаций, естественно использовать все возможности ИКТ при преподавании предмета. Уже есть в отдельных школьных кабинетах физики локальные сети, управляемые с компьютера учителя.

       В настоящее время  предлагается большое количество учебно-наглядных пособий для демонстрации физического эксперимента с методическими рекомендациями для учителей. Достаточно широко распространено оборудование фирмы «L-микро», содержащее в частности компьютерный измерительный блок с  набором датчиков. С помощью этого оборудования можно демонстрировать различные опыты, решать индивидуальные экспериментальные задачи, а также проводить фронтальные лабораторные работы с использованием локальной компьютерной сети. Последний момент, на мой взгляд, актуален по нескольким причинам: современная школа уверенно компьютеризируется, при сетевых  фронтальных лабораторных работах требуется только один комплект хорошего высокотехнологичного оборудования. Кроме того,  проведение некоторых работ связано с определенным риском для здоровья учащихся (так что лучше, если непосредственно эксперимент проводит учитель на глазах учеников, при этом выполняются требования безопасного поведения). Результат  эксперимента, к примеру, полученный график зависимости или таблица значений демонстрируется на интерактивной доске, обсуждается, а затем импортируется по локальной сети каждому учащемуся, который самостоятельно обрабатывает результаты эксперимента, проводит вычисления, рассчитывает погрешности измерения, делает вывод.

Рассмотрим, например, исследование зависимости электропроводности электролита от температуры. В эксперименте используются два датчика из комплекта «L-микро» работающие  в комплекте с измерительным блоком  и персональным компьютером : датчик электропроводности и датчик температуры (рис.1). Датчик электропроводности предназначен для измерения удельной электропроводности жидких сред. Диапазон измерений 0-10 мСм\см, чувствительность 0,001 мСм\см. Датчик температуры, предназначен для измерения температуры. Диапазон измерений 00 – 1000 С. Датчик температуры состоит из щупа, который с помощью кабеля соединяется со схемой согласования смонтированной в разъёме датчика. Датчик выполнен на основе полупроводникового чувствительного элемента (терморезистора). Получение данных и их вывод на экран осуществляет компьютерная программа L-micro.

.

Рис.1. Компьютерный измерительный блок с датчиками температуры и электропроводности

Оба датчика работают в реальном времени, данные заносятся в базу, одновременно на мониторе строятся графики зависимости электропроводности и температуры от времени. С графиками и базой  каждый ученик может работать самостоятельно, получив данные  по локальной сети.

Если же  ребенок не может посещать  в текущий момент школу, то полученные экспериментальные данные можно отправить и на домашний компьютер.  Ученик может импортировать данные в электронные таблицы и построить график зависимости электропроводности от температуры (рис.2), исследовать полученную зависимость, сделать вывод.

Рис.2. График зависимости электропроводности раствора поваренной соли от температуры

       Хочется отметить, что эта лабораторная работа появилась в результате проведения индивидуальной учебно-исследовательской работы по изучению зависимости проводимости электролитов от различных факторов: температуры, концентрации соли в растворе и наличия в растворе других солей. Проверять фронтально зависимость электропроводности от концентрации соли и наличия в растворе других солей технически неудобно, поэтому мы оставили только изучение зависимости электропроводности только от температуры. Составляется раствор поваренной соли удобной концентрации (0,5%), при больших концентрациях измерительный блок зашкаливает (с ростом концентрации электропроводность  возрастает, что укладывается в рамки теории электролитической диссоциации слабых растворов) ; раствор нагревается до 500С, в него помещаются датчики температуры и электропроводности, подключенные к измерительному компьютерному блоку; раствор постепенно остывает, в компьютер заносятся температура и соответствующая ей электропроводность.

       Также комплект «L-микро» можно с успехом применять при изучении темы «Влажность воздуха» для проведения лабораторной работы по определению влажности воздуха в учебном кабинете. Очень наглядно можно использовать сначала стандартный психрометр, а затем датчик влажности «L-микро», результаты сравнить. Датчик влажности также может быть использован для мониторинга влажности воздуха, которая при большом количестве учащихся в помещении заметно увеличивается в течение, например, урока или пары.  Датчик легко фиксируется в штативе (рис.3), измерения проводятся постоянно в течение урока, пока учащиеся решают задачи,  в конце урока можно проанализировать результат или задать анализ в качестве домашней работы.

Рис.3. Датчик влажности

Еще один интересный датчик - датчик индукции магнитного поля.  Он предназначен для измерения индукции магнитного поля (рис.4). Диапазон измерения индукции магнитного поля 0-100 мТл.

Датчик магнитного поля состоит из измерительного щупа  и электронного блока,  чувствительный элемент датчика расположен на конце щупа и ориентирован таким образом, что регистрируется составляющая индукции магнитного поля, направленная вдоль оси щупа. Действие  чувствительного элемента основано на эффекте Холла.

Рис.4. Датчик индукции магнитного поля с компьютерным измерительным блоком.

На доску с помощью исследуемого магнита прикрепляется лист бумаги с нанесенной масштабной сеткой. Целесообразно измерять индукцию магнитного поля через сантиметр по мере удаления от магнита, так как размер щупа датчика достаточно большой (площадь рабочего торца щупа 0, 6 см2). Магнит же для исследования должен создавать сильное магнитное поле, чтобы чувствительности датчика хватило для определения,  по крайней мере, пяти значений. Данные заносятся в электронную таблицу, результат может быть обработан как на уроке, так и дома. Он может быть представлен в виде графика зависимости магнитной индукции от расстояния до магнита (рис.5).

Рис.5. Зависимость магнитной индукции от расстояния.

Естественно, это только несколько  примеров, возможности использования измерительного блока с комплектом датчиков огромны. Каждый учитель может разработать лабораторные работы и демонстрационный эксперимент для своей программы, с учетом  разного уровня преподавания физики в зависимости от возраста детей и специализации учебного учреждения. Таким образом, работа учителя становится эффективнее, кроме того, можно учитывать индивидуальные возможности и особенности  учащихся.

       СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ        

, Пинский  физики М. Наука, 1974 Трофимова физики М. Высшая школа, 1998 Глинка химия, М. Химия, 1971 http://www.mivlgu.ru/kafedra/phisica