Урок физики с использованием интернет-технологий. Компьютерная лабораторная работа в режиме on-line

Кавтрев Александр Федорович

УРОК ФИЗИКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНТЕРНЕТ-ТЕХНОЛОГИЙ. КОМПЬЮТЕРНАЯ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА В РЕЖИМЕ ON-LINE

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НА УРОКАХ ФИЗИКИ

Компьютерное моделирование позволяет наглядно иллюстрировать физические эксперименты и явления, воспроизводить их тонкие детали. Благодаря использованию апплетов и анимаций компьютер предоставляет уникальную возможность визуализации упрощенной модели реального явления. При этом можно поэтапно включать в рассмотрение дополнительные факторы, которые постепенно усложняют модель и приближают ее к реальному физическому явлению. Кроме того, компьютер позволяет моделировать ситуации, нереализуемые в физических экспериментах.

Работа учащихся с апплетами (компьютерными моделями) чрезвычайно полезна, так как они могут ставить многочисленные виртуальные опыты и даже проводить небольшие исследования. Интерактивность открывает перед учащимися огромные познавательные возможности, делая их не только наблюдателями, но и активными участниками проводимых экспериментов. Хотя компьютерная лаборатория не может заменить настоящую физическую лабораторию, выполнение компьютерных лабораторных работ формирует у учащихся навыки, необходимые и для реального эксперимента.

МЕТОДИКА РАБОТЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АППЛЕТОВ И АНИМАЦИЙ

Апплеты и анимации очень удобно использовать для демонстраций при объяснении материала или решении задач. Такие демонстрации будут иметь успех, если в кабинете имеется мультимедийный проектор. В противном случае учитель может предложить учащимся самостоятельно поработать с этими ресурсами в компьютерном классе или в домашних условиях. Учащиеся проявляют большой интерес к работе с апплетами, анимациями и моделями. Однако, если учителем не поставлены четкие задачи, то учащиеся при индивидуальной работе просто играют, не вникая в фи-

aefcef

угощимися агрлмЯш па^Лабо&елъЯш

зический смысл происходящего на экране. Как показывает опыт, школьнику модель или анимация могут быть интересны в течении 3 - 5 минут, а затем неизбежно возникает вопрос: «А что делать дальше?». Опросы показывают, что после такой «самостоятельной работы» учебный эффект незначителен.

Что же нужно делать, чтобы урок в компьютерном классе был не только интересен по форме, но и дал максимальный учебный эффект? Учителю имеет смысл заранее составить план работы с выбранными апплетами и анимациями, а также подготовить вопросы, задачи, экспериментальные и исследовательские задания с учетом возможностей выбранных ресурсов. Желательно предупредить учащихся, что в конце урока им будет необходимо ответить на ряд вопросов или написать небольшой отчет о проделанной работе. Идеален вариант, когда учитель в начале урока предоставляет учащимся файлы с индивидуальными заданиями или раздает им для заполнения бланки работы. При ответе на вопросы или при решении экспериментальных задач учащиеся могут ставить необходимые компьютерные эксперименты и проверять свои идеи. Расчетные задачи учащимся рекомендуется вначале решить традиционным способом на бумаге, а затем ставить компьютерные эксперименты для проверки правильности полученных ответов.

£смс шелл укщьсхс& сцщес&бЯАа аре&миаеЛ

ОРГАНИЗАЦИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ УЧАЩИХСЯ НА УРОКЕ

Если учащиеся в классе имеют доступ к электронной почте, то учитель может заранее разослать им индивидуальные бланки лабораторных работ. В конце урока учащиеся отсылают заполненные бланки на домашний компьютер учителя и/или копируют их в сетевую папку.

Если число учащихся существенно превышает число компьютеров в классе, то можно разделить учащихся на две группы: первая группа выполняет экспериментальные задания за компьютерами, а вторая решает расчетные задачи на бумаге, затем группы меняются местами.

Если учащиеся неуверенно решают расчетные задачи, то, для повышения эффективности компьютерного урока, можно раздать бланки учащимся заранее и предложить им выполнить необходимые расчеты дома. В этом случае в компьютерном классе учащиеся смогут сосредоточиться главным образом на экспериментах.

ПЛАН УРОКА

Примечание: расчет времени дан исходя из того, что скорость загрузки Интернет-ресурсов не влияет на ход урока, а учащиеся владеют необходимыми навыками использования информационных технологий (см. таблицу 1).

Рассмотрим в качестве примера лабораторную работу по теме: «Закон сохранения импульса».

ХОД УРОКА

Этап 1. Актуализация знаний и мотивация учащихся.

Учитель демонстрирует на экране при помощи проектора анимации с сайта «Физика в анимациях» (http://phvsics.nad.ru/ Physics/Cyrillic/mech.htm), задает вопросы и проводит обсуждение опытов.

Демонстрация анимаций центральных столкновений абсолютно упругих шаров (см. таблицу 2).

Таблица 1.

№ Этапы урока Время Приемы и методы

1. Актуализация знаний и мотивация учащихся 7 мин Демонстрация анимаций. Беседа, обсуждение вопросов

2. Систематизация и обобщение знаний 25 мин Компьютерная лабораторная работа с использованием апплетов. Учащиеся заполняют индивидуальные бланки работ в электронном или распечатанном виде. Учитель консультирует учащихся

3. Анализ результатов работы, выводы 10 мин 2-3 коротких сообщения учащихся с демонстрацией экспериментов на экране. Учащиеся формулируют выводы

4. Подведение итогов урока, домашнее задание 3 мин Ответы на вопросы. Сообщение учителя. Запись д/з на доске или демонстрация его на экране

Основные вопросы для обсуждения с учащимися:

Какой тип соударений шаров вы наблюдали?

Какова основная причина различного характера движения шаров после столкновения?

Почему в последней просмотренной анимации скорость приобретает только крайний шар?

От каких условий зависит поведение шаров после соударения?

Этап 2. Систематизация и обобщение знаний

Организационный момент:

Учитель дает установку на выполнение лабораторной работы и сообщает адрес сетевой папки, в которой хранятся бланки лабораторных работ, и/или раздает заранее напечатанные бланки.

Для проведения компьютерной лабораторной работы используются два апплета компании «ФИЗИКОН», которые расположены на сайте федерального естественно-

Таблица 2.

Столкновение шаров с одинаковой массой: после столкновения налетающий шар останавливается

Столкновение шара с большей массой и покоящегося шара с меньшей массой: после столкновения шары продолжают двигаться в одном направлении

Столкновение шара с меньшей массой и покоящегося шара с большей массой: после столкновения шары разлетаются в разные стороны

Передача импульса вдоль цепочки шаров с одинаковой массой: после ряда столкновений лишь последний шар продолжает движение

Центральное столкновение нескольких соприкасающихся шаров с одинаковой массой: после удара лишь последний шар продолжает движение

\ Г К111С1 II ь

в } '-чодлли

Коыпыйтерни ыидсль "Импуььс т+ла"

я-  1« - наг* V.1 ЪИ V 1 »44. V.!- " 1Фн с

гк=пп=п

Рисунок 1.

научного портала (http://www.en.edu.ru): «Импульс тела» и «Упругие и неупругие соударения».

Импульс тела http://www.college.ru/enportal/modelsPhys/ impulse.html (рисунок 1).

Апплет предназначен для иллюстрации понятий импульса тела и импульса силы. Пользователь может задавать начальную скорость бруска (в пределах 0-5 м/с), его массу (1-5 кг), модуль и направление действующей силы (-5-5 Н) и время действия силы (1-5 с). После воздействия силы апплет позволяет определить изменение импульса тела.

Упругие и неупругие соударения http://www.college.ru/enportal/modelsPhys/ Carts.html (рисунок 2).

Апплет предназначен для изучения законов сохранения энергии и импульса на примере упругих и неупругих соударений тележек. Задав начальные скорости тележек в пределах (-2,0-2,0 м/с) и их массы (1,0-10,0 кг), а также тип соударения (упругое или неупругое), можно проследить за движением тележек после столкновения и определить скорость, импульс и кинетическую энергию каждой тележки.

Выполнение учащимися компьютерной лабораторной работы1:

Учащиеся в ходе компьютерной лабораторной работы выполняют индивидуальные задания с использованием указанных апплетов и заполняют бланки лабораторных работ в электронном или в напечатанном виде (пример бланка см. рисунок 3). Учитель перемещается по классу, наблюдает за работой учащихся, устраняет технические неисправности, консультирует учащихся. После заполнения электронных бланков учащиеся копируют их в сетевую папку или отправляют по электронной почте на компьютер учителя, сдают заполненные бумажные бланки.

Этап 3. Анализ результатов работы, выводы

Учащиеся делают небольшие сообщения (2 мин) с демонстрацией на большом экране экспериментов, которые иллюстрируют результаты их исследований. Учащиеся формулируют свои выводы о зависимости характера движения соударяющихся тел

Рисунок 2.

^ги&ели перемещаемся па кроссу, ...

¿нехШгееские Неиспрлб^НасЛи..

Компьютерная лабораторная работа «Закон сохранения импульса»

Класс_ Фамилия_ Имя_

Расчетные задачи с последующей компьютерной проверкой

Вначале решите задачи на бумаге, а затем, используя апплеты, проверьте полученные вами ответы. Решения задач оформите на отдельном листе и сдайте его вместе с бланком лабораторной работы.

Задача 1. Определите скорость тела массой 4 кг, после того как на него действовала сила 3 Н в течение 2 с, если начальная скорость тела составляла 2 м/с.

Ответ: _

Задача 2. Тело массой 2 кг находилось в покое. После того, как на него подействовала сила, оно стало двигаться со скоростью 4 м/с. Определите импульс подействовавшей на тело силы и изменение импульса тела.

Ответ:_

Задача 3. Тележка массой т1 = 1 кг движется со скоростью У1 = 2м/с и сталкивается с неподвижной тележкой массой т2 = 3 кг. Определите скорость и тележек после абсолютно неупругого соударения.

Ответ: и = _

Задача 4. Тележка массой т1 = 6 кг движется со скоростью У1 = 2 м/с и сталкивается с неподвижной тележкой. Определите массу второй тележки, если после абсолютно неупругого соударения тележки движутся со скоростью и = 1.5 м/с.

Ответ: т2 = _

Задача 5. Две тележки массами т1 = 6 кг и т2 = 10 кг движутся навстречу друг другу. Скорости тележек У1 = 1,4 м/с и У2 = 1,8 м/с соответственно. Определите направление и модуль скорости тележек после абсолютно неупругого соударения.

Ответ: Тележки движутся_, и =_

Задача 6. Две тележки массами т1 = 3 кг и т2 = 1 кг движутся со скоростями У1 = 2 м/с и У2 = 2 м/с навстречу друг другу. Определите количество теплоты, которое выделится при неупругом соударении тележек.

Ответ: Q =_

Экспериментальные задачи

Задача 7. Две тележки массами т1 = 4 кг и т2 = 1 кг движутся навстречу друг другу. Скорость первой тележки У1 = 0,5 м/с. Какова должна быть скорость второй тележки, чтобы после абсолютно неупругого соударения обе тележки остановились?

Ответ: У2 = _

Задача 8. Определите условие, при котором налетающая тележка останавливается после абсолютно упругого соударения со второй тележкой.

Ответ:_

Задача 9. Определите условие, при котором налетающая тележка после абсолютно упругого соударения со второй тележкой, продолжает двигаться в прежнем направлении.

Ответ:_

Задача 10. Определите условие, при котором налетающая тележка после абсолютно упругого соударения со второй тележкой отскакивает назад.

Ответ: _

Исследовательские задания

Задача 11. Проведите необходимые компьютерные эксперименты и определите условия, при которых относительные потери механической энергии при абсолютно неупругом соударении тележек максимальны. Как должны быть направлены скорости тележек?

Ответ: Максимальные потери величиной_% будут в случае, если скорости тележек направлены _, причем при т1/т2 =_.

Задача 12. Проведите необходимые компьютерные эксперименты и определите условия, при которых относительные потери механической энергии при абсолютно неупругом соударении тележек минимальны. Рассмотрите следующие случаи: а) одна из тележек до соударения покоится; б) тележки движутся навстречу друг другу.

Ответ: Относительные потери механической энергии минимальны, если_.

Например, при У1 =_и У2 =_ потери составляют_% и тем меньше, чем меньше

Количество выполненных заданий: Количество ошибок: Ваша оценка:

Рисунок 3. Пример бланка компьютерной лабораторной работы.

от условий эксперимента. Учитель комментирует результаты работы и сделанные выводы.

Этап 4. Подведение итогов урока, домашнее задание

Кроме традиционного д/з учащимся можно порекомендовать задания с использованием ИТ, например, задачи с решениями с сайта «Новая школа» (http://izotovmi.chat.ru/ Fizika/Mchanik' a/z tf01 .htm).

Можно рекомендовать учащимся проверить знания при помощи тестирования в Системе Дистанционного Обучения (СДО) «Открытого колледжа» (http://www.collcgc.ru/ physics/) или на Образовательном сервере тестирования (http://rostcst.runnct.ru/cgi-bin/ topic.cgi?topic=Physics).

Учащимся, которые не располагают возможностью использовать Интернет в домашних условиях, можно рекомендовать повторить теорию, решить ряд задач и выполнить интерактивные задания с использованием мультимедиа курсов компании «ФИЗИКОН»: «Открытая физика 2.5, часть 1» или «Открытая физика 2.0, часть 1».

Примечание: в данной разработке приведен бланк, в котором задания даны с запасом, то есть только очень сильные учащиеся могут выполнить все задания. Это сделано сознательно, чтобы продемонстрировать учителю возможный спектр заданий. Конечно, лучше подготовить каждому ученику бланк с посильными для него задания или предложить учащимся делать заданиями из бланка по выбору. Рабочие бланки нескольких компьютерных лабораторных работ по разным темам, а также бланки работ с ответами (для удобства проверки работ учителем) можно найти на страницах Сетевого Объединения Методистов (http://ccntcr.fio.ru/som/) по адресу - http:// ccntcr.fio.ru/mcthod/RESOURCES/ KAVTREV/11/FIZ/OP Lab2.htm.

© Наши авторы, 2005. Our authors, 2005.

АВТОРСКИЙ КОММЕНТАРИЙ

Данный урок был разработан и проведен в Центре Информационной Культуры с использованием Интернет и электронной почты с несколькими группами учащихся 9 и 10 классов 538 школы г. Санкт-Петербурга. Основные цели урока были достигнуты, большая часть учащихся с заданиями справилась.

Кавтрев Александр Федорович, кандидат физ.-мат. наук, преподаватель-методист Центра Информационной Культуры Кировского района Санкт-Петербурга.

Уважаемые коллеги!

Возможно, вы пока не располагаете необходимыми техническими условиями для проведения аналогичного урока. Не огорчайтесь, в дальнейшем необходимые условия появятся и у вас, основания для оптимизма, безусловно, есть. Всего два года назад автор этой разработки не мечтал о возможностях для проведения подобных уроков. Смелее осваивайте информационные технологии, пробуйте проводить отдельные элементы уроков с использованием компакт-дисков или компьютерных программ! Например, данные лабораторные работы можно проводить с использованием мультимедиа курсов ООО «ФИЗИКОН». Ведь главное - это освоить методику использования информационных технологий в учебном процессе, а техника дело наживное. Ки(@ Ыгоу. эрЬ. ги

...лугме мфюем&шйь клфуьму угеШщ блаЯн с поом&Яымм Яегл ^ЛфаЯи&мч,,,,