Использование компьютерных технологий при решении задач по физике

- Всегда можно выделить методологическую ность для формирования у них теоретического мышле-

программу теоретических знаний и через нее включать ния.

учащихся в самостоятельную познавательную деятель-

Материал поступил в редакцию 7. 09. 2007.

УДК 378.02:372.8

А.Ю. Шарова, А.И. Гурьев

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧ ПО ФИЗИКЕ

В статье описывается авторский подход к проблеме использования компьютерных технологий в учебном процессе по физике. Рассматриваются уровни организации самостоятельной работы учащихся при решении физических задач с применением персонального компьютера.

1. В процессе организации учебных занятий по физике, где компьютер выступает как средство обучения, а компьютерные модели используются с целью развития самостоятельной работы учащегося необходимо:

- построение учебных занятий на основе передовой педагогической практики с опорой на закономерности учебно-воспитательного процесса;

- оптимальная реализация на учебном занятии основных дидактических принципов и правил, с обязательным их учетом при составлении заданий для обучающих программ;

- связь с ранее изученными знаниями и умениями, опора на достигнутый уровень развития учащихся;

- формирование практических знаний, умений и навыков, рациональных приемов мышления и деятельности;

- тщательно продуманный модели учебных занятий с использованием обучающей компьютерной программой.

2. Поурочные планы по различным темам должны предусматривать применение компьютерных моделей, ориентированных на развития у учащихся навыков самостоятельной работы с компьютерными программами.

3. Необходимо обратить внимание на следующие особенности организации учебного процесса при использовании компьютерных обучающих программ при обучении физике:

- адаптация компьютерных программ к современным учебно-методическим комплексам и учебной информации к возможностям класса;

- выбор такой компьютерной программы, которая дает наибольший педагогический эффект;

- организация регулярного использования компьютера как средства для самостоятельной работы учащихся с учебным материалом;

- работа с учебным материалом с использованием компьютерных обучающих программ, предусматривающая вариативность приемов и методов решения конкретной учебно-методической задачи;

- максимально ограниченная возможность случайного получения правильного результата при решении задач, выполнении упражнений или верного ответа на вопрос с использованием компьютера.

4. Основной акцент при работе с учебным материалом при использовании компьютерных обучающих программ необходимо делать на самостоятельную работу

учащихся, в которой мы условно выделили три уровня:

- пассивная (работа, выполняемая по инструкциям и указаниям под руководством учителя) - репродуктивный уровень;

- активная (работа, выполняемая с помощью учителя и содержащая краткие указания) - частично-поисковый уровень;

- работа, выполняемая по собственной инициативе учащегося, без непосредственного руководства учителем и направленная на решение проблем - творческий уровень.

5. Целесообразно в процессе организации учебнопознавательной деятельности учащихся использовать творческие задания, а также проблемные ситуации.

6. Компьютерные программы, используемые в процессе обучения должны соответствовать следующим условиям:

1) Наиболее целесообразно разделять учебный материал на небольшие порции таким образом, чтобы каждая порция смогла уложиться на экране монитора, а ученик не пассивно читал длинные тексты, а имел возможность чаще отвечать на исследовательские, поисковые вопросы после достаточного времени для обдумывания.

2) В программе должен присутствовать элемент контроля и обучения и элемент обучения в контроле. Для этой цели после каждого вопроса необходимо предусмотреть три выхода: когда ответ верен; когда он ошибочен; когда ученик не знает, что делать и не дает никакого ответа.

3) Когда на экране появляется полное решение задания, ученик должен переписать его в свою тетрадь. На этот случай в программе должно быть предусмотрено новое, аналогичное, уже решенное задание, которое предлагается учащемуся. Таким образом, проверяется, усвоен ли преподаваемый материал. Если задание используется для проверки знаний и умений, то в компьютерной обучающей программы точно указано, какую отметку надо поставить в зависимости от того, в какой степени ученик использовал помощь и какие ошибки допускал при работе. Все это позволяет более точно проверить и оценить знания учащихся, не прерывая процесса обучения.

4) Помощь на отдельных этапах должна быть не формальной, а педагогически целесообразной, исходящей из определенной цели обучения. Это позволит на-

S9

править рассуждения учащихся в должное русло.

5) Обучающая компьютерная программа должна дать возможность каждому учащемуся самостоятельно выполнить задание. Если ученик не может действовать самостоятельно, то он получает помощь именно в таком объеме, который достаточен для перехода к самостоятельным действиям. Отметим, что при коллективном обучении это условие обычно нарушается. Учитель с классом идет вперед, не зная, как усвоен каждым членом коллектива предыдущий шаг решения задачи.

6) Обеспечение постоянного контроля, учитывающего как ранее приобретенные знания и умения учащихся, так и те, что должны быть приобретены после выполнения данной компьютерной программы, значительно сокращает время, когда ученик бездействует.

В заключении статьи рассмотрим пример урока по теме "Практическое применение закона сохранения импульса", проводимого на основе применения компьютерных технологий.

На этапе актуализация и коррекция опорных знаний перед тем, как сообщить тему урока, учитель предлагает повторить материал предыдущего урока по теме: "Импульс. Закон сохранения импульса". Повторение проходит в двух формах:

1. Индивидуальная форма. Учащимся предлагается записать формулу определения импульса и закон сохранения импульса на специально подготовленных чистых листочках, которые лежат на парте каждого учащегося. Тот, кто справился с заданием, должен поднять листочек с записанными формулами, чтобы учитель увидел и оценил уровень подготовленности ученика к уроку. После того, как учащиеся выполнят задачу, во избежании ошибок учитель проецирует на мультимедийный экран слайд с правильными формулами. Учащиеся должны их сверить со своими ответами и при необходимости исправить.

2. Фронтальный опрос. Учитель задает ряд вопросов, на которые учащиеся должны устно ответить. К таким вопросам можно отнести следующие:

- На чистом листочке, который лежит у вас на столах, запишите буквенное обозначение импульса.

- От каких величин зависит импульс тела?

- Запишите формулу для расчета импульса тела.

- Какая физическая величина обозначается в формуле символом т? символом V? В каких единицах они измеряются?

- Скажите, кто обладает большим импульсом: огромный слон, который стоит под пальмой, или бегущий маленький муравей? Почему?

- Каким свойством обладает импульс тела?

- Запишите на листочке формулу закона сохранения импульса.

- Сформулируйте закон сохранения импульса.

В качестве сигнала к готовности ответить на поставленный вопрос у учащегося будет служить поднятая рука.

Повторив основные формулы, физические величины

и их единицы измерения, учитель сообщает тему урока: " Практическое применение закона сохранения импульса".

На этапе решения задач на экран проектируется слайд с условием задачи № 1. Учитель, зная способности учащихся, с целью экономии времени, предлагает одному из них вслух прочитать условие задачи. Остальные -внимательно слушают. Затем учитель поэтапно анализирует с учащимися ход решения задачи и совместно с учащимися выясняют, какие физические величины известны, а какие необходимо определить, схематично делает рисунок - до взаимодействия, после взаимодействия, указывает направление скорости, записывает закон сохранения импульса в векторной форме, проецирует на ось, записывает закон сохранения импульса в скалярном виде с учетом знаков, подставляет в готовую формулу известные величины, выражает искомую величину и вычисляет ее. Все, сказанное учителем, наглядно подтверждается слайдами, которые проявляются по ходу объяснения учителя на экране мониторов учеников. Учащиеся оформляют решение в тетради.

Задача № 2 немного отличается от предыдущей задачи. С условием учащиеся знакомятся самостоятельно с помощью слайда и брошюры, которая в качестве раздаточного материала лежит на парте у каждого учащегося. После этого проецируется слайд с неполным решением задачи. Учащиеся должны аккуратно оформить в своей тетради решение, подставив вместо знака "вопрос" необходимые значения. На выполнение задания отводится 5 минут. Ученик, который справился с задачей раньше остальных, должен поднять руку, чтобы учитель смог проверить решение. Если учащийся допустил недочеты или неправильно решил, то у него есть шанс исправить свой недочет. После того, как время, отведенное на решение задачи истечет, можно воспользоваться одним из двух способов проверки:

1. Ученик, который правильно решил задачу, выходит к доске, оформляет решение и вслух поясняет. Остальные учащиеся сверяют запись на доске со своим решением и исправляют ошибки.

2. Учащиеся, выполнившие правильно задачу, используются в качестве консультантов. За каждым из них закрепляется определенная группа учащихся, у которых они проверяют решение и анализируют ошибки.

После проверки решения задачи №2, переходим к решению задачи №3, с условием которой учащиеся знакомятся самостоятельно на своих мониторах. Учитель обыгрывает ситуацию, поясняя, что данная задача однажды попала при поступлении в институт одному абитуриенту, но он не смог до конца решить. В это время на экранах появляется слайд с неполным решением задачи. Перед учащимися ставится цель: помочь абитуриенту решить задачу.

После совместного решения задач переходим к этапу самостоятельного выполнения заданий, представленных на экранах мониторов учеников, по вариантам под контролем учителя (рис.1).

Вариант 1

1. Шар массой 5 кг, движущийся со скоростью 5 м/с, нагоняет шар массой 6 кг, движущийся со скоростью 2 м/с. Определите скорость шаров после неупругого соударения. 2. Человек массой 70 кг, бегущий со скоростью 7 м/с, догоняет тележку массой 30 кг, движущуюся со скоростью 2 м/с и вскакивает на нее. С какой скоростью будет двигаться тележка после этого? 3. Рассчитайте скорость, которую будет иметь ракета массой 1000 кг, если в результате горения топлива выброшено 200 кг газов со скоростью 2000 м/с.

4. Железнодорожный вагон массой 5. Два неупругих шара массами 0.5 6. Тележка массой 3 кг, движущаяся со

30 т, движущийся со скоростью 1.5 м/с, сцепляется с неподвижным вагоном, масса которого равна 20 т. Какова скорость после сцепки? кг и 1 кг движутся со скоростями 7 м/с и 8 м/с соответственно, направленными вдоль одной прямой. С какой скоростью они будут двигаться после абсолютно неупругого соударения, если они движутся навстречу друг другу? скоростью 4 м/с, сталкивается с неподвижной тележкой той же массы и цепляется с ней. Чему равна скорость обеих тележек после взаимодействия?

7. Электровоз массой 60 т движется со скоростью 0.5 м/с, подъезжает к неподвижному вагону и продолжает двигаться вместе с ним. Какова масса вагона, если скорость локомотива изменилась до 0.4 м/с? 8.Граната массой 1 кг, летящая со скоростью 20 м/с на запад, разрывается на 2 осколка. Один массой 0.2 кг начинается двигаться со скоростью 500 м/с в направлении полета гранаты. В каком направлении и с какой скоростью полетит второй осколок? 9.Винтовка массой 5 кг, подвешенная на шнурах, выстреливает пулю массой 4 г, которая вылетает из дула со скоростью 520 м/с. Чему равна скорость отдачи винтовки?

Вариант 2

1. Шар массой 5 кг, движущийся со скоростью 5 м/с,. нагоняет шар массой 6 кг, движущийся со скоростью 2 м/с. Определите скорость шаров после неупругого соударения. 2. Человек массой 60 кг, бегущий со скоростью 10 м/с, догоняет тележку массой 40 кг, движущуюся со скоростью 1 м/с и вскакивает на нее. С какой скоростью станет двигаться тележка после этого? 3. Тележка массой 2 кг, движущаяся со скоростью 3 м/с, сталкивается с неподвижной тележкой массой 4 г и сцепляется с ней. Чему равна скорость обеих тележек после взаимодействия?

4. Вагон массой 60 т, движущийся по горизонтальному пути со скоростью 2 м/с, сцепляется с неподвижным вагоном массой 40 т. С какой скоростью будет двигаться сцепка? 5. Рассчитайте скорость, которую будет иметь ракета массой 1 т, если в результате горения топлива выброшено 200 кг газов со скоростью 2 км/с. 6. Тепловоз массой 130 т приближается со скоростью 2 м/с к неподвижному составу массой 1170 т. С какой скоростью будет двигаться состав после сцепления с тепловозом?

7. Граната, летевшая горизонтально со скоростью 10 м/с, разорвалась на два осколка, масса первого -1 кг, масса второго - 1.5 кг. Больший осколок после взрыва продолжает лететь в том же направлении и его скорость равна 25 м/с. Определите направление движения и скорость меньшего осколка. 8. Два мяча, движущиеся друг к другу со скоростями 2 м/с и 4 м/с. Массы мячей равны 150 Г и 50 Г соответственно. После столкновения меньший мяч стал двигаться вправо со скоростью 5 м/с. С какой скоростью и в каком направлении будет двигаться большой мяч? 9. Винтовка массой 5 кг, подвешенная на шнурах, выстреливает пулю массой 4 г, которая вылетает из дула со скоростью 520 м/с. Чему равна скорость отдачи винтовки?

Рис.1. Варианты уровневых задач.

ня учащийся может перейти к задачам третьего уровня или аналогичным по сложности второго уровня или более сложным, или более простым.

На решение задач отводится 20 минут. Затем учитель предлагает учащимся самостоятельно оценить свою работу согласно критерию и выставить оценку в тетрадь, которая в дальнейшем сдается на проверку.

В конце урока учитель проводит рефлексию с целью выяснения настроения учеников. Для этого им предлагается поднять карточку с грустным или веселым осьминогом в зависимости от их состояния.

В качестве домашнего задания учитель предлагает составить задачу. Возможны следующие варианты:

1. Составить по своему усмотрению: качественную или количественную задачу;

2. Составить обратную задачу любой из тех, которые решали на уроке.

Материал поступил в редакцию T. 09. 200T.

Структура вариантов самостоятельной работы представлена следующим образом:

- Задачи первого уровня (1,4,7) являются наиболее сложными;

- Задачи второго уровня (2,5,8) имеют более простой метод решения;

- Задачи третьего уровня (3,6,9) - элементарны.

Если ученик решает задачи в последовательности

1,4,7 без недочетов, он получает оценку "5", с недочетами - "4". При решении задач в последовательности 2,5,8 с недочетами - оценка "3", при правильном решении -"4". Если же учащийся решает только задачи 3,6,9, то максимальная его оценка - "3".

Возможны следующие варианты решения самостоятельной работы: если ученик затрудняется при решении задачи 1, он может перейти к задаче 2 и после ее решения либо к задаче 5, либо к задаче 4. Возможен также переход к задаче 6. После решения задачи второго уров-