Использование компьютерных технологий при решении задач по физике в средних общеобразовательных школах

Исмаилов Иса Намаз оглу

Доцент кафедры методики преподавания физики Азербайджанского государственного педагогического университета

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧ ПО ФИЗИКЕ В СРЕДНИХ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ШКОЛАХ

Пути применения знаний, приобретенных учащимися на уроках физики в средних общеобразовательных школах, на практике, в частности при решении задач, представляет особое значение в учебной деятельности. Если ученик принимает самостоятельное решение об использовании приобретенных знаний в решении задач, то это является свидетельством прочности усвоенных знаний.

Если учесть, что на современном этапе технического развития приблизительно 1/3 часть общей учебной нагрузки физики (в УП-Х1 классах) охватывает самостоятельная работа учащихся, особенно решение задач, то можно представить актуальность затронутой проблемы. На современном этапе учителя физики общеобразовательных школ стремятся использовать на уроках более продуктивные методы и инновационные технологии, ибо традиционными методами в современных условиях трудно достичь высоких результатов. Поэтому считаем, что проблему можно решить путем применения новых продуктивных методов и технологий.

Использование компьютера способствует автоматизации вычислений при решении задач по отдельным разделам курса физики, требующих сложных математических вычислений и отнимающих у учащихся много времени;

изучению большего теоретического материала за счет экономии времени, или поэтапному наглядному объяснению имеющихся в задачах физических явлений и процессов; расширению круга задач. Использование компьютерной технологии за счет интенсификации учебного времени позволяет формировать у учащихся более прочные практические умения и навыки.

Для эффективного решения задач по физике с помощью компьютерной технологии можно использовать следующее:

а) наглядность содержания темы электронным учебником, достичь самостоятельного изучения; б) модели, составленные по курсу общей физики; г) при решении задач реализовать внедрение составленных на основе заданного алгоритма программ на алгоритмических языках (БЕЙСИК, ПАСКАЛ); д) калькуляторный режим компьютера.

Длительный опыт работы показывает, что в успешном решении задач по физике большое значение представляет осознание его содержания, то есть постепенный переход образного мышления к логическому мышлению. С этой точки зрения в динамической, цветной и наглядной передаче учащимся физических явлений и процессов, содержащихся в задачах, роль компьютера незаменима. Это ярко проявляется в решении одной задачи по «Оптике».

Задача-1. Человек, рост которого h = 1,7 м идет со скоростью и = 1 м/с по направлению к уличному фонарю. В некоторых моментах времени длина тени человека была ^ 1 = 1,8 м. Спустя время, t =2 с длина тени стала ^ 2 = 1,3 м. На какой Н - высоте висит фонарь? (7). Схема задачи указана на рис. 1. Из подобия со штрихованных треугольников можно дописать следующее решение задачи.

Учитель при решении задачи основное внимание уделяет схеме, которая изображена на рис.1, старается правильно использовать наглядность, учесть соответствующие указания и данные. Он должен стараться, чтобы учащиеся хорошо осознали содержание задачи. Подобное объяснение приводит к тому, что все учащиеся класса активно участвуют в процессе его

решения. Для алгоритмического решения задачи от образного мышления (формальной логики) следует переходить алгоритмическому процессу мышления. То есть в соответствии с правилом решения задачи сначала выполняется аналитический анализ, а потом, используя соответствующий алгоритм, осуществляются требуемые операции. Сосредоточивая внимание всех учащихся к соответствующим операциям, обеспечивается их активное участие в самостоятельном решении задачи и в конечном итоге хорошему усвоению данного раздела.

Н = 1,7 лл

1« = 1 м/с 1;= 1,8 м 1 = 21-е 17= 1,3 м

И = ?

н^и^-у

I] -I,

(1м/с • 2 с ♦ 1,8м- 1,3м) = 8,5 м

1,8М-1,3м

Рис.1

Подобный подход можем использовать в решении задач по всем разделам физики.

Долголетний опыт работы показывает, что гибкий переход к алгоритмической логике обуславливается формированием у учащихся формальной логики. Они легко усваивают физические явления и процессы.

Учителя и учащиеся при решении задач по отдельным разделам и темам физики (основы молекулярно-кинетической теории, электродинамика, атомная физика и квантовая механика) много времени затрачивают на вычисления. При этом вместо развития творческого мышления утомительный труд приводит к механическому переписыванию.

Проведенные наблюдения показали, что учитель при решении задач по всем разделам и темам физики затрачивает много времени на обеспечение наглядности, вдобавок рисунки, начерченные на досках, не отвечающих должным эстетическим требованиям, вместо развития творческого мышления учащихся приводят механическому копированию. Именно поэтому использование имеющихся в электронных учебниках готовых моделей представляет особое значение. Проведенные эксперименты показывают, что в основном завершено моделирование материалов по всем разделам курса школьной физики (7 - 11). Например, если просто обратить внимание на версии 1.0 и 2.6 «Открытой физики», то можно ознакомиться с 85 моделями, охватывающими весь курс физики (Механика - 10, Молекулярная физика и термодинамика - 14, Механические колебания и волны - 6, Электродинамика -19, Электромагнитные колебания и волны - 4, Оптика - 16, Основы теории специальной относительности - 2, Квантовая физика - 5, Атомное ядро и атомная физика - 9). Нетрудно видеть их значимость в практическом решении задач.

Обратимся к одному из простых моделей, определению по закону Кулона взаимовлияния между точечными зарядами (рис. 2).

Вставляя соответствующие количества по закону Кулона, можно быстро решить задачу. Ученик с помощью соответствующих кнопок без труда выполняет эти работы.

Содержание и методика преподавания предметов естественных, технических и точных наук открывают большие возможности в формировании культуры алгоритмического мышления. Алгоритмы, составленные на задачи и задания по отдельным разделам физики, можно рассмотреть в качестве единой формы решения для этих разделов. Разработанные по этому принципу алгоритмы позволяют составлять общую компьютерную программу для определения степени усвоения этих тем.

21

Рис.2

<?2 «3

(5,0 §-10"8Кп

[2,0 |)-10-8 Кл

(-3,0 §Ю-8Кл

'12 = 97 см ^12 к 10 10"6 н

'23 = 207 см Р23 я -1 ю-6 н

'31 = 160 см ^31 -5-10"6 Н

Обучение решению задач по физике осуществляется по алгоритмическому подходу на основе программы действия. Программы подобного типа предлагаются в форме указаний, инструкций и объяснений (2, с. 12 - 23; 195206). Знаем, что к методам общего решения задач относятся синтетические и аналитические и др. Кроме них существует алгоритмический метод, который позволяет правильно понять сущность задачи, создает у учащихся определенный интерес и стимул к этому процессу. Все основные методы, рассмотренные для решения задачи, можно применять с помощью компьютерной программы, предварительно записывая их в виде алгоритма. Однако решение любой задачи по физике начинается с анализа и моделирования ее физической сущности.

В отдельных разделах физики имеются такие фундаментальные теории, что по формальной идентичности между ними достаточно составлять не отдельные алгоритмические программы для ряда задач, а именно программу по этим темам с незначительной корректировкой, основанную на единый принцип. Например, в механике общее сходство между законом всемирного тяготения и законом Кулона в электродинамике позволяет осуществлять решение по ним множества задач по единой программе. Сравнительные

анализы при решении этих задач обеспечивает прочное усвоение учебного материала. Так, составляя единую программу, объединяющую силы гравитации и Кулона, можно решать множество задач по каждой теме, изменяя лишь данные. Учителя физики О. Гасанов школы № 15, Г. Кечарли школы № 19, Ф.Тагиева и Г. Гаджиева школы № 23, Г.Галандаров школы № 167 города Баку, проводя уроки по отмеченной нами технологии, достигли в учебном процессе больших успехов.

А теперь рассмотрим обобщенную программу, составленную на алгоритмическом языке ПАСКАЛЬ, по отмеченным выше законам.

Единая программа, составленная по «Законам всемирного тяготения и Кулона»

PROGRAM Общая (INPUT, OUTPUT) CONST K= 9 E + 9;

G = 6. 6 7 E - 11;

VAR

Q1, Q2 : REAL;

M1, M2 : REAL R : REAL; F : REAL; N: INTEGER;

BEGIN

WRITELN (' ukajite üifroy ?to jelaete vi?islitg' );

WRITELN (' 1-zakon vsemirnoqo tsqotenis ' );

WRITELN ('2-zakon Kulona ' );

WRITELN (' Vvedite zna?erne N ' );

READLN (N) ;

CASE N OF 1: BEGIN

WRITELN (' ZAKON Vsemirnoqo tsqotenis' );

WRITELN (' Vvedite zna?em9 R, M1, M2 ' );

READLN (R, M1, M2 ) ;

F:= G * ( M1* M2/ SQR (R)) ;

END;

2: BEGIN

WRITELN (' ZAKON KULONA' );

WRITELN (' Vvedite zna?ern9 R, Q1, Q2 ' );

READLN (R, Q1, Q2) ;

F: = k * (Q1* Q2 / SQR (R)) ;

END;

END;

WRITELN

END.

Как было отмечено выше, решение многих задач по курсу физики можно вести в режиме калькулятора компьютера. Этот режим можно использовать в двух направлениях.

Во-первых, рабочим калькулятором ведется вычисление цифр высшей степени. Второе направление способствует ведению таких операций как геометрические и тригонометрические вычисления, нахождение связей между различными системами чисел, вычисление стандартных функций, ведение статистики и определение обратных функций.

Для ведении я статистических вычислений необходимо активизировать кнопку СТАА. При этом активизируются кнопки AVA SUM DAT, способствующие ведению сходных вычислений, появляется возможность конкретными действиями быстро вести вычисления, требующие длительный процесс.

В тоже время выявление тригонометрических функций разных углов, требуемых в решении ряда задач, следует выполнять с помощью специальных таблиц или ведением вычислений. В обоих вышеотмеченных

случаях допускается потеря времени и получаются неточные ответы. Однако с использованием возможностей режима калькулятора ведение вычислений тригонометрических функций выполняется автоматически.

С этой целью можно пользоваться возможностями современных мини электронных устройств (мобильными телефонами, калькуляторами, помещенными в некоторых часах) и калькуляторов. Используя эти калькуляторы в любом месте, можно решить задачу, так как они обладают возможностями вычисления и программирования, а также печатными устройствами. В калькуляторах подобного типа, создавая простые циклические блоки, можно вычислять повторяющиеся действия, проверяя условия создать переход и работать с цифрами больших форматов.

Использование ЭВМ способствует легкому и быстрому решению напряженных и утомительных проблем, вычисления которых представляют важное и практическое значение.

Проведенное исследование позволяет сделать следующие выводы и предложения сочтем целесообразным нижеследующим образом обобщить принципы использования в этом процессе компьютерных технологий:

- относительная свобода учащихся;

- автоматическая корректировка степени трудности решаемой задачи в случаях правильной оценки учащимися своих возможностей;

- для формирования данных конкретной задачи полная индивидуализация задачи с использованием случайного количественного генератора;

- приобретение учащимися в процессе решения задачи умений и навыков самостоятельного составления программ для алгоритмов;

- автоматизация соответствующих предложений, основанных на анализе допущенных учащимися ошибок при решении задач, выявление их причин и повторение теоретических материалов;

- для полного и всестороннего информирования учителя, анализ допущенных ошибок, объективная оценка решенных ими задач, хранение в архиве результатов обучения;

- возможность учащихся обращаться к учителю при затруднении усвоения учебного материала и приобретении умений и навыков решения задачи.

Руководствуясь этими принципами, можно использовать компьютер в следующих случаях решения задачи:

- в усвоении методов решения задач по новому материалу;

- в усвоении изучаемых методов, приемов и навыков, в проведении информативных, диагностических и суммативных проверок;

- в самостоятельном изучении материала (пропущенного) урока;

- в развитии творческого мышления, умений и навыков при решении более сложных задач;

- при проверке учителем работ в удобное для учащихся время.

При разработке программ, которыми предстоит пользоваться на уроке, особое внимание следует обратить на верное решение следующих вопросов:

- определение степени усвоения теоретической части, состоящей из основных законов и правил;

- правильный выбор условий задач, инструкций и программ по решению, рабочего режима;

- организация поэтапного контроля над решением задачи и контроль верности отдельных результатов;

- правильное использование подпрограмм для оценки результатов решения задачи и анализа ошибок;

- формирование умений работы с подпрограммами, обеспечивающих степень разной сложности предложенных задач.

Литература

1. Извозчиков В.А., Слуцкий А.М. Решение задач по физике на компьютера: Кн.для учителя. М:, Просвещение, 1999, 256 с.

2. Исмаилов И.Н., Абдуллаев Д.С. Технические средства обучения и новые информационные технологии. Методика их использования в обучении (на азербайджанском языке). Баку, 2006, 358 с.

3. Кондратьев А.С., Прияткин Н.А. Современные технологии обучения физике. Изд-во С.-Петербургского университета, 2006. 341с.

4. Открытая физика «Версия 2.6.». Под.ред.проф.С. М. Козела. Физикон. (Електроный диск) М:, 2005.

5. Рымкевич А.П. Задачи по физике «Маариф». Б:, 1991.

6. Физика 7-11 класс серия ваш репетитор. (Електроный диск). М:, 2005

7. Яглом Н.М. Образное мышление, алгоритмические мышление, компьютеры //Вопросы психологии// М:, 2005, № 5

И.Н .Исмаилов Doц. ЛГПУ

РЕЗЮМЕ

Использование компьютерных технологий при решении задач по физике в средних общеобразовательных школах

В статье освещаются место, роль и значение решения задач в привитии теоритических навыков по физике в средних общеобразовательных школах; трудности, возникающие в традиционных методах в развитии логических и творческих мыслительных процессов учащихся на уроках и роль компьютерных технологий в их устранении.

Проведенные исследования показали что некоторые трудности учащихся при решении задач являются результатом неумения учителя создать соответствующую наглядность на уроке и трата много времени на

вычисления, что конечном итоге завершается механическим переписыванием учащимися решения задач с доски. Хотя за это время с применением компьютерных технологий они могли бы усвоить больше теоритических знаний, практических умений и навыков. Для устранения подобных недостатков нами предложены следующие направления применения компьютерных технологии в решении задач по физике: а) обеспечение с помощью электронного учебника должной наглядности, отражающей сущность задач; б) внедрение данных в конкретные модели; в) составление и внедрение единой программы (на языке ПАСЖАЛ) на основе обобщенных алгоритмов по фундаментальным теориям, изложенных в разных разделах физики; г) решение задач с использованием калькуляторного режима компьютера.

В статье обобщена технология применения конкретных образцов.

I.N.Ismailov Dosent of ASPU

SUMMARY

The use of computer technologies during the work with physics tasks

at schools

The article highlights the role of computer technologies' use during the pupils' work with practical physics tasks, their logical and intellectual development and use of computer technologies' in solving of problems arise during the studying process of physics.

As a result of the researches it was discovered that some of the issues experienced during the pupils' work with the practical physics tasks are due to difficulties in understanding of tasks by pupils and unsatisfactory explanations provided by teacher; and also a lot of time spending on the mathematical calculations which is being resulted by copying of tasks answers, final calculations by pupils from the blackboard where it has been provided without their efforts. It

has been noted that instead of a lot of time spending on calculations by pupils, they could gain more theoretical and practical knowledge and ability by using computer technologies. In order to solve this kind of issues there are different ways described below about effective use of computer technologies during the pupils' work with physics tasks with examples are provided in this article: a) Provision of satisfactory explanations on the meaning of tasks by using e-books and presentations which could be provided in compact disks; b) Provision of more clarity on meaning and definitions of tasks by using useful models; c) Provision of summarized program (prepared by using PASCAL programming language) which captures all the fundamentals of different parts of physics; d) Provision of explanations and user manuals on the use of computer technologies for the required mathematical calculations during the work with physics tasks