Применение новых информационных технологий с целью формирования у учащихся умений и навыков постановки и проведения физического эксперимента

ЭЛЕКТРОННЫЕ УЧЕБНЫЕ РЕСУРСЫ И МЕТОДИКА ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ОБУЧЕНИИ

Н.В. Беляева

ПРИМЕНЕНИЕ НОВЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИИ С ЦЕЛЬЮ ФОРМИРОВАНИЯ У УЧАЩИХСЯ УМЕНИЙ И НАВЫКОВ ПОСТАНОВКИ И ПРОВЕДЕНИЯ ФИЗИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА

Рассматриваются направления использования электронных изданий по физике на

лабораторных занятиях по предмету. Обсуждаются вопросы организации

самостоятельной работы учащихся с электронными учебными пособиями.

Обосновывается необходимость разработки дидактических материалов, поддерживающих формирование у учащихся соответствующих познавательных умений. Представлена структура электронной библиотеки дидактических материалов «Школьный физический эксперимент».

В настоящее время большое внимание уделяется повышению эффективности обучения. Решение этой проблемы связано с применением в учебном процессе новых методов и приемов обучения. Новые информационные технологии могут эффективно использоваться на традиционных уроках, включающих демонстрационные опыты по физике, на лабораторных занятиях, а также на занятиях физического практикума.

На лабораторных занятиях по физике компьютер может использоваться и как инструмент познания, и как средство обучения. Эти две функции поддерживаются разными программными продуктами. Инструментальные программы (Ехсе1, MathCAD, Grapher, Maple, MatLab, Stratum и др.) применяются для моделирования явлений, обработки результатов измерений, их графической интерпретации и пр. Обучающие программы предназначены для предъявления учебного материала, закрепления знаний, формирования учебных умений, контроля качества усвоения.

На образовательном рынке России представлены разнообразные инструментальные среды и электронные учебные издания (ЭУИ):

• Живая школа. Живая физика (CD). (Interactive Physics) MSC. Working Knowledge. ИНТ (http://www.krev.com/; http://www.int-edu.ru/);

• Виртуальная физика «STRATUM 2000» (CD) / Д.В. Баяндин, О.И. Мухин. -РЦИ ПГТУ г. Пермь (http ://www.stratum.ac.ru/);

• Открытая физика. В 2 ч. (CD) / Под ред. С.М. Козела. - М.: ООО

«Физикон», 2002 (http:// www.physicon.ru/.);

• Физика в картинках Версия 6.2(CD). - М.: НЦ «Физикон», ООО «Образ», 1993 (http ://www.physicon.ru/.);

• 1С: Репетитор Физика (CD). - М.: АОЗТ «1С», 1998 (http:// www.1c.ru/.);

© H.B. Беляева, 2005

• «1С: Школа» - «Физика 10 - 11 кл., подготовка к ЕГЭ» (CD) / Н.К. Ханнанов, 1С, Дрофа, Формоза, РЦИ ПГТУ. - 2004 (http://www.1c.ru/) и др.

В содержание многих современных ЭУИ по физике входят анимации, интерактивные модели, конструкторы, тренажеры, видеозаписи физических экспериментов, виртуальные лабораторные работы и пр. Эти учебные объекты могут служить основой для организации самостоятельной работы учащихся как в классе, так и в домашних условиях, они призваны обеспечить подготовку школьников к лабораторным занятиям по физике. Данные объекты разнятся по своим обучающим возможностям. Так, например, нередко представленный в ЭУИ модельный эксперимент, являясь эмоционально привлекательным для учащихся, не выполняет своей основной учебной функции - не способствует существенному обновлению знаний, не ориентирован и на формирование у ученика каких-либо познавательных умений. Некоторые виртуальные модели отличаются низким уровнем проработанности в целом верной сценарной идеи, положенной в их основу, и в силу этого не позволяют учащимся обстоятельно и глубоко исследовать особенности протекания моделируемого явления.

В виртуальной среде представлены модели и достаточно высокого дидактического качества. Некоторые из них ориентированы на отработку у учащихся отдельных экспериментальных умений (тренажеры, конструкторы); другие помогают изучать физические явления, недоступные для воспроизведения в условиях школьной лаборатории; третьи создают условия для самостоятельного моделирования обучаемым разнообразных физических ситуаций, четвертые позволяют проводить на модельной установке эксперименты, вошедшие в историю физической науки, и т.д.

Необходим тщательный отбор модельных объектов ЭУИ для лабораторных занятий. Наиболее эффективным для занятий этой организационной формы, на наш взгляд, является использование виртуальных манипулятивных моделей (в том числе конструкторов и тренажеров), а также видеофрагментов натурных опытов. Таких объектов пока недостаточно в виртуальной информационной среде. Класс таких учебных объектов необходимо последовательно развивать.

Направления использования объектов виртуальной среды на лабораторных занятиях по физике

Возможны следующие варианты применения видеодемонстраций и модельных экспериментов на лабораторных занятиях:

1. Просмотр видеозаписи эксперимента или его виртуальной модельной демонстрации с последующим объяснением наблюдаемых эффектов.

2. Просмотр и анализ видеоверсии натурного эксперимента или его виртуальной модельной демонстрации с последующим планированием и проведением данного опыта в условиях школьной лаборатории.

3. Моделирование физических ситуаций в виртуальной среде. Выполнение манипулятивного модельного эксперимента, обработка полученных результатов. Проверка наличия модельных эффектов в натурном опыте.

4. Просмотр видеозаписи натурного эксперимента. Выполнение измерений и обработка полученных данных с использованием встроенного в программный продукт виртуального инструментария.

5. Отработка на манипулятивных виртуальных моделях, в том числе тренажерах, отдельных экспериментальных умений (постановка цели, выдвижение гипотезы, планирование и выполнение модельного эксперимента, обработка и анализ полученных результатов, формулировка выводов) [3 ] .

Несмотря на то, что учителя проявляют заинтересованность в использовании программно-педагогических средств (ППС) на уроках физики, широкого распространения в практике школьного обучения они не получили. Невысокая активность в применении электронных учебных изданий связана с отсутствием свободного доступа учителей-предметников к компьютеру, с одной стороны, и недостаточным уровнем развития учебно-методического сопровождения электронных учебных изданий (отсутствием необходимых инструктивных и дидактических материалов для учащихся и методических указаний для учителя по применению ППС в учебном процессе) - с другой.

Разработка методических материалов для электронных учебных пособий может вестись в разных направлениях. Представляет интерес проблема использования ППС в качестве дидактической поддержки лабораторных занятий по предмету. Анализ содержания ряда электронных изданий по физике с точки зрения возможности их использования на лабораторных работах по физике позволил выявить их пока еще не востребованный дидактический ресурс. Чтобы реализовать заложенный в каждый программный продукт обучающий потенциал, необходимо разрабатывать специальные дидактические материалы, направляющие познавательную деятельность учащихся в работе с виртуальной информационной средой. Данные материалы, с одной стороны, должны учитывать особенности каждого электронного издания, с другой - эффективно поддерживать процессы усвоения учащимися системы знаний и формирования у них необходимых познавательных умений в соответствии со школьным стандартом образования [1].

В связи с этим на кафедре «Мультимедийной дидактики и информационных технологий обучения» Пермского государственного педагогического университета разработаны пособия «Использование электронных учебных изданий на фронтальных лабораторных занятиях по физике: Дидактический материал. 7 класс» и «Использование электронных учебных изданий на фронтальных лабораторных занятиях по физике: Дидактический материал. 8 класс». Данные пособия подготовлены как составляющая учебно-методического комплекта к учебникам Н.С. Пурышевой, Н.Е. Важеевской «Физика. 7 класс» и «Физика. 8 класс» (М.: Дрофа, 2001) [3]. Названные дидактические материалы предназначены для организации самостоятельной работы школьников с электронными учебными изданиями по физике и ориентированы на их подготовку к лабораторным занятиям по предмету, а также на поддержку выполнения учащимися домашнего физического эксперимента. В материалах представлен перечень дополнительных учебных заданий к фронтальным лабораторным работам. Каждому

лабораторному эксперименту соответствует несколько заданий, ориентированных на использование разных программных продуктов (на выбор). В пособиях даны указания по поиску в программном продукте тех учебных объектов, для которых сформулированы дополнительные задания.

Приведем в качестве примера фрагмент одного из пособий [ 3 ].

Лабораторная работа №1. Измерение длины, объема и температуры тела.

Электронные пособия:

Виртуальная физика (Пермский РЦИ, ПГТУ) http://www.stratum.ac.ru/.

Поиск: Систематический каталог интерактивных моделей \ Введение в лабораторный практикум: обработка результатов измерений \ Некоторые измерительные приборы: правила использования, расчет систематической погрешности \

цена деления шкалы прибора

Содержание учебной работы: определение цены деления шкалы прибора;

измерительная линейка

Содержание учебной работы: определение цены деления шкалы линейки, измерение длины бруска, запись результата с учетом погрешности.

Поиск: Систематический каталог интерактивных моделей \ Введение в лабораторный практикум: обработка результатов измерений \ Правила округления и записи результатов \ Округление и запись результата.

Содержание учебной работы: запись результата с учетом погрешности.

[Г-1 Окочгление -И X]

Округление и запись результатов

Получены следующие значения: Получить |

<х> = \ ' ах = Г

Верная запись результата Контроль |

х= 1° + 1°

В настоящее время подготовлена к изданию электронная версия дидактических материалов «Использование электронных учебных изданий на фронтальных лабораторных занятиях по физике» (7 класс). Электронная версия содержит видеосюжеты, демонстрирующие возможности виртуальных моделей физических

экспериментов и видеодемонстраций натурных опытов, а также видеофрагменты, иллюстрирующие методику работы с учебными объектами, представленными в ЭУИ (рис. 1).

При использовании новых информационных технологий в качестве дидактической поддержки лабораторных занятий по предмету возникает вопрос о рациональности применения компьютера на занятиях данной формы. Если преимущества проведения физического эксперимента с использованием компьютера как инструмента познания очевидны, то целесообразность использования учебных объектов электронных учебных изданий (ЭУИ) на занятиях такого типа вызывает сомнения. Тем не менее целый ряд учебных объектов ЭУИ может быть с успехом использован в лабораторной практике учащихся. Важно лишь раскрыть дидактический потенциал этих учебных объектов.

Назад Главная страница

л1 Х“ЛГо+Р* *

о1 Г (

Физика. Основная школа 7- 9 классы: Часть I (Просвещение) http://www.pmedia.ru

Поиск: Содержание \ Движение и взаимодействие тел \ Равномерное прямолинейное движение \ Изучение равномерного движения

Содержание учебной работы наблюдение движения, фиксирование его результатов: проведение натурного опыта (определение скорости движения) по

предложенному в виртуальной среде образцу:

Рис. 1

Изучение явления на основе его компьютерной модели, сопряженное с работой на натурной лабораторной установке, обеспечивает всесторонний анализ физической ситуации и способствует в силу этого более глубокому и полному усвоению учащимися содержания научных понятий и законов.

Управление деятельностью школьников при подготовке и проведении физического эксперимента должно осуществляться в опоре на использование системы разнообразных дидактических материалов. Современные носители информации позволяют расширить обучающие возможности дидактического обеспечения школьного физического эксперимента. В качестве поддержки самостоятельной работы школьников на

лабораторных занятиях по физике будет полезной электронная библиотека «Школьный физический эксперимент» (рис. 2). Структура библиотеки приведена ниже.

Структура электронной библиотеки «Школьный физический эксперимент»

I. Система лабораторных заданий для:

1) фронтальных опытов;

2) фронтальных лабораторных работ;

3) базового лабораторного практикума;

4) домашнего практикума;

5) творческого лабораторного практикума;

6) межпредметного лабораторного практикума на базе школьного кабинета физики;

7) индивидуальных учебных исследований.

II. Раздаточный дидактический материал:

1) обобщенная деятельностная (процедурно-операционная) модель эксперимента как метода эмпирического исследования и модели составляющих его этапов:

• формулировка проблемы исследования;

• выдвижение и обоснование гипотезы, на основе которой может быть решена поставленная проблема;

• выяснение роли эксперимента в решении данной проблемы, определение его общей цели;

• определение порядка проведения эксперимента;

• разработка проекта экспериментальной установки и ее конструирование;

• выбор способа кодирования данных опыта (результатов наблюдений, измерений);

• проведение эксперимента, выполнение необходимых наблюдений и измерений, оценка точности измерений;

• анализ полученных результатов, формулировка вывода;

• осмысление результатов эксперимента в свете решения общей проблемы исследования, формулировка проблем последующего исследовательского поиска;

• оформление отчета о поведении эксперимента;

2) инструкции к лабораторным работам и фронтальным опытам (знаковоописательные модели конкретных экспериментов и конкретных экспериментальных действий для учащихся, испытывающих значительные затруднения в выполнении лабораторных заданий);

3) листы самоподготовки учащихся к лабораторному занятию;

4) справочные материалы:

• «Лабораторное оборудование: приборы, их назначение и технические характеристики, правила пользования»;

• «Измерительные приборы. Правила пользования и особенности техники измерения»;

• «Инструментальные погрешности физических приборов и мер»;

• «Таблицы физических величин» и пр.;

5) обобщенные планы: изучения научных фактов, изучения физического прибора, подготовки и проведения физического эксперимента, действия измерения, деятельности при проведении научно-технического исследования и др.;

6) система заданий для самостоятельной работы учащихся с электронными учебными изданиями и инструментальными программами при подготовке и проведении лабораторного эксперимента.

ТТТ. Компьютерные технологии обучения, ориентированные на развитие у учащихся опыта экспериментального исследования:

1) электронные учебные издания (ЭУИ) на CD:

• учебники и задачники,

• обучающие среды (среды - сценарии по формированию у учащихся отдельных экспериментальных умений, а также по формированию обобщенных умений и навыков выполнения целостного экспериментального исследования; моделирующие виртуальные среды, обеспечивающие становление у учащихся опыта прогнозирования и моделирования экспериментальных эффектов, проектирования экспериментальных установок, поиска рациональной логики и эффективного режима проведения натурного эксперимента и т.д);

• мультимедийные тренажеры,

• виртуальные лаборатории,

• мультимедийные энциклопедии и справочники различных типов;

2) интернет- ресурсы, ориентированные на развитие у учащихся опыта экспериментального исследования;

3) инструментальные программы, поддерживающие методику и технику

проведения эксперимента (программы математической обработки

результатов измерений и их графической интерпретации: Microsoft Excel, MathCADProfessional, Mathlab, Mathematic, Maple, Grapher, Measure и др.).

TV. История физического эксперимента

1) классификация исторических опытов по физике;

2) описание исторических опытов;

3) виртуальные модели исторического эксперимента;

4) биографии ученых;

5) ссылки на сайты по истории физической науки.

V. Методика обучения

1) основы методики формирования у учащихся обобщенных умений и навыков в проведении физического эксперимента;

2) методика использования электронных учебных изданий на лабораторных занятиях по физике;

3) модели лабораторных учебных занятий (в том числе лабораторных занятий с использованием ИКТ).

VI. Литература для учителя и учащихся

VII. Информация (о программе и авторах) [2, 4].

Рис. 2

В данном электронном издании представлены два обучающих блока: дидактические материалы, поддерживающие самостоятельную работу учащихся при выполнении физического эксперимента, и учебно-методические материалы для учителя, использование которых поможет педагогу организовать деятельность учеников на занятии и при подготовке к нему.

Важной задачей профессиональной деятельности учителя является формирование у учащихся умения самостоятельно приобретать научные знания. Одним из способов организации самостоятельной работы учащихся при выполнении лабораторного физического эксперимента является самостоятельное выполнение экспериментального задания по инструкции. В связи с этим электронная библиотека «Школьный физический эксперимент» содержит инструктивные материалы к лабораторным работам школьного курса физики, а также работам физического практикума. В основу разработки

инструкций положена обобщенная деятельностная модель экспериментального исследования. Инструкции содержат общие элементы. К ним относятся:

1. Общая проблема экспериментального исследования (в частности, экспериментальная задача).

2. Идея исследования: гипотеза и ее обоснование (способ проверки теоретических выводов и его обоснование, способ решения экспериментальной задачи и его обоснование).

3. Цель (цели) эксперимента.

4. Описание экспериментальной установки и порядок ее сборки.

5. Порядок проведения эксперимента.

6. Результаты эксперимента (способы кодирования и обработки).

7. Анализ результатов, вывод.

Важно, чтобы эти элементы были непременно представлены в инструкции и выделены как основные этапы экспериментальной работы. Работа с инструкциями, в основу подготовки которых закладываются обобщенные деятельностные модели (ОДМ), позволяет учащимся быстрее перейти к практике самостоятельного исследования на основе использования дидактических материалов только обобщенного характера. Самостоятельность учебной работы школьников на лабораторном занятии в этом случае заметно возрастает [4].

Рис. 3

В настоящее время электронная библиотека «Школьный физический эксперимент» пополнилась новым учебным блоком: «История физического эксперимента». В данный

раздел электронной коллекции включены классификация исторических экспериментов, ссылки на образовательные сайты и электронные учебные издания, в которых содержится информация об исторических опытах по физике, биографии ученых.

История науки несет в себе большие возможности для совершенствования учебного процесса. Выделение и совершенствование в этой связи исторической составляющей электронной коллекции «Школьный физический эксперимент» имеет большое образовательное значение. Изучение вопросов истории эксперимента, сопровождающее циклы лабораторных занятий по физике, способствует формированию у учащихся более полных представлений о методах научного познания, оказывает существенное влияние на становление естественнонаучного мировоззрения, повышает интерес к самостоятельному экспериментальному исследованию явлений природы, расширяет научный и культурный кругозор, воспитывает любовь и уважение к предмету.

Одним из наиболее востребованных блоков электронной библиотеки «Школьный физический эксперимент » является раздел «Модели лабораторных учебных занятий». В нем представлены учебно-методические комплексы (УМК) лабораторных занятий, в том числе с использованием компьютера. Приведем в качестве примера УМК занятия «Закон Г ука».

Учебно-методический комплекс

I. Тема занятия и его организационная форма.

Тема: Сила упругости. Закон Гука

Организационная форма: фронтальная лабораторная работа

II. Образовательные задачи занятия.

Изучение нового учебного материала

Формирование новых умений:

• Выполнять эксперимент по исследованию зависимости силы упругости от величины деформации тела

Повторение ранее изученного материала

Повторение и закрепление ранее полученных знаний:

1) Научных фактов:

• Земля притягивает к себе все тела

• При деформации возникает сила упругости, направленная противоположно смещению частиц тела

• Коэффициент жесткости зависит от материала, формы и размеров пружины

2) Эмпирических понятий:

• Сила

• Сила тяжести

• Деформация

• Упругая деформация

• Сила упругости

• Коэффициент упругости (жесткость) к

3) Эмпирических законов:

• Закон Гука: ¥упр = кх

• Закон всемирного тяготения: ¥тяж = mg

Совершенствование учебно -познавательных умений:

• Проводить физические опыты

• Обобщать данные опытов, выявлять эмпирические закономерности в протекании физических явлений

• Работать с символическим языком физической науки

• Выполнять модельный физический эксперимент с использованием компьютера

• Формирование обобщенных умений работы с динамическими компьютерными моделями физических экспериментов

• Строить и анализировать графики функциональных зависимостей

• Работать с инструментальными программами: Microsoft Office

III. Дидактическая структура занятия

Таблица

Этап занятия Время (мин) Методы обучения Приемы обучения

1 2 3 4

1. Организацион -ный 2 Методы воспитания, приветствие

2.Вступительное слово 2 Рассказ о теме урока, учебных задачах занятия и плане работы Запись темы и плана занятия на доске

З.Повторение пройденного материала ЗО Фронтальная устная проверка усвоения фактов, понятий, законов Организация обсуждения цели эксперимента, конструкции экспериментальной установки, порядка проведения эксперимента, способа записи и обработки результатов Организация эксперимента по исследованию зависимости силы упругости от величины деформации: • натурного • виртуального модельного • Взаимоконтроль, установка на дополнение и уточнение ответов • Запись на доске • Фронтальная беседа по обобщенному плану проведения эксперимента • Слайд «ОП проведения эксперимента» • Сборка экспериментальной установки в процессе обсуждения • Записи на доске • Использование в процессе планирования эксперимента презентации «Разработка проекта физического эксперимента" • Работа в группах (группа 1 проводит натурный эксперимент для пружин с разной жесткостью, группа 2 -компьютерный эксперимент) • Дидактические карточки с инструкциями к выполнению натурного и виртуального физических экспериментов • Слайд «ОП изучения виртуальной динамической модели» • Слайд «ОП изучения физического закона» • Использование инструментальных программ Microsoft Office (Excel, Word) при фиксировании и обработке результатов, оформлении отчета об эксперименте • Отчеты групп о проведении натурного и компьютерного экспериментов

• Сравнение результатов натурного и модельного экспериментов

5.Предъявление домашнего задания 1. Рассказ о содержании Д/З: • подготовка ответа по ОП о силе упругости, законе Гука • решение задач на закон Гука • домашний компьютерный эксперимент (по выбору) • разработка презентации в Power Point (Сила упругости, Закон Гука) (по выбору) 2. Рассказ о форме проверки Д/З на следующем уроке • Предъявление ОК, ОП в процессе разъяснения Д/З • Запись Д/З на доске • Дополнительные индивидуальные задания • Дидактические карточки с индивидуальными заданиями • Рекомендации по выполнению домашнего компьютерного эксперимента

Окончание табл.

1 2 3 4

б. Заключительное слово 2 1. Сообщение о решении учебных задач 2. Сообщение об учебных достижениях, оценке учебной работы 3. Рассказ о задачах следующего урока • Положительная оценка деятельности • Поощрение активных учеников

IV. Содержание домашнего задания

• Прочитать § 24

• Подготовить ответы по обобщенным планам изучения физического закона, физической величины, научном факте

• Работа с обучающими программами по физике по теме «Закон Гука» на основе обобщенного плана анализа компьютерной модели

V. Средства преподавания

1. Фронтальный лабораторный эксперимент:

Цель: проверка закона Гука

Оборудование: пружина, набор грузов, линейка, штатив

2. Настенно - печатная (экранная) наглядность

Таблицы (слайды):

• Обобщенные планы:

• Подготовки и проведения физического эксперимента

• Изучения физической величины

• Изучения физического закона

• Анализа динамической компьютерной модели

• Опорные конспекты:

• Сила упругости

• Закон Гука

• Презентация опорных конспектов

3. Программное обеспечение к ЭВМ

• Обучающие программы

• Открытая физика. Часть 1

• Виртуальная физика

• 1С: Репетитор. Физика

• Боревский Л.Я. Курс физики XXI века

• Репетитор по физике

• Уроки физики 7 - 8 класс.

• Уроки физики 9 класс.

• TeachPro Физика для абитуриентов

• Физика и NMG

• Инс трументальные программы

• Excel

• Word

• Paint

• PowerPoint

4. Дидактический раздаточный материал для самостоятельной работы

• Обобщенные планы:

• Подготовки и проведения физического эксперимента

• Изучения физической величины

• Изучения физического закона

• Анализа динамической компьютер ной модели

• Опорные конспекты:

• Сила упругости

• Закон Гука

• Инструкции к лабораторной работе

5. Система средств ТСО

• Компьютер

• Мультимедийный проектор

VI Литература и электронные ресурсы для учащихся

1. Физикон. Открытая физика. В 2 ч. (CD) (http ://www.physicon.ru/.).

2. 1С: Репетитор Физика (CD) (http:// www.1c.ru/.).

3. Боревский Л. Я. Курс физики XXI века. Полная теория в иллюстрациях + 210 моделей. -МедиаХауз (http://www.mediahouse.ru/).

4. Репетитор по физике КиМ (http ://www. km. ru/).

5. Виртуальная школа «Кирилла и Мефодия».

VH Литература и электронные ресурсы для учителя

Список литературы:

1. Элементарный учебник физики: Учеб. пособие. В 3 т./ Под ред. Г.С. Ландсберга. Т. 1. Механика. Теплота. Молекулярная физика. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2000 - 608 с.

2. Мякишев Г.Я Физика. Молекулярная физика. Термодинамика. 10 кл.: Учеб. для углубленного изучения физики / Г.Я. Мякишев, А.З. Синяков- 5-е изд., стереотип. - М.: Дрофа, 2002. - 352 с.

3. Оспенникова Е.В. Основы технологии развития исследовательской самостоятельности школьников. Эксперимент как вид учебного исследования: Учебное пособие / Перм. гос. пед. унт. - Пермь, 2002. - 375 с.

4. Оспенникова Е.В. Виртуальный лабораторный эксперимент и его методологическая и дидактическая функции // Проблемы учебного физического эксперимента: Сб. науч. тр.- М.: ИОСО РАО, 2002. - Вып. 15. - С. 79-81.

Интернет и CD:

1. Физикон. Открытая физика. В 2 ч. (CD) (http://www.physicon.ru/.).

2. 1С: Репетитор Физика (CD) (http:// www.1c.ru/.).

3. Боревский Л. Я. Курс физики XXI века. Полная теория в иллюстрациях + 210 моделей. -МедиаХауз (http ://www. mediahouse.ru/).

4. Репетитор по физике КиМ (http://www.kmru/).

5. Виртуальная школа «Кирилла и Мефодия».

VIII. План записи на доске и в тетради.

Лабораторная работа №1

Цель: исследовать зависимость силы упругости от величины деформации Оборудование: пружина, набор грузов, линейка, штатив Идея исследования:

Гтяж = т (1),

^упр _ Ртяж _ (2)-

Результаты:

Рупр, Н

х, см

Анализ результатов. Вывод.

IX. Фронтальный эксперимент

Модельный эксперимент

Лабораторная работа №1

Цель: исследовать зависимость силы упругости от величины деформации.

1. Запустите программу:

• вставьте диск «Открытая физика» (ч. 1) в CD-дисковод; программа должна запуститься автоматически;

• если программа уже установлена на компьютере, то последовательно откройте Physicon, OpenPhysics 2.5 part 1, bin, OP2p1. exe.

Таблица 1

Исследование зависимости силы упругости от деформации k = Н/м

№ пп x, см F Н 1 упр, Н

F TT

£ _ уп Н

x ’ см

2. Выберите в меню раздел «Модели». Из предложенного списка в главе «Механика» запустите модель «Закон Гука».

3. Сформулируйте и запишите цель эксперимента.

4. Перечислите используемое оборудование. Сделайте р ису нок эксперим ентально й установки.

5. Определите и кратко опишите порядок проведения эксперимента.

6. Выполните необходимые измерения. Запишите результа ты рациональным способом.

7. Проанализируйте полученные результаты.

Сформулируйте вывод.

8. Подготовьте отчет о выполнении лабораторного задания.

Примечание: При возникновении затруднений

повторите учебный материал темы. Для этого:

• нажмите в меню раздел «Содержание», из предложенного списка в главе 1 «Механика» в разделе «Силы в природе» выберите тему «Сила упругости. Закон Гука»;

• прочтите §24 (Н.С. Пурышева, Н.Е. Важеевская, Физика 7 класс).

Инструкция к выполнению лабораторной работы

Цель: исследовать зависимость силы упругости от величины деформации.

Оборудование: пружина, набор грузов, линейка.

Идея исследования: На груз, подвешенный на пружине, действует сила тяжести:

Гтяж = т (1),

где т - масса груза, g - ускорение свободного падения.

Fx

Под действием силы тяжести груз движется вниз. При этом пружина деформируется и возникает сила упругости Fупр. При изменении массы груза меняется величина деформации пружины и сила упругости. При равновесии системы сила упругости равна силе тяжести:

Fynp ^яж

(2).

Деформацию пружины можно измерить с помощью линейки, а силу упругости расчитать по формуле (2). Это позволяет выяснить зависимость силы упругости от величины деформации пружины.

Порядок выполнения:

1. Установите постоянное значение коэффициента жесткости пружины kj = 1,0 • 102 Н/м. Изменяя массу груза от 0,1 кг до 1,0 кг, пронаблюдайте по графику за изменением величины деформации пружины и силы упругости. Результаты эксперимента занесите в таблицу 1 (запись результатов можно вести в тетради или на компьютере, используя инструментальную программу Бже1) .

2. Постройте график зависимости силы упругости F^ от деформации x (построение может быть выполнено в тетради или на компьютере с использованием инструментальной программы Excel).

3. Повторите эксперимент для пружин другой жесткости k2 = 2,0 • 102 Н/м и k3 = 3,0 • 102 Н/м. Постройте графики силы упругости F^ от деформации x в той же системе координат.

4. Проанализируйте результаты модельного эксперимента. Сформулируйте выводы.

т — 1° ^ 13.ЙГ

к ; ' = |а£ В-10?ВГм

30  . Л, СК 10  JF, см

й-

6

-Г

! 1 1 Мн >

fi S 1 В й ио

* = 2.0

'Ю5ИМ

ЗА  , J. СК

6- /

у

/Л

1 4. ' :>5_1 ]

Результаты:

Вариант 1

Таблица 1

Исследование зависимости силы упругости от деформации к = Н/м

№ пп х, см F Н F упр,Н

F тт

^ _ уп Н

x ’ см

Вариант 2

Исследование зависимости силы упругости от деформации

I I I I

— Таблица 1

к=1 Н/см 7 6

№ п/п X, см F, Н к=Р/х, Н/см

1 1 1 1 5

2 2 2 1 -г 4 - . —1

3 3 3 1 U-* з .

Таблица 2 2

к=2 Н/см 1  Q -

№ п/п X, СМ F, Н к=Р/х, Н/см

1 1 2 2 1 2 3

2 2 4 2 X, см

3 3 6 2

Анализ результатов. Вывод.

Натурный эксперимент

Инструкция к выполнению лабораторной работы

Цель: исследовать зависимость силы упругости от величины деформации. Оборудование: пружина, набор грузов, линейка.

Идея исследования: На груз, подвешенный на пружине, действует сила тяжести:

Fтяж = mg (1),

где m - масса груза, g - ускорение свободного падения.

Под действием силы тяжести груз движется вниз. При этом пружина деформируется и возникает сила упругости F^. При изменении массы груза изменяется величина деформации пружины и сила упругости. При равновесии системы сила упругости равна силе тяжести:

^пр = ^яж = mg (2).

Деформацию пружины можно измерить с помощью линейки, а силу упругости расчитать по формуле (2). Это позволяет выяснить зависимость силы упругости от величины деформации пружины.

Порядок выполнения:

1. Установите постоянное значение коэффициента жесткости пружины k1 (постоянную длину пружины). Изменяя массу груза от 0,1 кг до 1,0 кг, определите величину деформации пружины и силу упругости. Результаты эксперимента занесите в таблицу 1 (запись результатов можно вести в тетради или на компьютере, используя инструментальную программу Excel). Постройте график зависимости силы упругости F^ от деформации х (построение может быть выполнено в тетради или на компьютере с использованием инструментальной программы Excel).

2. Повторите эксперимент для пружин другой жесткости k2 и k3 (для этого измените длину пружины). Постройте графики зависитмости силы упругости F^ от деформации х в той же системе координат.

3. Проанализируйте результаты эксперимента. Сформулируйте вывод.

Результаты.

Анализ результатов. Вывод.

Дополнительные задания:

1. Проверьте справедливость закона Гука при деформации деревянной ученической линейки.

2. Проверьте соответствие результатов модельного и натурного экспериментов. Назовите причины различия результатов.

3. Выполните обработку результатов натурного эксперимента в программе Excel.

Работа учащихся с электронной библиотекой «Школьный физический эксперимент» может быть организована на учебном занятии, а также в часы консультаций и самоподготовки в компьютерном классе. Такая работа может быть проведена и в домашних условиях для учащихся, имеющих компьютер. Могут быть использованы различные формы организации учебной работы школьников с компьютером: самостоятельная работа, совместная работа (в паре, в малой группе).

Подготовка и использование дидактических материалов, поддерживающих самостоятельную работу учащихся с электронным пособиями на лабораторных занятиях, будет способствовать формированию у них рационального опыта применения новой информационной среды в решении экспериментальных задач, обеспечит в итоге более высокие темпы становления их умений и навыков в постановке физического эксперимента.

Библиографический список

1. Беляева, Н..В. Комплект дидактических материалов к лабораторному практикуму по физике / Н..В. Беляева, Е.В. Оспенникова // Проблемы учебного физического эксперимента: сб. научных трудов. Вып. 17. - М.: ИОСО РАО, 2003. С. 19-20.

2. Беляева, Н.В.. Специализированный электронный каталог «Школьный физический эксперимент» и его использование в учебном процессе по предмету / Н..В. Беляева, Е.В. Оспенникова // Актуальные проблемы методики обучения физике в школе и вузе»: межвуз. сб. науч. статей. - СПб: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2003. - С. 136-140.

3. Беляева, Н.В. Использование мультимедийных ресурсов на фронтальных лабораторных занятиях по физике: дидактический материал. 7 класс / Н..В. Беляева, Е.В. Оспенникова; под общ. ред. Е.В. Оспенниковой; Перм. гос. пед. ун-т. - Пермь, 2004. - 36 с.

4. Оспенникова, ЕВ. Информационные технологии в дидактическом обеспечении лабораторного практикума по физике / Е.В. Оспенникова // Актуальные проблемы методики обучения физике в школе и вузе: межвуз. сб. науч. статей - СПб: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцзна, 2002. - С. 116-122.

5. Оспенникова, ЕВ. Развитие самостоятельности школьников в учении в условиях обновления информационной культуры общества: в 2 ч.: ч. II. Основы технологии развития самостоятельности школьников в изучении физики: Монография / Е.В. Оспенникова; Перм. гос. пед. ун-т. - Пермь, 2003. - 329 с.