Компьютерный эксперимент на уроках физики

Компьютерный эксперимент. Методика его использования

Преподавание физики в школе под­разумевает постоянное сопровождение курса демонстрационным эксперимен­том. Однако в современной школе про­ведение экспериментальных работ по физике часто затруднено из-за недостат­ка учебного времени, отсутствия совре­менного материально-технического ос­нащения. Многие явления в условиях школьного физического кабинета не могут быть продемонстрированы. К примеру, это явления микромира либо быстро протекающие процессы, либо опыты с приборами, отсутствующими в кабинете. В результате учащиеся испытывают трудности в их изучении, так как не в состоянии мысленно их представить. Компьютер может не только создать модель таких явлений, но также позволяет изменять условия протекания процесса, "прокрутить" с оптимальной для усвоения скоростью.

Компьютерный эксперимент спосо­бен дополнить «экспериментальную» часть курса физики и значительно по­высить эффективность уроков. При его использовании можно вычленить глав­ное в явлении, отсечь второстепенные факторы, выявить закономерности, мно­гократно провести испытание с изменя­емыми параметрами, сохранить резуль­таты и вернуться к своим исследовани­ям в удобное время. В большинстве интерактивных моде­лей предусмотрены варианты изменений в широких пределах начальных параме­тров и условий опытов, варьирования их временного масштаба, а также модели­рования ситуаций, недоступных в реаль­ных экспериментах.

Работа с компьютерными моделя­ми открывает перед учащимися огром­ные познавательные возможности, делая их не только наблюдателями, но и ак­тивными участниками проводимых экс­периментов.

                  Еще один позитивный момент в том, что компьютер предоставляет уникаль­ную, не реализуемую в реальном физи­ческом эксперименте, возможность ви­зуализации не реального явления при­роды, а его упрощенной теоретической модели, что позволяет быстро и эффек­тивно находить главные физические за­кономерности наблюдаемого явления. Кроме того, учащийся может одновре­менно с ходом эксперимента наблюдать построение соответствующих графичес­ких зависимостей. Графический способ отображения результатов моделирования облегчает учащимся усвоение больших объемов получаемой информации. По­добные модели представляют особую ценность, так как учащиеся, как прави­ло, испытывают значительные труднос­ти при построении и чтении графиков.

            Также необходимо учитывать, что да­леко не все процессы, явления, истори­ческие опыты по физике учащийся спо­собен представить себе без помощи вир­туальных моделей (например, цикл Карно,  опыт Майкельсона по измерению скорости света, опыт Резерфорда и т.д.). Интер­активные модели позволяют ученику увидеть процессы в упрощенном виде, представить себе схемы установок, по­ставить эксперименты, вообще невоз­можные в реальной жизни.

·       Виртуальные эксперименты обладают рядом преимуществ, в числе которых:

·       Наглядность, запоминаемость;

·       Воспроизведение тонких деталей, которые могут ускользать при наблюдении реальных экспериментов;

·       Изменение временного масштаба;

·       Изменение в широких пределах параметров и условий экспериментов;

·       Моделирование ситуаций, недоступных в реальных экспериментах;

·       Одновременный вывод на экран графиков временной зависимости величин, описывающих эксперименты;

·       Компенсация недостатка оборудования в физической лаборатории школы.

Однако следует понимать, что моделирование различных явлений ни в коем случае не заменяет настоящих, "живых" опытов, но в сочетании с ними позволяет на более высоком уровне объяснить смысл происходящего.

Поэтому виртуальные эксперименты на уроках можно применять когда

·        невозможно провести  реальный эксперимент;

·        невозможно проследить за явлением детально, быстрое протекание реального явления;  

·        экономия времени (уроки повторения);

·        необходимо разобраться в деталях изучаемого явления;

·        необходимо иллюстрировать условие решаемой задачи;  

·        выявление качественных и количественных  зависимостей между величинами, характеризующими явление.

Как применять?

Урок изучения, повторения или закрепления изученного материала. В ходе обычного урока физики в классе при объяснении нового материала учитель проводит виртуальный эксперимент с применением мультимедийного видеопроектора, ученики наблюдают за ходом физического процесса на экране. Выводы записывают в тетрадь, отвечают на контрольные вопросы и сдают на проверку.

Урок - исследование. Учащимся предлагается самостоятельно провести небольшое исследование, используя компьютерную модель, и получить необходимые результаты. В этом случае урок приближается к идеалу, так как ученики получают знания в процессе самостоятельной творческой работы, ибо знания необходимы им для получения конкретного, видимого на экране компьютера, результата. Разумеется, такой урок можно провести только в компьютерном классе.

Урок решения задач с последующей компьютерной проверкой. Учитель предлагает учащимся для самостоятельного решения в классе или в качестве домашнего задания задачи, правильность решения которых они могут проверить, поставив затем компьютерные эксперименты. Возможность самостоятельной последующей проверки в компьютерном эксперименте полученных результатов усиливает познавательный интерес, делает работу учащихся творческой, а зачастую приближает её по характеру к научному исследованию.

Кроме этого виртуальные модели можно применять для демонстрации физического явления, описываемого в задаче.

Как подготовиться к уроку?

Компьютер может быть применён на любом уроке, поэтому необходимо спланировать, что и когда применить для более эффективного результата. На первом этапе применения ИКТ в своей работе учитель в основном использует компьютер как статическое наглядное пособие. Постепенно происходит переход к интерактивности. А вот проведение виртуальных экспериментов, особенно в компьютерном классе, более сложный этап в работе учителя. Ведь для подготовки такого урока необходимо:

·        изучить возможности программных учебных продуктов;

·        сформулировать задачи, согласованные с возможностями модели;

·        подготовить план работы для учащихся с выбранной для изучения компьютерной моделью;

·        отработать все вопросы на модели, решить задания, даже если они кажутся  простыми и ответы очевидными.

·        разработать формы контроля за выполнением работы.

Какие виды заданий можно применить?

Идеальным является вариант, при котором учитель в начале урока раздаёт учащимся указанные материалы в распечатанном виде. Практический опыт показывает, что обычному школьнику модель может быть интересна в течении 3-5 минут, а затем неизбежно возникает вопрос: А что делать дальше? Для эффективного вовлечения учащихся в учебную деятельность с использованием компьютерных моделей необходимы индивидуальные раздаточные материалы с заданиями и вопросами различного уровня сложности.

Эти материалы могут содержать следующие виды  заданий: 

Ознакомительное задание. (Назначение модели, управление экспериментом, задания и вопросы по  управлению моделью).

Компьютерные эксперименты. (Провести простые эксперименты по данной модели по предложенному  плану, результаты измерений, вопросы к ним).

Экспериментальное задание. (Спланировать и провести ряд компьютерных экспериментов).

Тестовые задания. (Выбрать правильный ответ, используя модель)

Исследовательское задание. (Провести эксперимент, доказывающий некоторую предложенную  закономерность или опровергающий её; самостоятельно сформулировать ряд закономерностей и подтвердить их экспериментом.) 

Творческое задание. (Придумать задачу, решить её, поставить эксперимент для проверки  полученных ответов).

Все индивидуальные задания нужно раздавать учащимся перед уроком. Учащиеся должны быть заранее предупреждены о том, что урок будет проходить в кабинете информатике.

Как проводить первые уроки в компьютерном классе?

·        желательно присутствие учителя информатики или коллеги, знакомого со спецификой класса,

·        разъяснение всех правил работы и заданий до того, как учащиеся сели за компьютеры,

·        целесообразно предлагать для изучения на одном уроке не более двух-трёх моделей

·        длительность работы ребят за компьютерами не должна превышать 30 минут

·        в конце урока учащиеся должны оформить небольшой отчёт (можно в виде ответов на заготовленные вами вопросы) с осмыслением выполненной работы.

·        стоит обсудить всей группой основные трудности и обменяться мнениями о полученных результатах. Компьютерные уроки без указанной концовки, как показывает опыт, менее эффективны.

3.     Обзор используемых электронных учебных изданий

Значительное число компьютерных моделей, охватывающих почти весь школьный курс физики, содержится в учебных электронных изданиях:

Электронное средство обучения "Физика. Волновая оптика. Комплект интерактивных компьютерных моделей"  -  предназначено для поддержки учебного процесса по теме "Волновая оптика", изучаемой в 11-м классе, и соответствует учебной программе по физике для 11-го класса. В ЭСО реализованы следующие компьютерные модели: 1. Световая волна. Когерентные волны 2. Принцип Гюйгенса - Френеля 3. Интерференция света 4. Интерференция в тонких пленках 5. Окрашенность тонких пленок 6. Интерферометр Майкельсона 7. Просветление оптики 8. Дифракционная решетка 9. Дисперсия света. Спектроскоп. 

Предлагаемое электронное средство обучения предназначено для учителей физики при подготовке к урокам и проведении занятий, а также для формирования у учащихся отчетливых представлений о явлениях и эффектах волновой оптики, изучение которых вызывает трудности.

Электронное средство обучения "Физика. Электричество. Виртуальная лаборатория"

Электронное средство обучения "Физика Электричество Виртуальная лаборатория" предназначено для поддержки учебного процесса по теме "Электричество". В состав электронного средства обучения входят 8 лабораторных работ по разделу "Электричество" курса физики, изучаемого в VIII классе:

1.                 Сборка электрической цепи и измерение силы тока в ней

2.                 Измерение напряжения и определение сопротивления проводника

3.                 Изучение последовательного соединения проводников

4.                 Изучение параллельного соединения проводников

5.                 Определение КПД установки электрическим нагревателем

6.                 Определение удельного сопротивления проводника

7.                 Определение ЭДС источника и полного сопротивления электрической цепи

8.                 Расширение пределов измерения амперметра и вольтметра

Электронное средство обучения предназначено для учителей физики при подготовке к урокам и проведении уроков по теме "Электричество", а также для учащихся, которые с помощью данного ЭСО могут самостоятельно и во внеурочное время, в том числе в домашних условиях, получать и контролировать свои знания.

Электронное средство обучения "Физика. 11 класс. Квантовая физика"

ЭСО содержит 20 компьютерных интерактивных моделей, относящихся к следующим темам:

·                     Фотоны. Действия света.

·                     Физика атома.

·                     Ядерная физика и элементарные частицы.

В ЭСО входят также теоретические фрагменты учебного материала, набор тестов, терминологический словарь, методические рекомендации и руководство пользователя.

ЭСО «Наглядная физика»

Наглядная физика 9 класс: кинематика, оптика, начала электромагнетизма, строение ядра и атома. Знакомит с основными понятиями четырех разделов физики: электромагнетизма, кинематики, оптики и ядерной физики. Курс содержит 41 урок и 92 интерактивных учебных модели.

Интерактивные модели демонстрируют физические процессы и опыты, параметры которых можно изменять. Некоторые модели сделаны в виде тренажеров.

ЭСО «Физика в анимациях»

Программа содержит трёхмерные анимации физических экспериментов и явлений, относящихся к следующим темам:  волны, оптика, механика, термодинамика.

ЭСО «Компьютерный задачник по механике «Колебания и волны».

Образовательные сайты:

http://www.virtulab.net/ - виртуальная образовательная лаборатория: образовательные интерактивные работы позволяют учащимся проводить виртуальные эксперименты по физике, как в трехмерном пространстве, так и в двухмерном по всем разделам физики.

http://www.all-fizika.com/ - вся физика. На сайте вы найдете материалы по механике, молекулярной физике, основам термодинамики, оптике и прочих областях физики. Новости физики. Обзоры. Учебные материалы. Библиотека (издания и книги по физике в электронном виде).

http://class-fizika.ru/ - классная физика

http://somit.ru/ -синтез образовательных мультимедиа интерактивных технологий

http://www.interfizika.narod.ru/ - интерактивная физика

https://nasafizika.jimdofree.com/ - наша физика

http://school-collection.edu.ru/ - единая коллекция цифровых образовательных ресурсов. Коллекция включает в себя разнообразные цифровые образовательные ресурсы, методические материалы, тематические коллекции, инструменты (программные средства) для поддержки учебной деятельности и организации учебного процесса.

teachmen.ru - виртуальная лаборатория

В каталог проекта включен десяток основных тематических разделов -- от механики до атомной и ядерной физики. В каждом из них собрано до десяти соответствующих интерактивных виртуальных лабораторий. Кроме того, предлагаются иллюстрированные конспекты лекций, причем некоторые из них снабжены собственными виртуальными экспериментами.

 phet.colorado.edu – сайт PhET является многоотраслевой коллекцией Java-аплетов,с которыми можно работать как в онлайне, так и на локальном компьютере. На его страницах представлены виртуальные лаборатории, демонстрирующие различные явления в области физики. Всего в каталоге находятся несколько сотен демонстраций. Все эксперименты PhET интерактивны. Они содержат одно или несколько заданий, а также набор всех  элементов, необходимых для их решения. Физический раздел предлагает широкий выбор «лабораторий», демонстрирующих самые различные явления -- от простого движения до квантовых взаимодействий.

И кроме этого, имеется копилка анимаций и видеороликов по всем разделам физики.

Но вместе с тем, компьютер не может полностью заменить учителя. Только учитель имеет возможность заинтересовать учеников, пробудить в них любознательность, завоевать их доверие, он может направить их внимание на те или иные аспекты изучаемого  предмета, вознаградить их усилия.

Скачано с www.znanio.ru