Методическое пособие по физике "Применение компьютерной лаборатории на уроках физики".

Г.Краснодар. Учитель физики Викторенко Г.Н. Применение компьютерной лаборатории на уроках физики.      В   современном   обществе   использование   информационных   технологий становится необходимым практически в любой сфере деятельности человека. Овладение   навыками   этих   технологий   еще   за   школьной   партой   во   многом определяет   успешность   будущей   профессиональной   подготовки   нынешних учеников.  Опыт показывает, что овладение этими навыками протекает гораздо эффективней, если происходит не только на уроках информатики, а находит свое продолжение и развитие на уроках учителей­предметников. Этот подход выдвигает новые требования к подготовке учителя­предметника, ставит перед ним новые проблемы, заставляет осваивать новую технику и создавать новые методики   преподавания,   основанные   на   использовании   современной информационной среды обучения.       Преподавание физики, в силу особенностей самого предмета, представляет собой   наиболее   благоприятную   сферу   для   применения   современных информационных   технологий.   Проводимая   нами   работа   в   этом   направлении содержит   как   чисто   демонстрационную   составляющую,   дающую   ученикам расширенные   представления   о   возможностях   использования   информационных технологий, так и составляющую, требующую активного применения учениками знаний, полученных на уроках информатики. В процессе преподавания физики, информационные технологии могут использоваться в различных формах, одной из которых  является применение  цифровой лабораторной  системы типа  SWR DISLab  3.0 , которой были оборудованы многие школы Казахстана.      Компьютерная лаборатория   «SWR  DISLab»   позволяет непосредственно на глазах у ребят и при их участии проводить измерения, обрабатывать полученные результаты   и   демонстрировать   графики   изучаемых   физических   величин   на экране   компьютера   или   (при   использовании   проектора)   на   большом демонстрационном   экране.   С   их   помощью   можно   следить   за   мгновенными значениями   расстояния   до   объекта,   температурой,   давлением,   параметрами переменного и постоянного тока, магнитным полем, освещенностью, поворотом тела,   интенсивностью   звука.   Датчики   надежны   в   эксплуатации,   безопасны, удобны.    Тем   самым,   появляется   возможность   показать   измеренные   зависимости физических величин от времени или друг от друга на экране компьютера или на большом   демонстрационном   экране,   провести   компьютерную   математическую обработку результатов измерений.     Приведу несколько примеров использования датчиков из данной системы на уроках: 1. На уроке «Звук. Характеристики звука», в 9 классе, с помощью микрофона и софтвера звуковой волны Sound Wave можно продемонстрировать:  а)  график   звуковых   колебаний   и   зависимость   громкости   звука   от   амплитуды колебаний:  учитель включает микрофон и с помощью видеопроектора выводит изображение   на   экран,   демонстрирует,   говоря   в   микрофон,   график   звуковых колебаний,   произносит   разные   звуки,   меняет   громкость,   при   этом   учащиеся, наблюдают, как  изменяется график.  Затем учитель проводит повторный показ­ анализ графика и делается вывод, что громкость звука зависит от амплитуды колебаний   в) провести сравнение графиков колебаний высокого и низкого тона: учитель вызывает к доске девочку и мальчика (желательно уже с «мужским» голосом) и они по очереди произносят один и тот же звук в микрофон. При этом всем видно, чем отличаются графики колебаний из чего можно сделать вывод, что тон звука зависит от частоты колебаний  с) показать «чистый» звук и чем он отличается от обычного звука: учитель берет камертон, подносит к микрофону и ударяет по нему молоточком, когда колебания камертона прекратятся,   произносит какой­ то звук, включает анализ   графика   исходя   из   которого,   делается   вывод,   что   камертон   источник чистого тона ­ колебаний одинаковой частоты, а голос человека­ звук разных частот (смотри рисунок №1)                        Рисунок №1                                                    Рисунок №2                           с   помощью   датчика   температуры  2.   При   изучении   в   8   классе   темы   «Температура.   Способы   измерения температуры»   (смотри   рисунок   №2) можно провести эксперимент:  Учитель подключает датчик температуры и запускает программу  SWR  DISLab, входит   в   «Специальный   софтвер   пособия»,   в   классификации   выбирает «Термология» и в правой таблице из списка физических экспериментов: «Работа изменяет   внутреннюю   энергию   тела»   (смотри   рисунок   №3). Рисунок №3                                                  Рисунок №4  Сообщает учащимся, что я буду измерять температуру своего тела с помощью датчика температуры, компьютер будет фиксировать температуру термометра через определенные промежутки времени (например: 1000мс=1с). Здесь же, на экране, по графику зависимости температуры от времени нагревания, мы будем наблюдать,  как изменяется со временем температура термометра. (Перед началом эксперимента, учитель может показать работу датчика в «общем софтвере пособия» и определить с учащимися цену деления шкалы термометра.) Учитель   начинает   эксперимент,   одновременно   можно   провести   фронтальный опрос: А) Что нужно сделать, чтобы измерить температуру тела человека? В) Сколько времени необходимо, чтобы измерить температуру своего тела? С) Зачем необходимо это время? Д) Меняется ли скорость теплообмена между телом человека и термометром? Е) Какое тело отдает энергию, а какое получает её?         На   экране   учащиеся   хорошо   видят,   как   изменяется   температура     и   как изменяется   скорость     нагревания   датчика,   делают   вывод,   что   чем   меньше разность температур между телом и термометром, тем медленнее происходит нагревание датчика (смотри рисунок №4).    Разбирая   с   учащимися   график,   делают   вывод:   для   нагревания   термометра необходимо длительное время(здесь можно обсудить с учащимися вопрос о том, как уменьшить это время), остановить процесс измерения температуры можно тогда, когда температура   термометра перестанет изменяться в течении,   хотя бы одной минуты.   Из данного эксперимента учащиеся получают не только физические знания, но и практические, необходимые им в обычной жизни.   С помощью датчика можно показать, как правильно пользоваться термометром, нельзя   нарушать   тепловой   контакт   между   телами   до   снятия   показаний термометра,   что   хорошо   видно   на   графике,   происходит   резкое   уменьшение температуры.   По   данным   графикам   (смотри   рисунок   №5)   следует   еще   раз обратить внимание учащихся на то, как изменяется скорость изменения       температуры в зависимости от разности температур соприкасающихся тел. Эти знания учащимся  пригодятся при выполнении лабораторных работ. 3. При изучении темы «Давление жидкости и газа, вызванное действием силы тяжести» в 7 классе, можно использовать датчик давления, присоединив к нему вместо   шприца,   имеющегося   в   наборе   –   приемник   давления   жидкостного манометра (смотри рисунок №6). Рисунок №5                                                Рисунок №6       Учитель   открывает   «общий   софтвер   пособия»,   показывает,   что   при надавливании на пленку пальцем, давление увеличивается. Определяют вместе с учащимися цену деления  шкалы и наблюдают, как изменяется давление внутри жидкости в зависимости от глубины погружения приемника давления.   Датчиком давления в таком виде, можно заменить жидкостный манометр во многих опытах, так как он более нагляден.      Я привёл только три примера как можно использовать электронные датчики на уроках. В приложении приводится примерный перечень тем уроков и разделов, в которых   можно   использовать     компьютерную   лабораторию     «SWR  DISLab». Перед учителем открываются новые возможности для разнообразия его работы на уроке и при проведении физического практикума. класс                                     тема или раздел 8 Температура. Способы измерения температуры.                 Внутренняя энергия. Способы изменения внутренней энергии. Полупроводники и их применение, свойства  Электрический ток в  полупроводниках. 10 МКТ идеального газа Основы термодинамики   8 Сила тока. Амперметр. Закон Ома для участка цепи. Электрическое  сопротивление. Работа и мощность тока. Закон Джоуля ­ Ленца. Электрический ток в металлах, в электролитах. 10(М) Постоянный электрический ток.   8 Электрическое напряжение.  Вольтметр.       10(М)11(Г)   Закон Ома для участка цепи. Электрическое  сопротивление. Работа и мощность тока. Закон Джоуля ­ Ленца Электрический ток в металлах, в электролитах. Постоянный электрический ток.   8 Полупроводники и их применение, свойства . 9 Явление фотоэффекта. 11 Явление фотоэффекта. 8   Постоянные магниты. Магнитное поле постоянных  магнитов. .Магнитное поле Земли  Магнитное поле прямого тока, катушки с током.  Электромагниты. Постоянный электрический ток.     10(М)11(Г)   Приложение №  п/п    датчики 1. температуры           2.           3.           4.       5.         6.         7.         8.         9.                 измерение силы тока           измерение напряжения           измерение освещенности       измерение магнитной   индукции магнитного поля       дальномер         отметчик времени         измерение силы         измерение давления                             7 Раздел "Движение" 9 Прямолинейное равноускоренное движение.  Скорость и перемещение при прямолинейном  равноускоренном  движении. 10 Основные понятия кинематики   7 Раздел "Движение" 9 Прямолинейное равноускоренное движение.  Скорость и перемещение при прямолинейном  равноускоренном  движении. 10 Основные понятия кинематики   7 Раздел "Масса и сила" Архимедова сила. Момент силы. Равновесие вращающихся тел. 9 Законы Ньютона.   7 Давление газа. Атмосферное давление. Манометры. 10 МКТ идеального газа 10 микрофон (М) – естественно ­ математическое  направление, (Г)­ гуманитарное. 9 Звук. Характеристики звука.