Работа учащихся с компьютерными моделями чрезвычайно полезна, так как компьютерные модели позволяют в широких пределах изменять начальные условия физических экспериментов, что позволяет им выполнять многочисленные виртуальные опыты. Такая интерактивность открывает перед учащимися огромные познавательные возможности, делая их не только наблюдателями, но и активными участниками проводимых экспериментов. Некоторые модели позволяют одновременно с ходом экспериментов наблюдать построение соответствующих графических зависимостей, что повышает их наглядность. Подобные модели представляют особую ценность, так как учащиеся обычно испытывают значительные трудности при построении и чтении графиков.

Разумеется, компьютерная лаборатория не может заменить настоящую физическую лабораторию. Тем не менее, выполнение компьютерных лабораторных работ требует определенных навыков, характерных и для реального эксперимента - выбор начальных условий, установка параметров опыта и т. д.

Большое число компьютерных моделей по всему школьному курсу физики содержится в мультимедийных курсах, разработанных компанией "Физикон": "Физика в картинках", "Открытая физика 1.1", "Открытая физика 2.0", "Открытая астрономия 2.0". Главной отличительной особенностью этих компьютерных курсов являются многочисленные компьютерные модели - уникальные и оригинальные разработки, значительное число которых расположено на сайте "Открытый колледж" по адресу: http://www.college.ru/).

Компьютерные модели, разработанные компанией "Физикон", легко вписываются в урок и позволяют учителю организовать новые, нетрадиционные виды учебной деятельности учащихся.

1.Урок решения задач с последующей компьютерной проверкой.

Учитель предлагает учащимся для самостоятельного решения в классе или в качестве домашнего задания индивидуальные задачи, правильность решения которых они могут проверить, поставив компьютерные эксперименты. Самостоятельная проверка полученных результатов, при помощи компьютерного эксперимента, усиливает познавательный интерес учащихся, а также делает их работу творческой, а зачастую приближает её по характеру к научному исследованию. В результате многие учащиеся начинают придумывать свои задачи, решать их, а затем проверять правильность своих рассуждений, используя компьютерные модели. Учитель может сознательно побуждать учащихся к подобной деятельности, не опасаясь, что ему придётся решать ворох придуманных учащимися задач, на что обычно не хватает времени. Более того, составленные школьниками задачи можно использовать в классной работе или предложить остальным учащимся для самостоятельной проработки в виде домашнего задания.

2.Урок - исследование.

Учащимся предлагается самостоятельно провести небольшое исследование, используя компьютерную модель, и получить необходимые результаты. Тем более, что многие модели позволяют провести такое исследование буквально за считанные минуты. Конечно, учитель помогает учащимся на этапах планирования и проведения экспериментов.

3.Урок - компьютерная лабораторная работа.

Для проведения такого урока необходимо разработать соответствующие раздаточные материалы. Задания в бланках лабораторных работ следует расположить по мере возрастания их сложности. Вначале имеет смысл предложить простые задания ознакомительного характера и экспериментальные задачи, затем расчетные задачи и, наконец, задания творческого и исследовательского характера. При ответе на вопрос или при решении задачи учащийся может поставить необходимый компьютерный эксперимент и проверить свои соображения. Расчётные задачи рекомендуется вначале решить традиционным способом на бумаге, а затем поставить компьютерный эксперимент для проверки правильности полученного ответа.

Хочется отметить, что задания творческого и исследовательского характера существенно повышают заинтересованность учащихся в изучении физики и являются дополнительным мотивирующим фактором. По этой причине уроки последних двух типов приближаются к идеалу, так как ученики получают знания в процессе самостоятельной творческой работы, ибо знания необходимы им для получения конкретного, видимого на экране компьютера, результата. Учитель в этих случаях является лишь помощником в творческом процессе овладения знаниями [http://www.uroki.net/docfiz/docfiz27.htm].

Средство интеграции текстовой информации и мультимедиа (звука, видео, анимации) делает процесс познания более привлекательным из-за красочности компьютерной графики, позволяет лучше развивать наглядно - образное мышление. Включение в мультимедийный конспект обобщающих таблиц, формул, необходимых иллюстраций и анимационных моделей способствует более интенсивной организации учебного процесса, что делает уроки яркими, запоминающимися, понятными.

3.1 Рекомендации по разработке предметного материала для электронного учебного пособия

Структура электронного учебного пособия:

· блок учебного материала;

· блок внутреннего контроля или самообразования;

· блок самообразования;

· блок внешнего контроля.

Вышеуказанные блоки взаимосвязаны между собой следующим образом. Пособие разбито на модули, содержащие разделы, каждый раздел обязательно содержит теоретические сведения и блок самоконтроля. Также в электронное учебное пособие входят блок самообразования, информационный блок и блок внешнего контроля.

Предложенная структура пособия определяется тем, что в основном электронные учебники используются для организации самостоятельной работы учащихся и должны четко определять, какие именно разделы и в какой последовательности должны быть изучены, как разделы взаимосвязаны между собой.

Подготовленный предметный материал должен отвечать следующим требованиям.

Требования к блоку учебного материала:

· четкая структуризация предметного материала. Весь учебный материал должен быть четко структурирован по модулям, определен порядок изучения модулей и их взаимосвязь. Каждый модуль должен быть разбит на разделы, темы и т.д. Глубина структуризации определяется сложностью предметного материала;

· наличие рекомендации по изучению дисциплины;

· компактность представленного материала. Содержание каждого раздела или темы должно быть кратким, ясным, содержать основные моменты;

· между элементами материала должны быть выделены внутренние (например, словарь терминов) и внешние (например, на моделирующую программу или программу-тренажер) ссылки;

· наличие иллюстративного материала (поясняющие схемы, рисунки, видео, аудио вставки).

Требования к блоку самоконтроля:

блок самоконтроля должен включать:

· вопросы и упражнения для самоконтроля;

· тесты для самоконтроля;

· пояснения и подсказки и ссылки на соответствующий раздел/тему при неправильном выполнении промежуточных тестов.

По окончании каждого модуля (или) раздела должны размещаться элементы самоконтроля: вопросы, упражнения, тесты. Особенность этого блока состоит в том, что правильные ответы к упражнениям и тестам для самоконтроля как бы "зашиты" в самом учебнике, что позволяет учащемуся узнать свою оценку непосредственно после прохождения теста или решения задачи. Желательно, чтобы упражнения также содержали подробное описание решения.

Требования к блоку самообразования:

Использование электронного учебного пособия, в основном, для организации самостоятельной работы учащихся, накладывает серьезные требования к блоку самообразования. В учебнике должны присутствовать элементы этого блока:

· перечень литературы. Желательно, чтобы он был сгруппирован по разделам/темам;

· ссылки на Интернет-источники;

· вопросы и темы для самостоятельно изучения;

· дополнительные сведения (исторические факты, биографии, видео, аудиовставки);

· хрестоматия по курсу (выдержки из классических произведений, исторических источников, документов, стандартов сгруппированные по разделам программы);

· словарь основных терминов.

Требования к блоку внешнего контроля:

В зависимости от видов учебной деятельности и форм итогового контроля в этот блок необходимо включить:

· при наличии в учебной программе дисциплины РГЗ, курсовой работы, курсового проекта или лабораторных работ в электронном учебном пособии должны быть представлены - методики расчета, образцы выполнения и оформления соответствующей работы.

· по итоговому контролю (зачет/экзамен) в электронном учебном пособии должны быть приведены вопросы к зачету (экзамену), ссылки на литературные источники, которые могут быть использованы при подготовке того или иного вопроса;

· контрольные измерительные материалы итогового тестирования (тесты).

Требования по объему предметного материала и количеству тестовых заданий:

В качестве показателя, характеризующего учебную дисциплину, можно принять общее количество часов, отводимых ГОСО на ее изучение. Если указанное число обозначить как Х, то можно ввести следующие требования к объему:

а) объем основного текста, который будет размещен в электронном учебнике, не должен превышать 2-х страниц, где требования к одной странице следующие:

- рекомендуемый редактор - Word

- формат листа - А4

- размеры полей страницы - 2см;

- отступ - 1,25 см

- размер шрифта - 14 пт;

- междустрочный интервал - одинарный;

б) число вопросов и заданий для самоконтроля должно быть не менее 10 на каждую тему;

в) количество тестовых заданий для самоконтроля - не менее 10 на каждый модуль / раздел;

г) каждая тема должна быть отражена в итоговом тесте не менее 10 тестовыми заданиями, при этом общее число итоговых тестовых заданий по дисциплине должно быть не менее Х.

Для успешного усвоения учебного материала были сформулированы рекомендации.

Эти рекомендации служат ориентировочной основой в процессе приобретения новых знаний. Они выполняют роль планов обобщенного характера при изучении учебного материала.

Требования к усвоению знаний сформулированы в последовательности, отражающей логику научного познания. Планы получили название обобщенных потому, что их структура не зависит от частных особенностей материала.

Ниже приводятся примеры планов обобщенного характера.

План изучения явлений

(или:<<Что нужно знать о явлении?>>)

1.Внешние признаки явления (признаки, по которым обнаруживается явление).

2.Условия, при которых протекает (происходит) явление.

3.сущность явления, механизм его протекания (объяснения явления на основе современных научных теорий).

4.Определение явления.

5.Связь данного явления с другими (или факторы, от которых зависит протекания явления).

6.Количественные характеристики явления (величины, характеризующие явления, связь между величинами, формулы, выражающие эту связь).

7.использование этого явления на практике.

8.Способы предупреждения вредного действия явления на человека и на окружающую среду.

План изучения величин (или:<<Что нужно знать о величинах?>>)

1.Какое явление и свойство тел (веществ) характеризует данная величина.

2.Определение величины.

3.Определительная формула (для производной величины - формула, выражающая связь данной величины с другими).

4.Какая это величина - скалярная или векторная.

5.Единица величины в СИ.

6.Спрсобы измерения величины.

План изучения законов

(или:<<Что нужно знать о законе?>>)

1.Связь, между какими явлениями или величинами выражает данный закон.

2.формулировка закона.

3.Математическое выражение закона.

4.Когда и кто впервые сформулирован данный закон.

5.Опыты, подтверждающие справедливость закона.

6.Учет и использование закона на практике.

7.Границы применимости закона.

План изучения теорий

(или:<<Что нужно знать о теории?>>)

1.Опытные факты, послужившие основанием для разработки теории. Основание теории (эмпирический базис теории).

2.Основные понятия теории.

3.Основные положения (постулаты, принципы или законы) теории. Ядро теории.

4.Математический аппарат теории (основные управления).

5.Круг явлений, объясняемых теорией. Выводные знания из теории.

6.Явления и свойства тел (частиц), предсказываемых теорией.

План изучения приборов

(или:<<Что нужно знать о приборах?>>)

1.Назначение прибора.

2.Принцип действия прибора (какое явление или закон положен в основу работы прибора).

3.Схема устройства прибора (его основные части, их назначение).

4.Правила пользования прибором.

5.Область применения прибора.

Приведенные планы представляют собой одну из форм теоретического обобщения.

План изучения технологических процессов (или:<<Что нужно знать о технологическом процессе?>>)

1.Назначение (цель осуществления) технологического процесса.

2.Народнохозяйственное значение осуществления данного технологического процесса.

3.Какие законы, явления положены в основу данного технологического процесса.

4.Основные этапы технологического процесса.

5.Требования к качеству получаемой продукции.

6.Требования правил безопасности труда в осуществлении технологического процесса, их научное обоснование.

7.Требования к знаниям и умениям специалистов, осуществляющих данный процесс.

8.Требования к личностным качествам специалиста, осуществляющего данный процесс (операторам, техникам, управляющим данным процессом): внимательность, аккуратность, быстрота реакции, наблюдательность и т.п.

9.Экологические требования к технологическому процессу.

3.2 Лабораторные занятия по физике

Лабораторные работы - фронтальные и в виде практикумов - дают возможность усовершенствовать, развить и углубить полученные ранее первоначальные представления. Кроме того, лабораторные работы развивают умения и навыки обращения с аппаратурой, вырабатывают элементы самостоятельности при решении вопросов, связанных с экспериментом [33,34].

Лабораторные работы подготавливает учитель, но выполняют учащиеся индивидуально или звеньями в 2-3 человека.

Фронтальные лабораторные работы и опыты, фронтальный эксперимент

Для фронтальных лабораторных работ:

Все работы выполняются на однотипном оборудовании и всеми учащимися, непродолжительные (10-45 мин).

В конце урока обязательное коллективное обсуждение результатов.

Встречаются качественные лабораторные работы (наблюдение физического явления), количественные (измерение какой-то величины), кратковременные или рассчитанные на один урок, творческие задания.

Классификация по дидактическим целям:

Наблюдение и изучение физических явлений.

Знакомство с физическими приборами и измерениями по ним.

Знакомство с устройством и принципом действия некоторых приборов.

Проверка физических закономерностей (закон Бойля- Мариотта).

Определение физических констант (g, Ридберга, Больцмана).

Схема проведения лабораторной работы:

Вступительная беседа

Проведение эксперимента

Обработка результатов

Выводы.

На вступительной беседе должно оговариваться: если есть приборы, то как их использовать, объяснить шкалу измерений, технику безопасности, как оформить работу, класс разделить на бригады, применять дифференцированный подход, т.е., если в классе есть передовики, то для того чтобы они не мешали им нужно выдать дополнительное задание, при этом в начале нужно оговорить что будет более высокая оценка за дополнительное задание.

- Инструкция (есть ход выполнения работы).

- Отчет (нет хода, должны быть таблицы, графики, выводы, вычисление погрешности (средняя и относительная), учитель заранее должен знать какая погрешность должна получиться).

Критерии оценки:

Степень самостоятельности (по наблюдению)

Грамотность оформления.

Для фронтальных опытов:

Отличаются от фронтальных лабораторных работ кратковременностью (3-10 мин), выполняются на простом оборудовании, выполняется одно практическое действие (наблюдение или измерение), вывод увязать с изложением материала.

Физический практикум

Отличие:

Большая самостоятельность (длительность 1-2 урока), более сложное оборудование, обработка результатов более объемная (систематическая ошибка приборов, оценка полученного результата).

Перед физическим практикумом вводная беседа включает:

Задачу практикума

Его содержание

График выполнения

Анализ каждой работы и правила ее выполнения

Правила пользования измерительными приборами

Анализ

Форма отчета и время сдачи

Требования к допуску.

Задача учителя:

Воспитывать самостоятельность

Развивать и закреплять практические навыки

Помогать отстающим

Давать дополнительные задания

Оценивать результаты работы

В отчете у школьников должны быть ответы на контрольные вопросы.

3.3 Краткая инструкция по работе с программой «Начала электроники»

Назначение продукта и общие особенности

Продукт предназначен в помощь учащимся (и преподавателям) средних, а также средних специальных учебных заведений для изучения разделов курса физики "Электричество". Он естественным образом дополняет классическую схему обучения, состоящую из усвоения теоретического материала и выработки практических навыков экспериментирования в физической лаборатории.

Программа представляет собой электронный конструктор, позволяющий имитировать на экране монитора процессы сборки электрических схем, исследовать особенности их работы, проводить измерения электрических величин так, как это делается в реальном физическом эксперименте.

С помощью конструктора можно:

· изучать зависимость сопротивления проводников от удельного сопротивления его материала, длины и поперечного сечения;

· изучать законы постоянного тока - закон Ома для участка цепи и закон Ома для полной цепи;

· изучать законы последовательного и параллельного соединения проводников, конденсаторов и катушек;

· изучать принципы использования предохранителей в электронных схемах;

· изучать законы выделения тепловой энергии в электронагревательных и осветительных приборах, принципы согласования источников тока с нагрузкой;

· ознакомиться с принципами проведения измерений тока и напряжения в электронных схемах с помощью современных измерительных приборов (мультиметр, двухканальный осциллограф), наблюдать вид переменного тока на отдельных деталях, сдвиг фаз между током и напряжением в цепях переменного тока;

· изучать проявление емкостного и индуктивного сопротивлений в цепях переменного тока, их зависимость от частоты генератора переменного тока и номиналов деталей;

· изучать выделение мощности в цепях переменного тока;

· исследовать явление резонанса в цепях с последовательным и параллельным колебательным контуром;

· определять параметры неизвестной детали;

· исследовать принципы построения электрических фильтров для цепей переменного тока.

Конструктор можно также использовать в рамках его возможностей и для других задач в самостоятельной творческой работе учащихся.

Одной из главных особенностей комплекса является максимально возможная имитация реального физического процесса. Для этой цели предусмотрено, например, следующее:

o изображения деталей конструктора и измерительных приборов приводятся не схематически, а в таком виде, как "на самом деле";

o при превышении номинальной мощности электрического тока, протекающего через сопротивление, последнее "сгорает" и приобретает вид почерневшей детали;

· лампочка и электронагревательный прибор при номинальной мощности начинают светиться и "перегорают", если мощность, рассеиваемая на них, превышает рабочее значение;

· при превышении рабочего напряжения на конденсаторе, последний также "выходит из строя";

· при превышении номинального рабочего тока через предохранитель, он "перегорает";

· большинство операций и их результаты сопровождаются звуковыми эффектами.

Это делается для того, чтобы учащийся наглядно видел последствия своих ошибок, учился разбираться в причинах того или иного неудачного эксперимента и вырабатывал необходимые навыки предварительного анализа схемы.

Для пользования программой достаточно начальных навыков работы в системе Windows.

Содержание рабочего окна и основные принципы работы с комплексом

При запуске программы, на экран монитора компьютера выводятся:

· монтажный стол с контактными площадками, на котором можно собирать и анализировать работу электрических схем (в центре экрана).

Монтажный стол представляет собой набор из 7 х 7 = 49 контактных площадок, к которым "припаиваются" электрические детали, для сборки различных электрических схем. Каждая деталь может располагаться лишь между двумя ближайшими контактными площадками или вертикально или горизонтально. К деталям, в точки их соединения с контактными площадками, можно подключать щупы измерительных приборов. Выбор деталей из набора конструктора и "пайка" их на рабочем столе производится с помощью манипулятора "мышь". Это делается стандартным для Windows - приложений способом - необходимо поместить указатель "мыши" на нужную деталь (указатель принимает вид пинцета), затем нажать левую кнопку "мыши" и, удерживая ее в нажатом состоянии, переместить деталь в нужное место монтажного стола. После освобождения левой кнопки "мыши", деталь будет установлена в указанном месте. Ненужные и "испорченные" детали можно удалить со стола в "мусорную корзину" таким же способом.

Можно удалять детали со стола и другим методом. Необходимо "щелкнуть" на детали правой кнопкой "мыши" - появится окно с надписью "Выбросить деталь". После подтверждения (щелчка на кнопке), деталь будет удалена в корзину.

Детали, "выброшенные" за пределы монтажного стола, но не в корзину, накапливаются в нижней части монтажного стола.

На столе одновременно не могут быть расположены источники переменного и постоянного тока.

· Панель деталей, содержащая набор электрических элементов.

В конструкторе можно использовать следующие детали:

Рисунок 13. Детали конструктора.

· резистор (характеризуется сопротивлением в Омах и мощностью в Ваттах, "сгорает" при ее превышении);

· предохранитель (характеризуется максимальным рабочим током, "сгорает" при его превышении);

· конденсатор (характеризуется ёмкостью в Фарадах и рабочим напряжением, выходит из строя при его превышении);

· катушка индуктивности (характеризуется индуктивностью в Генри, имеет очень малое активное сопротивление);

· монтажный провод (имеет очень малое сопротивление);

· выключатель (характеризуется двумя состояниями - "разомкнуто" и "замкнуто");

· элемент питания (характеризуется полярностью, ЭДС в Вольтах и внутренним сопротивлением в Омах);

· генератор синусоидального напряжения (характеризуется амплитудой и частотой переменного напряжения);

· лампочка (характеризуется рабочим напряжением в Вольтах, рабочим током в миллиамперах или мощностью в Ваттах, "перегорает" при их превышении);

· электронагреватель (характеризуется рабочим напряжением и рабочей мощностью, "перегорает" при их превышении);

· реальный проводник (характеризуется материалом, длиной и площадью сечения);

· неизвестная деталь (может быть резистором, конденсатором, катушкой, батарейкой или генератором);

· реостат (характеризуется максимальным сопротивлением в Омах);

· конденсатор переменной ёмкости (характеризуется максимальной ёмкостью в Фарадах).

· "мусорная корзина", куда выбрасываются перегоревшие и ненужные детали (она расположена в левом нижнем углу экрана);

· панель управления программой с кнопками для вызова вспомогательных инструментов (расположена в верхней части экрана);панель комментариев (в нижней части экрана, рисунок 14).

Рисунок 14. Окно программы.

3.4 Авторские разработки

Лабораторная работа №1 «Изучение зависимости сопротивления реальных проводников от их геометрических параметров и удельных сопротивлений материалов»

Цель: определить удельное сопротивление проводника и сравнить его с табличным значением.

1. Краткое теоретическое описание

Немецкий физик Георг Ом (1787-1854) в 1826 году обнаружил, что отношение напряжения U между концами металлического проводника, являющегося участком электрической цепи, к силе тока I в цепи есть величина постоянная:

(1)

Эту величину R называют электрическим сопротивлением проводника. Электрическое сопротивление измеряется в Омах. Электрическим сопротивлением 1 Ом обладает такой участок цепи, на котором при силе тока 1 А напряжение равно 1 В:

Опыт показывает, что электрическое сопротивление проводника прямо пропорционально его длине L и обратно пропорционально площади S поперечного сечения проводника:

(2)

Постоянный для данного вещества параметр ? называется удельным электрическим сопротивлением вещества. Удельное сопротивление измеряется в Ом* м.

2. Порядок выполнения работы

2.1. Соберите на монтажном столе электрическую схему, показанную на рисунке 15:

Рисунок 15. Электрическая схема.

2.2. Выберите материал проводника - никель, установите значения длины и площади поперечного сечения:

L = 100 м; S = 0.1 мм²;

2.3. Определите экспериментально с помощью мультиметра напряжение на проводнике.

Для этого необходимо подключить параллельно проводнику мультиметр в режиме измерения постоянного напряжения, соблюдая полярность.

Запишите показания мультиметра.

2.4. Определите экспериментально с помощью мультиметра силу тока в цепи.

Включите мультиметр в режиме измерения постоянного тока последовательно в цепь, соблюдая полярность.

Запишите показания мультиметра.

2.5. Рассчитайте сопротивление проводника по формуле (1).

2.6. Определите удельное сопротивление никеля по формуле (2).

2.7. Проделайте пункты 2.3 - 2.6. изменяя длину, но, не меняя площадь поперечного сечения и материал проводника.

2.8. Результаты измерений занесите в таблицу:

Таблица 2

№ опыта	Длина, м	Напряжение, В	Сила тока, А	Сопротивление, Ом	Удельное сопротивление, Ом*м
1

2.9. Найдите среднее значение удельного сопротивления и сравните его с табличным значением.

2.10. Измерьте сопротивление проводника непосредственно с помощью омметра. Сравните полученные результаты.

Сформулируйте выводы по проделанной работе.

3. Контрольные вопросы.

3.1. Что называют удельным сопротивление проводника?

3.2. Как зависит сопротивление проводника от его длины?

3.3. По какой формуле можно рассчитать удельное сопротивление проводника?

3.4. В каких единицах измеряется удельное сопротивление проводника?

Лабораторная работа №2 «Исследование сопротивлений проводников при параллельном и последовательном соединении.

Цель: изучить законы протекания тока через последовательно и параллельно соединенные проводники и определить формулы расчета сопротивлений таких участков.

1. Краткое теоретическое описание.

Проводники в схемах могут соединяться последовательно (рисунок 16) и параллельно (рисунок 17).

Рисунок 16. Последовательное соединение проводников.

Рисунок 17. Параллельное соединение проводников.

Рассмотрим схему последовательного соединения проводников, изображенную на рисунке 16.

Напряжение на концах всей цепи складывается из напряжений на каждом проводнике:

U = U₁ + U₂ + U₃, (1)

По закону Ома для участка цепи:

U₁ = R₁I; U₂ = R₂I; U₃ = R₃I; U = RI,(2)

где R - полное сопротивление цепи,

I - общий ток, текущий в цепи.

Из выражений (1) и (2), получаем:

RI = R₁I + R₂I + R₃I

При последовательном соединении проводников их общее сопротивление равно сумме электрических сопротивлений каждого проводника.

Рассмотрим теперь схему параллельного соединения проводников, изображенную на рисунке 17.

Через цепь течет полный ток I :

I = I₁ + I₂ + I₃. (4)

По закону Ома для участков цепи:

U = R₁I₁; U = R₂I₂; U = R₃I₃; U = RI, (5)

Из выражений (4) и (5), получаем:

I = U/R = U/R₁ + U/R₂ + U/R₃

откуда:

(6)

При параллельном соединении проводников величина, обратная сопротивлению цепи, равна сумме обратных величин сопротивлений всех параллельно соединенных проводников.

2. Порядок выполнения работы.

2.1. Соберите на монтажном столе электрическую схему, показанную на рисунке 18.

Рисунок 18. Электрическая схема.

Выберите номиналы сопротивлений следующими:

R₁ = 1 кОм; R₂ = 2 кОм; R₃ = 3 кОм; R₄ = 4 кОм;

2.2. Определите экспериментально с помощью мультиметра (в режиме измерения сопротивлений) сопротивление между точками:

А и С; С и D; B и D; A и D.

Запишите эти показания.

2.3. Рассчитайте теоретические значения сопротивлений между указанными точками схемы и сравните их с измеренными.

Какие выводы можно сделать из этого опыта?

2.4. Измерьте с помощью мультиметра (в режиме измерения тока) токи, текущие через каждое сопротивление. Запишите показания прибора.

2.4. Проверьте экспериментально, что в последовательной цепи ток одинаков через все сопротивления, а в параллельной цепи разделяется так, что сумма всех токов через параллельно соединенные элементы, равна полному току через весь участок.

2.5. Измерьте с помощью мультиметра (в режиме измерения постоянного напряжения) напряжения на каждом сопротивлении. Запишите показания прибора.

2.6. Проверьте экспериментально, что в последовательной цепи напряжение на всем участке равно сумме напряжений на каждом элементе, а в параллельной цепи, напряжение одно и то же на каждом элементе.

3. Контрольные вопросы.

3.1. Может ли сопротивление участка двух параллельно соединенных проводников быть больше (меньше) любого из них? Объясните ответ.

3.2. Какие законы сохранения используются для вывода формул сопротивления параллельного и последовательного соединения проводников?

3.3. Проанализируйте аналогию между приводимыми здесь формулами и формулой для расчета сопротивления одного проводника через его геометрические параметры: . В чем заключается эта аналогия?

Лабораторная работа №3. «ЭДС и внутреннее сопротивление источников постоянного тока. Закон Ома для полной цепи».

Цель: определить внутреннее сопротивление источника тока и его ЭДС.

1. Краткое теоретическое описание

Электрический ток в проводниках вызывают так называемые источники постоянного тока. Силы, вызывающие перемещение электрических зарядов внутри источника постоянного тока против направления действия сил электростатического поля, называются сторонними силами. Отношение работы А_стор., совершаемой сторонними силами по перемещению заряда D Q вдоль цепи, к значению этого заряда называется электродвижущей силой e источника (ЭДС):

(1)

Электродвижущая сила выражается в тех же единицах, что и напряжение или разность потенциалов, т.е. в Вольтах.

Работа - эта мера превращения энергии из одного вида в другой. Следовательно, в источнике сторонняя энергия преобразуется в энергию электрического поля

W = e ? Q (2)

При движении заряда Q на внешнем участке цепи преобразуется энергия стационарного поля, созданного и поддерживаемого источником:

W₁ = U? Q , (3)

а на внутреннем участке:

W₂ = U_вн.? Q (4)

По закону сохранения энергии

W = W₁ + W₂ или e ? Q = U? Q + U_вн.? Q (5)

Сократив на Q, получим:

e = U_вн. + U (6)

т.е. электродвижущая сила источника равна сумме напряжений на внешнем и внутреннем участке цепи.

При разомкнутой цепи U_вн.= 0, то

e = U (7)

Подставив в равенство (6) выражения для U и U_вн. по закону Ома для участка цепи

U = I? R; U_вн. = I? r,

получим:

e = I? R + I? r = I? (R + r) (8)

Отсюда

(9)

Таким образом, сила тока в цепи равна отношению электродвижущей силы источника к сумме сопротивлений внешнего и внутреннего участков цепи. Это закон Ома для полной цепи. В формулу (9) входит внутреннее сопротивление r.

Рисунок 19. Электическая схема 2.

Пусть известны значения сил токов I₁ и I₂ и падения напряжений на реостате U₁ и U₂ (см. рисунок 19). Для ЭДС можно записать:

e = I_1? (R₁ + r) и e = I_2? (R₂ + r) (10)

Приравнивая правые части этих двух равенств, получим

I_1? (R₁ + r) = I_2? (R₂ + r)

Или

I_1? R₁ + I_1? r = I_{2 ?} R₂ + I_2? R

I_1? r - I_2? r = I_{2 ?} R₂ - I_1? R₁

Т.к. I₁ R₁ = U₁ и I₂ R₂ = U₂,

то можно последнее равенство записать так

r? (I₁ - I₂) = U₂ - U₁ ,

откуда

(11)

2. Порядок выполнения работы

2.1. Соберите цепь по схеме, изображенной на рисунке 1. Установите сопротивление реостата 7 Ом, ЭДС батарейки 1,5 В, внутреннее сопротивление батарейки 3 Ом.

2.2. При помощи мультиметра определите напряжение на батарейке при разомкнутом ключе. Это и будет ЭДС батарейки в соответствии с формулой (7).

2.3. Замкните ключ и измерьте силу тока и напряжение на реостате. Запишите показания приборов.

2.4. Измените сопротивление реостата и запишите другие значения силы тока и напряжения.

2.5. Повторите измерения силы тока и напряжения для 6 различных положений ползунка реостата и запишите полученные значения в таблицу.

2.6. Рассчитайте внутреннее сопротивление по формуле (11).

2.7. Определите абсолютную и относительную погрешность измерения ЭДС и внутреннего сопротивления батарейки.

3. Контрольные вопросы

3.1. Сформулируйте закон Ома для полной цепи.

3.2. Чему равно ЭДС источника при разомкнутой цепи?

3.3. Чем обусловлено внутреннее сопротивление источника тока?

3.4. Чем определяется сила тока короткого замыкания батарейки?

4. Оценка результатов применения электронного учебного пособия

В качестве экспериментальной проверки эффективности использования компьютерной программы «Начала электроники» в 10 классе (класс был разделен на 3 группы с равным количеством учеников, одна группа выполняла лабораторные работы по традиционной методике, а две другие выполняла виртуальные лабораторные работы), были проведены лабораторные занятия с использованием собственных и ранее разработанных другими авторами разработок лабораторных уроков.

Основной задачей курса является улучшение процесса обучения через повышение интереса учащихся путем внедрения необычных методов и средств обучения.

Цель эксперимента состояла в выявлении возможности восприятия учащимися потока учебной информации (в условиях применения компьютерной программы «Начала электроники») и его эффективности в процессе обучения.

Очевидно, что успешность использования компьютерных программ во многом зависит от того, насколько учащиеся умет мыслить нестандартно, работать с персональным компьютером и т.д.

Для определения эффективности разработанной методики был проведен сравнительный анализ усвоения данной темы.

Рисунок 20. Результаты учебной деятельности учащихся на констатирующем этапе эксперимента

Рисунок 21. Мотивация учебной деятельности учащихся на контрольном этапе эксперимента

Результаты статистической обработки результатов усвоения представим в таблице 2.

Таблица 2 Результаты изменения уровня мотивации учебной деятельности

Группа	Средний показатель (Ср)	Абсолютный показатель (G)
	Начало эксперимента	Конец эксперимента
К	0,36	0,45	+ 0, 09
Э-1	0,34	0,63	+ 0, 29
Э-2	0,32	0,64	+ 0,32

Таким образом, вывод об изменении уровня мотивации учебной деятельности в контрольной и двух экспериментальных группах в нашем исследовании основывается на статистических показателях (средний и абсолютный прирост).

Анализируя данные, отметим положительную динамику в изменении мотивации в экспериментальных группах, где реализовывался выделенный нами комплекс педагогических условий на 0,29 и 0,32%. Изменения в контрольной группе по абсолютному приросту изменения уровня мотивации отмечаем на 0,09%.

В экспериментальной группе второй (Э-2) на начало эксперимента, было, пять учащихся, или в процентном соотношении 16,66%, с низким уровнем мотивации. По окончанию эксперимента мы диагностируем наличие у них среднего уровня. То есть активность в овладении системой знаний и способов деятельности носит уже не случайный характер (активен или пассивен в зависимости от ситуации), а ситуативный, связанный с наличием практико-ориентированных ситуаций, профессионально-значимых. При этом степень сформированности умений исследовательской работы переходит с уровня узнавания на уровень воспроизведения по алгоритму. О готовности к деятельности свидетельствуют повысившаяся посещаемость занятий, наличие соответствующих средств, заинтересованность в отметке.

Сопоставляя результаты, мы отмечаем переходы во всех уровнях мотивации учебной деятельности учащихся (таблице 3).

Достоверность различий между группами подтверждена статистическими методами. Для установления достоверности различий в критериях экспериментальной и контрольной групп воспользовались критерием Пирсона

Таблица 3 Результаты изменения уровня мотивации учебной деятельности

Уровень мотивации учебной деятельности	Показатели абсолютного прироста (G)
	G по группам (в %)
	К	Э-1	Э-2
Низкий	+3,34	-6,67	-16,66
Средний	-23,3	-66,6	-59.93
Выше среднего	+ 10	+50,03	+46,66
Высокий	+10	+23,34	+30

Результаты педагогического эксперимента показали, что, во-первых, учащиеся довольно быстро обучаются работать с компьютерной программой, мыслить нестандартно. Во-вторых, использование компьютероной программы при проведении виртуальных лабораторных экспериментов позволяет повысить качество обучения, сделать его более полным, наглядным и доступным. Наличие устойчивой обратной связи в цепи “преподаватель-ученик” позволяет своевременно выявлять и устранять пробелы в знаниях учащихся, что способствует повышению успеваемости.

Организация контроля в форме проведения лабораторных работ при использовании компьютерных программ (проведение виртуальных экспериментов) позволяет повысить познавательный интерес учащихся к физике.

Разработанная методика позволяет значительно повысить уровень успеваемости учащихся по предмету за счет индивидуализации процесса контроля знаний.

Результаты педагогического эксперимента показали эффективность предлагаемого методического подхода к применению компьютерных программ для проведения лабораторных работ при его сочетании с традиционными средствами обучения.

Таким образом, очевидно, что применение компьютерных программ в процессе обучения физике по традиционным программам возможно как эпизодически, при изучении отдельных тем, так и систематически, при изучении разделов.

Заключение

В условиях быстроизменяющегося мира и увеличения потоков информации фундаментальные предметные знания являются обязательной, но не достаточной целью образования. Обучающиеся должны не просто овладеть суммой знаний, умений и навыков, на что направлена система казахстанского образования. Гораздо важнее и сложнее привить обучающимся умение самостоятельно добывать, анализировать, структурировать и эффективно использовать информацию для максимальной самореализации и полезного участия в жизни общества [31] .

Основные результаты проведенного исследования, которое можно сформулировать следующим образом:

1. Выполнен анализ психолого-педагогической, методической и специальной литературы.

2. Разработаны рекомендации по разработке предметного материала для электронного учебного пособия, как элемента методики применения компьютерных программ при проведении лабораторных занятий.

3. В опытно-экспериментальной работе проверена результативность предложенной методики обучения.

программы «Начала электроники» по разделу «Электродинамика» (старшая школа).

Проведен анализ научной, психолого-педагогической, методической литературы и диссертационных исследований, посвященных проблеме использования новых компьютерных технологий в образовании в целом, а также вопросам применения компьютерных программных и телекоммуникационных средств в преподавании физики.

На основе констатирующего эксперимента обоснована актуальность проблемы применения новых информационных и телекоммуникационных средств в обучении физике.

Определены дидактические требования к программно-педагогическим и телекоммуникационным средствам обучения.

Это требования:

1) соответствия обязательному минимуму содержания физического образования,

2) интерактивности моделей,

3)обратной связи,

4) обеспечения условий для формирования исследовательских умений,

5) единства обучающей и контролирующей функций,

6) разнообразия видов и дифференцированности заданий,

7) соответствия возможностям учащихся и создание условий для индивидуального роста.

Экспериментально проверена эффективность методики применения разработанного комплекса средств и показано влияние применения этих средств на формирование интереса к науке, развитие познавательной самостоятельности учащихся и повышение качества знаний по физике и астрономии.

Предложена такая структура комплекса программно-педагогических и телекоммуникационных средств физике, которая обеспечивает не только достижение высоких результатов в обучении учащихся, но и развитие их познавательной самостоятельности.

Список использованной литературы

1. Оспенников, Н.А. Модельный компьютерный эксперимент в лабораторном физическом практикуме. Обучающий проект «SITMAKER» [Текст] / Н.А. Оспенников, Е.В. Оспенникова // Проблемы учебного физического эксперимента: сб. науч. трудов. - М.: ИОСО РАО, 2001. -Вып. 11. - С. 87-90

2. Бугаев А.И. Методика преподавания физики в средней школе. Теоретические основы. М.: Просвещение,1981.

3. Клевицкий В.В. Учебный физический эксперимент с использованием компьютера как средство индивидуализации обучения в школе: Дисс. …канд. пед. наук. М., 1999. - 247с. Бабанский Ю. К. Педагогика.-- М.: Просвещение, 1983.

4. Лаптев В.В, Немцов А. Учебные компьютерные модели// ИНФО, №.4, 1991. - С. 70 - 73.

5. Машбиц Е.И. Психолого-педагогические проблемы компьютеризации обучения. - М.: Педагогика, 1988. - 192 с.

6. Методические рекомендации по созданию и использованию педагогических программных средств // Сборник статей АПН СССР. - М.: НИИ СО, 1991. - С.21 -24.

7. Агеев В.Н. Электронная книга: Новое средство соц. коммуникации. М.

8. http://saprr.narod.ru/elektron_uchebnik.htm

9. Новые информационные технологии образования: Концепция программно-методического обеспечения учебно-воспитательного процесса. -Новосибирск, 1990. - 50 с.

10. Новые педагогические и информационные технологии в системе образования. Под ред. Е.С.Полат. М.: ACADEMA, 2000. - 271 с.

11. Роберт И.В. Современные информационные технологии в образовании: Дидактические проблемы; перспективы использования. - М.: Школа - Пресс, 1994. - 205 с.

12. Шамова Т.И. Активизация познавательной деятельности учащихся общеобразовательной школы (по предметам естественно-математического цикла). М., НИИ общей педагогики АПН СССР, 1976. - 54 с.

13. Шамова Т.И. Активизация учения школьников. М., Педагогика. - 1976. - 97 с.

14. Шамова Т.И. Формирование познавательной самостоятельности школьников. М., Педагогика. - 1975. - 25 с.

15. Акатов Р.В. Компьютер для учебного физического эксперимента. Учебное пособие. -- Глазов: ГГПИ, 1995, -94с.

16. http://saprr.narod.ru/testi.htm

17. Вопросы методики обучения физики в современной школе и подготовки учителя физики: Сборник научных трудов. М.: Прометей, 1997.

18. Демонстрационные опыты по физике в VI--VII классах/Под ред. А. А. Покровского. М., 1970.

19. Демонстрационный эксперимент по физике в средней школе. Ч.1 / Под ред. А.А. Покровского. М.: Просвещение, 1978.

20. Каменецкий С.Е., Орехов В.П. Методика решения задач по физике в средней школе: кн. для учителя. М.: Просвещение, 1987.

21. Методика преподавания физики // Ивановский государственный университет. Кафедра общей физики. Профессор Кулаков В.Е., доцент Ситнова Е.В. (www.ivanovo.ac.ru)

22. Методика преподавания физики в 6--7 классах средней школы / Под ред. В. П. Орехова, А. В. Усовой. М., 1972.

23. Методика преподавания физики в 7 - 8 классах средней школы. Пособие для учителя /Под ред. А.В. Усовой, М.: Просвещение, 1990.

24. Методика преподавания физики в 8 - 10 классах средней школы / Под ред. В. П. Орехова, А. В. Усовой. М.: Просвещение,1980.

25. Минькова Р.Д., Свириденко Л.К. Проверочные задания по физике в 7,8 и 10 классах средней школы: кн. для учителя. М.: Просвещение, 1992.

26. Оноприенко О.В. Проверка знаний, умений и навыков учащихся по физике в средней школе: кн. для учителя. М.: Просвещение, 1988.

27. Основы методики преподавания физики /Под ред. Л. И. Резякова, А. В. Перышкина, П. А. Знаменского. М., 1965.

28. Перышкин А. В., Родина Н. А., Рошовская X. Д. Преподавание физики в 6--7 классах средней школы. М., 1974.

29. Резников Л. И. и др. Методика преподавания физики в средней школе./Под ред. Б. М. Яворского. Т. 1. М., 1958; т. 2, 1960; т 1961; т. 4. 1963.

30. Хорошавин С.А. Физический эксперимент в средней школе: 6-7 классы. М.: Просвещение, 1988.

31. http://www.physicon.ru/ Курс «Открытая Физика 2.5

32. meo.ru и bancreferatov.ru

33. Демонстрационный эксперимент по физике. Том II. Электричество, Оптика. Физика атома. Под ред. А.А.Покровского. - М., Просвешение, 1972. - 248 с.

34. Оспенников, Н.А. Разработка виртуальных моделей физического эксперимента для учебного исследования. Модель «Опыт Ж. Перрена» [Текст] / Н.А. Оспенников, Е.С. Ремизова // Повышение эффективности подготовки учителей физики и информатики в современных условиях: матер. междунар. науч.-практ. конф. - Екатеринбург: Уральский гос. пед. ун-т, Россия 2007. - С. 123-130.

Размещено на Allbest.ru

...