Новые информационные технологии в обучении физике

Размещено на http://www.allbest.ru/

Новые информационные технологии в обучении физике

Михайлова В.В.

кандидат педагогических наук, доцент кафедры теории и методики обучения физике Стерлитамакской государственной педагогической академии

В настоящее время информация становится решающей силой в развитии человеческой цивилизации, и если информация не может нормально циркулировать внутри каких-то отраслей или сфер жизнедеятельности, то это усугубит все негативные явления, от которых мы сейчас стремимся избавиться, опасаясь войн, экологических катастроф, локальных конфликтов и т.д.

Становится очевидным, что объективное развитие научно-технического прогресса ставит перед образованием новые задачи: в первую очередь овладение учителем информационной культурой - сводом правил поведения человека в информационном обществе, обществе, насыщенным «человеко-машинными» системами и «искусственным интеллектом» [1].

Развитие информационных технологий расширило их применение в сфере образования. В настоящее время в теории и методике обучения физике выделился раздел «Использование современных информационных и коммуникационных технологий в учебном процессе», который можно определить как системное использование в обучении разнообразных современных технических средств, обеспечивающих учителю и учащимся доступ к потокам информации [4].

Возможности средств новых информационных технологий позволяют организовать новые виды учебной деятельности, связанные с преобразованием и управлением информации. Например, выполнение реального эксперимента с использованием интерфейсных блоков, сопрягаемых с компьютером, и датчиков физических величин, управление реальными объектами, создание и отображение на экране монитора моделей различных объектов, явлений и процессов, автоматизированный контроль результатов проведенных исследований и т.д. [4]. Все это требует разработки и применения необходимых технических и программных средств.

Под средствами информационных и коммуникационных технологий в настоящее время понимают целый комплекс технических, программных средств, систем и устройств, функционирующих на базе средств вычислительной техники, обеспечивающий автоматизацию ввода, накопление, хранение, обработки, передачи и оперативного управления информацией. информация коммуникационный обучение

Из всего многообразия наибольший интерес представляют компьютерные средства обучения. Согласно определению ЮНЕСКО, компьютерное обучение - это такая система обучения, одним из технических средств которой выступает компьютер, а компьютерные средства обучения - это программные средства обучения, предназначенные для решения различных педагогических задач. Например: 1) средство обучения физике - мультимедийный курс; 2) средство, совершенствующее процесс преподавания; 3) средство автоматизации процесса контроля уровня знаний и умений, коррекции результатов учебной деятельности, тестирования и психодиагностики; 4) работа с физическими виртуальными лабораториями, практикумами; 5) средство коммуникаций и организация интеллектуального досуга.

Применение компьютерных технологий позволяет учителю более глубоко раскрыть изучаемые физические процессы, помогает учащимся в понимании происходящих физических процессов и явлений, которые тяжелее воспринимаются без использования интерактивных моделей.

Комплекс современного кабинета физики оснащен, как лабораторным, так и демонстрационным учебным оборудованием, стыкуемым с компьютером [5]. Для работы необходимо наличие программных средств, обеспечивающих работу оборудования. Современные программные средства должны удовлетворять всем требованиям, предъявляемым к учебникам и учебным пособиям. Вместе с тем использование современных информационных и телекоммуникационных технологий в разработке и использовании программных средств накладывает на них дополнительные требования. К ним относят: обеспечение индивидуальной работы, учет возрастных особенностей учащихся, учет уровня обучаемости учащегося и вариативности программ; интерактивности обучения, стимулирующего активную деятельность обучаемого, обеспечение адаптивности обучения, обеспечение системности и структурно-функциональной связанности представления учебного материала, обеспечение целостности и непрерывности дидактического цикла обучения, обеспечение максимальной реализации возможностей компьютерной визуализации учебной информации. Все это необходимо при разработке виртуальных лабораторных работ. Согласно В.П. Беспалько [2], под «уровнем обучения» ученика или уровнем его обучаемости понимается способность учащегося выполнить некоторую целенаправленную систему действий по отношению к объекту изучения на основе той информации, которая сообщена ученику в процессе обучения. Он выделяет 4 уровня знаний (табл.1).

Таблица 1

При обучении физике обязательным является применение физического эксперимента. В ходе физического эксперимента не только воспроизводится изучаемое явление, процесс или закон, но и исследуется его зависимость от сопутствующих условий и параметров, характеризующих эти условия, производятся необходимые измерения. Школьный физический эксперимент постоянно развивается и можно выделить пути его развития. Так, происходит модернизация традиционного оборудования для выполнения демонстрационного и лабораторного физического учебного эксперимента, проводят моделирование физических процессов с помощью компьютера, а также используют интерфейсные блоки, сопрягаемые с компьютером и датчиками физических величин для демонстрационного и лабораторного учебного физического эксперимента [3].

Исходя из предпосылок к использованию компьютера при проведении физических экспериментов и демонстраций, мы разработали наглядную демонстрацию колебательного движения физического маятника, имея в наличии интерфейсный блок «L-микро». Этот блок представляет собой лабораторный комплекс, сопрягаемый с компьютером с помощью аппаратного (датчики и измерительные приборы) и программного обеспечения. Представленный нами эксперимент заключается в следующем: с помощью компьютера, интерфейсного блока «L-микро» и сконструированной лабораторной установки мы наглядно демонстрируем колебания физического маятника, выводя на монитор график зависимости амплитуды колебаний от времени.

Данная установка предусматривает два режима работы.

Первым режим заключается в демонстрации колебаний с минимальным затуханием, которое появляется лишь из-за сопротивления воздуха и погрешности установки.

Второй режим, специально предусматривает систему затухания с помощью приложения постоянной силы сопротивления к маятнику, причём сила сопротивления может быть различной в зависимости от вязкости жидкости, залитой в систему затухания.

На основе полученных графиков учащиеся могут судить о характере колебаний без силы сопротивления и с силой сопротивления, что приводит учеников к выводам.

1. Без сопротивления маятник движется бесконечно долго с постоянной амплитудой.

2. С появлением силы сопротивления колебания становятся затухающими.

3. С увеличением силы сопротивления время полного затухания колебаний уменьшается, а с уменьшением силы сопротивления время затухания увеличивается.

4. Колебания маятника без затухания носят гармонический характер.

Установка для исследования колебаний математического маятника имеет следующие особенности.

1. Маятник имеет большую массу, поэтому массой стержня можно пренебречь.

2. Ось вращения и стержень жёстко скреплены, что исключает возможность люфта.

3. Подшипники уменьшают коэффициент трения.

4. Потенциометр имеет малый коэффициент трения и линейную зависимость сопротивления от угла поворота.

5. Установка собирается из подручных материалов.

Вывод результатов:

1) основным вариантом вывода результатов является отображение графических зависимостей переменных величин в реальном времени на мониторе компьютера;

2) дополнительным вариантом вывода результатов является накопление (запись) полученных значений в файл. Структура файла - таблица с двумя столбцами, в первом - время (шаг устанавливается при подготовке компьютера к приёму данных), во втором - амплитудное значение измеряемой величины.

Лабораторная работа

Тема: изучение закономерностей колебаний маятника.

Цель работы: определить характер колебаний маятника при наличии постоянной силы сопротивления движению и без неё, получить графики колебаний для различных сил сопротивления (за одинаковый интервал времени).

Приборы и материалы: лабораторная установка (компьютер, интерфейсный блок «L-микро», соединительные провода, колебательная система), набор жидкостей для системы, создающей силу сопротивления.

Ход работы

1. Подключить интерфейсный блок «L-микро» к компьютеру (компьютер должен быть обесточен!!), соединить блок с колебательной системой прилагаемыми проводами.

2. Запустить компьютер, включить «L-микро».

3. Установить с носителя (дискета, CD-диск) прилагаемое программное обеспечение.

4. Запустить программу «L-demon.exe» из каталога установки.

5. Перейти в пункт меню «Электричество» - «-100..100mV»...

6. Запустить измерение; вращая регулятор на колебательной установке по часовой либо против часовой стрелки, переместить линию сигнала в положение “0”. (ВАЖНО!!! При выполнении п. 6 маятник должен покоиться!).

7. Отклонить маятник на малый угол.

8. Наблюдать построение графика колебаний на экране.

9. В необходимый момент остановить изменение изображения на экране нажатием клавиши «Пробел» на клавиатуре.

10. Зарисовать полученный график.

11. Изменить силу сопротивления (добавлением или заменой жидкости в ёмкости системы затухания).

12. Повторить пункты 6-10.

13. Сделать выводы о результатах, полученных в работе.

При проведении реального физического эксперимента часто возникает нехватка оборудования. Если такого оборудования нет, то можно создать его из имеющегося.

Рассмотрим, например, как можно видоизменить один из известных опытов - опыт с машиной Атвуда. В классическом опыте на машине Атвуда используются механические контакты для включения и выключения электронного секундомера‚ что чревато сбоями из-за окисления контактов. В нашей же установке (см. рис. 1)такие контакты отсутствуют. Мы заменили электронный секундомер компьютером. А так как механические контакты служат устройствами сопряжения с электронным секундомером‚ то такое устройство должно присутствовать и в нашей установке. Роль такого устройства выполняет обыкновенная компьютерная мышь [3].

Перед началом опыта учитель должен ввести время‚ в течение которого будет работать мышь‚ массы грузов и перегрузка.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Общий вид установки

1. Машина Атвуда.

2. Грузы.

3. Перегрузок.

4. Мышь.

5. Штатив с муфтой и лапкой.

6. Компьютер.

Принцип работы: нить‚ на которой подвешены грузы‚ проходит через один из роликов‚ отвечающий за считывание информации о движении мыши по экрану. В результате в памяти компьютера формируется массив данных‚ по которым строятся графики зависимости перемещения и скорости от времени.

В результате работы программы на экране будут построены графики s(t) и v(t)‚ выведен путь‚ который прошло тело во время движения‚ ускорение‚ с которым двигалось тело‚ и ускорение‚ рассчитанное из масс грузов и перегрузка. Программа написана на языке Turbo Pascal 7.0.

Описанные выше примеры показывают, как, используя информационные технологии, можно, во-первых, существенно разнообразить содержание лабораторных работ, во-вторых, организовать по-новому работу учащихся при подготовке и выполнении физического эксперимента.

Литература

1. Абдеев Р.Ф. Философия информационной цивилизации. - М.: Владос, 1994.

2. Беспалько В.П. Основы теории педагогических систем. - Воронеж: ВГУ, 1997.

3. Михайлова В.В. Элементы информационных технологий в обучении физике. // Современные проблемы физико-математического и методического образования: Труды Всероссийской научной конференции (16-17 сентября 2004г., г. Стерлитамак). - Уфа: Гилем, 2004. - Т.3.

4. Михайлова В.В. Технические и аудиовизуальные средства обучения: Учебно-методическое пособие. - Уфа: РИО БашГУ, 2002.

5. Смирнов А.В. Технические средства обучения на базе современных информационных технологий. // Наука и школа, 1996, №1.

Размещено на Allbest.ru