Проведение лабораторных экспериментов по молекулярной физике на базе цифровой лаборатории "Архимед"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

ГОУ ВПО «Уральский государственный педагогический университет»

Институт физики, технологии и экономики

Кафедра МПФ и ТСО

Проведение лабораторных экспериментов по молекулярной физике на базе цифровой лаборатории «Архимед»

Исполнитель

С.О. Пучкин - студент 2 курса

БФ-22 гр. очного отделения

Научный руководитель

О.Г. Надеева

Екатеринбург,2014



ВЕДЕНИЕ

Человечество стремительно вступает в принципиально новую для него информационную эпоху. Существенным образом меняются все слагаемые образа жизни людей. Мир меняется стремительно, меняются и требования к системе образования. Она уже сегодня должна ориентироваться на те потребности общества, которые появятся через 10-15 лет. Необходима целостная стратегия совершенствования системы общего образования в условиях глобальных процессов информатизации всех сфер жизни общества. Стратегическая цель - подготовка детей и молодежи к полноценной жизни в информационном обществе за счет повышения качества образования посредством формирования единой информационно-образовательной среды и интенсивного внедрения информационно-коммуникационных технологий в образовательный процесс. Основная идея проекта «Информатизация системы образования» - это создание условий для системного внедрения и активного использования ИКТ в работе школы. Участвующие в проекте школы перейдут на новую ступень использования ИКТ в учебном процессе, начнут активно использовать современные цифровые образовательные ресурсы.

Сегодня в условиях развития информационного общества одним из ключевых элементов, позволяющих максимально индивидуализировать учебный процесс.

Информатизация обучения, основанная на применении информационно-коммуникационных технологий (ИКТ), на организации учебного процесса в специализированной открытой информационно-образовательной среде, в которой посредством ИКТ происходит обмен учебной информацией. В мировой практике имеется много примеров успешного использования информационно-коммуникационных технологий в образовании. Новые условия развития образования, реализация федеральных и региональных целевых программ и проектов вызывают необходимость разработки новой среднесрочной программы информатизации системы образования. Для реализации принятой Правительством РФ «Концепции модернизации российского образования» разрабатывается проект «Информатизация системы образования» (2004-2009 гг.) Федерального агентства по образованию РФ. Основная идея проекта «Информатизация системы образования» - это создание условий для системного внедрения и активного использования ИКТ в работе школы. Участвующие в проекте школы перейдут на новую ступень использования ИКТ в учебном процессе, начнут активно использовать современные цифровые образовательные ресурсы. Анализ состояния дел в области информатизации, проведенный в ходе подготовки проекта, выявил острую нехватку специалистов, способных создавать практически эффективные цифровые образовательные ресурсы и грамотно использовать их на практике. В связи с вышеизложенным, актуальным представляется создание новых моделей подготовки будущих учителей, работающих с использованием создаваемых в проекте цифровых учебно-методических материалов. Одним из примеров реализации идей проекта «Информатизация системы образования» в естественно- научном образовании является создание и установка в школах цифровых лабораторий, которые позволят перевести школьный практикум естествознания на качественно новый уровень; подготовить учащихся к самостоятельной творческой работе в любой области знаний; осуществить приоритет деятельностного подхода к процессу обучения; развить у учащихся широкий комплекс общих учебных и предметных умений; овладеть способами деятельности, формирующими познавательную, информационную, коммуникативную компетенции.

Цифровая лаборатория «Архимед» - это новое поколение естественнонаучных лабораторий - оборудование для проведения широкого спектра исследований, демонстраций, лабораторных работ. Входящие в состав цифровой лаборатории «Архимед» цифровые образовательные ресурсы и цифровые лабораторные комплексы, направлены на выполнение следующих задач: комплексное использование материально-технических средств обучения на основе современных технико-педагогических принципов; переход от репродуктивных форм учебной деятельности к самостоятельным, поисково-исследовательским видам работы; перенос акцента на практико-ориентированный компонент учебной деятельности; формирование коммуникативной культуры учащихся; развитие умений работы с различными типами информации и ее источников. Сегодня цифровые лаборатории «Архимед» используются в практике обучения по физике, химии, биологии, экологии и пр. во многих школах России; учителями создан и опробован целый ряд методик применения КПК на уроках. Институт новых технологий проводит конкурсы подобных методических разработок [2]; материалы по применению цифровых лабораторий «Архимед» стали все чаще появляться в трудах образовательных конференций и конгрессов и в публикациях прессы.



I. Глава. Цифровые лаборатории

1.1.Обзор цифровых лабораторий

Школу 21 века уже невозможно представить без современных информационных технологий. Внедрение информационных технологий в сфере образования происходит все глубже с каждым днем. В данной статье мы хотим поговорить о современных цифровых лабораториях.

Цифровые лаборатории - это оборудование и программное обеспечение для проведения демонстрационного и лабораторного эксперимента на занятиях естественнонаучного цикла. На сегодняшний день одним из важонстрацдемных условий успешной работы учителей является владение техникой современного учебного эксперимента. При изучении естественных наук, большое значение для учеников имеет наглядность изучаемого материала. Цифровые лаборатории помогают лучше усвоить изучаемую тему, разобраться в трудных вопросах, повышают интерес к изучаемому материалу. Цифровые лаборатории являются новым, современным оборудованием для проведения самых различных школьных исследований естественнонаучного направления. С их помощью можно проводить работы, как входящие в школьную программу, так и совершенно новые исследования. Применение лабораторий значительно повышает наглядность как в ходе самой работы, так и при обработке результатов благодаря новым измерительным приборам, входящим в комплект лаборатории как биологии-химии, (датчики освещенности, влажности, дыхания, концентрации кислорода, частоты сердечных сокращений, температуры, кислотности и пр.), так и лаборатории физики (датчики силы, расстояния, давления, температуры, тока, напряжения, освещенности, звука, магнитного поля и пр.). Оборудование цифровой лаборатории универсально, может быть включено в разнообразные экспериментальные установки, проводить измерения в «полевых условиях», экономить время учеников и учителя, побуждает учеников к творчеству, давая возможность легко менять параметры измерений.

Лабораторные наборы PASCO по физике состоят из цифровых датчиков, с помощью которых вы сможете организовать в школе современную физическую лабораторию. Набор цифровых датчиков Расширенный позволяет провести до 40 лабораторных работ, предусмотренных программой по физике, а также десятки экспериментов вне урочного курса физики в рамках исследовательской и проектной деятельности учащихся. Набор цифровых датчиков Стартовый состоит из самых популярных датчиков, с помощью которых можно провести до 30 лабораторных работ по курсу физики. Данные наборы помогут организовать лабораторные практикумы следующих предметных линий по физике:

* Линия учебно-методических комплексов по физике для 7 - 9 классов А. В. Перышкина

* Линия учебно-методических комплексов по физике для 7 - 11 классов Н. С. Пурышевой, Н. Е. Важеевской

* Линия учебно-методических комплексов по физике для 10 - 11 классов В. А. Касьянова

* Линия учебно-методических комплексов по физике для 10 - 11 классов физико-математического профиля Г. Я. Мякишева и др.

* УМК «Сферы» по физике

* Линия учебно-методических комплексов (УМК) по физике «Архимед» автора О. Ф. Кабардина. 7 - 9 классыУстройства Pasco легко брать с собой для проведения уроков вне классной комнаты --они прочны, надежны и не требуют постоянного подключения к электрической сети. Так, например, для экологического исследования возьмите с собой датчик влажности почвы, качества воды, датчик положения и устройство сбора данных SPARK SLS; для изучения погодных условий даже учениками младших классов рекомендуем мульти датчик погоды.

Эксперименты и исследования ,проводимые с данным и комплектами:ускорение, закон Архимеда, центростремительная сила, круговое движение, сохранение энергии, закон Фарадея индукции, теплота плавление, теплота испарения, закон Гука, импульс силы, магнитное поле катушки, магнитное поле постоянного магнита, первый закон Ньютона, ускорение, сохранение энергии, электромагнитная индукции, второй закон Ньютона, закон Ома, маятник, графики движения, электрические цепи, относительное движение, последовательное и параллельное соединения проводников, простые гармонические колебания, скорость, трение, гальванические элементы, работа и энергия, сохранение импульса и т.д.

Развивающая образовательная среда AFS™ представляет собой единое решение, включающее в себя линейку современных средств обучения и методического обеспечения. РОС AFS™ позволяет создать непрерывную образовательную среду, начиная с детского сада и заканчивая подготовкой квалифицированного специалиста для работы на производстве, обеспечивая преемственность на всех ступенях образования.

· построена на основе универсального оборудования и программного обеспечения с открытой средой программирования;

· обеспечивает изучение школьных предметов с применением ИКТ;

· интегрирует предметы естественнонаучного цикла, математику и информатику;

o позволяет осваивать школьные предметы как в аудитории, так и на природе;

o помогает гармонично сочетать учебную и внеурочную деятельность;

· предоставляет широкие возможности для проектной и исследовательской деятельности учащихся.

Цифровые лаборатории AFS™ для учителя имеют аппаратную и программную составляющие, предназначенные для проведения демонстрационных учебных экспериментов по физике, химии, биологии, математике.

В таком виде эксперимент остается натурным и предполагает использование компьютера в качестве универсального измерительного прибора. Визуализация экспериментальных данных осуществляется на экране компьютера.

ПО в цифровых лабораториях предполагает автоматическую обработку полученных данных, что облегчает проведение демонстрационного эксперимента учителем в рамках урока, ограниченного временем.

ПО позволяет выводить отображающиеся ход и результаты эксперимента с ПК на экран (интерактивную доску).

Благодаря этому, собранные в ходе опыта данные можно проанализировать и сделать выводы всем классом.

Система сбора данных AFS™ может применяться в организации учебной и внеурочной деятельности учащихся на основе измерительного оборудования AFS™ и среды графического программирования NI LabVIEW™. Такой подход позволит обучающимся проводить наблюдения и эксперименты с использованием нового современного оборудования, а также учиться моделировать и программировать, развивать навыки проектирования и конструирования электротехнических устройств, в том числе с цифровым управлением и обратной

связью.

· Поможет вовлечь учеников в экспериментальную и учебно-исследовательскую деятельность

· Позволит им выполнять предметные или межпредметные индивидуальные проекты

· Позволяет не только проводить измерения и собирать экспериментальные данные, но и обмениваться ими между учениками и учителем, благодаря встроенному модулю беспроводной связи Wi-Fi и Bluetooth

· Большой цветной экран-тачскрин с высоким разрешением позволяет легко управлять им как стилусом, так и пальцами

· Оснащен акселерометром для определения положения устройства в пространстве и выбора оптимальной ориентации экрана

· Имеет встроенный модуль системы навигации GPS

· Результаты измерений в режиме реального времени можно передавать на любое устройство с совместимым браузером - iPads, мобильные устройства на базе Android, iPhones, и др.

· Имеет возможность передавать данные по электронной почте (на е-mail)

· Сохраняет экспериментальные данные в текстовом файле в формате csv для дальнейшего открытия их в программе Microsoft Excel

· Показывает графики, таблицы в полную ширину экрана

· Можно проектировать экран LabQuest 2 на большой экран для демонстрации его функций и обучения работе с ним (требуется специальная программа)

· Имеет также три встроенных датчика: датчик температуры воздуха, датчик звука (микрофон), датчик света

1.2 Цифровая лаборатория Архимед

Архимед - результат совместной работы Института новых технологий и компании Fourier Systems (Израиль).

Первые «поколения» ЦЛ были рассчитаны только на лабораторную работу учащихся - в их основу входили КПК Palm M130 и измерительные интерфейсы (регистраторы данных) ImagiWorks. Следующие, более современные версии лабораторий позволяют проводить и демонстрационный эксперимент, а самые последние поколения регистраторов дают возможность легко помещать данные и результаты обработки в информационную среду в том числе для дистанционного обучения или ИКТ-поддержки обучения (с использованием Интернет), при этом делая доступными эти данные для «коллег» по исследованию не только с соседней парты, но и из другого города или страны.

Последние версии регистраторов TriLink (работающих также совместно с КПК Palm Tungsten E2) или NOVA5000 отвечают требованиям автономной мобильной лаборатории и являются, по сути, самостоятельными компьютерами со своим источником питания, памятью, операционной системой и пользовательским интерфейсом, позволяя при этом осуществлять при желании полную синхронизацию с настольным компьютером или подключать к нему в качестве лишь регистраторов с целью получить более мощные возможности для анализа и обработки данных

NOVA 5000 - Nova5000 - специализированный портативный компьютер компании Fourier Systems, со встроенным регистратором данных компьютер для естественнонаучного кабинета. Nova5000 весит всего лишь 1100 г, ученики могут носить его в портфеле или специальной сумке, брать на экскурсии, в поход, домой. Nova5000 включает встроенный регистратор данных Fourier Systems, программу MultiLab для управления экспериментом и обработки полученных данных, программу LanSchool для управления компьютерным классом. Также дополнительно имеется пакет полезных программ для образовательного процесса на уроке физики, например, встроенный инженерный калькулятор, редактор текста, таблиц, плеер мультимедийных презентаций, диктофон и пр. Windows-CE 5.0 - привычен и удобен для учителей и учеников и поставляется в комплекте с программным обеспечением, родственным Microsoft Office для настольного компьютера.

Также пользователи Nova5000 в зависимости от версии компьютера, имеют возможность поработать с программой LanSchool - для управления компьютерным классом. Lanschool открывает новые возможности организации лабораторных работ! Учитель может:

· видеть на экране своего компьютера все ученические экраны одновременно;

· демонстрировать всем свой учительский экран или экран любого ученика;

· удаленно управлять компьютером любого ученика;

· наблюдать за всеми действиями ученика, получать отчет о всех его действиях на компьютере;

· организовать конференцию, голосование (опрос), вести индивидуальную беседу

Nova5000 имеет также встроенный Ethernet port - для подсоединения к школьной локальной сети и сети Интернет. Учительская Nova5000 чаще всего имеет разъем для подключения мультимедийного проектора. Большой сенсорный LCD монитор 7” Nova5000 позволяет работать без мыши и клавиатуры. Также имеется возможность подключения внешних устройств: карт памяти, WiFi и Bluetooth адаптеров, мыши, клавиатуры. При правильной эксплуатации аккумуляторов Nova5000 хватает на весь учебный день.

В самой последней версии цифровой лаборатории Архимед 4.0 - принципиально новый регистратор данных USBLink. В USBLink оптимально сочетаются цена, качество и функциональные возможности - за сравнительно небольшие деньги пользователь получает устройство, которое способно автоматически определять датчики и производить замеры с частотой до 10 000 замеров в секунду. В USBLink - «ничего лишнего» - на вид это маленькая коробочка-переходник между датчиками и компьютером. Подсоединив USBLink к своему компьютеру в классе или дома - можно получить полноценную цифровую естественнонаучную лабораторию. USBLink - это простое многофункциональное устройство типа «plug-n-play» с 4 портами, к которым можно подключать до 8 датчиков одновременно и USB портом для подключения к компьютеру.

Основные достоинства регистратора USBLink:

* Подключение «plug-n-play»

* Высокая скорость регистрации данных - до 10 000 замеров в секунду

* Возможность одновременной регистрации данных от 8 датчиков

* Автоматическое определение датчиков

* Питание от любого USB порта компьютера

* Совместимость с программным обеспечением MultiLab

Регистраторы или измерительные интерфейсы всех поколений цифровых лабораторий Архимед предназначены для работы с программным обеспечением MultiLab. Программное обеспечение MultiLab - идеальный инструмент для практического обучения и обеспечивает отображение данных в виде графиков, таблиц или показаний шкал приборов. Позволяет получать данные от устройств Nova5000, USBLink в режиме реального времени (онлайн). MultiLab позволяет программировать и хранить журналы экспериментов, включающие в себя одновременно инструкции по проведению эксперимента, его настройки и шаблоны ученических отчетов. Мультимедийные возможности программы, позволяют сопровождать полученные данные синхронизированными видео- и аудиоматериалами в формате график (или прибор, или гистограмма)+таблица+фильм. управление регистрацией данных простое и интуитивно понятное. MultiLab имеет полную совместимость с такими программными приложениями, как WORD и EXCEL.

Особый интерес в составе ПО MultiLab для образовательного процесса на уроке физики представляет видеоанализатор движения, который способен преобразовывать видеозапись любого движения в набор данных. Мировая практика показывает, что чаще всего программные продукты такого типа не имеют совместимости с программами для анализа и обработки данных натурного эксперимента и стоят отдельных средств. В MultiLab совмещена возможность видеоанализа и натурного экспериментирования.

В современном комплекте цифровой лаборатории Архимед 4.0:

* Регистратор данных USBLink

* Набор датчиков по физике (индивидуальный для конкретной школы или региона как по составу, так и по количеству комплектов)

* Программное обеспечение MultiLab для настольного компьютера

* Справочное пособие и лабораторный практикум с описанием учебных экспериментов

Опыт применения цифровых лабораторий Архимед в образовательных учреждениях Москвы и других регионах России за последние годы показывает особую эффективность следующих видов деятельности с лабораторией:

· фронтальные лабораторные работы

Лабораторные работы традиционно проводятся на уроках физики в общеобразовательных или профильных классах, на них запланировано время, имеется стандартный список работ. С цифровыми датчиками многие (не все!) стандартные работы можно автоматизировать, высвободить время для проведения обработки и анализа экспериментальных данных, есть возможность самому ученику перенастраивать экспериментальную установку и выбирать параметры эксперимента, быть активным исследователем (некоторые другие ЦЛ этого не позволяют).

· работы физического практикума

Традиционно выполняются в конце учебного года или в выделенное время. Здесь особенно важна автоматизация сбора данных, так как работы более сложные и комплексные, данных собирать нужно много, много проводить расчетов. Кроме того, что стратегически более важно, работы практикума можно организовывать не только как проверку закономерностей, но и как исследование, самостоятельное «открытие» связей величин, и пр.

· демонстрационный эксперимент

Демонстрационный эксперимент с цифровыми лабораториями Архимед теперь стал нагляднее, ведь явление, воспроизводимое на демонстрационном столе сопровождается одновременным построением графика, а быстрые процессы становятся видимы, и «мгновение останавливается» с помощью графиков высокочастотных измерений. Учитель может расширить диапазон демонстрационного оборудования более мелкими приборами, подключив видеокамеру и демонстрируя экспериментальную установку на экране. При этом ученики видят, что опыт происходит именно сейчас, и компьютерное оборудование становится инструментом исследования, помогая познавать реальность, а не уводя от нее.

· демонстрационный эксперимент с видеосопровождением

Особый вид экспериментов с ЦЛ Архимед - эксперименты с видеосопровождением, отснятые заранее и показанные на уроке. Они очень напоминают «виртуальную реальность», то есть все происходит в компьютере с той только разницей, что знакомые руки учителя держат знакомые или находящиеся на демонстрационном столе приборы, а процесс заснят до урока, в спокойной для учителя обстановке, капризный эксперимент проведен много раз и выбран тот вариант, который наиболее эффектен, редкая или сложная экспериментальная ситуация создана в специальных условиях институтской лаборатории и др. Обработка же происходит прямо на уроке, в любой момент ее выполняет учитель или ученики, по необходимости.

· видеоанализ

Механические явления в школе являются простыми и сложными в изучении. Простыми потому что можно ощутить на себе, увидеть, потрогать, помогает жизненный опыт собственного движения. Сложность и ответственность состоит в выделении значимых свойств из всего их многообразия, переход от явления или объекта к модели, описание модели. ЦЛ помогает постигать не только прямолинейное движение, но и гораздо более распространенное криволинейное. При этом необходимо только заснять движущийся объект на видео или вырезать интересующий фрагмент из готового фильма, а затем обработать в программе видеоанализа. И вот уже можно определить скорость движения мяча в ворота, высоту прыжка антилопы в фильме о животных или частоту вращения колеса папиной машины или даже скорость движения Гарри Поттера на метле! И опять же здесь ученика подстерегают неожиданные новые знания, которые он добывает сам, а обсуждать можно вместе… с одноклассниками, родителями, учителем.

· исследовательские проекты, в том числе полевые исследования

Проектная деятельность заняла свое достойное место в учебном процессе, ЦЛ позволяет выполнять естественнонаучные исследования на современном уровне, исследовать действительно интересующие учащихся объекты и явления, находить свои варианты решения. Подтверждением тому множество и рост количества ученических проектов с использованием ЦЛ на различных конференциях и пр.

Компьютеризация учебного эксперимента дает возможность размещать материалы, выполненные с помощью ЦЛ или предназначенные для выполнения работ с ЦЛ, в информационной среде образовательного учреждения, дает возможности ученику и учителю не ограничивать возможности исследовательской деятельности временем пребывания в классе и доступностью оборудования.

Идеология Концепции информатизации образовательного процесса в системе Департамента образования позволяет теперь ученикам не только проводить эксперименты в лабораториях и обмениваться результатами, сравнивая их, как в огромной научной лаборатории, но и изучать особенности самой этой «лаборатории» под названием «Природа», «Земля». И находясь в разных городах, выяснять, какие законы на самом деле работают везде, какие «константы» зависят от высоты над уровнем моря, влажности воздуха и других характеристик.

цифровой лаборатория школьный кабинет



Глава II. Цифровая лаборатория «Архимед» и проведение экспериментов

2.1 Программа ФГОС по молекулярно-кинетической физике

Общая характеристика учебного предмета.

Школьный курс физики -- системообразующий для естественнонаучных учебных предметов, поскольку физические законы лежат в основе содержания курсов химии, биологии, географии и астрономии.

Примерная программа по физике определяет цели изучения физики в основной школе, содержание тем курса, дает примерное распределение учебных часов по разделам курса, перечень рекомендуемых демонстрационных экспериментов учителя, опытов и лабораторных работ, выполняемых учащимися, а также планируемые результаты обучения физике.

Цели изучения физики в основной школе следующие:

*развитие интересов и способностей учащихся на основе передачи им знаний и опыта познавательной и творческой деятельности;

*понимание учащимися смысла основных научных понятий и законов физики, взаимосвязи между ними;

*формирование у учащихся представлений о физической картине мира.

Достижение этих целей обеспечивается решением следующих задач:

*знакомство учащихся с методом научного познания и методами исследования объектов и явлений природы;

*приобретение учащимися знаний о механических, тепловых, электромагнитных и квантовых явлениях, физических величинах, характеризующих эти явления;

*формирование у учащихся умений наблюдать природные явления и выполнять опыты, лабораторные работы и экспериментальные исследования с использованием измерительных приборов, широко применяемых в практической жизни;

*овладение учащимися такими общенаучными понятиями, как природное явление, эмпирически установленный факт, проблема, гипотеза, теоретический вывод, результат экспериментальной проверки;

*понимание учащимися отличий научных данных от непроверенной информации, ценности науки для удовлетворения бытовых, производственных и культурных потребностей человека.

Личностными результатами обучения физике в основной школе являются:

*сформированность познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей учащихся;

*убежденность в возможности познания природы, в необходимости разумного использования достижений науки и технологий для дальнейшего развития человеческого общества, уважение к творцам науки и техники, отношение к физике как элементу общечеловеческой культуры;

*самостоятельность в приобретении новых знаний и практических умений;

*готовность к выбору жизненного пути в соответствии с собственными интересами и возможностями;

*мотивация образовательной деятельности школьников на основе личностно ориентированного подхода;

*формирование ценностных отношений друг к другу, учителю, авторам открытий и изобретений, результатам обучения.

Метапредметными результатами обучения физике в основной школе являются:

*овладение навыками самостоятельного приобретения новых знаний, организации учебной деятельности, постановки целей, планирования, самоконтроля и оценки результатов своей деятельности, умениями предвидеть возможные результаты своих действий;

*понимание различий между исходными фактами и гипотезами для их объяснения, теоретическими моделями и реальными объектами, овладение универсальными учебными действиями на примерах гипотез для объяснения известных фактов и экспериментальной проверки выдвигаемых гипотез, разработки теоретических моделей процессов или явлений;

*формирование умений воспринимать, перерабатывать и предъявлять информацию в словесной, образной, символической формах, анализировать и перерабатывать полученную информацию в соответствии с поставленными задачами, выделять основное содержание прочитанного текста, находить в нем ответы на поставленные вопросы и излагать его;

*приобретение опыта самостоятельного поиска, анализа и отбора информации с использованием различных источников и новых информационных технологий для решения познавательных задач;

*развитие монологической и диалогической речи, умения выражать свои мысли и способности выслушивать собеседника, понимать его точку зрения, признавать право другого человека на иное мнение;

*освоение приемов действий в нестандартных ситуациях, овладение эвристическими методами решения проблем;

*формирование умений работать в группе с выполнением различных социальных ролей, представлять и отстаивать свои взгляды и убеждения, вести дискуссию.

Общими предметными результатами обучения физике в основной школе являются:

*знания о природе важнейших физических явлений окружающего мира и понимание смысла физических законов, раскрывающих связь изученных явлений;

*умения пользоваться методами научного исследования явлений природы, проводить наблюдения, планировать и выполнять эксперименты, обрабатывать результаты измерений, представлять результаты измерений с помощью таблиц, графиков и формул, обнаруживать зависимости между физическими величинами, объяснять полученные результаты и делать выводы, оценивать границы погрешностей результатов измерений;

*умения применять теоретические знания по физике на практике, решать физические задачи на применение полученных знаний;

*умения и навыки применять полученные знания для объяснения принципов действия важнейших технических устройств, решения практических задач повседневной жизни, обеспечения безопасности своей жизни, рационального природопользования и охраны окружающей среды;

*формирование убеждения в закономерной связи и познаваемости явлений природы, в объективности научного знания, в высокой ценности науки в развитии материальной и духовной культуры людей;

*развитие теоретического мышления на основе формирования умений устанавливать факты, различать причины и следствия, строить модели и выдвигать гипотезы, отыскивать и формулировать доказательства выдвинутых гипотез, выводить из экспериментальных фактов и теоретических моделей физические законы;

*коммуникативные умения докладывать о результатах своего исследования, участвовать в дискуссии, кратко и точно отвечать на вопросы, использовать справочную литературу и другие источники информации.

Частными предметными результатами обучения физике в основной школе, на которых основываются общие результаты, являются:

*понимание и способность объяснять такие физические явления, как свободное падение тел, колебания нитяного и пружинного маятников, атмосферное давление, плавание тел, диффузия, большая сжимаемость газов, малая сжимаемость жидкостей и твердых тел, процессы испарения и плавления вещества, охлаждение жидкости при испарении, изменение внутренней энергии тела в результате теплопередачи или работы внешних сил, электризация тел, нагревание проводников электрическим током, электромагнитная индукция, отражение и преломление света, дисперсия света, возникновение линейчатого спектра излучения;

*умения измерять расстояние, промежуток времени, скорость, ускорение, массу, силу, импульс, работу силы, мощность, кинетическую энергию, потенциальную энергию, температуру, количество теплоты, удельную теплоемкость вещества, удельную теплоту плавления вещества, влажность воздуха, силу электрического тока, электрическое напряжение, электрический заряд, электрическое сопротивление, фокусное расстояние собирающей линзы, оптическую силу линзы;

*владение экспериментальными методами исследования в процессе самостоятельного изучения зависимости пройденного пути от времени, удлинения пружины от приложенной силы, силы тяжести от массы тела, силы трения скольжения от площади соприкосновения тел и силы нормального давления, силы Архимеда от объема вытесненной воды, периода колебаний маятника от его длины, объема газа от давления при постоянной температуре, силы тока на участке цепи от электрического напряжения, электрического сопротивления проводника от его длины, площади поперечного сечения и материала, направления индукционного тока от условий его возбуждения, угла отражения от угла падения света;

*понимание смысла основных физических законов и умение применять их на практике: законы динамики Ньютона, закон всемирного тяготения, законы Паскаля и Архимеда, закон сохранения импульса, закон сохранения энергии, закон сохранения электрического заряда, закон Ома для участка цепи, закон Джоуля--Ленца;

*понимание принципов действия машин, приборов и технических устройств, с которыми каждый человек постоянно встречается в повседневной жизни, и способов обеспечения безопасности при их использовании;

*овладение разнообразными способами выполнения расчетов для нахождения неизвестной величины в соответствии с условиями поставленной задачи на основании использования законов физики;

*умение использовать полученные знания, умения и навыки в повседневной жизни (быт, экология, охрана здоровья, охрана окружающей среды, техника безопасности и др.).

Учащиеся, проявляющие особый интерес к физике, смогут изучать ее на повышенном уровне с одним дополнительным учебным часом из вариативной части базисного учебного (образовательного) плана по физике.

2.2 Лабораторные опыты по молекулярной физике с цифровой лабораторией «Архимед»

Цифровая лаборатория предоставляет возможность организовать исследовательскую деятельность в профильных естественнонаучных классах на уроках, факультативах и спецкурсах по экологии и биологии. Например, в рамках факультативного курса «Экология города» (10 класс) проводятся работы: «Исследование влияния растительности на микроклимат города», «Исследование влияния теплового загрязнения на абиотические факторы водной среды», «Измерение и оценка параметров микроклимата рабочего помещения». На спецкурсе «Экология растений» (10 класс) и в курсе «Общей биологии» (10 класс) предлагается провести не только традиционный эксперимент по изучению фотосинтеза, но и с применением цифровых датчиков при исследовании влияния освещенности на скорость фотосинтеза.

Последовательность действий по выполнению эксперимента с использованием цифровой лаборатории в наибольшей степени для учителя представляется в следующем виде.

I. Подготовительный этап:формулировка цели и задач исследования; выдвижение гипотез о процессе, средствах и результатах деятельности; разработка метода решения задачи на основе имеющихся знаний (создание схемы экспериментальной установки, выбор приборов и материалов, порядок подготовки эксперимента, порядок проведения эксперимента; методика анализа полученных данных).

II. Этап выполнения действий по созданию экспериментальной установки и получению первичных данных: сборка и наладка экспериментальной установки; проведение наблюдений и измерений; фиксирование полученных данных.

III. Этап обработки и интерпретации результатов измерений и наблюдений: расшифровка, преобразование, математическая обработка, обобщение, интерпретация полученных данных, формулировка выводов.

Проектно-исследовательской работы «Измерение и оценка параметров микроклимата температуры и влажности школьного кабинета»

Цель: исследовать изменения температуры, влажности в рабочем помещении до начала урока и после урока и выявить влияние естественной вентиляции на климат внутри помещения.

Задачи:

1. измерить температуру и влажность в рабочем помещении в течение урока(40 минут) при закрытых окнах и дверях

2. измерить температуру и влажность в рабочем помещении при открытых окнах и дверях в течение перемены (10 минут).

Схема экспериментальной установки

Штатив в виде треноги, установленный в центре исследуемого помещения с укрепленными на нем датчиками, которые подключены к регистратору данных USB Link.

Приборы и материалы: ноутбук, регистратор данных USBLink, датчики температуры, влажности, штатив, соединительные провода для датчиков.

Подготовка эксперимента

1. Выберите кабинет для исследования.

2. Установите штатив в центре помещения.

3. Разместите на штативе датчики на высоте 1-1,5 метров.

4. Закрепите ноутбук и подключенный к нему регистратор данных USBLink на штативе или рядом с ним.

5. Запустите программу MultiLab.

6. Подсоедините датчик влажности к Входу 1(I/0-1) регистратора данных USBLink.

7. Подсоедините датчик температуры к Входу 2(I/0-2) регистратора данных USBLink.

8. Нажмите кнопку Настройка регистратора на основной панели инструментов программы MultiLab[2].

9. Запрограммируйте регистратор: Частота -- каждую секунду,
замеры -- 100.

Проведение эксперимента

1. При закрытых окнах и дверях в кабинете с учащимися начинайте измерения, нажав кнопку Пуск на основной панели инструментов программы MultiLab.

2. Через 40 минут откройте окна и двери, выпустите учащихся из кабинета.

3. Подождите 10 минут и нажмите кнопку Стоп.

4. Сохраните свои данные, нажав кнопку Сохранить.

Анализ результатов эксперимента

С помощью курсора исследуйте кривые климатических параметров и ответьте на следующие вопросы: В какой момент кривые графиков температуры и влажности стабилизируются? Какие изменения наблюдаются на каждой кривой?

Вопросы: Как влияет наличие людей в помещении на интенсивность изменения температуры и влажности? Достаточно ли времени для проветривания, чтобы температура понизилась?

В заключение отмечу, что цифровые лаборатории -- это совершенно новый подход к организации экспериментальной деятельности в биологии и экологии, что значительно повышает качество образования.



Заключение

Лаборатории обладают целым рядом неоспоримых достоинств: позволяют получать данные, недоступные в традиционных учебных экспериментах, дают возможность производить удобную обработку результатов эксперимента. Автоматизация сбора и обработки данных экономит время и силы учащихся и позволяет сосредоточить внимание на сути исследования. Кроме того, обеспечивается уникальная возможность создавать интегрированные курсы по естественным наукам, математике и информатике. Активная экспериментальная исследовательская работа учащихся способствует значительному повышению уровня знаний учащихся по физике, химии и биологии, а также раскрытию творческого потенциала учащихся. Более того, благодаря абсолютной мобильности данного комплекта, учителю и ученикам предоставляется оборудование для полевых исследований, которого ранее практически не существовало.

При использовании в школьном демонстрационном эксперименте, опыты становятся настолько эффектны и наглядны, что учащиеся не только быстро понимают и запоминают тему, но и находят множество бытовых примеров, подтверждающих полученные выводы, легко отвечают на вопросы.

Лаборатории представляют собой систему автоматизированного сбора данных и благодаря этому они позволяют измерять быстроизменяющиеся величины, такие как ток и напряжение в переходных процессахУченики получают возможность протоколировать результаты, которые после работы достаточно просто распечатать, учатся работать с системой автоматизированного сбора данных, с подобным оборудованием многие из них столкнутся в реальной жизни. Для школьников с особенностями развития хороший эффект дали лабораторные работы именно с этими комплектами, особенно оформление отчета с использованием «Журнала». Это идеальный вариант для учеников с проблемами каллиграфии. Работа с программой на NOVA 5000, USBLink или КПК Palm позволяет развивать логическое мышление и удерживать внимание учеников во время всего эксперимента. А еще с лабораторией повысилась безопасность проведения экспериментов, например, прежде даже обычные термометры падали из рук ребят, имеющих проблемы с моторикой, разбивались. Когда падает датчик, его можно поднять и продолжать измерения.

Особо хотелось бы отметить уникальные возможности лаборатории в изучении экологии. Во всех современных учебных программах все большее внимание уделяется проблемам охраны окружающей среды. А для полноценного изучения этой области крайне необходимы практические занятия и экскурсии.



Литература

1. Старовиков М.И. Введение в экспериментальную физику: Учебное пособие. - СПб.:Издательство «Лань», 2008.-240 с.: ил. - (Учебник для вузов. Специальная литература).

2. Цифровая лаборатория Архимед 4.0.Лабораторные работы по биологии. Перевод и издание на русском языке ИНТ (Институт новых технологий) Москва 2009. Поддержка пользователей в разделе «Цифровые лаборатории» http://www.int-edu.ru в разделе «Цифровые лаборатории Каталог/цифровые лаборатории»

3.Стандарты второго поколения . Примерные программы по учебным предметам. Физики 7-9 класс .Издательство « Просвещение»2010

4. Архимед2004. Первый шаг (http: //www.9151394. ru/projects/arhimed/ arhkonkurs_040315/pobediteli.html).

5. Закурдаева С.Ю. Цифровая лаборатория «Архимед». Исследовательская деятельность учащегося (материалы Педагогического марафона - 2004) // Физика. Приложение к газете «Первое сентября». - 2004. - № 22, Новые технологии в образовании / Семинар в Центре информационных технологий и учебного оборудования (http://pedsovet.edu.ru/nfpk_web/start.htm)

6. Цифровая лаборатория « Архимед». Методические материалы. Институт новых технологий. - М.: 2007. - 375 с.

7. Додонов Е.Д. «Живой калейдоскоп» информационных технологий / Международный педагогический мастер-класс 2004 Цифровая школьная четверть. 2004 (http://www.bgpu.ru/intel/Material/mc_04/text/dodonov.htm).

8. Василевский И. О содержании учебных компьютерных программ//Информатика и образование. 1988. № 4

9. Гёлп П. Как превратить персональный компьютер в измерительный комплекс: Пер.с франц. 2-е изд., испр. М.: ДМК, 1999.

10. Беспалько В.П. Образование и обучение с участием компьютеров (педагогика третьего тысячелетия). - М.: Издательство Московского психолого-социального института; Воронеж: Издательство НПОМОДЭК, 2002.-352 с.

11. .Информатизация общего среднего образования: Научно-методическое пособие / Под ред. Д.Ш. Матроса. - М.: Педагогическое общество России, 2004. - 384 с.

12. Обучение и интернет-технологии, Вопросы Интернет-образования, №7, 2002.

Размещено на Allbest.ur

...