Закрыть
Интервал между буквами:
Стандартный Средний Большой
Шрифт:
Arial Times New Roman

Размер шрифта: A A A

Цвета сайта: A A A A A

Картинки сайта: Выкл
Включить версию для слабовидящих
Размер шрифта: A A A Цвета сайта: A A A Картинки сайта: Выкл Настройки ▼

Информационные технологии и учебно-исследовательская деятельность школьников, Максюта Светлана Егоровна учитель физики МБОУ СОШ №2 г.Шахтерска, педагог ОРЦ

 

«Умственная деятельность везде является той же самой, на
переднем ли фронте науки или в третьем классе школы. 
Различие здесь в степени, а не в роде. Школьник, изучающий 
физику, является физиком, и для него легче изучать науку, 
действуя подобно ученому-физику, чем делать что-либо 
еще». 
Дж.Брунер
Современные проблемы образования требуют решений, которые возможны только при системных изменениях в самой педагогической науке и практике. С этой целью разрабатываются и апробируются ФГОС общего образования второго поколения.
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.
Функции стандарта второго поколе¬ния изменились. В структуре стандар¬та появились требования к условиям реализации основных общеобразова¬тельных программ. Одна из функций стандарта связана с обеспечением га¬рантии государства в отношении этих условий.
Государство принимает на себя га¬рантии по обеспечению условий, при которых возможно достижение плани¬руемых результатов. Если условия не обеспечены, то нельзя рассчитывать на требуемый уровень качества образо¬вания. Образование на деле становится обще¬государственным делом.
• Важную роль в этом играет применение современных приборов на уроках физики при проведении экспериментов.
Эксперимент является неотъемлемой частью познания природы, изучение ее законов. Такие науки как физика, химия, биология не могут изучаться только теоретически, им обязательно нужна практическая подоплека. Эксперимент позволяет учащимся самим убедиться в справедливости существующих законов природы, а также в верности выдвинутой научной гипотезы или, наоборот, в ее ошибочности. 
Для того чтобы повысить эффективность эксперимента, необходимо использовать современные приборы, ведь именно они регистрируют данные, которые и являются основой вычислений. К таким современным приборам относятся всевозможные датчики, призванныеразличные виды физических величин перевести в электрические сигналы, в том числе звук, свет, силу, давление и другие. Полученные электрические сигналы подаются через специальное устройство, называемое регистратором, на компьютер, где программным образом обрабатываются и могут быть представлены нам в самой разнообразной форме, как в виде стилизованных аналоговых или цифровых приборов, так и в виде графиков. Последние имеют гораздо большую наглядность при изучении происходящих процессов и избавляют исследователей от рутинной работы по снятию показаний и заполнения таблиц. Тем более что в ходе измерений данные в таблицу вносятся автоматически, и экспериментаторам остается только обработать полученные результаты. Вот к таким современным средствам измерения и относится цифровая лаборатория «Архимед». Цифровые лаборатории — это новое поколение школьных естественнонаучных лабораторий. Они предоставляют возможность:
  • сократить время, которое затрачивается на подготовку и проведение фронтального или демонстрационного эксперимента;
  • повысить наглядность эксперимента и визуализацию его результатов, расширить список экспериментов;
  • проводить измерения в полевых условиях;
  • модернизировать уже привычные эксперименты.
Проведение экспериментов с помощью лаборатории «Архимед» позволяет решать и межпредметные задачи — наряду со знанием методов обучения необходимо осваивать и информационные технологии, кроме того, обеспечивается уникальная возможность для создания интегрированных курсов по естественным наукам, математике. 
Цифровые лаборатории «Архимед» - новое поколение школьных естественнонаучных лабораторий. Персональные компьютеры (ПК) в комплекте с измерительными устройствами – это мощный современный инструмент освоения знаний в процессе изучения физики на уроках, в проектной и исследовательской деятельности учащихся. Данная мини лаборатория предоставляет пользователю достаточно широкие возможности: учащиеся с помощью этой лаборатории могут не только провести эксперимент, но и обработать результаты, а также создать отчет, дает возможности ученику и учителю не ограничивать возможности исследовательской деятельности временем пребывания в классе и доступностью оборудования.
Цифровая лаборатория-это тот же физический прибор, но с большими возможностями и с более удобной формой представления полученной информации (в виде графика или таблицы). Поэтому время для подготовки опыта примерно такое же, как и с обычным прибором. Время на подготовку урока зависит от того, как мы планируем использовать лабораторию в учебном процессе. Для подготовки учебной демонстрации учителю требуется дополнительное время для подключения лаборатории к проектору. Для фронтальной лабораторной работы требуется предварительная зарядка аккумуляторов компьютеров. Принцип работы каждого датчика легко объясняется на уроке и служит дополнительным источником знаний для детей. Ученики быстро привыкают работать с датчиками и обращают внимание больше на результат измерений, а не на сам датчик. В сравнении с известными, физическими приборами-например термометром, психрометром, динамометром, лаборатория дает возможность получить более точный и качественный результат, особенно, если физический параметр изменяется со временем. Кроме того, это современные средства измерения различных физических величин, с которыми наши современные дети должны уметь работать.
Использование цифровых лабораторий позволяет получить представление о смежных образовательных областях: информационные технологии; современное оборудование исследовательской лаборатории; математические функции и графики, математическая обработка экспериментальных данных, статистика, приближенные вычисления; методика проведения исследований, составление отчетов, презентация проделанной работы. 
Следует использовать богатейших возможности физики как науки для формирования навыков исследовательской деятельности.Однако на практике обучения может вызывать определенные и вполне объективные затруднения. 
Во-первых, в силу ограниченности учебного времени полноценное учебное исследование не может быть регулярным в рамках урока, поэтому в урок могут быть включены и отработаны только элементы умений, необходимых для исследовательской деятельности. Подготовка учащихся к проведению учебных исследований может проводиться именно на уроках физики, что требует реализации определенных методических подходов.
Во-вторых, большая часть учебно-исследовательской работы учащихся 
требует самостоятельной работы, а значит должна проводиться в индивидуальном режиме, например, в ходе внеклассной деятельности ученика. 
В-третьих, особую проблему составляет выбор темы для ученического исследования. Опыт работы многих учителей показывает, что при выборе темы исследовательской работы для учащихся наблюдаются две крайние тенденции: или темы (а, следовательно, и цели, и задачи работы) в погоне за доступностью излишне упрощаются, при этом теряется сам дух исследования, порой оно превращается просто в реферативное изложение информации по проблеме; или наоборот, тема является слишком трудной для учащегося, требует применения значительного количества сведений, выходящих за рамки школьного курса физики, и поэтому не может быть 
самостоятельно раскрыта учащимися в рамках учебного исследования, а, 
следовательно, необходимо серьезное вмешательство компетентных взрослых. 
Рассмотрим применение ЦЛА на уроках физики при проведении фронтального и демонстрационного эксперимента, а также лабораторных работ.
Тема: Магнитное поле.
1.Опыт Эрстеда. Экспериментальное доказательство существования магнитного поля тока обычно демонстрируют на опыте Эрстеда, который позволяет на качественном уровне показать наличие магнитного поля возле проводника с током. Содержание качественной демонстрации можно расширить и показать в процессе проведения опыта на оборудовании цифровой лаборатории графическое отображение линейной зависимости между величиной магнитной индукции и силой тока в катушке (рисунок 1). Эта демонстрация поможет в дальнейшем при формировании понятия - магнитный поток.
Рисунок 1 «График линейной зависимости магнитной индукции от силы тока в проводнике»
Чтобы получить запись функциональной зависимости между измеряемыми величинами необходимо перед опытом настроить параметры отображения оси Х. Для этого выбираем действия: «Настройка регистратора» / параметры отображения оси Х / свойства оси Х: в окошечке «измерение» выбрать величину, которая будет аргументом в данном случае – сила тока. После настройки по оси абсцисс автоматически будут отображаться мгновенные значения силы тока, а по оси ординат значения индукции магнитного поля.
Итак, при настройке регистратора: 
• Установить частоту замеров в 20 раз больше предполагаемой частоты периодически меняющейся величины. 
• При использовании двух и более датчиков перед каждым опытом настраивать параметры отображения оси Х.
2. Изучение свойств магнитного поля постоянного магнита при измерении индукции магнитного поля.
Задание. Ученикам предлагается собрать установку, по полученным данным таблицы сделать вывод.
Расстояние между датчиком и магнитом,  см 1 2 3 4 5
Магнитная индукция, Тл          
 
Любое поле имеет свойства: обладает энергией, действует силой, не локализовано в пространстве.
Выберите свойства магнитного поля, которые Вам удалось выявить при выполнении исследования. Объясните, по каким признакам Вам удалось это сделать.
3. Изучение магнитного поля катушки с током
Эта работа состоит из трех заданий:
• оценить значение сердечника для получения магнитного поля катушки с током
• установить связь между силой тока и индукцией магнитного поля катушки с током 
• убедиться на опыте, что магнитное поле не локализовано в пространстве
4.Изучение излучение и прием электромагнитных волн с помощью мобильного телефона.
В данной работе ученики могут сравнить магнитные поля различных моделей телефонов, а также выяснить какая модель телефона излучает большее магнитное поле. 
5.Явление электромагнитной индукции.
Проделав опыты, ученики делают вывод:
когда возникает индукционный электрический ток катушке, когда сила тока больше, используя таблицу или анализируя график.
Итак, компьютеризированный опыт с использованием ЦЛА дает дополнительные дидактические возможности, направленные на формирование экспериментальных умений: описывать и обобщать результаты наблюдений; выявлять на основе графической информации эмпирические зависимости; применять полученные знания для объяснения различных природных явлений. Использование информационных технологий способствует развитию познавательных интересов при выполнении экспериментальных исследований. 
Использование цифровых лабораторий способствует получению новых образовательных результатов: формирование навыков работы на современном оборудовании исследовательской лаборатории; формирование и развитие исследовательских умений; формирование компьютерной грамотности, однако учитель не может эффективно использовать новое информационное средство, так как перед ним возникают существенные технические и методические трудности. 
Учителю необходимо понять и научиться использовать датчики, которые совершенно отличаются от традиционных измерительных приборов и обладают специфическими особенностями; грамотно настраивать регистратор, учитывая быстро протекающие физические процессы, которые были не доступны наблюдению с помощью традиционного оборудования, но описывались теоретически; правильно интерпретировать полученные результаты, т.к. процессы по умолчанию отображаются на экране компьютера в виде осциллограмм; согласовывать морально устаревшее оборудование с оборудованием нового поколения; выявить перечень демонстраций и лабораторных работ, в которых можно использовать цифровую лабораторию и др. 
В заключение отмечу, что цифровые лаборатории - это совершенно новый подход к организации экспериментальной деятельности в физике. Это возможность не только выполнять сложные эксперименты, но и создавать высокоинформативные мультимедийные презентации, что значительно повышает качество образования.
Приложение
Работы, выполняемые на уроках физики с применением лаборатории «Архимед»
1. Тема: Явление электромагнитной индукции. (Фронтальный эксперимент)
1.Соберите компоненты ЦЛА: подключите USBLink к USB порту ноутбуку. Подключите датчик +250mА к USBLink.
2.Настройте регистратор: Setup вход1 250mA 500 замеров в секунду простое измерение время замеров 4сек.
3.Соберите электрическую цепь: миллиамперметр подсоедините к катушке- мотку.
4.Выполните эксперимент:
• подведите один из полюсов магнита к катушке, перемещайте его относительно ее и одновременно включите датчик тока, нажав на кнопку Стартна панели инструментов. Сделайте вывод.
• Измените опыт, пронаблюдайте за показаниями миллиамперметра, когда магнит находится в покое, а катушку надевается на него.Приближайте полюс магнита к катушке с различной скоростью.
• Каждый раз в опытах не забывайте включать датчик. 
• Сделайте вывод: когда возникает индукционный электрический ток катушке, когда сила тока больше.
2. Лабораторная работа «Изучение свойств магнитного поля»
Цель: выявление свойств магнитного поля при измерении индукции магнитного поля. 
Оборудование: компоненты цифровой лаборатории «Архимед», постоянный магнит, линейка. 
1. Подготовьте датчик к работе: 
• выберите предел измерения low – 10мТл; 
• датчик расположите так, чтобы горизонтальная черта (magneticfieldsensor) оказалась напротив исследуемого объекта параллельно поверхности стола; 
• датчик в процессе измерений должен быть неподвижен.
2. Настройте регистратор на 10 замеров в секунду, время замеров примерно 1с, режим записи – заменить.
3. Установите магнит на определенном расстоянии от датчика. ПУСК. Остановка опыта произойдет автоматически. Проведите стандартную процедуру выделения диапазона данных на линии графика → / анализ/ статистика/ среднее значение (имеет единицы измерения – Тл). Повторите измерения.
4. Результаты заносите в таблицу, которую необходимо заполнить в процессе работы.
Расстояние между датчиком и магнитом,  см
1
2
3
4
5
Магнитная индукция, Тл          
 
Любое поле имеет свойства: обладает энергией, действует силой, не локализовано в пространстве.
Выберите свойства магнитного поля, которые Вам удалось выявить при выполнении исследования. Объясните, по каким признакам Вам удалось это сделать.
3. Лабораторная работа «Изучение магнитного поля катушки с током»
Задание 1
Цель: оценить значение сердечника для получения магнитного поля катушки с током
Оборудование: компоненты ЦЛ «Архимед», датчик индукции магнитного поля, источник постоянного тока, катушка с сердечником, ключ, соединительные провода.
• датчик располагайте так чтобы черная черта (magneticfieldsensor) оказалась напротив исследуемого объекта. 
• датчик в процессе измерений должен быть неподвижен
1. Настройте регистратор: регистратор// настройка…// 50 замеров в секунду/режим записи – заменить// время замеров 2 сек. Проверьте, что пределы измерения датчика ±10мТл.
2. Соберите электрическую цепь, состоящую из источника тока, ключа и катушки.
3. Поднесите катушку одним из полюсов вплотную к датчику и замкните ключ. ПУСК. Не забудьте разъединить цепь.
4. Проведите стандартную процедуру выделения данных на графике. Получите результат в виде числа: анализ// статистика// среднее значение выражено в Тл. Запишите число в стандартном виде. Примечание: вид записи Е-004 обозначает сомножитель 10 - 4 .
5. Уберите сердечник и повторите измерение для того же полюса катушки (пункт 3 и 4). 
6. Результаты измерений оформите в виде таблицы.
7. Сделайте вывод.
Задание 2
Цель: установить связь между силой тока и индукцией магнитного поля катушки с током 
Оборудование: компоненты ЦЛ «Архимед», датчик индукции магнитного поля, источник постоянного тока, катушка с сердечником, ключ, соединительные провода, амперметр, резистор на 2 Ом.
• датчик располагайте так чтобы черная черта (magneticfieldsensor) оказалась напротив исследуемого объекта. 
• датчик в процессе измерений должен быть неподвижен
1. Настройте регистратор: регистратор// настройка…// 50 замеров в секунду/режим записи – заменить// время замеров 2 сек. Проверьте, что пределы измерения датчика ±10 мТл.
2. Рассмотрите таблицу и проведите два опыта: поднесите катушку одним из полюсов вплотную к датчику и замкните ключ. ПУСК. Не забудьте снять показания амперметра и разъединить цепь.
3. Для получения численного значения индукции магнитного поля проведите стандартную процедуру выделения данных на графике. Анализ// статистика// среднее значение выражено в Тл. Запишите число в стандартном виде. Примечание: вид записи Е-004 обозначает сомножитель 10 - 4 .
4. Сделайте вывод о влиянии силы тока на индукцию магнитного поля катушки с током.
Задание 3
Цель: убедиться на опыте, что магнитное поле не локализовано в пространстве
Оборудование: компоненты ЦЛ «Архимед», датчик индукции магнитного поля, источник постоянного тока, катушка с сердечником, ключ, соединительные провода.
• датчик располагайте так чтобы черная черта (magneticfieldsensor) оказалась напротив исследуемого объекта. 
• датчик в процессе измерений должен быть неподвижен
1. Настройте регистратор: регистратор// настройка…// 50 замеров в секунду/режим записи – заменить// время замеров 2 сек. Проверьте, что пределы измерения датчика ±10 мТл.
2. Соберите электрическую цепь, состоящую из источника тока, ключа и катушки.
3. Поднесите катушку одним из полюсов вплотную к датчику и замкните ключ. ПУСК. Не забудьте разъединить цепь.
4. Проведите стандартную процедуру выделения данных на графике. Получите результат в виде числа: анализ// статистика// среднее значение выражено в Тл. Запишите число в стандартном виде. Примечание: вид записи Е-004 обозначает сомножитель 10 - 4 .
5. Проведите измерения на расстоянии 1 см и 2 см от датчика индукции магнитного поля.
6. Объясните, что объясняют полученные результаты.
2. Лабораторная работа «Излучение и прием электромагнитных волн»
Задание 1 
Цель: убедится на опыте, что мобильный телефон излучает электромагнитные волны
Оборудование: компоненты цифровой лаборатории, датчик магнитной индукции, штатив с принадлежностями, мобильный телефон.
Ход работы
• Закрепите в лапке штатива датчик вертикально так, чтобы горизонтальная черная линия (magneticfieldsensor) оказалась напротив исследуемого объекта (стоящего вертикально телефона).
• Соберите компоненты цифровой лаборатории. Проверьте, что предел измерения датчика ± 0,2мТл.
• Настройте регистратор: настройка //1000 замеров с секунду//простое измерение//время замеров примерно 5 с.
• Не включайте телефон. ПУСК. Дождитесь автоматического завершения опыта.
• Выделите часть графика. Для этого левой кнопкой мыши сделайте двойной щелчок по линии графика: появится черная стрелка. Повторите двойной щелчок: появится вторая черная стрелка. Расположите курсоры на графике, выделив промежуток времени равный одной секунде, //график//отрезать//.
• Определите среднее значение магнитной индукции: с помощью курсоров выделите весь график //статистика//среднее.
• Осуществите вызов абонента. ПУСК. При появлении надписи «Процесс загрузки» прекратите вызов абонента (придерживайте телефон, если он находится в виброрежиме). 
• Повторите действия пунктов 5 и 6.
• Сделайте вывод.
Задание 2
Цель: убедится на опыте, что мобильный телефон принимает электромагнитные волны
Оборудование: компоненты цифровой лаборатории, датчик магнитной индукции, штатив с принадлежностями, мобильный телефон.
Ход работы
1. Закрепите в лапке штатива датчик вертикально так, чтобы горизонтальная черная линия (magneticfieldsensor) оказалась напротив исследуемого объекта (стоящего вертикально телефона).
2. Соберите компоненты цифровой лаборатории. Проверьте, что предел измерения датчика ±0,2мТл.
3. Настройте регистратор: настройка //1000 замеров с секунду//простое измерение//время замеров примерно 5 с.
4. Не включайте телефон. ПУСК. Дождитесь автоматического завершения опыта.
5. Выделите часть графика. Для этого левой кнопкой мыши сделайте двойной щелчок по линии графика: появится черная стрелка. Повторите двойной щелчок: появится вторая черная стрелка. Расположите курсоры на графике, выделив промежуток времени равный одной секунде, //график//отрезать.
6. Определите среднее значение магнитной индукции: с помощью курсоров выделите весь график //статистика//среднее. 
7. Проведите опыт при приеме сигнала абонента. Запустите регистратор при приеме звонка, дождитесь появления надписи «Процесс загрузки» и прекратите связь. 
8. Проделайте действия, описанные в пунктах 5 и 6.
9. Сделайте вывод.
 

 

 

© 2018 Официальный сайт Управления образования Углегорского городского округа

При полном или частичном использовании, воспроизведении материалов ссылка на сайт http://uoumr.ru обязательна.

Администратор сайта:

uoumr@mail.ru

Управление образования Углегорского городского округа

Адрес: 694920, Сахалинская область, г.Углегорск, улица Победы, дом 142

Тел./факс: 8-(42432)-44516

Email: ugoroo@list.ru

Карта сайта