Использование компьютеров при объяснении нового материала.
Моя статья из сборника научных трудов конференции "ИТО-РОСТОВ-2006"
Успешное освоение материала на уроках физики происходит только тогда, когда соблюдаются принципы: наглядности, научности, доступности изложения, когда имеется соответствующая мотивация на усвоение знаний, когда учитель в полной мере использует элементы неожиданности, новизны, когда проблемная ситуация на уроке – не редкость, а система. Хорошо, когда физическое явление или устройство прибора демонстрируются четко, рельефно выделяется главное, существенное. К сожалению, в условиях школьного кабинета физики нет возможности продемонстрировать многие физические процессы, экспериментально вывести законы, показать в динамике работу приборов.
Использование компьютеров в этих случаях может сделать изложение и восприятие нового материала более эмоциональным, доступным, надолго запомниться.
Приведу примеры такого включения компьютеров в учебный процесс на этом этапе урока.
Изучается устройство электронно-лучевой трубки. Повторяются: явление термоэлектронной эмиссии, свойства электронных пучков, ток в вакууме, вакуумный диод.
Включается электромеханический привод плакатницы и перед учащимися возникает таблица «Электронно-лучевая трубка». Знакомимся по таблице с основными деталями ее устройства, принципом получения изображения.
Затем включаем демонстрационный осциллограф, получаем на экране точку и управляем ее перемещением по экрану с помощью соответствующих регуляторов. Задаем вопрос: «Точка сместилась вверх. Что послужило причиной этого?» Следует ответ: «На верхнюю, горизонтально расположенную пластину, подан положительный потенциал, на нижнюю - отрицательный. Электронный луч сместился вверх. В месте его попадания на экран, покрытый люминофором, возникло светящееся пятно». Беседа продолжается. Детально уточняются вопросы, связанные с горизонтальным отклонением луча, его смещением при одновременном изменении потенциалов обеих пар отклоняющих пластин, регулировки яркости, фокусировки луча.
Казалось бы, дети достаточно ясно представляют себе, как же работает ЭЛТ. Тем не менее, даже после дополнения демонстрацией в виде действующей модели ЭЛТ, учащиеся, не имеющие развитого абстрактного и пространственного воображения, зачастую, не получают достаточно четкого представления о работе этого, пожалуй, самого распространенного прибора.
Поэтому предлагаю после всего увиденного смоделировать устройство и процессы, происходящие в ЭЛТ, с помощью компьютера. Подхожу к компьютеру, и на экране видеомонитора и телевизора появляется изображение трубки. Сообщаю, что устройство всех узлов ЭЛТ будет рассмотрено еще раз. Но теперь - с помощью динамической компьютерной модели.
Начнем с электронной пушки. На экране телевизора остается только изображение электронной пушки и постепенно увеличивается в размерах. Подробно разбираем устройство пушки. Задаю вопрос: «Что будет, если включить нагрев катода?» Ответ: «Появится электронное облако вокруг катода». Затем подаем напряжение между катодом и анодом и наблюдаем, как электроны пришли в движение по направлению к аноду. (Естественно, речь идет лишь о модели явления). «Рассмотрим роль управляющих цилиндров». Пучок электронов на экране сузился и превратился в линию вблизи анода. «Подадим напряжение на вертикальные пластины». Электронный пучок смещается в зависимости от потенциалов на пластинах. То же проделываем с горизонтально отклоняющими пластинами.
Затем напоминаю, что фактически смещение луча происходит очень быстро, и потенциалы на пластинах изменяются автоматически с помощью генератора развертки. Предлагаю посмотреть явление в динамике, напомнив, что это, конечно, только модель очень быстрого процесса, замедленная в тысячи раз для удобства наблюдения. Учащиеся видят, как луч, пробегая по экрану, «рисует» изображение.
Такой сценарий объяснения нового материала, когда одно и то же явление, устройство прибора рассматривается прежде на статическом изображении (плакате, схеме, проекции, или рисунке), затем на «живом» приборе, а после еще моделируется на компьютере, делает его более доступным, наглядным, позволяя как бы взглянуть изнутри на работающий прибор.
Аналогично проходят уроки с параллельной демонстрацией опытов и их моделей на компьютере. Например, при изучении закона Фарадея для электролиза, ставлю известный опыт с выделением меди на катоде из раствора медного купороса.
Во время, пока идет опыт, ничего интересного не происходит, но для выделения достаточного количества меди необходимо около 10 минут. В это время на экране телевизора с помощью компьютера демонстрируется изображение электролитической ванны. С учащимися повторяем явление электролитической диссоциации молекул, наблюдаем на экране, как они делятся на ионы, видим, как они рекомбинируют.
«Подаем напряжение между электродами». «Ионы» на экране видеомонитора пришли в движение, наблюдаем их восстановление в нейтральные молекулы, осадок меди на катоде. К этому времени заканчивается реальный опыт, выпариваем воду, наблюдаем покрытие угольного стержня чистой медью. Затем проводим компьютерный «эксперимент». Задаем значение электрохимического эквивалента вещества, значение силы тока и, меняя время, в течение одной (!) минуты получаем таблицу зависимости массы вещества, выделившегося при электролизе от силы тока и времени.
Несмотря на то, что непосредственно в кабинете физики размещено 11 компьютеров с процессором типа «Pentium», что имеется также постоянный доступ и в соседний компьютерный класс, где размещены еще 10 современных компьютеров, в кабинете до сих пор используются и восемь компьютеров «УК-:НЦ». Дело в том, что за срок использования данных компьютеров не только приобретен большой опыт их включения в учебный процесс, но и накоплено огромное количество программ, как приобретенных, так и написанных самим учителем и учениками. Как уже было сказано, только дискет с программами для них имеется более 300.
В последнее время, с появлением новой компьютерной техники, появилась возможность приобретать и демонстрировать компьютерные варианты видео клипов, демонстрирующих опыты, проведенные в ведущих Вузах страны. Т.к. в настоящее время новые учебные кинофильмы в стране практически не снимаются, мной приобретен комплект видеофильмов практически по всему курсу физики. Приобретал их в Ростовском Информационно – прокатном центре. Тем не менее, качество этих фильмов оставляет желать лучшего, да и при их просмотре нет возможности изменять условия опыта, участвовать в демонстрируемых экспериментах. Этого недостатка лишены компьютерные программы. Сейчас можно приобрести хорошие и не очень хорошие электронные учебные пособия по физике. У каждого пакета программ имеются свои положительные и отрицательные стороны. Пока я не встречала ни одной программы по физике, которую смог бы назвать полностью соответствующей требованиям программы по физике, содержащей и гармонически сочетающей обучающую и контролирующую функции.
Вместе с тем, поголовное увлечение средой PowerPoint, когда учителя подолгу создают отвечающие именно их методическим принципам иллюстративные пособия к уроку, сканируют изображения, рисуют в слайдах схемы, используя встроенные анимационные эффекты и достойно похвалы и наводит лично меня на не очень радостные мысли. Похвалы достойны все, кто приобщается к творческой деятельности на компьютере. Но, если вспомнить об оптимизации работы и учителя и учащихся, то к.п.д. такой деятельности, по-моему, очень не высок. Мои учащиеся так же с удовольствием создают свои презентации по самым различным темам. Интересен сам процесс. (Учителям – начинающим пользователям компьютера, а больше всего – учащимся). Но результат? Он, к сожалению, невысок. Современные мультимедийные учебные пособия, если у учителя, конечно, их много, позволяют при умелом использовании найти, если не полные темы, то фрагменты программ, отвечающих личным взглядам на подачу того или иного материала урока. Это касается разных этапов урока: объяснения нового материала, закрепления, работы с компьютерными моделями явлений и приборов, контролем знаний. Повторяю, если таких электронных пособий много. Я приобретаю практически все программные продукты, которые могу найти в Интернете, когда бывают в Ростове. По аннотации все равно не удается разобраться стоящее это пособие, или не очень. Только после знакомства с материалами, находящимися на диске (или нескольких), удается полностью определить предполагаемое место в учебном процессе каждого программно продукта. Но, уверяю, это окупается многократно. Когда в кабинете под рукой (буквально) находится хотя бы около сотни обучающих программ, кода учитель не только примерно, а детально знаком с недостатками и достоинствами каждого из них, он становится на уроке свободным. Именно так я понимаю состояние учителя физики, которые в любой момент, иногда и не запланированный, а возникший по ходу урока, может свободно воспользоваться любой, более всего отвечающей данному моменту учебной программой.
Конечно, чаще всего такие моменты возникают при объяснении нового материала. Примеры использования мультимедийных пособий на различных этапах урока я рассмотрю более подробно ниже. А вот о создании собственных компьютерных тестов и методике их применения на уроке разговор особый.
Новосибирский "Институт педагогических исследований одаренности детей РАО" создал для школ следующие программные продукты по физике:
Школьный физический эксперимент. Механика
Электронное учебное пособие для 7,9 классов
Авторы: Карпушов А.Н., Карпушова И.Б., Сапрыкина Г.А., Старцева Н.А.
Электронное учебное пособие позволяет проводить на компьютере физические эксперименты для демонстрации и подтверждения физических законов, явлений и включает в себя экспериментальные работы:
7-й Класс:
- Изучение законов равномерного и неравномерного движения
- Исследование взаимодействия тел
- Исследование сил, действующих на движущееся тело
- Проверка закона сохранения механической энергии
9-й класс :
- Исследование кинематики равномерного и равноускоренного движения.
- Исследование зависимости ускорения от массы тела.
- Исследование силы трения скольжения и качения.
- Исследование законов кинематики и динамики движения тела по окружности.
- Исследование зависимости веса тела от ускорения его движения.
- Исследование закона относительности движения.
- Исследование условий равновесия тел под действием нескольких сил.
Школьный физический эксперимент на компьютере
Авторы: Карпушов А.Н., Карпушова И.Б., Сапрыкина Г.А., Старцева Н.А.
Программно-методический комплекс "Школьный физический эксперимент на компьютере" предназначен для моделирования физических экспериментов при помощи компьютера на уроках физики в средней школе.
Программно-методический комплекс включает в себя:
Ведется разработка электронного учебного пособия "Молекулярная физика" (7-10 классы)".
Каждое электронное учебное пособие содержит экспериментальные работы в которых имеются следующие компоненты:
 | познавательный материал по физике; |
| моделирование физических опытов для исследования явлений, законов и понятий физики; |
| перечень оборудования для проведения экспериментальной работы; |
| математический аппарат, необходимый для усвоения учебного материала по физике; |
| историческую справку. |
Школьный физический эксперимент. Электродинамика
Электронное учебное пособие для 8-11 классов
Авторы: Карпушов А.Н., Карпушова И.Б., Сапрыкина Г.А., Старцева Н.А.
Электронное учебное пособие позволяет проводить на компьютере физические эксперименты для демонстрации и подтверждения физических законов, явлений и включает в себя экспериментальные работы:
8-й класс:
| Исследование делимости электрического заряда |
| Исследование явления электризации тел |
| Исследование магнитного поля прямого тока |
| Исследование магнитного поля катушки с током |
| Исследование магнитного поля постоянных магнитов |
| Изучение действия магнитного поля на проводник с током |
10-11-е классы:
| Исследование электроемкости плоского конденсатора |
| Проводники и диэлектрики в электростатическом поле |
| Электроемкость и индуктивность в цепи переменного тока |
| Исследование момента сил, действующих на рамку с током в однородном магнитном поле |
| Исследование потока магнитной индукции |
| Исследование ЭДС индукции, возникающей при движении прямолинейного проводника в магнитном поле |
| Исследование ЭДС самоиндукции |
| Исследование движения заряженных частиц в магнитном поле |
Школьный физический эксперимент. Квантовая физика
Электронное учебное пособие для 11 класса
Авторы: Карпушов А.Н., Карпушова И.Б., Сапрыкина Г.А., Старцева Н.А.
Электронное учебное пособие позволяет проводить на компьютере физические эксперименты для демонстрации и подтверждения физических законов, явлений и включает в себя экспериментальные работы:
| исследование явления внешнего фотоэффекта; |
| исследование зависимости давления света от энергии падающего излучения; |
| исследование физических свойств радиоактивного излучения; |
| исследование условий протекания цепной ядерной реакции; |
| исследование некоторых параметров лазера. |
Имеется режим тестирования, позволяющий осуществлять контроль усвоения учебного материала по всему разделу.
((Опыт» (моделирующие игровые программы по физике, ИНТ).
«Кроссворды по физике» (сборник мультимедийных компьютерных кроссвордов, ИНТ).
«Репетитор по физике» (компьютерное пособие для подготовки к экзаменам, КиМ). Имеется возможность «выбрать преподавателя», хотя, естественно, каждый из трех преподавателей одинаково замечает ошибки, но реакция, интонация голоса различна, что создает некоторый дополнительный психологический комфорт, особенно для слабо подготовленных учащихся. Имеются более поздние версии под тем же названием. В них усовершенствован интерфейс, имеется возможность индивидуального использования до 5-ти учащихся. Результаты работы сохраняются, имеется возможность сделать работу над ошибками и т.д. Вошли в пособие также варианты билетов ЕГЭ.
«Электронный задачник по физике» (мультимедийная обучающая программа, представляет собой интерактивное учебное пособие по физике, изданного МИФИ). Состоит из сборника задач различной сложности, обучающего и контролирующего режимов решения задач и видеодемонстраций, иллюстрирующих основные физические понятия и закономерности. Программа охватывает все разделы школьной и общей физики и выходит на пяти дисках CD.
«Экзамен по физике», издательство «TRIADA» - содержит тестовые задания для проведения итогового экзамена за курс полной средней школы. На выполнение теста отводится 120 минут, при выполнении заданий разрешено пользоваться калькулятором. Программа содержит генерацию отчета, которая приводится по окончании теста. Ученик, получив оценку, может также проверить, на какие вопросы он дал неверные ответы. Ведется также статистика пройденных тестов. Программа содержит также анимацию физических процессов и справочник по всем Вузам России, систематизированным по регионам. На титульном листе данной работы автор привел на экране видеомонитора интерфейс данного программного продукта.
Фирма «1с» выпустила два года назад комплексный учебник на одном CD-диске, содержащий прекрасно написанный теоретический материал по всему курсу физики, представляющий собой гипертекст, позволяющий практически мгновенно переходить по гиперссылке переходить на объяснение непонятного термина, получать любую справку. Программа имеет очень дружественный интерфейс, позволяющий выбирать тему курса, переходить к анимациям физических процессов, видеозаписям физических опытов, интерактивным моделям физических явлений, тестам. Программа также содержит калькулятор и журнал, в котором фиксируются все выполненные и не выполненные задания, а также результаты тестов и время на их прохождение.
«Открытая физика 1,1» (электричество, магнетизм, оптика, начала квантовой механики, CD, Физикон). Данный диск в феврале 2002 года выбран Министерством образования для поставки в 31 тысячу школ России. Представляет собой полный интерактивный курс физики, прост в обращении, содержит не только анимации физических процессов, интерактивные модели, но также тесты, опыты сопровождаются звуком, во время объяснения опыта можно менять условия его протекания, просматривать текстовые сообщения по теории данного явления. Программа сертифицирована Министерством общего и профессионального образования и издана в настоящее время в США, Великобритании, Франции, Германии, Греции, Италии, Австралии, что делает ее разработчикам честь. Курс «Открытая физика» признан «Лучшей учебной программой по естественнонаучным дисциплинам по мнению участников и посетителей 8-й конференции-выставки «Информационные технологии в образовании».
Со времен использования компьютеров «УК – НЦ» и по сей день кроме экрана видеомонитора, изображение выводится на большой телевизор. Как во время уроков информатики, так и на уроках физики, очень удобно объяснять новый материал, т.к. учащимся хорошо видно изображение издалека. Хотя после увиденных мной в других школах электронных проекторов, понятие «хорошо видно» произношу с большой натяжкой. При необходимости провести урок в другом классе даже записывал обучающую программу на видеомагнитофон, и показывал, как обычный видеофильм. Кроме компьютерных программ, имеются обучающие программы по физике и информатике, практически по всем темам, записанные на кассеты для видеомагнитофона, приобретенные мной еще лет 10 назад в Ростовском институте информатизации образования (тогда он назывался иначе). Работает до сих пор и киноаппарат, имеются многие кинофильмы по физике.
Но до сих пор одним из особо ценных программных продуктов считаю «Физику в картинках», изданную еще в 1993 году. Но из скромного названия вовсе не следует, что это картинки по физике. Это интегрированная среда, написанная под DOS, и прекрасно работающая под Windows, содержащая прежде всего интерактивные варианты большинства школьных опытов и экспериментов, позволяющая выполнять многие задания, которых нет в других программах. На каждом из 14 компьютеров кабинета физики установлена и постоянно используется эта программа. Хочу отметить, что современная «Открытая физика» является в значительной мере продолжением и улучшением (не всегда лучшим) данной программы.
После прохождения обучающей части программы, обычно автоматически, загружается контролирующая ее часть, представляющая, по сути, продолжение обучающей, т.к. после неправильного ответа на вопрос она выдает на экран соответствующую подсказку, правильный ответ и т.д.
К концу урока многие учащиеся не только усваивают теоретический материал, решают типовые задачи, но и готовы применить знания в нестандартных ситуациях. Обычно все уроки с использованием компьютеров дают высокие результаты знаний при последующей проверке, остаются в памяти ребят.
