Технологии в курсе физики

 

      

 

Использование компьютерных уроков в курсе физики позволяет наглядно представить сложные физические явления, часто невоспроизводимые в школьном демонстрационном эксперименте (в частности, из-за недостатка лабораторного оборудования), что способствует более глубокому усвоению материала и повышению интереса учащихся к предмету. Компьютерное моделирование физических процессов развивает также творческие способности школьников и способствует их профессиональной ориентации.

 

Обобщение опыта проведения уроков физики с использованием компьютеров Apple Macintosh в девятых классах и компьютеров IBM PC в одиннадцатых классах.

 

IX класс

В девятых классах для изучения физики используется программа «Живая физика». Ее главным достоинством является возможность создавать на экране компьютера модели различных физических явлений (в основном механических), что делает полезным ее применение при изучении механики в IX классе. Программа позволяет наглядно представить моделируемое физическое явление, показать направления векторов скоростей, ускорений, сил, построить графики зависимости координат, проекций скоростей, ускорений и сил от времени. Программа дает возможность просмотра физического явления с разной скоростью, возвращения назад по времени. Все это позволяет ученикам лучше разобраться в деталях, выявить закономерности. Использование при изучении механики программы «Живая физика» дает возможность ученикам не только наглядно, в удобном для каждого темпе наблюдать изучаемые физические явления, но и следить за тем, как меняются при движении и взаимодействии объектов, моделирующих реальные физические тела, векторы их скоростей и ускорений, а также различных сил, действующих на рассматриваемое тело. Все это облегчает усвоение программы по физике.

Приведем для примера основное содержание двух уроков физики, проведенных с использованием компьютера.

 

Урок1. Тема урока: Изучение основных характеристик механического движения.

Задание 1: создать в верхней части экрана диск, нажать на «старт» и наблюдать движение диска. Зарисовать опыт. Задать горизонтально направленную скорость диска, наблюдать движение диска. Зарисовать опыт. Сделать вывод о характере движения в обоих случаях. (В первом случае рассматривается модель свободного падения без начальной скорости, т. е. прямолинейное движение с переменной скоростью, во втором случае—движение в поле тяжести с горизонтальной начальной скоростью, т. е. криволинейное движение.) Рассмотреть те же два случая в отсутствие силы тяжести. (В первом случае диск будет покоиться, а во втором —двигаться прямолинейно и равномерно, в чем можно убедиться, если показать следы центра диска и измерить расстояния между ними. Все это легко выполнимо в программе «Живая физика».)

Таким образом, рассмотрев простейшие модели, ученики познакомятся с понятиями «траектория», «прямолинейное движение», «криволинейное движение», «равномерное движение» и «неравномерное движение».

Задание 2: рассмотреть два диска, начальные скорости которых противоположны по направлению. Переходя по очереди в системы отсчета, связанные с каждым из них, можно очень эффектно продемонстрировать относительность движения, а также повторить, что такое система отсчета.

 

Урок 2. Тема урока: Изучение движения под действием силы тяжести.

Используется та же модель, что и на уроке 1, дополненная построением графиков координат, проекций скорости и ускорения.

Эту тему очень удобно изучать на компьютере, так как программа «Живая физика» позволяет менять коэффициент трения и массу тела, а построение графиков скорости и ускорения дает представление об изменении характера движения.

Полученный опыт проведения компьютерных уроков физики позволяет сделать вывод, что в результате применения данной методики:

1) повысился интерес учеников к занятиям;

2) улучшилось усвоение материала;

3) легче стал восприниматься графический материал;

4) учитель получил возможность более тесно контактировать с отдельным учеником, что помогло ему в выборе индивидуального подхода.

 

XI класс.

 

Для изучения физики в одиннадцатых классах разработана программа Teach_FIZ, которая представляет собой сборник типовых задач по физике для XI класса и демонстрации. Программа содержит 78 задач, 10 демонстраций, 21 графический демонстрационный файл формата gif и таблицы физических констант. Все задачи построены в форме тестов с проверкой правильности ответа, который надо получить в результате решения задачи. Точность расчетов должна быть не менее 1%. Teach_FIZ содержит калькулятор с элементарными функциями, а также программы просмотра графических и текстовых файлов.

Возможно использование программы как в MS-DOS, так и в Windows.

На одном уроке учащимся предлагается решить 3 задачи. Учитель дает ученикам каждый раз разные исходные величины для каждой задачи. Это не позволяет заранее иметь готовый ответ. Каждая задача имеет свой цвет фона и цвет текста, что позволяет издали следить за ходом решения задач. При правильном решении исполняется соответствующая ему мелодия, что дает возможность учителю на расстоянии зафиксировать факт решения задачи. При ошибочном решении выдается звуковой сигнал и появляется подсказка в виде формулы для решения задачи. Ученику предлагается повторить вычисление, но его оценка при этом снижается на 1 балл. За 3 правильно решенные (с первого раза) задачи учителем выставляется оценка «5», за 2 задачи — «4», за 1 задачу— «З».

В программе Teach_FIZ для каждой задачи для ученика предусмотрена задача для учителя, которая позволяет сразу получать правильный ответ при подстановке исходных данных и, таким образом, при необходимости осуществлять дополнительный контроль.

Содержание задачника TeachJFIZ соответствует программе базового курса физики для XI класса и включает следующие темы:

1. Введение. (Инструкция. Таблицы констант. Калькулятор.)

2. Закон электромагнитной индукции.

3. Электромагнитные колебания.

4. Производство и использование электроэнергии.

5. Электромагнитные волны.

6. Оптика.

7. Элементы теории относительности.

8. Квантовая физика.

9. Физика атомного ядра.

10. Задачи на повторение.

Также разработан сборник тестов по физике для XI класса Test_FIZ. Сборник содержит 10 тестов. В каждом тесте по 5 вопросов. Каждый правильный ответ оценивается в 1 балл. Оценка за 1 тест равна набранному количеству баллов. Программа сама ставит оценку ученику.

Тесты имеют звуковое сопровождение и разное цветовое оформление, что позволяет вести дистанционный контроль за работой группы учащихся.

Разработанные нами указанные выше компьютерные программы дополняют основной курс, представленный используемой в нашей школе программой «физика в картинках 6.2». Они состоят из учебных файлов (текстовых (txt) и графических (gif)), содержащих полные или опорные конспекты уроков, рисунки, блок-схемы, и программы на языках QBasic и Turbo Pascal, реализующие задачи из сборников.

Это позволяет нам успешно сочетать уроки на компьютерах с обычными уроками физики и обеспечивает своевременное выполнение учебного плана.

Ниже мы представим поурочное планирование компьютерного курса физики:

 

 

Поурочное планирование компьютерного курса физики (36 ч).

1 четверть (9 ч)

 

Электродинамика. Колебания и волны. Производство и использование электрической энергии

№   урока	Тема урока	Компьютерная программа	Кол-во часов
1	Опыты Фарадея	«Физика в картинках»	1
	Решение задач на закон электромагнитной индукции	Teach FIZ
2	Решение задач на закон электромагнитной индукции	Teach FIZ	1
3	Магнитное поле (проводник с током, остоянный магнит, соленоид)	«Физика в картинках»	1
	Решение задач на закон электромагнитной индукции	Teach FIZ
4	Свободные колебания в RLC контуре	«Физика в картинках»	1
	Колебательный контур	Teach RZ
	Гармонические (синусоидальные) колебания
5	Определение параметров колебательного контура	TeachRZ	1
	Решение задач на применение формулы Томсона
	Вынужденные колебания в RLC контуре	«Физика в картинках» 1
	Решение задач	Teach FIZ	1
6	Определение добротности колебательного RLC контура
	Определение емкостного, индуктивного и полного сопротивления RLC цепи
7	Производство и потребление электроэнергии	Teach FIZ 1	1
	Решение задачи на полный расчет силового трансформатора
8	Свободные и вынужденные механические колебания. Электромеханические аналогии	«физика в картинках»	1
	Решение задач на определение частоты колебаний пружинного маятника и периода колебаний математического маятника	TeachPIZ
9	Волновые явления	TeachFIZ	1
	Плотность потока электромагнитного излучения
	Точечный источник излучения
	Решение задач на излучение электромагнитных волн

II четверть (7 ч) Электромагнитные волны. Оптика и световые волны

№ урока	Тема урока	Компьютерная программа	Кол-во часов
1	Принципы радиосвязи	TeachFIZ	1
	Модуляция и детектирование
	Генератор амплитудно-модулированных колебаний
	Детекторный приемник
	Свойства электромагнитных волн
2	Радиолокация	Teach FIZ	1
	Применение эффекта Доплера в радиолокации и в гидролокации
	Решение задач на применение радиолокации и эффекта Доплера
3	Скорость света	«Физика в картинках»	1
	Опыт Майкельсона
	Измерение скорости света
	Решение задачи на определение скорости света	Teach FIZ
4	Законы отражения и преломления света	«Физика в картинках»	1
	Дисперсия света
	Решение задач на закон Снеллиуса	Teach FIZ
5	Интерференция света	«Физика в картинках»	1
	Зоны Френеля
	Решение задач по оптике	TeachFIZ
6	Дифракционная решетка как спектральный прибор	«Физика в картинках»	1
	Поляризация света
•	Решение задачи на применение дифракционной решетки	Teach RZ
7	Линза как оптический прибор Решение задач по оптике	«Физика в картинках»	1

Ill четверть(11 ч) Элементы теория относительности. Квантовая физика. Физика атомного ядра

№ урока	Тема урока	Компьютерная программа	Кол-во часов
1	Элементы теории относительности	TeachFIZ	1
	Решение задач
2	Фотоэффект	«физика в картинках»	1
	Решение задач на законы фотоэффекта	Teach FIZ
3	Опыты Резерфорда	«Физика в картинках»	1
	Планетарная модель атома водорода по Резерфорду	TeachFIZ
4	Постулаты Бора	«Физика в картинках»	1
	Решение задач на применение постулатов Бора	Teach FIZ
5	Спектр атома водорода	«Физика в картинках»	1
	Решение задач на расчет спектров атома водорода	Teach FIZ
6	Движение заряженной частицы в электрическом поле	«Физика в картинках»	1
	Решение задач	Teach FIZ
7	Движение заряженной частицы в магнитном поле	«Физика в картинках»	1
	Решение задач	Teach FIZ
8	Волновые свойства частиц	«Физика в картинках»	1
9	Лазер. Двухуровневая система	«Физика в картинках»	1
10	Закон радиоактивного распада	Teach FIZ	1
	Решение задач
11	Дефект массы и энергия связи ядра	Teach FIZ	1
	Решение задач