Современный кабинет физики: новые возможности для обучения

Современный кабинет физики Под современным понимается кабинет физики, поставляемый в школы в рамках приоритетного национального проекта «Образование». Демонстрационное оборудование такого кабинета можно условно разделить на две компоненты – аналоговую и компьютерно-цифровую серии «L-микро».

Фронтальный эксперимент До начала перестройки системы образования, принятия стандарта и изменения концепции физического образования ведущей была методика фронтального эксперимента и физического практикума, поскольку эти формы самостоятельного эксперимента были нормативно-обязательными.

Фронтальный эксперимент При подготовке каждого фронтального эксперимента учитель был обязан сам составлять соответствующий комплект оборудования, что не позволяло проводить лабораторные работы, в которых проблемы мог бы ставить ученик. Практически единственной формой фронтального эксперимента в массовой практике стали одночасовые тематические работы, инструкции к которым обычно приводятся в учебниках, входящих в Федеральный перечень.

Фронтальный эксперимент Разработка, серийное производство и поставка в школы в рамках приоритетного национального проекта «Образование» тематических комплектов фронтального оборудования создают материально- технические условия для реализации самых современных педагогических технологий и передовых методик.

Фронтальный эксперимент Стандартный набор из четырёх тематических комплектов фронтального оборудования (слева направо): по электродинамике, оптике, механике и молекулярной физике.

Фронтальный эксперимент Источник постоянного и переменного напряжений (слева) и фирменный осветитель (справа).

Фронтальный эксперимент «Комплектный» принцип формирования лабораторного оборудования отвечает требованиям технологии обучения физике на основе метода естественнонаучного познания, включённого в соответствии с требованиями стандарта во все учебники, входящие в Федеральный перечень.

Фронтальный эксперимент Пример использования педагогической технологии естественно-научного исследова- ния в отношении фронтального эксперимента. Предположим, что скорость пропорциональна времени при равноускоренном движении, но прямого способа доказательства этого предпо- ложения нет. Получим (выведем) следствие: путь пропорци- онален квадрату времени, докажем его экспе- риментально и сделаем вывод о справедливо- сти исходного предположения.

Фронтальный эксперимент Путь при равноускоренном движении пропорционален квадрату времени – это площадь треугольника под кривой (t).

Фронтальный эксперимент Лабораторная работа «Исследование движения тела, брошенного горизонтально». Традиционно в этой работе измеряют лишь скорость V 0 этого тела, предполагая, что 1) х = V o t; 2) у = gt 2 /2. Предлагаем в начале исследования про- верить следствие из (1) и (2): у ~ х 2, т.е. Н ~ L 2, – а уже затем измерять скорость. Можно ещё более усилить исследовате- льский подход: предложить ученикам выдвинуть гипотезу о связи Н и L (наиболее вероятны: 1) Н ~ L; 2) Н ~ L 2 ; 3) L ~ Н 2 ).

Демонстрационный эксперимент Функции, возлагаемые на демонстрационный эксперимент (обеспечение в соответствии с научным методом познания наблюдения явлений, формирование понятий, измерение физических величин, установление функциональных зависимостей, исследование процессов, экспериментальную проверку физических законов, гипотез и теоретических выводов), могут быть реализованы при оптимальном сочетании цифровых средств измерения и компьютерных измерительных систем с классическими.

Демонстрационный эксперимент Это как раз и обеспечивают комплекты демон- страционного оборудования серии «L-микро». Их эргономической основой является классная доска – именно на ней собираются демонстра- ционные установки по механике поступатель- ного движения, электродинамике, геометриче- ской оптике и квантовой физике. Демонстрационное оборудование серии «L- микро» – единственное в отечественном учеб- ном приборостроении, которое полностью интегрируется с интерактивной доской (i - доской).

Демонстрационный эксперимент На i -доске можно не только отображать инфор- мацию, полученную на компьютерном измери- тельном блоке, но и управлять демонстрацион- ной установкой в интерактивном режиме, чем достигается полнота наблюдения изучаемых явлений.

Демонстрационный эксперимент Демонстрация явления электромагнитной индукции при падении магнита сквозь катушку и осциллограмма наводимой в ней ЭДС, полученная с помощью цифрового осциллографа.

Демонстрационный эксперимент Комплект по волновой оптике с графо- проектором в качестве источника света. Установка для демонстрации явления интерференции и наблюдаемая на экране картина.

Демонстрационный эксперимент График плавления, автоматически вычерчиваемый на экране или на i-доске компьютерной измерительной системой.

Демонстрационный эксперимент Новое оборудование позволяет реализовать систему экспериментов, необходимых при формировании понятий и введении физических величин. В качестве примера рассмотрим эксперимент, сопровождающий введение понятия ускорения: в соответствии с формулой а = ( V 2 – V 1 ) / Δt = [(L/Δt 2 ) - (L/Δt 1 )] /Δt. Для этого необходимо измерить мгновенную скорость в два последовательных момента времени t 1 и t 2, вычислить временной интервал между ними Δt, а затем ускорение.

Демонстрационный эксперимент К доске магнитными держателями крепится направля- ющая, по которой на магнитной подушке может сколь- зить платформа с парой стержней, разнесённых на L = 0,05 м. На этой же направляющей на некотором рассто- янии S друг от друга (на фото S = 0,5 м) закреплена пара оптических ворот.

Демонстрационный эксперимент Проезжая мимо каждого фотоэлемента, пара стержней инициирует соответственно два сигнала, которые отображаются на экране компьютера. Верхнее число на экране показывает Δt 1 – время между прохождением первого и второго стержней через пер- вые оптические ворота, нижнее – время Δt 2 между прохождением этих же стержней через вторые ворота. Число, расположенное в центре, показывает время Δt. Подставив числовые значения измеренных величин, рассчита- ем значение ускорения а = [( 0,05/0,15) – ( 0,05/0,25)] / 1,74 = 0,075 м/с 2.

Демонстрационный эксперимент Основная задача учителя – убедить учеников, что цифровые средства измерений дают дос- товерные результаты. Для этого одна и та же величина одновременно измеряется цифро- вым (компьютерным) способом и обычным, известным учащимся. Например, сначала демонстрируется качественный опыт с взаимодействием тележек и только потом – такой же опыт с использованием компьютерной измерительной системы и с выводом результатов измерений на экран.

Демонстрационный эксперимент Опыты c взаимодействием тележек – обычный и с помощью оборудования «L-микро», а также временная диаграмма взаимодействия, получе- нная с использованием компьютерной измери- тельной системы.

Демонстрационный эксперимент Демонстрационный эксперимент благодаря использованию компьютера и оборудованию L - микро стал количественным. Поэтому его целесообразно сопровождать математической обработкой результатов, и оптимальное сред- ство для этого – элек- тронный эмулятор науч- ного калькулятора на i-доске.

Демонстрационный эксперимент Демонстрационная установка должна позво- лять показывать, что будет происходить, если изменить её параметры, характеристики. И современное оборудование удовлетворяет принципу наглядности часто в большей мере, чем классическое. Например, при демонстрации колебаний в колебательном контуре можно измерить период, сравнить результат с расчётом по формуле Томсона, поставить вопрос: что будет, если заменить конденсатор или удалить сердечник; обсудить варианты ответов и проверить (!) их.

Демонстрационный эксперимент Схема колебательного контура (слева) и осциллограмма затухающих колебаний в нём (справа)

Демонстрационный эксперимент Новое оборудование позволяет перейти от проб- лемных опытов, достаточно разработанных в оте- чественной методике, к педагогической технологии совместных исследований ученика и учителя: учитель работает с демонстрационным оборудованием, ученики – с фронтальным. Учащиеся исследуют пре- образование энергии при скольжении бруска по нак- лонной плоскости.

Демонстрационный эксперимент Ученики выясняют, сохраняется ли механиче- ская энергия при движении бруска по наклон- ной плоскости. Оказывается, что нет. А что будет, если брусок будет двигаться без трения? Получить ответ на этот вопрос из фронтального опыта ученики не могут. Демонстрационная же установка обеспечивает движение каретки именно почти без трения. Возникает совершенно необычная ситуация: учитель проводит демонстрационный опыт, в котором проверяется гипотеза, выдвинутая учениками.