Современный кабинет физики: новые возможности для обучения

1. Современный кабинет физики: новые возможности для обучения

2. 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».

3. 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.

4. 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.

5. 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.

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

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

8. 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.

9. 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.

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

11. Фронтальный эксперимент • Лабораторная работа «Исследование движения тела, брошенного горизонтально». Традиционно в этой работе измеряют лишь скорость V0 этого тела, предполагая, что • 1) х = Vot; 2) у = gt2/2. • Предлагаем в начале исследования про- • верить следствие из (1) и (2): • у ~ х2 , т.е. Н ~ L2, – 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 ~ L2; 3) L ~ Н 2).

12. 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.

13. 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).

14. 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.

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

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

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

18. 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 = ( V2 – V1 ) / Δt = [(L/Δt2 ) - (L/Δt1 )] /Δt. • Для этого необходимо измерить мгновенную скорость в два последовательных момента времени t1 и t2, вычислить временной интервал между ними Δt, а затем ускорение.

19. 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 Sдруг от друга (на фото S= 0,5 м)закреплена пара оптических ворот.

20. Демонстрационный эксперимент • Проезжая мимо каждого фотоэлемента, пара стержней инициирует соответственно два сигнала, которые отображаются на экране компьютера. • Верхнее число на экране показывает Δt1 – время между прохождением первого и второго стержней через пер-вые оптические ворота, нижнее – время Δt2 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/с2.

21. 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.

22. 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.

23. 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.

24. 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.

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

26. 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 – сфронтальным. • Учащиеся исследуют пре- образование энергии при скольжении бруска по нак- лоннойплоскости.

27. 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.