Методика проведения лабораторно-практических и семинарских занятий по физике с использованием средств информационно-коммуникационных технологий

The article the methodology of conducting laboratory and seminar lessons in physics with the use of funds information and communication technologies considered. Key words : physics, information and communication technologies, pedagogical methods, laboratory and practical classes.

лесообразно. Отбор такого содержания обучения мы будем осуществлять на основе принципов дидактики (научности, системности, доступности, последовательности и др.), руководствуясь следующими правилами:

– соответствие общим целям профессионального образования, не допускающего снижения уровня фундаментальной подготовки студентов по физике;

– научной целостности. Это означает, что тема, при изучении которой применяются современные компьютерные технологии, является частью учебной дисциплины;

– обеспечения внутренней логики науки. Это правило предполагает, что при использовании компьютерных технологий необходимо сохранить логику и последовательность изложения дисциплины в соответствии с федеральными государственными образовательными стандартами;

– использования современного научного содержания, новых научных достижений, компьютерных технологий.

Приведем некоторые примеры проведения лабораторно-практических и семинарских занятий для будущих учителей физики. Чтобы как-то унифицировать средства информационно-коммуникационных технологий, используемых в учебном процессе вузов России и Вьетнама, рассмотрим только офисные программные средства.

Опишем примеры занятий по физике, используя таблицы, которые отображают информацию о целях, формах, средствах и методах, применяемых в процессе изучения определенной темы курса этой дисциплины (табл. 1–4). Обозначим формируемые компетенции (в соответствии с требованиями российских федеральных государственных образовательных стандартов), а также знания, умения и навыки (в соответствии с образовательным стандартом Республики Вьетнам).

Таблица 1

Занятие 1

Тема занятия	Цели и задачи использования информационных и коммуникационных технологий при изучении дисциплины «Физика»
Цель	Формирование ключевых компетенций, а также компетенций, связанных с использованием современных информационных и коммуникационных технологий обучения в учебном процессе по физике
Форма	Семинар
Методы	Методы наглядности, практической значимости, организации работы, стимулирования и мотивации деятельности, контроля эффективности, самообучения
Средства обучения	Учебник Г.Я. Мякишева, Б.Б. Буховцева, В.М. Чаругина «Физика 11-й класс». Учебник I.A.I. Pe-Ren-Man «Физика». Учебник Фам Суан Куе «Использование компьютера в обучении физике». Программные прикладные средства: «Учителю физики: учебник, лабораторные работы», электронный учебник по физике «Открытая физика 2.6». Программные средства: Outlook Express, Internet Explorer
Компетенции	Учебно-воспитательные, педагогические, научно-методические, организационно-управленческие
Знания, умения, навыки	Знакомство c электронными образовательными ресурсами и их инструментальными возможностями; приобретение умений и навыков работы с программами и средствами телекоммуникаций

Таблица 2

Занятие 2

Тема занятия	Молекулярная физика и основы термодинамики. Строение газообразных, жидких и твердых тел
Цель	Формирование компетенций, связанных с использованием современных информационных и коммуникационных технологий обучения в образовательном процессе по физике
Форма	Практическое занятие
Методы	Методы наглядности, практической значимости, организации работы, стимулирования и мотивации деятельности, контроля эффективности, самообучения, дедукции
Средства обучения	Учебник Б.М. Яворского, Ю.А. Селезнева «Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и самообразования». Учебник I.A.I. Pe-Ren-Man «Физика». Программные: Microsoft Word, MS Power Point
Компетенции	Учебно-воспитательные, педагогические, научно-методические, организационно-управленческие
Знания, умения, навыки	Знание строения газообразных, жидких и твердых тел; умение обобщать изученный материал и систематизировать его в соответствии с предложенным планом классификации понятий; навыки работы со справочной литературой и с учебником

Таблица 3

Занятие 3

Тема занятия	Исследование изменения веса тела при его движении с ускорением
Цель	1.    Экспериментально доказать утверждение о том, что при движении тела с ускорением, направленным вверх, его вес увеличивается. 2.    Сформировать базовые компетенции и компетенции, связанные с использованием современных информационных технологий обучения в образовательном процессе по физике
Форма	Лабораторно-практическое занятие
Методы	Словесные методы: объяснение, разъяснение, убеждение; методы личного примера, контроля эффективности, стимулирования и мотивации деятельности, а также наглядности и организационные
Средства обучения	Учебное пособие Фам Суан Куе «Использование компьютера в обучении физике». Лабораторные: груз 100 г, динамометр, штатив с муфтой и лапкой, нить, укладочный пенал. Программные средства: Microsoft Excel
Компетенции	Учебно-воспитательные, педагогические, научно-методические, организационно-управленческие
Знания, умения, навыки	Теоретические знания о движении тела с ускорением; умение провести лабораторный эксперимент, навыки обработки данных эксперимента при помощи средств электронных таблиц

Таблица 4

Занятие 4

Тема занятия	Механические колебания
Цель	1.    Сформировать у обучающихся обобщенные познавательные умения и общие способы решения практических задач. 2.    Сформировать базовые компетенции и компетенции, связанные с использованием современных информационных технологий обучения в образовательном процессе по физике
Форма	Лабораторное занятие
Методы	Словесные методы: объяснение, разъяснение, убеждение; методы контроля эффективности, стимулирования и мотивации деятельности, а также наглядности и организационные меры
Средства обучения	Учебник И.Е. Иродова «Сборник задач по общей физике». Часть 4. Колебания и волны. Учебное пособие Фам Суан Куе «Использование компьютера в обучении физике». Программные средства: Microsoft Excel
Компетенции	Учебно-воспитательные, педагогические, научно-методические, организационно-управленческие
Знания, умения, навыки	Использование теоретических знаний для выбора необходимых формул при решении задачи; применение математического аппарата при работе с преобразованиями формул. Формирование умений и навыков использования электронных таблиц для построения графических изображений, описывающих физический процесс

Теперь рассмотрим этапы работы на примере занятия 3.

Этап первый. Ознакомление студентов с планом деятельности по выполнению опытов.

• 1.    Уяснить (или сформулировать) цель опыта.

• 2.    Сформулировать гипотезу, положенную в основу опыта.

• 3.    Определить условия, необходимые для проведения опыта.

• 4.    Разработать принципиальную схему опыта.

• 5.    Разработать план проведения эксперимента.

• 6.    Определить необходимые для проведения эксперимента приборы и материалы, проверить их наличие на рабочем столе.

• 7.    Собрать установку для проведения опыта.

• 8.    Продумать способ записи результатов измерений.

• 9.    Провести эксперимент и записать результаты измерений.

• 10.    Произвести необходимые расчеты.

• 11.    Выполнить анализ полученных данных, сформулировать выводы.

Этап второй . Ознакомление студентов с теоретической частью исследования.

Объектом изучения является груз, подвешенный нитью к динамометру (рис. 1).

Рис. 1. Установка для проведения лабораторного эксперимента

При неподвижном грузе динамометр показывает его вес Р = тg . Если у груза появится ускорение а , направленное вверх, его вес изменится на величину та и станет равным Р = т ( g + а ). Ускорение грузу можно придать, если привести его в движение по окружности. Для этого груз отводят в сторону, пока нить не займет горизонтальное положение, но остается натянутой, и отпускают. Отпущенный груз станет двигаться по дуге окружности.

В момент прохождения положения равновесия центростремительное ускорение груза направлено верх и равно a _цс = v ²/ R .

Величину ускорения нетрудно определить, воспользовавшись законом сохранения энергии. При отклонении груза в сторону, как сказано выше, он получает запас потенциальной энергии mgh = = mgL, где L – длина подвеса (точнее, расстояние от центра груза до точки крепления подвеса к динамометру). В момент прохождения положения равновесия этот запас энергии переходит в кинетическую энергию груза тV2/2. Но по закону сохранения механической энергии тgL = mV2/2, где V2 = 2gL.

Тогда центростремительное ускорение с учетом, что R = L , равно а _цс = 2 g . После постановки ускорения в формулу V = V ₀ + аt , следует, что вес отклоненного горизонтально груза при прохождении им положения равновесия должен увеличиться в три раза: Р = т ( g + 2 g ) = 3 тg . (1)

Это следствие и проверяется в работе.

Этап третий . Практическая часть.

Динамометр следует закрепить лапкой штатива вертикально. Укладочный пенал разместить на столе так, чтобы динамометр выступал на 5–6 см за пределы стола. Из нити изготовить подвес с петлями на концах длиной 50– 60 см. На нем к динамометру подвесить груз массой 100 грамм. По показанию динамометра определить вес груза P ₀ в спокойном состоянии.

Груз нужно отвести в сторону так, чтобы нить приняла горизонтальное положение и не провисала. Отпустив груз, отметьте показание динамометра в момент прохождения грузом нижней точки траектории Р _a.

Опыт следует повторить 8 раз, каждый раз записывая показания динамометра.

Данные измерений необходимо занести в файл электронной таблицы (рис. 2).

Далее, рекомендуется использовать вычисление среднего значения Р _a.ср при помощи мастера функций. Также легко составить формулы для нахождения отно-

Рис. 2. Пример заполнения электронной таблицы и нахождения среднего значения величин

шения Р _a.ср/ Р ₀, которое в соответствии с формулой (1) должно равняться трем.

Этап четвертый . Подведение итогов.

В ходе завершающей части эксперимента студентам следует задать вопрос о справедливости полученных данных для грузов любой массы. После обсуждения результатов гирю массой 100 грамм можно заменить на гирю 50 грамм и повторить опыт. Результаты, как и в первом случае, обучающимся следует занести в файл Microsoft Excel.

Затем задаем вопрос студентам насчет совпадения результатов эксперимента и теоретических данных. Попросим их определить причину возможного увеличения расхождения результата эксперимента с теорией при использовании груза меньшей массы.

Этап пятый . Контрольные вопросы.

• 1.    Какое направление имеет ускорение равноускоренного движения, если скорость тела: а) увеличивается, б) уменьшается?

• 2.    Какое направление имеет центростремительное ускорение?

• 3.    Что называется весом тела?

• 4.    Что называется потенциальной энергией?

Выявление научных принципов и структуры основных видов познавательной деятельности при активном участии в этом самих обучающихся и последующее использование ими обобщенных планов познавательной деятельности намного ускоряют процесс обучения и способствуют повышению качества знаний [2].

Обобщенные планы выполняют своего рода роль предписаний алгоритмического типа. Примером такой последовательности шагов может служить следующий план решения задач с применением программных средств.

• 1.    Внимательно ознакомиться с условием задачи.

• 2.    Составить краткую запись, где отметить данные и искомые величины.

• 3.    Перевести данные в международную систему единиц.

• 4.    Выполнить чертеж физического процесса, где указать необходимые величины и их взаимодействие.

• 5.    Выписать формулы, необходимые для решения задачи.

• 6.    Вывести итоговую формулу.

• 7.    Подставить данные в формулу и вычислить результат.

• 8.    При использовании прикладного программного средства дан-

• ные необходимо записать в электронном виде.

• 9.    Если требуется, нужно построить графическое изображение процесса.

Не вызывает сомнения тот факт, что при использовании программных средств при решении заданий по физике происходит охват целого класса таких задач. Об этом свидетельствуют следующие свойства алгоритмов: массовость, результативность, конечность и дискретность.

Следующий пример занятия посвящен лабораторному практикуму, который используется для решения задач с применением прикладных офисных программ.

К задачам предлагаемого нами подхода к технологии организации практической подготовки учителя физики средствами ин-формационно-коммуникационных технологий относятся:

• – воспитание у студентов уважительного отношения к своей будущей профессии;

  – формирование у будущих учителей физики системы знаний о применяемых в школах России и Вьетнама разнообразных методах обучения физике и формах учебных занятий;

  – выработка у студентов умения работать с научной и методической литературой;

  – планирование своей учебной работы;

  – составление календарных, тематических планов и конспектов различных учебных занятий по физике в школе;

  – осуществление мотивированного отбора форм учебных занятий (урока, семинара, конференции, деловой игры и др.) и методики их проведения;

  – проведение методического рассмотрения различных тем школьного курса физики и анализ формирования его основных физических понятий.

При выборе компьютерных технологий по каждому разделу и теме можно руководствовать- ся разработанными В.И. Коломиным принципами педагогической целесообразности использования компьютерных технологий, которые видоизменены и адаптированы для обучения студентов вузов физике [3]:

– применение компьютерных технологий должно обеспечить достижение учебных целей и задач, стоящих перед курсом обучения физике, которые должны органически вписываться в учебный процесс;

– применение компьютерных технологий должно обеспечить интенсификацию учебного процесса, то есть объем усвоенного студентами учебного материала с использованием компьютерной технологии за определенный промежуток времени должен быть больше, чем при использовании традиционных методов и средств, а уровень усвоения учебного материала не ниже того, что может быть достигнут без компьютерных технологий;

– разному содержанию тем должны соответствовать разные компьютерные технологии, применяемые при обучении, исключение составляют лишь универсальные системы;

– применение компьютерных технологий целесообразно при изучении только тех тем, которые наиболее эффективно могут быть усвоены с помощью данной компьютерной технологии.

В заключение хочется отметить, что в современных условиях объем научной информации намного возрос. Она должна быть переработана и усвоена студентами в период обучения в вузе. Поэтому повысились и требования к составу компетенций, которыми должны овладеть будущие специалисты, оканчивающие высшее учебное заведение.