«Мультимедийные технологии в преподавании физики».
методическая разработка по физике по теме

МБОУ «Харьковская средняя общеобразовательная школа»

Ровеньского района Белгородской области

Доклад на тему:

«Мультимедийные технологии в преподавании физики».

Подготовил учитель физики

Беденко Сергей  Владимирович.

2012 г.

         Анализ современной научно-методической литературы свидетельствует о тенденции все более широкого использования информационных технологий в преподавании физики. Информационные технологии, наиболее часто применяемые в учебном процессе, можно разделить на две группы:

1. технологии, ориентированные на локальные компьютеры (обучающие программы; компьютерные модели физических процессов; демонстрационные программы; компьютерные лаборатории; лабораторные работы; электронные задачники; контролирующие программы; дидактические материалы);
2. сетевые технологии, использующие локальные сети и глобальную сеть Internet

В тоже время необходимо отметить, что на современном этапе процесса информатизации учебных курсов физики выявлен целый ряд проблем, наиболее актуальными из которых, с нашей точки зрения, являются две:

1. отсутствие методического сопровождения, дидактической обоснованности электронного продукта (в электронных учебниках практически не реализована интегрирующая функция того или иного учебного предмета);

2. отсутствие должного междисциплинарного взаимодействия

Знакомить с методами научного познания мира, формировать научное мировоззрение необходимо уже в школе, поэтому данный подход можно использовать не только в вузовских, но в и школьном курсе физики.

Преподавание физики представляет собой благоприятную сферу для применения современных информационно компьютерных технологий.

             Применение компьютера на уроке физики  создаёт такую дидактически активную среду, которая способствует продуктивной познавательной и мыслительной деятельности учащихся, а также в будущем готовит  школьников к активной творческой деятельности в новом информационно-развивающемся  обществе.

      На уроках физики можно  применять следующие компьютерные технология:

1. Компьютерное моделирование и визуализация физических экспериментов  и явлений, процессов;
2. Проведение модельных лабораторных работ;
3. Изучение устройства и принципа действия различных физических приборов;
4. Использование гипертекстовый (контекстно-связанных) учебных пособий, презентаций с применением программы Power Point;
5. Выполнение расчетных работ и решение задач в среде MS Excel;
6. Дистанционный контроль знаний и тестирование.

               Многие явления, изучаемые в школьном курсе, а также опыты в условиях школьного кабинета физики невозможно продемонстрировать, например: явления микромира и мира с астрономическими размерами, быстро протекающие процессы, опыты с приборами, отсутствующими в кабинете по причине его дороговизны, громоздкости или небезопасности (например, явления ядерной и квантовой физики).

Обычно подобные вещи изучаются  либо на низком научном уровне,  либо объясняются  "на пальцах", либо вообще не изучаются, что, безусловно, сказывается на уровне подготовки учеников. Использование компьютерной демонстрации физических явлений позволяет исправить эту ситуацию - повысить наглядность и качество при изучении физических процессов и явлений.

Компьютерное моделирование позволяет получать наглядные динамические иллюстрации физических экспериментов и явлений, не достижимых в реальном физическом мире, воспроизводить их тонкие детали, которые часто ускользают при наблюдении в реальности. Суть метода заключается в следующем: на основе известных законов уже изученных явлений создается математическая модель - абстрактный объект, подчиняющийся тем же законам. Математическая модель, описанная на языке ЭВМ, получает возможность "ожить".  При этом можно поэтапно включать в рассмотрение дополнительные факторы, которые постепенно усложняют модель и приближают ее к реальному физическому явлению. Изменяя время, можно пронаблюдать явление в динамике, причем масштаб времени модели может быть значительно меньше реального, что позволяет в течение нескольких минут пронаблюдать явление, на наблюдение которого в реальности пришлось бы затратить годы. Метод компьютерного моделирования является экологически чистым и не представляет опасности для природы и человека.

Для такой  работы можно использовать компьютерные учебные пособия с пакетом моделирующих программ: “Физика в картинках”, “Открытая физика”, “Живая физика”.

Работа учащихся с компьютерными моделями чрезвычайно полезна, она даёт возможность понять сущность фундаментальных физических законов и явлений, физических опытов (математический и пружинный маятник, полет космического корабля, броуновское движение).  Изменяя некоторые входные параметры, можно проследить за изменениями, происходящими с моделью и при этом выполнять многочисленные виртуальные опыты с ней. Такая интерактивность открывает перед учащимися огромные познавательные возможности, делая их не только наблюдателями, но и активными участниками проводимых экспериментов.  

Некоторые модели позволяют одновременно с ходом экспериментов наблюдать построение соответствующих графических зависимостей, что повышает их наглядность.

       Ещё одним из важнейших достоинств компьютера является возможность использования электронного варианта лабораторного практикума. Изучение физики невозможно без проведения лабораторных работ, но техническое оснащение физического кабинета не всегда позволяет выполнить в полном объёме лабораторный практикум. На помощь учителю приходит ПК.

Компьютерные датчики для измерения расстояния, давления, температуры, параметров постоянного и переменного электрического тока, магнитного поля, звука, света позволяют регистрировать параметры опыта, которые через специальный интерфейсный блок передаются на компьютер. Программное обеспечение позволяет проводить самую разнообразную обработку полученных данных, проводить над ними различные математические преобразования. На каждом этапе обработки данных можно вывести на экран компьютера графическую информацию о зависимости изучаемой физической величины от времени или зависимости одной измеряемой на опыте величины от другой. Ученик может по своему усмотрению изменять исходные параметры опытов, наблюдать, как изменяется в результате само явление, анализировать увиденное, делать соответствующие выводы и применять при решении заданий.

Приведу несколько примеров применения компьютерных датчиков  на уроках физики.

На уроке по изучению колебательного движения с помощью датчика расстояния вместе с учащимися можно  провести измерения координаты груза на пружинном маятнике в зависимости от времени. Первая кривая появляется на экране во время демонстрационного эксперимента, после обсуждения внешнего вида полученного графика провести операцию дифференцирования и проанализировать появившийся на экране график скорости. Повторное дифференцирование выводит на экран еще и третий график - график ускорения. Рассмотрев одновременно три найденных из эксперимента зависимостей учащиеся могут объяснить фазовые соотношения трех периодически изменяющихся величин (координаты, скорости, ускорения) и естественность использования тригонометрических функций для описания колебаний.

При изучении темы " Свободное падение "   вместе с учащимися можно провести следующий эксперимент. Регистрируя с помощью датчика расстояний вертикальное расстояние от датчика до предмета при свободном падении последнего, можно получить и проанализировать зависимость координаты предмета от времени, построить график зависимости скорости от времени, получить график ускорения.

Изучение устройства и принципа действия различных физических приборов – неотъемлемая часть уроков физики. Обычно, изучая тот или иной прибор,  демонстрируя его, рассказывают принцип действия, используя при этом модель или схему. Но часто учащиеся испытывают трудности, пытаясь представить всю цепь физических процессов, обеспечивающих работу данного прибора. Специальные компьютерные программы позволяют "собрать" прибор из отдельных деталей, воспроизвести в динамике с оптимальной скоростью процессы, лежащие в основе принципа его действия. При этом возможно многократное "прокручивание" мультипликации.               

Мультимедийные сценарии уроков  выполняются в виде презентаций с применением программы Power Point , входящей в состав пакета программ Microsoft Office . Слайды презентаций содержат иллюстративный материал для урока, фрагменты видеофильмов, анимации. При подготовке презентации заранее продумывается структуру урока, последовательность слайдов, предполагается определенный темп и логика изложения материала. Презентации можно  использовать при объяснении нового материала, при повторении пройденного материала и при организации текущего контроля знаний (презентации-опросы).

В презентации-опросы  включаются вопросы-задачи отображающие ключевые эксперименты пройденной темы или демонстрирующие изученное физическое явление. Вопрос к ученику содержится в заголовке слайда, комментарии и пояснения к рисункам даются по ходу презентации.  Как правило, в такие опросы включаются слайды презентаций, использованных в предыдущем учебном году при объяснении нового материала. Источниками иллюстративного материала для создания презентаций служат  предметные диски:  (Открытая физика. В 2 ч. (CD); Открытая астрономия (CD); 1С: Репетитор Физика (CD); Виртуальная школа «Кирилла и Мефодия». Уроки физики Кирилла и Мефодия. 10 класс (CD), Уроки физики Кирилла и Мефодия. 11 класс(CD); Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия (на 8 CD); Электронные уроки и тесты. Физика в школе (12 CD); От плуга до лазера 2.0 (энциклопедия); Видеозадачи по физике. В 4 ч. (CD); Живая физика (CD), конструктор электронных схем). А также материалы, созданные самостоятельно – видеоролики, фрагменты художественных фильмов, отсканированные рисунки с различных печатных изданий, анимационные рисунки,  логические схемы, интерактивные таблицы.

В связи с использованием перечисленных выше информационных компьютерных учебных технологий на уроках физики можно использовать некоторые формы и приемы организации образовательного процесса:

1. Использование компьютера как сверхэффективного средства создания проблемных ситуаций на уроках физики.

Например:

• «Что бы это значило?»  Отключив звук, попросить прокомментировать учеников наблюдаемое на экране. Затем можно либо просмотреть еще раз со звуком, либо не возвращаться к просмотру, если ребята успешно справились с заданием.
• «А дальше?»  Остановив кадр, попросить ученика, проделав мысленный эксперимент, попробовать описать дальнейшее протекание процесса.
• «Почему?» Продемонстрировав какое-либо явление, процесс попросить объяснить, высказать гипотезу, почему это происходит именно так. Таким образом можно выйти либо на проблемную ситуацию, связав ее с темой урока, либо через иллюстрацию, анимацию закрепить изученное.

Рассмотренные приемы выхода на проблемные ситуации хорошо работают в «сильных» классах при изучении нового. Но с еще большим успехом можно применить эти приёмы в «слабых» классах при закреплении пройденного, изученного материала. Включение проблемных ситуаций чрезвычайно активизирует у всех без исключения ребят и память, и речь, и мышление.

2.   Методические приемы при изучении нового материала с компьютером.

       1) При изучении текстового материала деятельность учащихся может состоять:

• в нахождении ответов на поставленные  вопросы (здесь эффективны комментирование кадров с учебного места);
• в заполнении заранее подготовленных таблиц;
• в создании единой логической структуры, схемы изучаемого материала.

После работы с компьютером необходимо подвести итоги.

         2) При изучении процессов, явлений, фундаментальных экспериментов перед учащимися можно поставить следующие дифференцированные задачи:

• зарисовать схему, сделать рисунок экспериментальной установки. Затем включить как пункт в «Описание физического прибора», «Описание физического эксперимента» при дальнейшем изучении материала;
• внести изменения в параметры установки (задать большую скорость, уменьшить диаметр, увеличить расстояние и т.д.) и записать результаты;
• преобразовать условия протекания физического явления (увеличить давление, уменьшить температуру и т.д.) и внести данные в таблицу;
• составить, зарисовать график протекания процесса.

Проверка работы может быть как устная, так и письменная (на этом же уроке либо на следующем).

3. Методы использования компьютера  при решении задач.  

Компьютер можно эффективно использовать не только для предоставления условия задачи, контроля ответа, но и в самом процессе решения, причем использовать так, чтобы при этом была возможность быстро получить нужную формулу и записать ее в окончательном виде.

Для этого при изучении каждой темы создается матрица в среде MS Excel, состоящая из таблицы и поля. В таблицу  предварительно занести несколько необходимых для решения задач по данной теме обозначений физических величин. На уроке на поле матрицы, ниже таблицы с этими величинами, ребята «раскладывают» решение в виде логической схемы. Таблица им нужна для того, чтобы не вводить символы, используя клавиатуру. Они просто «захватывают» мышкой необходимую величину из таблицы и ставят в нужную клетку матрицы.

Народная мудрость советует: «Не можешь изменить обстоятельств — измени хотя бы свое отношение к ним». Так и с контролем знаний. Мы не в состоянии изменить их содержание, тогда надо постараться изменить хотя бы форму его проведения, сделать её более привлекательной. В компьютерном виде тренировочное решение задачи, тестов, непосредственно выполнение контрольной работы ребятам нравится по многим причинам: они сразу получают результат, не теряют времени на оформление, исправления.

Можно предложить учащимся для самостоятельного решения в классе или в качестве домашнего задания индивидуальные задачи, правильность решения которых они смогут проверить, поставив компьютерные эксперименты. Самостоятельная проверка полученных результатов при помощи компьютерного эксперимента усиливает познавательный интерес учащихся, делает их работу творческой, а в ряде случаев приближает их работу по характеру к научному исследованию. В результате многие учащиеся начинают придумывать свои задачи, решать их, а затем проверять правильность своих рассуждений, используя компьютерные модели. Сознательно провоцируют их к подобной деятельности, не опасаясь, что придётся решать "ворох" придуманных учащимися задач, на что обычно не хватает времени. Более того, составленные школьниками задачи можно использовать в классной работе или предложить остальным учащимся для самостоятельной проработки в виде домашнего задания. Это один из способов эффективного вовлечения учащихся в учебную деятельность  с использованием компьютерных моделей. Для этого необходимо заготовить индивидуальные раздаточные материалы с заданиями и вопросами различного уровня сложности нескольких видов с использованием различных методов применения компьютерных моделей, например:

• Ознакомительное задание. Учащимся необходимо понять назначение модели и освоить её регулировки, управление экспериментом.  Задание содержит инструкции и контрольные вопросы по управлению моделью. После того как компьютерная модель освоена, предложить учащимся 1-2 эксперимента. Такие эксперименты позволяют учащимся глубже вникнуть в физический смысл происходящего на экране.
• Экспериментальные задачи. Можно предложить учащимся экспериментальные задачи, то есть задачи, для решения которых необходимо продумать и поставить соответствующий компьютерный эксперимент. Как правило, учащиеся с особым энтузиазмом берутся за решение таких задач. Несмотря на кажущуюся простоту, такие задачи очень полезны, так как позволяют учащимся увидеть живую связь компьютерного эксперимента и физики изучаемых явлений.
•  Компьютерные эксперименты. Провести простые эксперименты по данной модели по предложенному плану, вопросы к ним и результаты измерений.
•  Тестовые задания. Выбрать правильный ответ, используя модель
• Неоднозначные задачи. В рамках этого задания учащимся предлагают решить задачи, в которых необходимо определить величины двух параметров, например, в случае бросания тела под углом к горизонту, начальную скорость и угол броска, для того чтобы тело пролетело заданное расстояние. При решении такой задачи учащийся должен вначале самостоятельно выбрать величину одного из параметров с учётом диапазона, заданного авторами модели, а затем решить задачу, чтобы найти величину второго параметра, и только после этого поставить компьютерный эксперимент для проверки полученного ответа. Понятно, что такие задачи могут иметь множество решений.
• Задачи с недостающими данными. При решении таких задач учащийся вначале должен разобраться, какого именно параметра не хватает для решения задачи, самостоятельно выбрать его величину, а далее действовать, как и в предыдущем задании.
• Исследовательские задания. Наиболее способным учащимся можно предложить спланировать и провести ряд компьютерных экспериментов, которые бы позволили подтвердить или опровергнуть определённые закономерности; самостоятельно сформулировать такие закономерности. Заметим, что в особо сложных случаях, учащимся можно помочь в составлении плана необходимых экспериментов или предложить план, заранее составленный учителем.
• Проблемные задания. С помощью ряда моделей можно продемонстрировать, так называемые, проблемные ситуации, то есть ситуации, которые приводят учащихся к кажущемуся или реальному противоречию, а затем предложить им разобраться в причинах таких ситуаций с использованием компьютерной модели.
• Качественные задачи. Некоторые модели вполне можно использовать и при решении качественных задач. Такие задачи или вопросы, конечно, лучше сформулировать, поработав с моделью, заранее. При регулярной работе с компьютерным курсом из придуманных заданий имеет смысл составить компьютерные лабораторные работы, в которых вопросы и задачи расположены по мере увеличения их сложности. Разработка лабораторных работ – занятие достаточно трудоёмкое, но именно такие работы дают наибольший учебный эффект.

4.   В своей работе можно использовать очень удобную и продуктивную форму дистанционного обучения и  контроля за уровнем знаний учащегося.  Каждому учащемуся создается индивидуальное информационное пространство  в котором: он  переходит по этапам урока с помощью правильных ответов на контрольные вопросы, решает задачи по этапам с использованием подсказки, тестирует свои знания с проверкой результата  и как результат работы итог - создаёт программы, презентации, составляет таблицы, графический объект по данной теме с использованием материала по курсу физики.

5.  Игровые творческие задания по моделированию реальных устройств.

Готовые модели обычно бывают красочными и продуманными с точки зрения методики преподавания физики, но дети, еще мало знакомые с программой “Живая физика”, плохо их воспринимают. Они часто отвлекаются на второстепенные детали, не могут понять, что показывает конкретная модель, для чего она нужна, как ею управлять. Детям проще разобраться с моделью, которую они сами создают на том же уроке (использование ранее созданных моделей из-за забывания за неделю деталей также нежелательно). Игровые творческие задания по моделированию реальных устройств (лифт, автомобиль, пушка, ракета и др.) позволяют быстрее осваивать возможности программы. Знакомясь с новыми инструментами и объектами по заданию учителя, ребенок не так хорошо их запоминает, как в случае игровой ситуации, где он делает это по собственной инициативе, стараясь создать интересную действующую компьютерную модель.

6. Для проведения компьютерных лабораторных работ  разрабатываются соответствующие раздаточные материалы, то есть бланки лабораторных работ. Задания в бланках работ располагают по мере возрастания их сложности. Вначале простые задания ознакомительного характера и экспериментальные задачи, затем расчетные задачи и, наконец, задания творческого и исследовательского характера. При ответе на вопрос или при решении задачи учащийся может поставить необходимый компьютерный эксперимент и проверить свои соображения. Расчётные задачи учащимся рекомендуется вначале решить традиционным способом на бумаге, а затем поставить компьютерный эксперимент для проверки правильности полученного ответа. Приведу пример одной из таких работ. 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

«ЭНЕРГИЯ СВЯЗИ ЯДЕР»

Цель работы: Изучить зависимость энергии связи ядер от массового числа

Выполнение работы:

1. Работа с электронным учебником «Открытая физика»
2. Открыть  раздел «Квантовая физика»
3. Открыть модель «Энергия связи ядер»
4. Рассмотреть внимательно и зарисовать графики N(Z) и E(A).
5. Рассмотреть ядро водорода с Z=1,  N=0.
6. Нажать кнопку «Старт».  Понаблюдать, стабильное  ядро или оно распадается, записать данные для этого случая.
7. Поменять число Z и N  , записать, какие элементы и изотопы  получились, стабильные или нет. Рассмотреть подобным образом 6 случаев, описать каждый из них.
8. Сделать вывод о том, как зависит стабильность ядра от количества нейтронов (изотоп это или атом).
9. Решить задачу к данной модели.
10. Открыть теорию к данной модели и ответить на вопросы:

• Чему равно массовое число?
• Как зависит энергия связи от массового числа?
• Как зависит число нейтронов от массового числа по сравнению с числом протонов?

      11. Сделать вывод по работе.

       При организации уроков с использованием информационных технологий  используют один компьютер для демонстрации  при объяснении нового материала, показа моделей, опытов, и  весь компьютерный класс при дистанционном обучении, выполнении компьютерных лабораторных работ и  контроле за уровнем знаний учащихся.

Принципы компьютерной поддержки уроков физики:

• Компьютер не может полностью заменить учителя. Только учитель имеет возможность заинтересовать учеников, пробудить в них любознательность, завоевать их доверие, он может направить их внимание на те или иные аспекты изучаемого предмета, вознаградить их усилия и заставить учиться.
• Методика проведения урока физики с использованием компьютера зависит от подготовленности учителя и от программ, обеспечивающих компьютерную поддержку.
• Реальный эксперимент необходимо проводить всегда, когда это возможно, а компьютерную модель следует использовать, если нет возможности показать данное явление.

Невозможно использовать компьютер на каждом уроке, т.к. это приведёт к нарушению санитарных норм и повлечёт ухудшение здоровья школьников.