МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ФИЗИКЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ и учетом требований ГИА по физике
методическая разработка по физике (9 класс) на тему

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ФИЗИКЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ.

В настоящее время большое внимание уделяется повышению эффективности учебного процесса. Решение этой проблемы связано с применением в учебном процессе новых методов и приемов обучения. Новые информационные технологии могут эффективно использоваться на традиционных уроках, включающих демонстрационные опыты по физике, на лабораторных занятиях, а также на занятиях физического практикума.

Использование компьютера в качестве эффективного средства обучения существенно расширяет возможности педагогических технологий: физические компьютерные энциклопедии, интерактивные курсы, всевозможные программы, виртуальные опыты и лабораторные работы позволяют повысить мотивацию учащихся к изучению физики. Преподавание физики, в силу особенностей самого предмета, представляет собой благоприятную почву для применения современных информационных технологий.

Эффективность использования средств новейших информационных технологий в учебном процессе во многом зависит от успешного решения задач методического характера, связанных с информационным содержанием и способом использования автоматизированных обучающих систем в учебном процессе.

В содержание многих современных электронных учебных изданиях по физике входят анимации, интерактивные модели, конструкторы, тренажеры, видеозаписи физических экспериментов, виртуальные лабораторные работы и пр. Эти учебные объекты могут служить основой для организации самостоятельной работы учащихся как в классе, так и в домашних условиях; они призваны обеспечить подготовку школьников к лабораторным занятиям по физике. Данные объекты разнятся по своим обучающим возможностям.

В виртуальной среде представлены модели и достаточно высокого дидактического качества. Некоторые из них ориентированы на отработку у учащихся отдельных экспериментальных умений (тренажеры, конструкторы); другие помогают изучать физические явления, недоступные для воспроизведения в условиях школьной лаборатории; третьи создают условия для самостоятельного моделирования обучаемым разнообразных физических ситуаций.

Необходим тщательный отбор модельных объектов электронных учебных изданий для лабораторных занятий. Считаю, что наиболее эффективным для занятий этой организационной формы является использование виртуальных манипулятивных моделей (в том числе конструкторов и тренажеров), а также видеофрагментов натурных опытов. Таких объектов пока недостаточно в виртуальной информационной среде. Класс таких учебных объектов необходимо последовательно развивать.

На уроках физики невозможно обойтись без демонстрационного эксперимента, но не всегда материальная база кабинета соответствует требованиям современного кабинета физики. И поэтому здесь на помощь приходит компьютерный эксперимент. Компьютер становится помощником не только ученика, но и учителя. Преимущество работы ученика с программным обеспечением состоит в том, что этот вид деятельности стимулирует исследовательскую и творческую деятельность, развивает познавательные интересы учеников. Программы могут быть полезными при подготовке к лабораторным занятиям с реальным оборудованием и окажутся незаменимыми при его отсутствии. Интерактивные опыты можно использовать для демонстрации на уроке. Это позволит решить вопросы, связанные с недостатком лабораторного оборудования, оптимально организовать рабочее время. Также будет эффективным использование интерактивных лабораторных работ при самостоятельной работе учащихся.

Важное место в формировании практических умений и навыков у учащихся на уроках физики отводится демонстрационному эксперименту и фронтальной лабораторной работе. Демонстрационный эксперимент на уроках физики формирует у учащихся накопленные ранее представления о физических явлениях и процессах, пополняет и расширяет кругозор учащихся. В ходе эксперимента, проводимого учащимися самостоятельно во время лабораторных работ, они познают закономерности физических явлений, знакомятся с методами их исследования, учатся работать с физическими приборами и установками, то есть учатся самостоятельно добывать знания на практике.

Как показывает опыт, применение только традиционной методики проведения физического эксперимента приводит к низкому уровню умений и практических навыков учащихся по физике, так как не все ученики умеют:

- анализировать, понимать и интерпретировать графики и таблицы, полученные в ходе эксперимента (не умеют использовать полученные знания по алгебре и геометрии при изучении физики);

- объяснять суть физических явлений (слабый словарный запас терминологии по физике);

- понимать закономерности физических процессов (не видят причинно-следственные связи);

- самостоятельно добывать нужную информацию из различных источников, в том числе электронных (слабо развиты навыки самостоятельной работы с ПК).

Выше перечисленные пробелы в знаниях учащихся влияют на формирование информационной компетентности и уровень обученности учащихся по физике. В связи с этим появляется идея:

если проводить физический эксперимент и фронтальные лабораторные работы, используя виртуальные модели посредством компьютера, то можно компенсировать недостаток оборудования в физической лаборатории школы и, таким образом, научить учащихся самостоятельно добывать физические знания в ходе физического эксперимента на виртуальных моделях. Таким образом, появляется реальная возможность формирования необходимой информационной компетентности у учащихся и повышения уровня обученности учащихся по физике.

Необходимо отметить, что компьютерный эксперимент способен дополнить “экспериментальную” часть курса физики и значительно повысить эффективность уроков. При его использовании можно вычленить главное в явлении, отсечь второстепенные факторы, выявить закономерности, многократно провести испытание с изменяемыми параметрами, сохранить результаты и вернуться к своим исследованиям в удобное время. К тому же, в компьютерном варианте можно провести значительно большее количество экспериментов. Данный вид эксперимента реализуется с помощью компьютерной модели того или иного закона, явления, процесса и т.д. Считаю, что работа с этими моделями открывает перед учащимися огромные познавательные возможности, делая их не только наблюдателями, но и активными участниками проводимых экспериментов.

 Методики проведения лабораторных работ по физике с использованием информационных технологий позволяют:

1.Глубже понять физические процессы и закономерности, а также научиться применять полученные знания на практике.

2.Реализовать личностно-ориентированный подход в обучении.

3.Интегрировать знания учащихся.

4.Стимулировать учащихся на освоение персонального компьютера.

5.Поэтапно проводить эксперименты, создание ситуацию успеха на уроке, возможность применять методы дифференцированного обучения.

6.Мотивировать учащихся на исследовательскую работу по какой-либо интересующей его теме для самостоятельного создания мультимедийных моделей взаимодействия тел, физических явлений и изменяя параметры взаимодействия, наглядно видеть результат.

Несмотря на большие плюсы, я рекомендую учителям физики не отказываться полностью от реальных практических работ, так как на начальном этапе обучения физике (7-9 классы) у подростков более развита предметная деятельность, чем наглядно-образное мышление, а в старших классах (10-11), когда обучение учащихся основано на теоретическом уровне обобщения, можно использовать компьютерные модели, развивающие логику и мышление учащихся.

Расширение знаний учителя в области «Методика проведения лабораторных работ по физики с использованием ИТ» позволяет педагогу:

1.Осваивать новейшие достижения педагогической науки и практики.

2.Использовать учителю в своей работе новые технологии на актуально развивающей, личностно – ориентированной основе.

3.Осуществлять оптимальный интегрированный отбор проблемных, исследовательских, практических, репродуктивных методов обучения.

4.Использовать виртуальные манипулятивные модели, видеофрагменты натуральных опытов.

5.Стимулировать исследовательскую и творческую деятельность, которая развивает познавательные интересы учеников.

6.Использовать компьютерный эксперимент, который способен дополнить «экспериментальную» часть курса физики и значительно повысить эффективность уроков.

Таким образом, обучение на основе КТ создает условия для эффективного проявления фундаментальных закономерностей мышления, оптимизирует познавательный процесс. Фактором, позволяющим это сделать, является визуализация основных математических и физических закономерностей.

Виды лабораторных работ по физике с учетом ГИА

        Отличительной особенностью итоговой аттестации в 9 классе, по сравнению с 11 классом, является наличие не только теоретических вопросов и задач, но и практического эксперимента. Для решения одной из задач третьей части потребуется подтвердить расчеты экспериментальными измерениями или проверить достоверность высказывания опытным путем. К каждому комплекту вопросов ГИА по физике прилагается один из семи экспериментальных наборов по оптике, электричеству и механике.

        С введением ГИА в качестве аттестации учеников 9 класса появилась необходимость в разработке особых экспериментальных заданий, целиком соответствующих работам контрольно-измерительных материалов ГИА.

В итоговой аттестации выделены лабораторные работы четырех типов:

1. Проведение прямых измерений физических величин и расчет по полученным данным зависимого от них параметра (косвенные измерения)
2. Исследование зависимости одной физической величины от другой и построение графика зависимости
3. Проверка заданных предположений (прямые измерения физических величин и сравнение заданных соотношений между ними)
4. Наблюдение явлений и постановка опытов (на качественном уровне) по выявлению факторов, влияющих на протекание опыта

        Следовательно, при составлении курса лабораторных практикумов необходимо учитывать новые требования, предъявляемые к выпускникам 9 класса.

        Рассмотрим основные типы лабораторных работ на примере некоторых тем курса физики основной школы.

Оптика.

Работа первого типа:

Для выполнения задания используйте оборудование:  собирающая линза, линейка, экран, удаленный источник света (освещенное окно). Соберите экспериментальную установку для определения оптической силы линзы.

В бланке ответов:

1. Зарисуйте схему эксперимента (укажите ход лучей через собирающую линзу)
2. Определите фокусное расстояние линзы.
3. Запишите формулу для расчета оптической силы линзы
4. Вычислите оптическую силу.

Работа второго типа:

Используя собирающую линзу, линейку, экран, лампу с колпачком в качестве предмета соберите экспериментальную установку для исследования зависимости расстояния между предметом и линзой от расстояния между линзой и изображением.

В бланке ответов:

1. Определите фокусное расстояние линзы.
2. Устанавливайте лампу поочередно на расстояния F < d < 2F, d = 2F, d > 2F и, измерив в каждом случае расстояние между линзой и изображением, укажите результаты измерения расстояний этих трех случаев в виде таблицы.
3. Сформулируйте вывод о зависимости расстояния между предметом и линзой от расстояния между линзой и изображением.

Работа третьего типа:

Используя две собирающие линзы, линейку, экран и удаленный источник света (освещенное окно) проверьте справедливость следующего условия: оптическая сила системы из двух линз равна сумме оптических сил каждой линзы (D = D1 + D2).

В бланке ответов:

1. Зарисуйте схему эксперимента (укажите ход лучей через две собирающие линзы, установленные рядом) и запишите формулу для расчета оптической силы линзы.
2. Определите фокусное расстояние каждой из двух линз и рассчитайте для них оптическую силу.
3. Расположите линзы так, чтобы главная оптическая ось проходила через центр каждой линзы и линзы соприкасались. Определите фокусное расстояние системы линз и рассчитайте оптическую силу.
4. Проверьте справедливость условия и запишите вывод.

Работа четвертого типа:

Определите, как будет меняться размер изображения при перемещении предмета от фокуса линзы к двойному фокусу.

В бланке ответов:

1. Предположите, как будет изменяться изображение при перемещении предмета от  фокуса линзы к двойному фокусу.
2. Зарисуйте схему эксперимента (покажите ход лучей в случае нахождения предмета между фокусом и двойным фокусом линзы и в случае нахождения на расстоянии, большем двойного фокусного).
3. Проверьте выдвинутое предположение. Для этого сначала определите величину фокусного расстояния. Затем располагайте предмет на расстояниях F < d < 2F, d = 2F,

d > 2F, и для каждого из этих вариантов определите размер изображения.

4. Сформулируйте и запишите вывод.

Колебания.

Работа первого типа:

Определение периода колебаний маятника.

Для выполнения задания используйте лабораторное оборудование: штатив с муфтой и лапкой; метровую линейку (с погрешностью 5 мм); шарик с прикреплённой нитью длиной 110 см; часы с секундной стрелкой (или секундомер).

    В бланке ответов

1. Нарисуйте схему эксперимента.
2. Запишите формулу для расчёта периода колебаний математического маятника.
3. Измерьте время 30 колебаний для четырёх длин маятника. Укажите результаты измерений.
4. Рассчитайте периоды колебаний по полученным данным. Сделайте вывод о зависимости периода колебаний математического маятника от длины нити.

Работа второго типа:

Построение графика зависимости периода колебаний маятника от длины нити. Для выполнения задания используйте лабораторное оборудование: штатив с муфтой и лапкой; метровую линейку (с погрешностью 5мм); шарик с прикреплённой нитью длиной 110см; часы с секундной стрелкой (или секундомер).

    В бланке ответов

1. Нарисуйте схему эксперимента.
2. Запишите формулу для расчёта периода колебаний математического маятника.
3. Измерьте время 30 колебаний для четырёх длин маятника. Укажите результаты измерений.
4. Рассчитайте периоды колебаний по полученным данным. Постройте график зависимости периода колебаний от длины нити. Сделайте вывод о характере зависимости периода колебаний математического маятника от длины нити.

Работа третьего типа:

Определение зависимости частоты колебаний от длины нити. Для выполнения задания используйте лабораторное оборудование: штатив с муфтой и лапкой; метровую линейку (с погрешностью 5 мм); шарик с прикреплённой нитью длиной 110 см; часы с секундной стрелкой (или секундомер).

    В бланке ответов

1. Нарисуйте схему эксперимента.
2. Запишите формулу для расчёта частоты колебаний математического маятника.
3. Измерьте время 30 колебаний для четырёх длин маятника. Укажите результаты измерений.
4. Рассчитайте частоту колебаний по полученным данным. Сделайте вывод о зависимости частоты колебаний математического маятника от длины нити.

Работа четвертого типа:

Проверить предположение, что при увеличении длины нити в 4 раза период колебаний увеличивается в 2 раза.

Динамика.

Работа первого типа:

Определите плотность вещества, из которого изготовлен цилиндр.

Для выполнения этого задания используйте лабораторное оборудование: весы рычажные с набором гирь, измерительный цилиндр (мензурка) с пределом измерения 100 мл, стакан с водой

цилиндр стальной на нити.

В бланке ответов:

1. Запишите формулу для расчета плотности вещества
2. Проведите прямые измерения массы цилиндра
3. Проведите прямые измерения объема цилиндра
4. Запишите численное значение искомой величины

Работа второго типа:

Постройте график зависимости массы тела от его объема и найдите плотность вещества, из которого это тело изготовлено.

Для выполнения этого задания используйте лабораторное оборудование: весы рычажные с набором гирь, измерительный цилиндр (мензурка) с пределом измерения 100 мл, стакан с водой, цилиндр стальной на нити

В бланке ответов запишите: 

1. Запишите формулу для расчета плотности вещества
2. Проведите измерения массы и обема трех различных цилиндров
3. Постройте график этой зависимости
4. По графику определите  численное значение искомой величины

Работа третьего типа:

Проверьте на опыте:  как зависит   плотность вещества, из которого изготовлен цилиндр от плотности жидкости, в которую он погружен.

Для выполнения этого задания используйте лабораторное оборудование: весы рычажные с набором гирь, измерительный цилиндр (мензурка) с пределом измерения 100мл, стакан с чистой  водой, стакан с соленой водой, стакан с  растительным маслом, цилиндр стальной на нити.

В бланке ответов:

1. Запишите формулу для расчета плотности вещества
2. Проведите прямые измерения массы цилиндра и объема цилиндра, погруженного в разные жидкости.
3. Рассчитайте плотность вещества цилиндра в каждом случае.
4. Сделайте вывод

Работа четвертого типа:

Проверьте на опыте  зависит ли плотность вещества, из которого изготовлено тело от его  формы.

Для выполнения этого задания используйте лабораторное оборудование: весы рычажные с набором гирь, измерительный цилиндр (мензурка) с пределом измерения 100мл, стакан с чистой  водой, цилиндр стальной на нити, тело неправильной формы.

В бланке ответов:

1. Нарисуйте схему опыта
2. Запишите формулу для расчета плотности вещества
3. Экспериментально проверьте гипотезу
4. Сделайте вывод

Постоянный ток.

Работа первого типа:

Используя источник тока (4,5 В), вольтметр, амперметр, ключ, реостат, соединительные провода, резистор, соберите экспериментальную установку для определения мощности электрического тока в резисторе. При помощи реостата установите силу тока 0,5А.

В бланке ответов:

1. Нарисуйте электрическую схему эксперимента;
2. Запишите формулу для расчета мощности электрического тока;
3. Укажите результаты измерения напряжения при силе тока 0,5 А;
4. Запишите значение мощности электрического тока.

Работа второго типа:

Используя источник тока (4,5 В), вольтметр, амперметр, ключ, реостат, соединительные провода, резистор, соберите экспериментальную установку для определения силы тока в резисторе и напряжения на его концах.

В бланке ответов:

1. Нарисуйте электрическую схему эксперимента;
2. Укажите результаты измерения  силы тока и напряжения  при двух разных положениях   бегунка реостата;
3. Нарисуйте вольт – амперную характеристику резистора.
4. Сделайте вывод о зависимости силы тока от напряжения

Работа третьего типа:

Используя источник тока (4,5 В), вольтметр, ключ, соединительные провода, 2 резистора, соберите экспериментальную установку для проверки предположения: полное напряжение в цепи при последовательном соединении равно сумме напряжений на отдельных участках цепи.

В бланке ответов

1. Нарисуйте электрическую схему эксперимента;
2. Укажите результаты измерения напряжения на участках состоящих из первого резистора, второго резистора, двух резисторов;
3. Сравните результаты измерений;
4. Сделайте вывод.

Работа четвертого типа:

Используя источник тока (4,5 В), вольтметр, амперметр, ключ, реостат, соединительные провода, резистор, соберите экспериментальную установку для исследования зависимости сопротивления проводника от силы тока и напряжения

В бланке ответов:

1. Нарисуйте электрическую схему эксперимента;
2. Запишите формулу для расчета сопротивления резистора;
3. Укажите результаты измерения  силы тока и напряжения  при трех разных положениях   бегунка реостата, вычислите сопротивления, все результаты оформите в  виде таблицы;
4. Сравните сопротивления, сделайте вывод.