Требования к оснащению современного кабинета физики
консультация по физике

План

1. Роль оснащения кабинета физики в рамках модернизации образования по физике.
2.  Требования к оснащению образовательного процесса ФГОС ООО по физике.

1.  Рекомендации по оснащению школ учебно-методической литературой и ТСО.
2. Рекомендации по оснащению кабинета физики лабораторным оборудованием.
3. Демонстрационный комплекс кабинета физики:

• Приборы и принадлежности общего назначения;
• Система средств измерения;
• Характеристика учебного кабинета;
• Рабочая зона учителя;
• Интерактивная доска;
• Цифровая лаборатория «Архимед»;
• Документ-камера.

3. Комплекты «ЕГЭ-лаборатория» и «ГИА- лаборатория».

Сейчас много говорят о важности мотивации в обучении. И если взрослых можно стимулировать материальными поощрениями, то с детьми все проще и одновременно сложнее: им или интересно, или нет. Если интересно – информация усваивается, если нет – сколько ни заставляй ребенка сидеть за книжками, сколько ни пугай контрольными, знания выветриваются из головы сразу же после получения оценки. И наоборот: если материал понятен и увлекателен, зубрежка не нужна. Способов сделать урок наглядным и интересным сегодня множество. Арсенал современных средств велик: каждая школа выбирает то, что позволяет бюджет и мастерство преподавателя, а современное оборудование позволяет не только оптимизировать учебный процесс, но и сделать его стильным, модным. Для детей это очень важно. Им важно сознавать, что их школа - «продвинутая», чтобы они могли похвастать сверстникам во дворе, родителям, старшим братьям и сестрам, на каком оборудовании они сегодня работали. Им нужно чувствовать, что в их школе все самое лучшее. Это повышает их интерес к учебе, подстегивает мотивацию.

Одна из основных причин падения интереса к физике – скудное, устаревшее оборудование для демонстрационных и лабораторных работ. Кабинет физики и оборудование должны быть современными, отвечающими последним новинкам техники. Физика – это экспериментальная наука, познание происходит в результате проделанных опытов, экспериментов. Ученик, самостоятельно выполняя лабораторные работы с помощью современного прибора, придет в восторг и решит, что физику необходимо знать, чтобы быть современным и востребованным  человеком в век высоких технологий.

Рассмотрим современные требования к оснащению кабинета физики в рамках модернизации образования по физике,

Основания и цели разработки требований.

Требования к оснащению разработаны на основе федерального компонента государственных образовательных стандартов общего образования по физике. Они представляют собой рекомендации к материально-техническому обеспечению учебного процесса, предъявляемые к образовательным учреждениям в условиях ввода государственных стандартов по физике.

Документ  содержит 3 раздела.

В первом разделе представлены рекомендации по оснащению школ нормативной документацией, учебно-методическими комплектами, печатной продукцией, техническими средствами обучения, необходимыми для перехода школ на организацию процесса обучения в соответствии с требованиями образовательных стандартов по физике.

Во втором разделе приведены перечни лабораторного оборудования, необходимого для выполнения фронтальных лабораторных работ и работ физического практикума.

В третьем разделе приведены перечни демонстрационного оборудования.

Первый раздел рекомендаций позволяет сформировать целостную систему оптимальных условий для работы учителя физики на базе библиотечных фондов, общешкольной системы современных технических средств и др.

В настоящее время в практику преподавания вводятся принципиально новые носители информации. Так, например, значительная часть учебных материалов, в том числе тексты источников, комплекты иллюстраций, графики, схемы, таблицы, диаграммы все чаще размещаются не на полиграфических, а на мультимедийных носителях. Появляется возможность их сетевого распространения И формирования на базе учебного кабинета собственной библиотеки электронных изделий.

Таким образом, настоящие требования выполняют функцию ориентира в создании ЦЕЛОСТНОЙ ПРЕДМЕТНО-РАЗВИВАЮЩЕЙ СРЕДЫ, необходимой для реализации требований к уровню подготовки выпускников на каждой ступени обучения, установленных стандартом. Они исходят из задач комплексного использования материально-технических средств обучения, перехода от репродуктивных форм учебной деятельности к самостоятельным, поисково-исследовательским видам работы, переноса акцента на аналитический компонент учебной деятельности, формирование коммуникативной культуры учащихся и развитие умений работы с различными типами информации.

Данные требования могут быть уточнены и дополнены применительно к специфике конкретных образовательных учреждений, уровню их финансирования, а также исходя из последовательной разработки и накопления собственной базы материально-технических средств обучения (в том числе в виде мультимедийных продуктов, создаваемых учащимися, электронной библиотеки, видеотеки и т.п.).

При возможности желательно создать технические условия для использования компьютерных и информационно-коммуникативных средств обучения (в т.ч. для передачи, обработки, организации хранения и накопления данных, сетевого обмена информацией, использования различных форм презентации результатов познавательной деятельности).

Однако главное в оснащении кабинета физики – это лабораторное и демонстрационное оборудование.

Государственный стандарт по физике предполагает приоритет деятельностного подхода к процессу обучения, развитие у школьников умений

• проводить наблюдения природных явлений,
• описывать и обобщать результаты наблюдений,
• использовать простые измерительные приборы для изучения физических явлений;
• представлять результаты наблюдений или измерений с помощью таблиц, графиков и выявлять на этой основе эмпирические зависимости;
• применять полученные знания для объяснения разнообразных природных явлений и процессов, принципов действия важнейших технических устройств, для решения физических задач.

Оборудование, представленное в рекомендациях, учитывает три формы эксперимента, проведение которого регламентировано примерными программами: демонстрационный эксперимент и два вида лабораторного эксперимента: фронтальный – в основной школе и базовом уровне старшей ступени, фронтальный и лабораторный практикум – при изучении физики на профильном уровне.

Лабораторное оборудование представлено в разделе II, состоящем из трех подразделов. В подразделе 1.1 этого раздела представлено лабораторное оборудование общего назначения, а в подразделе 1.2 представлены тематические комплекты.

В соответствии с требованиями Стандарта учащиеся должны овладевать не только конкретными практическими умениями, но и основами естественнонаучного метода познания. Оптимальным для достижения указанных целей является использование тематических комплектов лабораторного оборудования по механике, молекулярной физике, электричеству и оптике.

Использование тематических комплектов:

• способствует формированию такого важнейшего общеучебного умения, как подбор учащимися оборудования в соответствии с целью проведения самостоятельного исследования;
• позволяет проводить экспериментальную работу на любом этапе урока;
• радикально уменьшает трудовые затраты учителя при подготовке к урокам.

Обратим внимание на некоторые особенности фронтальных комплектов.

В состав фронтального оборудования, наряду с аналоговыми, входят и цифровые средства измерения. К ним относится электронный секундомер с датчиками в комплекте по механике. В комплект лабораторного оборудования общего назначения входят рычажные весы, а в комплект по молекулярной физике – цифровые. Таким образом, учащиеся и знакомятся с фундаментальным принципом измерения (сравнение), и получают современный прибор для измерения массы тела. Всюду, где это возможно, необходимо сначала пронаблюдать явление, опираясь на изученные учащимися простые и ясные способы наблюдения и анализа его, и только после этого переходить к исследованию явления цифровыми и компьютерными средствами

Впервые в состав лабораторного оборудования для основной школы включены два амперметра с ценой деления 0,1 А/дел и 0,02 А/дел и два динамометра с ценой деления 0,1 Н/дел и 0,02 Н/дел, что позволяет сформировать такое общеучебное умение, как подбор оборудования в соответствии с условиями измерения.

В состав оборудования общего назначения рекомендуется включить комплект научных калькуляторов, т.к. их использование оптимизирует организацию вычислений при решении  учащимися задач, проведении фронтальных работ, использовании табличных данных. Применение калькуляторов создаёт одинаковые условия для изучения физики всеми учащимися, вне зависимости от уровня их вычислительных умений. В состав оборудования включен калькулятор  FX-82ES потому, что он сертифицирован в ИСМО РАО для применения в школах и для использования на  ЕГЭ.

Вся система оборудования для демонстрационного эксперимента по физике построена на основе оптимального сочетания классического оборудования и оборудования, основанного на применении цифровых методов измерения и компьютерных измерительных систем (L-Микро).

Только на их основе можно исследовать кинематические закономерности, иллюстрировать количественно II закон Ньютона и законы сохранения; пронаблюдать броуновское движение, графически исследовать тепловые явления.

Рекомендации учитывают, что в настоящее время осуществляется планомерный переход от приборного принципа разработки и поставки оборудования к комплектно-тематическому подходу. В настоящее время в школах параллельно сосуществуют обе системы.

В представленной системе оборудования реализуется принцип вариативности. Он выражается в том, что возможны, по крайней мере, три способа комплектации систем оборудования, каждый из которых позволяет осуществить экспериментальную поддержку примерных программ. Один из них – на основе компьютерных измерительных систем, второй – на базе цифровых способов обработки и представления результатов, третий – на основе классических аналоговых методов. Все три способа дополняют друг друга.

Принципы отбора объектов и средств материально-технического обеспечения.

Отбор оборудования осуществлялся с учетом ряда принципов. Главный из них – это полнота системы оборудования относительно экспериментальной части примерных программ и требований к учащимся, зафиксированных в образовательном стандарте.

Второй принцип – преемственность систем оборудования между ступенями и уровнями старшей школы – проявляется в том, что фронтальное оборудование является общим для обеих ступеней обучения. В системе демонстрационного оборудования имеются базовые элементы, общие для первой и второй ступеней, а также дополнительные элементы для профильного обучения в старшей школе.

Измерительный комплекс кабинета физики насыщается компьютерными и цифровыми средствами измерения. Это обуславливает такой принцип отбора, как оптимальное сочетание классических и современных средств измерений и способов экспериментального исследования явлений. Соблюдение этого принципа имеет особое значение для основной школы. Именно этот принцип требует включения в перечень оборудования для основной школы таких приборов, как жидкостный термометр, тележки демонстрационные, теплоприемники и др.

Расчет количественных показателей.

Количество учебного оборудования приводится в рекомендациях в расчете на один учебный кабинет. Конкретное количество указанных средств и объектов материально-технического обеспечения учитывает средний расчет наполняемости класса (25-30 учащихся). Для отражения количественных показателей в рекомендациях используется следующая система символических обозначений:

• Д – демонстрационный экземпляр (1 экз., кроме специально оговоренных случаев),
• К – полный комплект (для каждого ученика)
• Ф – комплект для фронтальной работы (1 комплект на двух учеников)
• П – комплект, необходимый для проведения лабораторного практикума (3 - 4 экз.).
• Б – библиотечные комплекты (5 экз).

Характеристика учебного кабинета. 

Наличие оборудования – необходимое, но недостаточное условие как развивающего обучения при изучении физики в соответствии с современными требованиями, так и организации эффективной работы учителя в соответствии с эргономическими требованиями. Необходима оптимальная организация рабочих зон учащихся и учителя в кабинете физики.

Формирование лабораторного оборудования в форме тематических комплектов оптимизирует организацию фронтального эксперимента при условии выполнения принципа прямого доступа учащихся к ним в любой момент времени. Это достигается (в зависимости от педагогической технологии, реализованной учителем) двумя способами хранения оборудования.

Первый способ – хранение оборудования общего назначения и тематических комплектов в шкафах, расположенных вдоль задней стены кабинета или боковой. Второй способ: использование специализированных лабораторных столов с выдвижным ящиком для хранения тематических комплектов и шкафов – для  хранения оборудования общего назначения. Наконец, можно использовать столы, в которых размещается всё лабораторное оборудование

К лабораторным столам, неподвижно закреплённым на полу кабинета, специализированными организациями подводится переменное напряжение 42 В от щита комплекта электроснабжения, мощность которого выбирается в зависимости от числа столов в кабинете.

Рабочая зона учителя в кабинете физики делится на две части.

К первой из них относится часть кабинета, ограниченная демонстрационным столом и сопрягаемым с ним рабочим местом учителя, на котором располагается компьютер. При отсутствии интерактивного комплекта необходим телевизор с экраном не менее 70 см, который воспроизводит изображение с экрана монитора компьютера.

К демонстрационному столу от щита комплекта электроснабжения подводится напряжение 42 В и 220 В. В торце стола размещается  тумба с раковиной и краном. Типовой демонстрационный комплекс вместе с рабочим местом учителя имеет длину 4 м.

Целый ряд демонстрационного оборудования – комплекты по механике, электричеству и оптике – при проведении опытов располагаются  на классной доске с помощью магнитов. Поэтому доска в кабинете физики должна иметь стальную поверхность. Рядом с доской располагаются щит комплекта электроснабжения и специальная полка для источников тока.

На фронтальной стене кабинета традиционно размещаются таблицы: шкала электромагнитных волн, таблица приставок и единиц СИ. При отсутствии интерактивной доски на стене закрепляется экран.

Осветители комплекта по геометрической оптике и мультимедиа-проектор не требуют полного затемнения, поэтому достаточно иметь плотную штору только на первом от фронтальной стены окне. В качестве затемнения с электроприводом удобно использовать рольставни.

Вторая часть рабочей зоны учителя – это специальная комната-лаборантская для хранения демонстрационного оборудования, подготовки опытов и отдыха учителя. В настоящее время серийно выпускается вся линейка мебели для лаборантской: шкафы общего назначения, специальные шкафы (для таблиц, длинномерного оборудования, книг), а также специальный стол для подготовки опытов и компьютеризированное рабочее место учителя в лаборантской.

Подвод электропитания щита электроснабжения кабинета осуществляется от входного блока, расположенного в лаборантской.

Кабинет физики, кроме лабораторного и демонстрационного оборудования, должен быть также оснащен учебно-методической, справочно-информационной, научно-популярной и другой литературой, противопожарным инвентарем и аптечкой с набором перевязочных средств и медикаментов. В кабинете должны быть инструкция по правилам безопасности труда для  учащихся и журнал регистрации инструктажа по правилам безопасности труда.

Интерактивная доска  является одним из новых технических средств обучения, которое позволяет значительно расширить возможности работы учителя с классом, обеспечивая современный уровень преподавания. Важное преимущество интерактивной доски – значительная экономия времени, удобство и простота навигации. Она даёт возможность:

•  работать непосредственно у доски без использования мыши и клавиатуры;
•  перемещать и увеличивать объекты и информацию;
•  в реальном времени наносить пометки, делать чертежи, записи;
•  выводить на печать необходимые материалы.

Программы для интерактивной доски предоставляют в распоряжение учителя новый инструмент, с помощью которого    можно:

• Повысить уровень визуализации при объяснении нового материала, делая его более доступным и привлекательным для учащихся;
• Проводить фронтальную и групповую работу, организуя наглядное выполнение интерактивных заданий у доски и обсуждение хода работы;
• Разнообразить приёмы и методы  работы с классом, строить предметный диалог с учениками и др.

Возможности программ  для интерактивной доски привлекут внимание  учеников, которым всегда интересны новые компьютерные технологии:

• Позволят чувствовать себя не пассивным созерцателем, а полноправным творцом познавательного процесса;
• Самые сложные науки превращаются в познавательную игру;
• Нестандартная форма подачи  материала способствует более качественному его усвоению, так как внимание учащихся на уроке становится более устойчивым;
• Значительно повышается мотивация к изучению предмета

Цифровая лаборатория «Архимед»  – комплекс оборудования для проведения исследований, демонстраций и лабораторных работ.

Позволяет автоматизировать сбор и обработку данных в экспериментах.

Уменьшает время, затрачиваемое учителем и учащимся на организацию и проведение фронтального и демонстрационного эксперимента.

Повышает степень наглядности эксперимента и его результата.

Позволяет проводить измерения в природных, полевых условиях.

Способствует решению и освоению межпредметных  задач.

Цифровая лаборатория (ЦЛ) «Архимед» включает:

• набор датчиков
• портативный компьютер NOVA5000, который совмещает в себе и регистратор данных, к которому можно подключить до 8 датчиков и мобильный портативный компьютер на ОС Windows CE с сенсорным экраном.
• Программное обеспечение – MultiLab CE –разновидность программы сбора и обработки данных. С помощью MultiLab CE можно:

• собирать данные и отображать их в ходе эксперимента
• выбирать различные способы отображения данных – в виде графиков, таблиц, табло измерительных приборов
• обрабатывать и анализировать данные с помощью Мастера анализа
• импортировать/экспортировать данные текстового формата
• вести Журнал экспериментов, просматривать видеозаписи предварительно записанных экспериментов.

Документ-камера

Все шире становится диапазон технических средств обучения, эффективно применяемых в российских школах. Документ-камеры - это особый класс устройств, предназначенных для передачи реальных изображений страниц учебников или школьных тетрадей, иллюстраций или нарисованных схем, трехмерных предметов или даже препаратов с микроскопа на телевизор, монитор или через видеопроектор на большой экран. Последняя возможность представляется наиболее полезной при проведении школьного урока, когда учителю необходимо оперативно донести до всего класса некую визуальную информацию. Это может быть демонстрация редкого рисунка, карты или объемной модели, дополняющих объясняемый материал учебника.

Документ-камера - наиболее универсальный прибор из применяемой в настоящее время в образовательных учреждениях презентационной аппаратуры. Это одновременно и оверхед-проектор (кодоскоп), и сканер, и видеокамера. Изделие может работать автономно, заменяя собой упомянутые инструменты. Более того, обладая встроенной памятью, камера позволяет запоминать изображения объектов и отображать их позднее, по мере необходимости, когда сам объект уже отсутствует. Некоторые модели оснащены встроенным устройством записи чтения на сменные флеш-карты памяти. Таким образом, «увиденные» однажды изображения можно сохранить в архиве или перенести на другое устройство. Или, наоборот, ранее полученное изображение (например, снятое цифровым фотоаппаратом) легко считать с карты и с помощью документ-камеры отобразить через проектор.

Каковы же основные достоинства документ-камеры?

Во-первых, она позволяет «оживить» процесс преподавания, сделать его более наглядным и убедительным и, как следствие, более эффективным. Ведь возможность демонстрации в любой момент любого объекта со стола или даже с рук учителя помогает поддерживать интерес и внимание учеников к изучаемому предмету.

Во-вторых, документ-камера выступает как инструмент установления обратной связи между учителем и классом, как средство повышения мотивации учеников. Это происходит, например, во время анализа только что выполненной контрольной работы или разбора домашнего задания на экране в реальном времени с комментариями учителя. Причем в этом процессе принимает участие весь класс.

В-третьих, появляется больше возможностей гибко реагировать на ситуацию, привносить в урок необходимый элемент интерактивности и диалога. В ответ на каверзный вопрос можно наскоро набросать от руки на листке бумаги схему или формулу и тут же отобразить ее на экране. А на уроке истории и обществознания использовать статьи и фотографии «на злобу дня» из журнала или утренней газеты

В-четвертых, камера упрощает процесс подготовки к уроку. Достаточно вычертить на стандартном листе формата А4 необходимый график, скопировать иллюстрацию из редкой или, наоборот, только что полученной книги, позаимствовать на время интересный экземпляр - все это уже на следующем уроке можно использовать как учебное пособие, доступное для просмотра и изучения всем классом.

И в-пятых, устройство реально и существенно экономит время учителя как во время подготовки к уроку, так и во время проведения самого урока. Любое письменное задание с листа, без подготовки раздаточного материала, одним нажатием кнопки через документ-камеру и проектор может быть спроецировано на доску или заменяющий ее экран.

Необходимо отдельно отметить целесообразность и эффективность использования документ-камеры совместно с интерактивными досками.Сама по себе любая интерактивная доска позволяет задействовать только заранее подготовленные на компьютере изображения. Для превращения ее в полноценное интерактивное устройство обучения необходимо включить документ-камеру в цепочку «компьютер - доска». Одним словом, современная документ-камера в руках учителя - многофункциональный инструмент, возможности которого далеко не ограничиваются простой визуализацией различных документов и объектов реального мира.

Только комплексное использование систем демонстрационного и лабораторного оборудования на базе оптимально организованных рабочих зон учителя и учащихся в кабинете физики создает необходимые условия для достижения целей обучения в условиях действия стандарта второго поколения.