Опыт использования компьютерных информационных технологий обучения при преподавании курса Физика по пакетам прикладных программ: Открытая физика, Физика в картинках
СОДЕРЖАНИЕ: Актуальность использования информационные технологии обучения в учебном процессе. Опыт использования и описание пакета программ: Открытая физика и Физика в картинках. Методические указания по проведению лабораторных работ и планы открытых занятий.ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ЮЖНО РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСТИТЕТ
(Новочеркасский политехнический институт)
Центр переподготовки и повышения квалификации преподавателей высших и средних специальных учебных заведений
Специальность: Педагогика средней специальной школы
ВЫПУСКНАЯ РАБОТА
на тему: «Опыт использования компьютерных информационных технологий обучения при преподавании курса «Физика» по пакетам прикладных программ: «Открытая физика», «Физика в картинках»».
Выполнил
Слушатель ЦППК ЮРГТУ:
И.Ф. Мороз
Руководитель
ЦППК ЮРГТУ:
Т.В. Климова.
К защите допускаю,
Защита принята
«___»_________2007г.
с оценкой________
Директор МРЦК
К.т.н. доцент В.Н. Ковалев.
«____»___________2007г.
Г. Новочеркасск, 2007г.
Содержание
1.Актуальность использования информационные технологии обучения в учебном процессе
2.Опыт использования пакета программ:«Открытая физика» и «Физика в картинках»
2.1Описание пакета программ:«Открытая физика» и «Физика в картинках»
2.2.Методы исследования физических явлений
2.3.Методические указания по проведению лабораторных работ
2.4.Планы открытых занятий
Заключение
Литература
1. Актуальность использования информационные технологии обучения в учебном процессе
Международный конгресс ЮНЕСКО «Образование и информатика» стратегическим ресурсом в образовании объявил информационные технологии.
Компьютер, телекоммуникационные и сетевые средства существенно изменяют способы освоения и усвоения информации, открывают новые возможности для интеграции различных действий, тем самым способствуют достижению социально-значимых и актуальных в современный период развития общества целей обучения.
Информационные технологии обучения определяют как совокупность электронных средств и способов их функционирования, используемых для реализации обучающей деятельности. Эти технологии классифицируют знания студентов на явные и неявные или как их стали звать артикулируемые и не артикулируемые. Артикулируемая часть знаний передаются студентам с помощью порций информации(текстовой, графической, видео и т.д.) в определенной последовательности и обеспечивает контроль за усвоением в точках учебного курса, определенных преподавателем.
Не артикулируемая часть знаний охватывает умения, навыки, интуитивные образы и другие части человеческого опыта, которые не могут быть переданы студентам непосредственно, а « добываются» ими в ходе самостоятельной познавательной деятельности при решении практических задач.
С появлением компьютеров в учебных заведениях начал меняться стиль преподавания, все больше стала использоваться проектная форма учебной деятельности. Компьютер со специальным пакетам программ помогает студенту провести опыты, обработать результаты, реально увидеть происходящие физические процессы с их графическим отображением, во время проведения эксперимента ,приобрести навык чтения графической информации.
Этот метод обладает следующими преимуществами перед обычными измерительными методами:
-возможность мгновенной регистрации происходящих явлений и как следствие этого, получение большого количества экспериментальных данных;
-наличие компьютерной программы, обрабатывающей результаты опыта, избавляет студентов от рутинных математических операций и представляет результаты эксперимента в удобном виде;
-доступность многократного повторения эксперимента с минимальными затратами времени на рутинные операции по его проведению.
Возможности компьютера прослеживать и обрабатывать лабораторный эксперимент позволяет интенсифицировать учебный процесс и использовать освободившееся время для детального объяснения, наблюдаемого явления. Модульность построения курса новых технологий позволяет формировать содержание предмета по усмотрению преподавателя.
Выполнение лабораторных работ ,решение экспериментальных задач, наблюдение за физическими явлениями вне лаборатории—все эти модели исследовательской поисковой деятельности будут актуальными в дальнейшей жизни студента вне зависимости от выбранной профессии.
Информационные технологии обучения дают возможность преподавателю применять:
- интеллектуальную систему обучения, которая имеет такие особенности, как адаптация к знаниям и особенностям студента, гибкость процесса обучения, выбор оптимального учебного воздействия, определение причин ошибок студентами;
-инструментальные авторские системы, которые опираются на последние достижения в области искусственного интеллекта и являются, безусловно, передовыми для разработки прикладных компьютерных программ, нацеленных на проблемно-ориентированный подход к обучению;
- специализированные компьютерные учебные программы для контроля знаний , педагогического тестирования и организации лекционного сопровождения;
-автоматизированные средства обучения в процессе подготовки специалистов;
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. Существует тесная взаимосвязь между существующими методами обучения(педагогическими приемами) и методическим содержанием и педагогическим назначением программно-методическим комплексом .
Современные возможности новых информационных технологий ориентированные на максимальную унификацию, на уровне программного и технического обеспечения позволяет создать программно- методические комплексы обучения как совокупность учебных фрагментов объединенных алгоритмическими средствами, задающими траекторию обучения.
Сопровождение лекционного материала динамическим изображением, качественными статическими графиками, текстами с разнообразными стилями, звуком осуществляется с помощью авторских информационных систем, помогает преподавателю в объяснении данного материала.
Поскольку конечной целью процесса обучения является контроль и тестирование, которые определяют и научно измеряют степень усвоения учебного материала и овладения необходимыми знаниями, умениями и навыками, то специализированные авторские информационные системы должны поддерживать следующие функциональные возможности:
-широкий набор способов предъявления заданий;
-полный набор способов анализа и вводов ответов;
-гибкость в способах выставления оценки, уровня учебных достижений студента;
-сбор и обработку индивидуальной и групповой статистической информации о результатах контроля;
-возможность работы в локальной вычислительной сети с целью автоматического сбора информации о ходе контроля и его результатах со всех компьютерах одновременно.
Новые информационные технологии и автоматизированные системы обучения позволяют проводить комплекс образовательных услуг, предоставляемые широким слоям населения в стране и за рубежом с помощью специализированной информационно-образовательной среды, базирующейся на средствах обмена учебной информацией на расстоянии (спутниковое телевидение, радио, компьютерная связь и т.п.),которые образовали технологии дистанционного образования.
Дистанционное образование призвана реализовать права человека на образование , получение информации и дает равные возможности при обучении школьников, студентов, гражданских и военных специалистов, безработных в любых районах страны и за рубежом за счет более активного использования научного и образовательного потенциала ведущих университетов, академий, институтов и других учебных заведений..
Глобальные системы дистанционного образования призваны обеспечить возможность реализовать просвещение и образование самых широких масс населения России за счет использования таких средств массовой информации как телевидение и радио.
Трансляция учебных программ широко используется во всем мире для дистанционного обучения. При этом возможен как показ лекций, познавательных программ для широкой аудитории без последующих зачетов, так и передача лекций с последующей сдачи зачетов.
При проведении дистанционного образования информационные технологии обучения обеспечивают доставку обучаемым основного объема изучаемого материала, интерактивное взаимодействие обучаемых и преподавателей в процессе обучения, предоставление студентам возможности самостоятельной работы по усвоению изучаемого материала, а также оценку знаний и навыков, полученных ими в процессе обучения.
В мировой практике дистанционное обучение для достижения этих целей применяются следующие информационные технологии:
-предоставление учебников и другого печатного материала;
-пересылка изучаемых материалов по компьютерным телекоммуникациям;
-видеопленки;
-кабельное телевидение;
-голосовая почта;
-двусторонние видеоконференции;
-односторонняя видеотрансляция с обратной связью по телефону;
-дискуссии и семинары, проводимые через компьютерные коммуникации;
-трансляция учебных программ по национальной и региональным телевизионным и радиостанциям.
При этом также используются компьютерные электронные учебники или электронные учебники на лазерных дисках.
Оперативное общение преподавателей и студентов является неотъемлемой частью процесса обучения. Во время такого общения студенты могут консультироваться у преподавателей. Обсуждать с ними проекты, решения, оценки. Это также позволяет преподавателям наблюдать за ходом усвоения материала и организовать обучение на основе индивидуального подхода.
Асинхронная система общения между преподавателем и студентом, необходимая для обмена информацией( вопросы, советы, дополнительный материал, контрольные задания), позволяет анализировать полученные сообщения и отвечать на них в любое удобное время.
На данный момент наиболее популярным видом асинхронных коммуникаций являются глобальные телекоммуникационные сети. Вполне очевидна выгода использования международных и национальных сетей типа Internet.
Internet-это мировая компьютерная сеть, которая объединяет огромное число различных исследовательских и образовательных компьютерных сетей. Практически все учебные заведения во всех индустриальных и во многих развивающихся странах имеют доступ к этой сети.
В процессе становления дистанционного образования появляются новые модели обучения ,такие как объектно-ориентированные или проектно-информационные модели обучения. В числе организационных форм обучения в этих моделях будут использоваться:
-телеконференции, позволяющие уяснить задачу и проблему осваиваемой области жизни;
-информационные сеансы, в процессе которых студенты работают с информационными полями из различных банков знаний и баз данных;
-проектные работы, позволяющие, используя полученную информацию, создавать фрагменты виртуальных миров, соответствующих познаваемой области жизни, проводить анализ случая, деловые и имитационные игры, тренинги, проблематизацию теорий и др.;
-дискуссии, «полевые занятия»(воскресные школы),которые позволят реализовать социализацию и экологизацию получаемого знания.
Все перечисленные формы предполагают высокий уровень индивидуализации обучения, не исключающий делового общения с ведущим специалистом в данной области знаний.
К перечисленным выше форма общения можно еще добавить необходимо иметь специальные знания и умения по работе в среде компьютерных телекоммуникаций ,непосредственно связанные с работой различных служб .
Интернет, электронной почты, теле конференций и т.п. и те ,что связаны со спецификой общения пользователей Интернет друг с другом.
В настоящее время колледж «Информатики и связи» пользуется дистанционным обучением. Студенты получают задания и отсылают ответы
по Интернету за все время обучения, только на защиту дипломной работы приезжают в колледж.
2.Опыт использования пакета прикладных программ.
2.1.Описание пакета программ:
2.1.1.Пакет программ «Открытая физика» (версия Windows )
Пакет программы «Открытая физика» разработан для учащихся школ, лицеев, гимназий, колледжей, студентов технических вузов и включает в себя полный интерактивный курс физики, разработанный авторским коллективом:
-профессор МФТИ, д.ф.м.н. С.М.Козел разработал учебник, задачи, интерактивные модели;
-профессор, к. пед. н. зав.лаборатории В.А. Орлов разработал тесты;
-к.ф.м.н. А,Ф. Кавтрев разработал методические материалы;
-к.пед.н. зав. лаборатории В.И. Зинковский разработал методические материалы;
-методист по физике, зав. лаборатории Н,Н, Гомулина разработала лабораторные работы и методические материаллы.
Интерактивный курс включает:
-иллюстрированный учебник;
-более 50 интерактивных учебных моделей;
-лабораторные работы;
-более 900 тестов, контрольные вопросы и задачи;
-систему составления контрольных работ;
-разбор типовых задач;
-журнал учета работы ученика;
-итоговые сертификационные тесты;
- справочные материалы;
- поисковую систему по ключевому слову;
-биографии ученых физиков;
-путеводитель по Интернет-ресурсам;
-методическую поддержку курса- поурочное планирование для учителей.
Полный мультимедийный курс физики позволит разобраться в различных вопросах физики, постичь ее основы, досконально понять сущность физических законов.
2.1.2.Пакет программ «Физика в картинках» (полная версия, DOS )
Компьютерный курс «Физика в картинках», представляет собой интегрированную, многофункциональную базу знаний по физике для средней школы. Учебный компьютерный курс содержит справочные сведения по физике, сопровождаемые красочными компьютерными экспериментами из механики, молекулярной физике, электормагнетизма, оптики, квантовой физике, модели исторических экспериментов и т.д.
В программу включены также вопросы и задачи для учащихся и предусмотрена возможность ввода ответов и их проверки.
Во всех программах можно изменять параметры компьютерного эксперимента. Эта программа является первой версией, которая была разработана тем же коллективом ,перечисленный выше.
Программа «Физика в картинках» имеет ряд достоинств и недостатков.
-Достоинства:
-новизна технического решения;
-наглядность физических явлений;
-эстетическое оформление;
-практическая направленность;
-применение компьютерных технологий
-Недостатки:
-краткое изложение теоретического материала;
-не полное содержание физических формул;
-при наблюдении за физическими экспериментами не возможно провести измерения физических величин;
Основным достоинством программы «Открытая физика» является:
-все эксперименты можно провести с измерением физических величин;
-подробное описание теоретического материала;
-теоретический материал сопровождается графиками и схемами;
-в каждой теме имеются тесты, вопросы и задачи;
-даются подробное описание решения задач;
-можно самостоятельно разработать алгоритмы лабораторных работ;
-даны модели некоторых лабораторных работ.
2.2. Методы исследования физических явлений
2.2.1. Естественнонаучные исследования
Компьютер со специальной программой помогает преподавателю
объяснять физические явления, демонстрируя его в виде графического отображения. Эксперимент многократно можно повторить с минимальными затратами времени.
Пример №1.
Раздел: «Электродинамика»
Тема: «Электромагнитная индукция»
С помощью данной программы можно объяснить явления электромагнитной индукции, демонстрируя 4 опыта Фарадея.
Общие исследования опыта Фарадея.
Опыт№1 ( схема №1) Исследования зависимости Э.Д.С электромагнитной индукции от скорости движения постоянного магнита. при постоянной магнитной индукции .
При проведении опыта постоянный магнит перемещать внутри катушки с разной скоростью.
Во время опыта фиксировать значение показания прибора(вольтметра) и заносить данные в таблицу№1.
Схема №1.
Скорость движения магнита вычислить по формуле: V=E/(B*l*Sind,принимая условно высоту катушки 0.2м, Угол пересечения постоянного магнита витки катушки принять 90°,так как магнит перемещают перпендикулярно виткам катушки.
График зависимости ЭДС от скорости движения постоянного магнита построить при помощи программы МSExcel.
Таб.№1 Во=0.2 Тл.
| Магнитная индукция В(Тл) | . 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 |
| Скорость движения магнита (м/С) | 1,25 | 2,5 | 3,75 | 5 | 6,25 |
| ЭД.С. индукции (В) | 0.05 | 0.1 | 0.15 | 0.2 | 0.25 |
График зависимости ЭДС от скорости движения магнита.
Вывод: При перемещении постоянного магнита, его силовые линии пересекают витки катушки, при этом возникает индукционный ток , поэтому стрелка гальванометра отклоняется. Показания прибора зависят от скорости перемещения магнита и от числа витков катушки
Опыт №2. Исследование зависимости Э.Д.С. электромагнитной индукции от величины магнитной индукции при постоянной скорости движения магнита , данные занести в таблицу №2.
Значение магнитной индукции принять условно ,для этого магнит разделить н а равные отрезки. В данном опыте постоянный магнит перемещать с постоянной скоростью и фиксировать показания прибора (вольтметра).График зависимости ЭДС от величины магнитной индукции построить с помощью программы МSExcel.
Таб.№2 значение скорости из таб.№1
| Магнитная индукция В(Тл) | 0,2 | 0,4 | 0,6 | 0,8 |
| Скорость движения магнита (м/с) | 1,25 | 1,25 | 1,25 | 1,25 |
| Э.Д.С. индукции (В) | 0.05 | 0.1 | 0.15 | 0.2 |
График зависимости ЭДС от величины магнитной индукции.
Вывод: При увеличении размера постоянного магнита, который вводят
в катушку величина ЭДС линейно возрастает в начальный момент до номинального значения, а затем возрастает нелинейно. При дальнейшем увеличении магнитной индукции может наступить момент магнитного насыщения и тогда ЭДС не возрастает .
Опыт №3 Исследование зависимости ЭДС электромагнитной индукции от величины магнитной индукции. Перемещать катушку с постоянной скоростью, а постоянный магнит остается неподвижным. Записать показания прибора в таблицу№3 и сравнить с данными таблицы №1.Сделать выводы после проведения опытов.
Таб.№3 Во=0.2 Тл.
| Магнитная индукция В(Тл) | . 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 |
| Скорость движения магнита (м/С) | 1,25 | 2,5 | 3,75 | 5 | 6,25 |
| ЭД.С. индукции (В) | 0.05 | 0.1 | 0.15 | 0.2 | 0.25 |
Вывод: При перемещении катушки стрелка прибора откланяется также как и при перемещении постоянного магнита
Для проведения опыта №4,5 применять схему№2 проводить без измерений, только проверить эксперимент
Схема №2
Опыта №4 проводим эксперимент перемещаем катушки относительно друг друга замкнув при этом рубильник, наблюдая за показаниями прибора .
Вывод.
В этом опыте мы пропускаем через первую катушку ток, который создает магнитный поток и при движении второй катушки внутри первой, происходит пересечение магнитных линий ,поэтому возникает индукционный ток.
Опыта №5 наблюдать за показаниями прибора в момент включения и выключения рубильника.
Вывод.
В момент включения или выключения рубильника стрелка прибора отклоняется влево или вправо. Причиной отклонения стрелки является возникновение силы ,которая мешает изменению величины и направлению тока. Эта сила называется ЭДС самоиндукции.
Заключение
Общие исследования опытов Фарадея имеет ряд достоинств и недостатков.
Достоинства.
Этот вариант помогает студентам понять:
- причины возникновения ЭДС.
- зависимость величины ЭДС от скорости перемещения магнита
-зависимость направления ЭДС от направления движения магнита
.Недостатки.
Этот вариант не позволяет точно провести измерения и расчет
скорости движения магнита
Пример№2.
Раздел: «Квантовая оптика ».
Тема: «Исследование явления фотоэффекта».
Используя, компьютерную программу можно экспериментально проверить законы внешнего фотоэффекта. Для этого открываем содержание программы «Открытая физика часть 2»,тема «Исследование явления фотоэффекта».
На экране монитора демонстрируется экспериментальная установка изучения фотоэффекта.
Схема экспериментальной установки для изучения фотоэффекта.
С помощью этой установки можно определить зависимость:
-фототока от напряжения задержки;
-фототока от мощности источника питания;
-фототока от длины волны светового потока.
2.2.2.Инновационные творческие исследования
На основе компьютерной проектной среды типа «Физика в картинках», «Открытая физика» можно провести творческие исследования при проведении лабораторных работ в компьютерном классе.
Преподаватель по степени подготовки студента выдает задание провести общие исследования или инновационные творческие исследования.
Общие исследования позволяют студенту освоить базовый курс физики.
При инновационном творческом исследовании студенту дается возможность показать свою поисковую и аналитическую компетенцию.
Инновационные творческие исследование опытов Фарадея.
В данном исследовании студент получает задание:
1.Измерить высоту катушки и время движения постоянного магнита
2.Построить информационную модель процесса в виде таблицы
3.Построить график при помощи программы МSExcel ,в которую занести значение изменения магнитного потока и вектора магнитной индукции.
4.Измерить величину Э.Д.С. ,занести в таблицу и построить ее с помощью программы MSExcel
5Построить графики при помощи программы MSExcel
6. Зарисовать электрическую схему каждого опыта
В процессе выполнения лабораторной работы студент применяет знания, полученные на занятиях по физике и информатики, что дает ему возможность творчески подходить к исследованию.
Схема №1
Опыты Фарадея. Модель генератора переменного тока.
Для точного проведения опыта по схемы №1 проводим измерения параметров катушки: высоту и ширину катушки, толщину витка.
Вычисляем параметры катушки: площадь ,внутренний диаметр.
Данные измерения:
Высота катушки h=2.5см.
Количество витков 7шт.
Ширина катушки (внешний диаметр)- D=2,5см.
Данные вычисления:
Высота витка h1=2.5/7=0,3 см.
Площадь катушки S=(
*d
)/4=2,504см..
Внутренний диаметр d=D-2*(h1)=1,785см
Магнитный поток Ф=В*S*h
Исследование зависимости магнитного потока от магнитной индукции.
Таблица №1
| В(Тл) | 0,0004 | 0,0008 | 0,0015 | 0,0031 | 0,0063 | 0,0125 | 0,025 | 0,1 |
| Ф=ВSh(Вб) | 0,014 | 0,027 | 0.054 | 0,11 | 0,22 | 0,44 | 0,88 | 1,75 |
График зависимости магнитного потока от магнитной индукции.
Опыт№1. Исследование зависимости ЭДС электромагнитной индукции от магнитного потока. Во время эксперимента перемещаем постоянный магнит с постоянной скоростью. Данные опыта занести в таблицу №2.
Таблица№2 V-const.
| Ф=ВSh(Вб) | 0,014 | 0,027 | 0.054 | 0,11 | 0,22 | 0,44 | 0,88 | 1,75 |
| D Ф/dt | 0,0068 | 0,014 | 0,027 | 0,055 | 0,11 | 0,22 | 0,44 | 0.88 |
| ЭДС(В) | 0,0023 | 0,0046 | 0,009 | 0,018 | 0,036 | 0,073 | 0,15 | 0,29 |
График зависимости ЭДС индукции от магнитного потока.
Вывод: Этот метод исследования дает полную картину зависимости ЭДС электромагнитной индукции от магнитного потока. С помощью программы МSExcelи точных расчетов и измерений построены графики :
-зависимости магнитного потока от магнитной индукции постоянного магнита;
-зависимости ЭДС электромагнитной индукции от магнитного потока.
Способствует:
- углублению и расширению знаний студента;
-формированию интереса к познавательной деятельности;
-овладению приема процесса познания;
-развитию познавательных способностей.
Заключение.
В процессе исследования закона электромагнитной индукции на основе опытов Фарадея в виртуальном режиме были сделаны следующие выводы:
-.виртуальный режим помог понять:
-причины возникновения индукционного тока;
-от чего зависит направление и величина индукционного тока;
-независимо, что перемещаем магнит или катушку возникает индукционный ток;
-перемещение катушки, подключенной к источнику питания, внутри другой катушки, то же возникает индукционный ток;
Проведя два метода исследования опытов Фарадея можно подвести итоги этой работы:
-общие исследования дают возможность всем студентам, не зависимо от степени подготовки ,понять причину возникновения индукционного тока и провести необходимые расчеты;
- инновационное- творческое исследования дает возможность более точно провести замеры и расчеты
- используя знания по дисциплине «Информатика» построены графики зависимости ЭДС :
-от скорости движения магнита;
-от величины магнитной индукции;
2.3.Методические указания по проведению лабораторных работ
2.3.1Лабораторная работа «Исследование явления фотоэффекта»
Главной целью лабораторной работы является эксперимент Столетова исследование явления фотоэффекта.
При подготовке к работе студент обязан ознакомиться с соответствующим разделом лекций и с литературой, указанной в описании.
Перед началом выполнения работы студент проходит собеседование с преподавателем, для которого необходимо:
1.иметь тетрадь, подготовленную для выполнения работы;
2.знать принцип работы схемы;
3 конкретно представлять все операции выполнения рабочего задания;
4. представлять вид исследуемых характеристик.
Алгоритм для проведения лабораторной работы.
Раздел: «Квантовая оптика».
Тема: «Исследование явления фотоэффекта»
Цель занятия: формирование умения проводить научные исследования явления фотоэффекта.
Модель. Фотоэффект
Схема состоит: 1.стеклянный баллон, 2.осещаемая пластинка(катод) 3.анод 4.батарея 5.гальванометр 6.потенциометр 7.окошко, прозрачное для видимого света и ультрафиолетовых лучей
Подготовка к работе:
1.Изучить по конспекту лекций и нижеприведенной литературе следующие вопросы:
а) Действие света на вещество;
б) Фотоэлектрический эффект
в) Законы фотоэлектрического эффекта
б) Вольт- амперная характеристика.
Указания к выполнению работы.
1.Включить компьютер, вставить диск, войти в программу «Квантовая физика», тема «Фотоэффект».
2.Провести исследования зависимости фототока от напряжения источника питания. С помощью мыши установить длину волны света и мощность источника питания света. Во время опыта длина воны света и мощность источника питания света остаются постоянными (их величины задаются преподавателем).
Изменяя напряжение источника питания с помощью потенциометра записать показания прибора в таблицу №1.
Плавно изменяя напряжение от -2В до +2В определите момент исчезновения фототока.
Таблица№1.
| U, В | -2 | -1 | 0 | +1 | +2 |
| I,мА |
Постройте график по данным таблицы с помощью программы MSExcel.
3.Провести исследования зависимости фототока от мощности источника питания, при постоянной длине волны света и постоянном напряжении источника питания .Меняя мощность источника питания от 0 до 1мВт с помощью потенциометра ,записываем показания прибора в таблицу №2.
Таблица №2.
| Р, мВт | 0 | 0.2 | 0.4 | 0.6 | 0.8 | 1 |
| I,мА |
Построить график по данным таблицы с помощью программы MSExcel.
4.Провести исследования зависимости фототока от длины волны света, при постоянном напряжении и мощности источника питания.
Меняя частоту или длину волны света от 400нм до 700нм,зафиксировать начало фотоэффекта .Определить красную границу света. Данные опытазанести в таблицу №3.
Таблица №3.
| ,нм | 400 | 500 | 600 | 700 |
| I,мА |
Построить график по данным таблицы с помощью программы MSExcel
2.3.2.Лабораторная работа «Исследование явления электромагнитной индукции»
Главной целью лабораторной работы является экспериментальная проверка законов Фарадея. При подготовке к работе студент обязан ознакомиться соответствующим разделом лекций и литературой, указанной в описании.
Перед началом выполнения работы преподаватель поясняет, как должна выполнятся лабораторная работа. Для записи студент должен иметь:
1.тетрадь, подготовленную для выполнения работы;
2.знать принцип работы схемы;
3.конкретно представлять все операции выполнения рабочего задания;
4.представлять вид исследуемых характеристик.
Алгоритм для проведения лабораторной работы.
Раздел: «Основы электродинамики».
Тем а «Электромагнитная индукция».
Название: «Исследование явления электромагнитной индукции».
Цель работы: формирование умения:
1.проводить исследование физических процессов в опытах Фарадея , используя компьютерные технологии.
2 изображать график зависимости Э.Д.С. от магнитной индукции и скости движения постоянного магнита .
3 строить информационную модель для описания физических процессов.
4 алгоритмически мыслить, т. е. планировать структуру
5.компетентных и коммуникативных способностей (сотрудничество с преподавателем и другими студентами).
Оборудование: Компьютер IBMPC 486, лазерный компакт-диск «Физика в картинках».
Порядок выполнения работы:
1Включить компьютер ,вставить диск, войти в программу « Электродинамика » тема « Опыты Фарадея»
2.Зарисовать:
а) картинку опытов Фарадея
Опыты Фарадея. Модель генератора переменного тока.
б) Провести на опыте №1 исследования зависимости Э.Д.С электромагнитной индукции от скорости движения постоянного магнита. при постоянной магнитной индукции. С помощью мыши перемещатьпостоянный магнит в катушке и фиксировать показания вольтметра. Данные опыта занести в таблицу№1.
Таб.№1. Во=0.2 Тл.
| Магнитная индукция В(Тл) | . 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
| Скорость движения магнита (м/С) | |||||
| ЭД.С. индукции (В) |
Скорость движения магнита вычислить по формуле V= E/(B*l*Sin),где I=0.2м . =90.данные расчета занести в таблицу №1 и №2.
Провести на опыте №1. исследование зависимости Э.Д.С. электромагнитной индукции от величины магнитной индукции при постоянной скорости движения магнита .При этом условно постоянный магнит разбить на несколько частей. С помощью мыши вводить постоянный магнит в катушку и фиксировать показания прибора, данные занести в таблицу №2.
Таблица №2
| Магнитная индукция В(Тл) | 0.2 | 0.15 | 0.1 | 0.05 |
| Скорость движения магнита (м/с) | ||||
| Э.Д.С. индукции (В) |
г). На опыте №2 перемещать вместо постоянного магнита многовитковую катушку. Зафиксировать показания прибора и сравнить с предыдущими опытами.
Выполнить задание: 1.Ответить на вопросы программы
2.Построить графики e=(V) ; e=f(B)
3.Оформить лабораторную работу по стандарту
2.4. Планы открытых занятий
2.4.1. План открытого занятия на тему: «Исследование явления электромагнитная индукция»
Специальность: 2101,1806. гр.Э-1-1 ,дата: 17.03.06г
Дисциплина: Физика.
Преподаватель: Мороз И.Ф.
Изучаемый раздел: «Основы электродинамики».
Тема занятия : «Электромагнитная индукция».
Вид занятия: Лабораторная работа № 10 «Опыты Фарадея» «Исследование явления электромагнитной индукции»
Цели занятия: дидактические: формирование умения:
1проводить научные исследования физических явлений;
2.строить графики зависимости физических величин;
3.определять технические параметры( скорость, электродвижущую силу, магнитную индукцию);
развивающие: 1. развитие компетентных способностей
2. алгоритмически мыслить, т.е. планировать структуру
3.усвоение основ физики как фундаментальной науки;
4. использование компьютерной технологии.
5.применение знаний при изучении спец.предметов.
воспитательные 1. коммуникативные способности студента;
2.бережное отношение к оборудованию;
3.ответственость за свои действия.
Тип занятия: Практическая работа
Методы: Исследование физических явлений.
Приемы: Алгоритм проведения работы.
Междисциплинарные связи: черчение, математика, электроника, электротехника, электрические машины.
Региональный компонент: НЭВЗ, ГРЭС, мобильная, телевизионная связь.
Оборудование: Класс компьютерной технологии, лазерный диск «Физика в картинках»
Литература: 1.Физика: учебное пособие для колледжа-
Автор В.Ф. Дмитриева издание М.Высшая школа 2004г.
2.Информатика-практикум по компьютерной технологии авторы О.Ефимова, М .Моисеева, Ю . Шафрин 1997г
Ход занятия:
Организационная часть: проверка отсутствующих, определение цели и задачи занятия.
Опрос фронтальный
Вопросы и ответы:
Вопрос№1. Кем была установлена взаимная связь электрических и магнитных полей?
Ответ. Взаимная связь электрических и магнитных полей была установлена английским физиком М. Фарадеем.
Впрос№2. Какую задачу он поставил перед собой?
Ответ. Он знал ,что электрические токи создают вокруг себя магнитное поле, а может ли магнитное поле вызвать появление электрического тока?
Вопрос№3.Что обнаружил экспериментально М.Фарадей в 1831 г?
Ответ. В 1831г. М.Фарадеем экспериментально было обнаружено, что при изменении магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, в нем возникает электрический ток. Это явление было названо электромагнитной индукцией, (индукция обозначает «наведение»)
При движении контура в магнитном поле генерируется не определенный ток, а электродвижущая сила.
Вопрос№4.Как читается закон Фарадея? е=-dФ/dt
Ответ. Величина э.д.с. индукции равна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром
Вопрос№5.Что отражает знак минус в формуле?
Ответ .Знак минус в формуле отражает правило Ленца
Индукционный ток всегда направлен таким образом ,что его действие противоположно действию причины, вызывающей ток.
Вопрос№6 .Как определить направление э.д.с проводника ,который двигается в магнитном поле?
Ответ. Направление э.д.с. определяется правилом правой руки.
Вопрос№7.Где практически используется явление электромагнитной индукции?
Ответ. Явление электромагнитной индукции лежит в основе действия электрических генераторов. Если равномерно вращать проволочную рамку в однородном магнитном поле, то возникает индукционный ток ,периодически изменяющий свое направление.
Мотивация темы и цели занятия:
1.Цель лабораторной работы.
2.Пояснить. Как выполняется работа?
3.Снять характеристики зависимости э.д.с электромагнитной индукции от:
а) скорости движения магнита
б) величины магнитной индукции
4.Данные эксперимента занести в таблицу и построить график.
5.Ответить на вопросы, используя банк данных компьютера при расчете параметров применить инженерный калькулятор
6.Аттестация выполненной работы
7. проверка усвоения изучаемого материала студентами .
Тесты контроля.
1.Кто открыл явление электромагнитной индукции?
А.Эрстед; Б. Кулон; В. Вольт; Г. Ампер; Д. Фарадей(+).
2.Каким из приведенных ниже выражений определяется ЭДС индукции в замкнутом контуре?
А.BS* Cos ; Б. dФ/dt (+); B.qvBSin ; Г. qvBl ; Д. IBlSin
3.Как называется единица измерения магнитного потока?
А.Тесла; Б.Вебер(+); В.Гаусс; Г. Фарад; Д.Генри.
4.Единицей измерения ,какой физической величины является 1 Генри?
А.Индукция магнитного поля; Б.Электроемкость; В.Самоиндукция;
Г.Магнитный поток; Д. Индуктивность(+).
5.Как называется явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока через контур?
А.Электромагнитная индукция(+); Б.Явления намагничивания; В. Сила Ампера; Г.Сила Лоренца; Д.Электролиз.
6.Магнитный поток через контур за 5*10 с. Равномерно уменьшился от 10мВб до 0мВб.Каково значение ЭДС в контуре за это время?
А. 0,0005В; Б.0.1В ; В.0.2В(+); Г.0.4В; Д.1В ; Е 2В.
7.Каково значение энергии магнитного поля катушки индуктивностью 5Гн. при силе тока в ней 400мА?.
А. 2Дж.; Б. 1Дж.; В. 0.8Дж.(+) ; Г.0.4Дж.; Д. 1000Дж.; Е. 400000Дж.
8.Ток 4А. создает в контуре магнитный поток 20 мВб. Какова индуктивность контура?
А.5Гн. ; Б.5мГн.(+) ; В. 80Гн. ; Г. 80мГн. Д.0.2Гн. ; Е.200Гн.
9.Вокруг проводника с током возникло магнитное поле. Что является источником энергии этого поля?
А. ЭДС; Б. Проводник; В.Ток(+) ; Г.Магнитное поле.
Домашнее задание:
-оформить лабораторную работу
-построить графики в MSExcel.
Преподаватель Мороз И.Ф.
2.4.2.План открытого занятия на тему «Исследование явления фотоэффекта »
Специальность: 1806,гр. Э-1-1, дата: 02.06 .06г.
Дисциплины: Физика.
Преподаватели: Мороз И.Ф.
Изучаемый раздел: Квантовая оптика.
Тема занятия: « Исследование явления фотоэффекта».
Вид занятия: Лабораторная работа
Цели занятия: дидактические - формирование умений:
1)проводить научные исследования физических явлений;
2)строить графики зависимости физических величин;
3)определять технические параметры(фототок, красную границу тока) ;
развивающие : 1)развитие компетентных способностей,
алгоритмического мышления, т.е.умения планировать структуру
2)усвоение основ физики как фундаментальной науки;
3)использование компьютерной технологии.
4)применение знаний при изучении спец.дисциплин.
воспитательные : 1)развитие коммуникативных способностей
2)бережного отношения к оборудованию
3)ответственности за свои действия.
Тип занятия: Практическая работа
Методы: Исследование физических явлений.
Приемы: Алгоритм проведения работы.
Междисциплинарные связи: черчение, математика, электроника
Региональный компонент: железнодорожный транспорт, электросеть (освещение улиц города)
Оборудование: Класс компьютерной технологии, лазерный диск «Физика в картинках»
Литература: 1.Физика: учебное пособие для колледжа - Автор В.Ф. Дмитриева, издание М.Высшая школа, 2004г.
2.Информатика-практикум по компьютерной технологии, авторы О.Ефимова, М .Моисеева, Ю .Шафран ,1997г
ХОД ЗАНЯТИЯ.
Организационная часть: проверка отсутствующих;
определение целей и задач занятия.
Опрос фронтальный.
Вопросы и ответы.
- Вопрос№1.В каком году и кем был открыт фотоэлектрический эффект?
Ответ. Фотоэлектрический эффект был открыт в 1887г. немецким физиком Г.Герцем и 1890г. экспериментально исследован А.Г. Столетовым.
- Вопрос№2. Какими свойствами обладает фотон?
Ответ. Свет при испускании и поглощении ведет себя подобно потоку частиц, получивших название фотонов или световых квантов. Фотон движется в вакууме со скоростью света. Фотон не имеет массы покоя, существует только при движении, остановить его нельзя, он обладает импульсом так как постоянно двигается
- Вопрос№3.Как устроена экспериментальная установка для исследования фотоэффекта?
- Вопрос№4. Какие закономерности были установлены экспериментально?
Ответ. а) Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с увеличением частоты света и не зависит от его интенсивности.
б)Для каждого вещества существует так называемая красная граница фотоэффекта, т.е. наименьшая частота при которой еще возможен фотоэффект
в)Число фотоэлектронов ,вырываемых светом из катода за 1с,прямо пропорционально интенсивности света.
г)Фотоэффект практически не имеет инерции , фототок возникает мгновенно после начала освещения катода при условии, что частота света больше минимальной частоты.
6Вопрос№6.Где применятся явление фотоэффекта?
Ответ. Фотоэффект применяется в электронных приборах.
Мотивация темы и цели занятия:
1.Цель лабораторной работы.
2.Пояснить.Как выполняется работа?
3.Снять характеристики зависимости фототока от:
а)мощностиI=F(P) при-const,U-const,
б) длиныволныI=F() приP-const, U-const,
г)напряжения задержки I=F(U)при P-const, -cons
4.Данные эксперимента занести в таблицу и построить графики
в МSЕхсеl.
5.Аттестация выполненной работы
6. Проверка усвоения изучаемого материала студентами .
Тесты контроля.
1.Как называется минимальное количество энергии, которое может излучить система?
(+)А. Квант; Б. Джоуль; В.Электрон-вольт; Г. Электрон ; Д.Атом.
2.Какой из перечисленных ниже величин пропорциональна энергия кванта?
А.Длина волны; (+)Б. Частота; В. Время; Г.Заряд; Д. Скорость фотона.
3.Как называется явление испускания электронов веществом под действием электромагнитных излучений?
А.Электролиз; Б.Фотосинтез;(+) В.Фотоэффект; Г Электризация Д Ионизация
4.Кто предложил ядерную модель строения атома?
А. Томсон ;(+)Б.Резерфорд; В.Беккерель; Г.Гейзенберг; Д. Бор.
5.Какой вид радиоактивного излучения наиболее опасен при внешнем облучении человека?
А. Бета-излучение;(+)Б Гамма-излучение; В.Альфа- излучение; Г Все опасны.
6Как изменяется величина фототока при увеличении тормозящего напряжения?
А.Увеличивается ;Б Не изменяется ; (+)В Уменьшается
7.Как изменяется величина фототока при уменьшении мощности источника питания?
А.(+) Уменьшается: Б- Увеличивается; В.Не изменяется.
8Как изменяется скорость фотоэлектронов при уменьшении длины волны?
(+)А.Увеличивается ;Б Уменьшается; В Не изменяется Г Не зависит
9.Фотон поглощается веществом. Что происходит с массой фотона?
(+)А.Масса тела увеличивается Б Не меняется масса; В Уменьшается .
10 Имеет ли фотон массу покоя?
(+)А.Нет ;Б Имеет; В Не известно.
Домашнее задание: оформить лабораторную работу; построить графики в MSExcel.
Преподаватель Мороз И.Ф.
Заключение
Использование компьютерной технологии дает наибольший эффект.
Результатом использования на уроках физики компьютерных технологий являются:
-более высокий уровень развития алгоритмического, логического и
абстрактного мышления;
- прочные знания студентов.
В 2005/06 уч.г. проводятся лабораторные работы по физике в компьютерном классе согласно календарно тематического плана.
В марте 2006г. в группе Э-1-1 был проведен открытый урок на тему:
«Исследование явления электромагнитной индукции» с использованием компьютерной технологии по программе «Физика в картинках».
Эта группа имеет низкий показатель успеваемости за 1 семестр.
Данные по успеваемости и качества знаний студентов за время использования компьютерных технологий на уроках физики в группе
Э-1-1 приведены в таблице№1.
Таблица №1
| № | Период обучения | Кол.студентов | % обуч. | % качества |
| 1 | 1семестр 2005/06г | 30 | 85 | 21 |
| 2 | Март 2006г | 26 | 92 | 43 |
В группе Э-1-1 02.06.06г. был проведен открытый урок на тему :
« Исследование явления фотоэффекта».На урок были приглашены преподаватели физики всех колледжей г.Новочеркасска. На занятиях присутствовали преподаватели физики:
из НПГК преподаватель высшей категории Мезенцева Н.Н.
из НПК преподаватель высшей категории ,зав. ГМО. Полякова О.Р.
из НМТК преподаватель высшей категории Макарова Н.А.
из НМТК зав.учебной части Новобранова Р.И.
из НМТК преподаватель высшей категории Понарина В.
В конце занятия было проведено тестирование студентов по этой теме.
Данные по успеваемости и качеству знаний студентов приведены в таб№2
Таблица №2.
| № | Период обучения | Кол.студентов | % обуч. | % качества |
| 1 | 1семестр 2005/06г | 30 | 85 | 21 |
| 2 | Март 2006г | 26 | 92 | 43 |
| 3 | Июнь 2006г | 26 | 100 | 54 |
| 4 | 2 семестр 2005/06г. | 26 | 100 | 45 |
Из приведенных выше таблиц по успеваемости и качеству знаний можно сделать вывод:
-применение пакета программ при изучении дисциплины «Физика»
повышает успеваемость и качество знаний студентов;
-повышает интерес к изучаемому предмету;
-интеллектуальные тестирующие программы помогают преподавателю контролировать знания студентов и узнать степень усвоения нового материала.
- тестирующая программа помогает студентам, которые не освоили новую тему найти ответы на вопросы и дать пояснение.
Технология программированного обучения предполагает получение студентами порций информации(текстовой, графической, видео-все зависит от технических возможностей) в определенной последовательности и обеспечивает контроль за усвоением данного материала.
Литература
1 Касьянов В.А. - учебник « Физика 10кл.», Москва , Дрофа 2001г.
2.Дмитриева В.Ф.-«Физика» учебное пособие для техникумов 4-е издание, М, Высшая школа 2004г.
3.Кабардин О.Ф. Справочник по физике 2002г
4.Самойленко П.И. Сборник задач по физике для техникумов Москва «Оникс 21 век» «Мир и Образование» 2003г.
5.Рымкевич А.П. Сборник задач по физике Москва «Просвещение» 2001г
6.Информатика-практикум по компьютерной технологии авторы О. Ефимов, М. Моисеева, Ю. Шафрин. 1997г.
7.Модульный учебник Д.К.К. по информатике.
8.Лазерные компакт –диски: «Физика в картинках», «Открытая физика ч.1», «Открытая физика ч.2».