Использование компьютерных обучающих программ на уроках физики

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
имени Н.Г. ЧЕРНЫШЕВСКОГО»
Кафедра физики и методико-
информационных технологий
Использование компьютерных обучающих программ на уроках физики
Выполнила:
студент(ка) 2 курса
Гасанова Амина
Саратов 2012 год.
Содержание:
Актуальность использования компьютерных обучающих программ на уроке физики...................................................................................................................................
Виды деятельности, которые можно будет осуществить с помощью программ :
Физика 7-11, Физика в картинках, Открытая физика, 1С Репетитор Физика
Разработка виртуальной лабораторной работы....................................................................
Анализ программ для демонстрационного эксперимента.......................................................................................................................
План конспект «Структура урока усвоения новых знаний».................................................................................................................................
План конспект «Структура урока комплексного применения знаний и умений (урок закрепления)».......................................................................................................................
Заключение..........................................................................................................................
1. Актуальность использования компьютерных обучающих программ на уроке физики
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;
Сопровождение лекционного материала динамическим изображением, качественными статическими графиками, текстами с разнообразными стилями, звуком осуществляемые с помощью обучающих программ, 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 обучающие программы 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
2. Виды деятельности, которые можно будет осуществить с помощью программ :
Физика 7-11, Физика в картинках, Открытая физика, 1С Репетитор Физика.
Физика 7-11:
Изучение нового материала:
Подробнейший лекционный материал с динамическими иллюстрациями, около 80 видеофрагментов, около 160 виртуальных лабораторий и интерактивных моделей, справочные таблицы, предметный указатель, много рабочих формул ,по каждой теме существуют свои конкретные задания, лабораторные работы, задачи с решениями, поисковая система по ключевому слову, звуковое сопровождение,
система помощи, каталог Интернет-ресурсов по физике, методические пособия для учителей
Выполнение лабораторных : есть возможность для выполнения л/р.
Решение задач: Контрольный режим и решение задач, вопросы и задачи для самоподготовки.
1С Репетитор Физика:
Изучение нового материала: В программе очень много теории, к каждой главе свои задачи и вопросы. Текст с формулами, содержащий объяснение темы. Рисунки и графики, включающие элементы анимации, а также обязательный элемент взаимодействия с пользователем, позволяющий во многих случаях менять параметры в формулах для физических закономерностей и немедленно отслеживать результат этих изменений на экране. Биографические сведения о некоторых ученых.
Выполнение лабораторных : есть возможность для выполнения л/р.
Решение задач: По каждой теме или явлению, учащемуся будут предложены задачи. (первая задача приводится с полным решением, для второй - дается только ответ).
Тестирование: По каждой теме или явлению, учащемуся будут предложены тесты. (при желании предоставляется возможность увидеть полное правильное решение первого теста; второй тест дает только правильный ответ).
Открытая физика:
Изучение нового материала: Более 100 интерактивных компьютерных моделей, справочные таблицы, предметный и именной указатели, поисковая система. Программа с систематически изложенным материалом, цветные иллюстрации, звуковое сопровождение, биографии ученых-физиков,
каталог интернет- ресурсов по физике, методические пособия и поурочное планирование для учителей. К каждой отдельной теме свои задачи с решениями, своя модель лабораторной работы, широкий спектр теории.
Выполнение лабораторных : есть возможность для выполнения л/р.
Решение задач:1600 задач и вопросов для самостоятельного решения,
разбор типовых задач.
Тестирование: Сертификационные тесты,
система тестов для самопроверки.
Физика в картинках:
Изучение нового материала: Курс содержит теоретический и справочный материал, снабженный удобной системой быстрого поиска. Компьютерный курс физики содержит 57 компьютерных моделей, которые позволяют проводить на экране монитора разнообразные физические эксперименты. Так же включает справочник и набор динамических интерактивных компьютерных моделей физических экспериментов. Студенты могут менять параметры интерактивного режима и исследовать законы природы. Несколько примеров спроектированы как гибкие конструкторы, которые позволяют строить различные экспериментальные схемы и исследовать их. Здесь также калькулятор, список физических и математических формул и таблицы физических констант. Для упрощения изучения физики используется гипертекст.
Выполнение лабораторных : есть возможность для выполнения л/р.
Решение задач: В курс включены вопросы и задачи, с возможностью исправления ответов.
Вывод:
Каждая программа имеет свои плюсы и минусы и сказать что та или иная программа лучше или хуже нельзя. Начнём с "Физика в картинках" программа довольно удобна с ней просто и легко работать, она хорошо подходит для изучения материала самостоятельно, имеет множество интерактивных демонстраций, которые можно использовать на уроках.
Следующая программа "1С репетитор" она как и "физика в картинках "очень хорошо подходит для самостоятельного изучения и закреплений знаний, имеет задачи и тесты для проверки и закрепления знаний, однако не имеет лабораторных и интерактивных моделей, лишь анимации и видеофрагменты.
Программа "Физика 7-11" на мой взгляд одна из самых подходящих программ для использовании на уроках физики, теория напитанная анимацией графиками и др. картинками в том числе и формулы. Множество видеофрагментов, интерактивных моделей, а так же наличие  лабораторных и задач, которые позволяют сделать урок интересным и разнообразным.
Наконец финальная программа "Открытая физика 2.5" она как и программа "физика 7-11" вполне подходит для  изучения, закрепления материала и демонстрации эффектов, в этой программе довольно много тестов и задач, так же присутствуют интерактивные модели и множество тестов.
3. Разработка виртуальной лабораторной работы.
« Упругие и неупругие соударения»
Тема: Исследование упругих и неупругих соударений.
Цель работы: изучить законы сохранения энергии и импульса на примере упругих и неупругих соударений тележек, вычислить скорости тел при столкновении,найти энергии взаимодействия тел друг на друга, используя компьютерную обучающую программу «Открытая физика»
Оборудование: Компьютеры с установленной программой «Открытая физика»; Модель 1.7 Упругие и неупругие соударения
Указания к выполнению работы.
1) Включите компьютер.
2) Откройте программу «Открытая физика».
3) Раздел модели. Модель 1.7 Упругие и неупругие соударения.
Изменяя начальные скорости и массы тележек, а также тип соударения (упругое или неупругое), можно проследить за движением тележек после столкновения и определить кинетические энергии и импульсы каждой тележки
4) Задайте значения масс тел (m1,m2) и их скорости(v01, v02,).
5) Кликните на кнопку «старт» для начала движения тела.
6) Полученные в завершении движения значения v1, v2 , Ek1 , Ek2, Р1, Р2 записать.
7) Подставьте новые значения m1,m2 и v01, v02 получите новые значения для , v1, v2 , Ek1 , Ek2, Р1, Р2.( провести 3-4 опыта)
8) Измените тип соударения и повторите задания 4-7 вновь.
9)Занесите данные в таблицу:
№ m1, кг m2 ,кг V01 ,м/с V02, м/с V1,м/с V2,м/с Ek1, Дж Ek2,Дж Р1, кг*м/с Р, кг*м/с
1 2 3 10)Сделайте вывод.
Осуществление лабораторной работы в роли ученика:
«Упругое соударение»
Опыт №1
Задаем параметры
m1= 3 кг ,m2= 4 кг
v01=1.0 м/с : v02 = -1.0 м/с
Нажимаем «Старт» и получаем новые данные. Записываем :
v1= 1.0 м/с v2= -1.0 м/с
Ek1= 1.5 Дж Ek2=2.0 Дж
Р1= 3.0 кг*м/с Р2= -4.0 кг*м/с
▲Е= 0.00 Дж
Опыт №2
Задаем параметры
m1= 10 кг ,m2= 1 кг
v01= -0.8 м/с : v02 = -2.0 м/с
Нажимаем «Старт» и получаем новые данные. Записываем :
v1= -0.8 м/с v2= -2.0 м/с
Ek1= 3.2 Дж Ek2=2.0 Дж
Р1= -8.0 кг*м/с Р2= -2.0 кг*м/с
▲Е=0.00 Дж
Опыт №3
Задаем параметры
m1= 2 кг ,m2= 10 кг
v01=2.0 м/с : v02 = -0.9 м/с
Нажимаем «Старт» и получаем новые данные. Записываем :
v1= 2.0 м/с v2= -0.9 м/с
Ek1= 4.0 Дж Ek2= 4.1 Дж
Р1= 4.0 кг*м/с Р2= -9.0 кг*м/с
▲Е=0.00 Дж
«Неупругое соударение»
Опыт №1
Задаем параметры
m1= 1 кг ,m2= 3 кг
v01= 2.0 м/с : v02 = -1.0 м/с
Нажимаем «Старт» и получаем новые данные. Записываем :
v1= -0.2 м/с v2= -0.2 м/с
Ek1= 0.0 Дж Ek2= 0.1 Дж
Р1= -0. 2кг*м/с Р2= -0 .7 кг*м/с
▲Е= -3..37Дж
Опыт №2
Задаем параметры
m1= 2 кг ,m2= 10 кг
v01= 1.0 м/с : v02 = -0.8м/с
Нажимаем «Старт» и получаем новые данные. Записываем :
v1= -0.5 м/с v2= -0.5 м/с
Ek1= 0.3 Дж Ek2= 1.3 Дж
Р1= -1.0кг*м/с Р2= -5.0 кг*м/с
▲Е= -2.70Дж
Опыт №3
Задаем параметры
m1= 4 кг ,m2= 6 кг
v01= 2.0 м/с : v02 = 0.0 м/с
Нажимаем «Старт» и получаем новые данные. Записываем :
v1= 0.8 м/с v2= 0.8 м/с
Ek1= 1.3 Дж Ek2= 1.9 Дж
Р1= 3.2 кг*м/с Р2= 4.8 кг*м/с
▲Е= -4.80Дж
Полученные данные заносим в таблицу:
Таблица №1 (упругое соударение)
№ m1, кг m2 ,кг V01 ,м/с V02, м/с V1,м/с V2,м/с Ek1, Дж Ek2,Дж Р1, кг*м/с Р, кг*м/с
1 3 4
1 -1 1 -1 1.5 2 3 -4
2 10 1
-0.8 -2 -0.8 -2 3.2 2 -8 -2
3 2 10 2 -0.9 2 -0.9 4 4.1 4 -9
Таблица №2 (неупругое соударение)
№ m1, кг m2 ,кг V01 ,м/с V02, м/с V1,м/с V2,м/с Ek1, Дж Ek2,Дж Р1, кг*м/с Р, кг*м/с
1 1 3
2 -1 -0.2 -0.2 0 0.1 -0.2 -0.7
2 2 10
1 -0.8 -0.5 -0.5 0.3 1.3 -1 -5
3 4 6 2 0 0.8 0.8 1.3 1.9
3.2 4.8
Вывод:
получили вывод о том, что при упругом соударении суммарная кинетическая энергия тележек не изменяется, а при неупругом соударении она уменьшается.
Анализ программ для демонстрационного эксперимента.
« Упругие и неупругие соударения»
Открытая физика:
глава: Закон сохранения энергии, тема 1.21., рис 1.21.2, 1.21.3, лабораторная работа.
Физика 7-11 классы:
лабораторная 1.22, 1.23, глава: Механика, параграф: Законы сохранения в механике, вопросы к параграфу, конспект, задачи, анимации, тесты, видеофильм закон сохранения энергии (видеофильм наиболее наглядный вид компьютерных демонстраций.)
1-С репетитор физика:
глава: Механика, закон сохранения импульса, упругие соударения, формулы, конспект.
Физика в картинках:
Интерактивная модель: законы сохранения (соударения шаров).
5. План конспект «Структура урока усвоения новых знаний».
1) Организационный этап..Учитель входит в кабинет, приветствует своих учеников. Ученики проверяют свою готовность к уроку
2) Постановка цели и задач урока:
Цель: Получить новые знания по теме «Упругие и неупругие соударения»
Задачи:
Образовательные:
обеспечить в ходе урока усвоение основных понятий, законов и теорий про Упругие и неупругие соударения
сформировать умения по данной теме
формировать у учащихся умение выделять главное, существенноев изучаемом материале, сравнивать, обобщать изучаемые факты, логическиизлагать свои мысли
подвести учащихся к пониманию сущности изучаемого материала.
Воспитательные:
воспитывать ответственность за результаты учебного труда, понимание его значимости, соблюдение техники безопасности
воспитание интереса к предмету, к учению;
Развивающие:
развивать самостоятельность;
развивать интеллектуальные качества учащихся, познавательныйинтерес и способности
самостоятельность
развивать учебно-организационные умения: принимать и намечать задачи деятельности; рационально планировать деятельность
3) Первичное усвоение новых знаний.
Учащиеся открывают программу «Открытая физика» и далее открывают: глава 1, Механика, раздел «Закон сохранения энергии», тема 1.21.
Учитель просит прочитать текст темы и законспектировать основные термины и формулы по данной теме.
Учащиеся читают текст, делают конспект определений и формул из данного текста
Учитель делает пояснения по определениям и формулам в тексте программы
4) Первичная проверка понимания
Учитель задает несколько вопросов к классу по прочитанной теме, в частности по определениям.
Что такое импульс тела? Закон сохранения импульса? От чего зависит импульс? И т.д. Учитель оценивает ответы учащихся, также он может задать вопрос лично кому-то из учеников. Учащиеся дают устные ответы. Для ответа можно использовать тетрадь.
Примерные ответы:
-Импульс тела – это векторная физическая величина, равная произведению массы тела на его скорость и имеющая направление скорости
.-В замкнутой системе векторная сумма импульсов всех тел, входящих в систему, остается постоянной при любых взаимодействиях тел этой системы между собой.
-Импульс тела зависит от скорости и от массы.
5) Первичное закрепление.
Учитель поясняет задание: В конце раздела необходимо решить имеющиеся в программе задачи(1-2задачи).
Учащиеся открывают данные задачи в программе и решают их в тетради.
После решения учитель спрашивает конкретных учеников о решении задачи: его ход действий и получившийся ответ.
6)Информация о домашнем задании, инструктаж по его выполнению.
Учитель дает задание выучить дома записанные в тетрадь определения и формулы данного урока. Прочесть параграф по данной теме в учебнике. Ответить на вопросы в конце параграфа в учебнике. Задаёт 2-3 задачи по данной теме.
Учащиеся слушают и записывают в дневник домашние задание
8) Рефлексия (подведение итогов занятия).
Учитель подводит итог занятия. Спрашивает есть ли вопросы по данной теме и отвечает на них. Выставляет оценки.
Учащиеся слушают, подводят итог того, что узнали на данном уроке.
-Что такое импульс тела?
-Что такое закон сохранения импульса. и т.д.
6. План конспект «Структура урока комплексного применения знаний и умений (урок закрепления)»
1) Организационный этап. Учитель входит в кабинет, приветствует своих учеников. Ученики проверяют свою готовность к уроку
2) Проверка домашнего задания, воспроизведение и коррекция опорных знаний учащихся.
Учитель спрашивает учащихся о том, какое было домашнее задание. Результаты выполнения домашнего задания. Опрос конкретных учащихся по домашнему заданию. Опрос учащихся по теме «Закон сохранения импульса» в конце параграфа.
Учащиеся открывают домашние тетради с домашним заданием и записанными вариантами ответов на вопросы. Отвечают на вопросы учителя.
3) Постановка цели и задач урока.
Постановка цели и задачи урока учителем.
Цель урока: закрепление полученных знаний по теме «Упругие и не упругие соударения» и закон сохранения импульса.
Темой данного урока является «Упругие и не упругие соударения».
Задачи урока:
1.Образовательные:
обеспечить в ходе урока закрепление основных понятий, законов и теорий по теме «упругие и неупругие соударения»
закрепить умения по данной теме
подвести учащихся к пониманию сущности изучаемого материала.
2.Воспитательные:
воспитывать умение преодолевать трудности,
воспитание интереса к предмету, к учению;
3.Развивающие:
развивать самостоятельность;
развивать интеллектуальные качества учащихся, познавательныйинтерес и способности
При выполнении практических заданий: умение самостоятельно разобраться в инструкции, измерить нужные величины и произвести вычисления;
4) Первичное закрепление Основная цель – довести знания до полного усвоения (осмысления). Теоретическое понятие упругих и не упругих взаимодействий - в практическом применении.
Учитель задает вопрос:
-Что такое удар
(столкновение).
-Дайте определение, что такое упругие и неупругие соударения?
-В чем отличие упругих и неупругих соударениях?
- Учащиеся обдумывают вопрос учителя, дают ответ: Ударом (или столкновением) принято называть кратковременное взаимодействие тел, в результате которого их скорости испытывают значительные изменения.
- Абсолютно упругим ударом называется столкновение, при котором сохраняется механическая энергия системы тел. Абсолютно неупругим ударом называют такое ударное взаимодействие, при котором тела соединяются друг с другом и движутся дальше как одно тело.
5) Творческое применение и добывание знаний в новой ситуации (проблемные задания).
Учитель объясняет задание.
С помощью программы "Открытая физика" необходимо осуществить творческое задание, применить данную тему на опыте: изучить интерактивную модель упругих и неупругих соударений. В данной модели проследить зависимость импульса от изменения массы и скорости тележек.
Учащиеся слушают задание учителя, открывают компьютерную программу, изучают ее интерфейс, приступают к выполнению исследования.
Делают определенные выводы, вычисления и записывают их в тетрадь.
Примерная запись:
m1=2кг; v1= 1м/с
m2= 1кг; v2= -2м/с
Р1=2 кг*м/с
Р2=-2 кг*м/с
и т.д.
Обсуждение получившихся результатов.
6) Информация о домашнем задании, инструктаж по его выполнению.
Учитель дает домашние задание: Прочитать параграф в учебнике по следующей теме данного раздела, ответить на вопросы в конце параграфа. Задачи 1-2 по данной теме.
Ученик записывает домашнее задание в дневник.
7) Рефлексия (подведение итогов занятия).
Учитель просит подвести итог урока учащихся. Выставляет оценки.
Учащиеся подводят итоги :
Разобрали понятия
-Удар (или столкновение)
-Абсолютно упругое и
абсолютно не упругое взаимодействия.
Проделали практическую работу, при помощи компьютера и компьютерной программы «Открытая физика»
Заключение:
Физика - наука экспериментальная, её всегда преподают, сопровождая демонстрационным экспериментом. Использование компьютеров в обучении физики деформирует методику её преподавания в сторону повышения эффективности обучения