Использование компьютерной лаборатории L-micro в учебном процессе

Мордовский республиканский институт образования






Курсовая работа
«Использование компьютерной лаборатории L-micro в учебном процессе»





Выполнила: учитель физики МОУ «Атемарская СОШ»
Л.А. Сизова













Март, 2014
Введение

За последние десятилетия в нашем обществе произошли глобальные изменения. XXI век называют веком «электронного общества» и веком информационной цивилизации. Появился новый педагог с современными требованиями к проведению урока, а вместе с ним и современный школьник, живущий в мире высоких технологий, владеющий всеми достижениями научно-технического прогресса.
Современного ученика сегодня очень трудно чем-либо удивить. Стандартный комбинированный урок для него скучен, неинтересен. Поэтому основная задача современного педагога правильно преподнести учебную информацию. Такой процесс возможен только при использовании учителем новых технологий, которые позволяют сделать урок более наглядным, содержательным и более интересным для нынешнего поколения. При этом нельзя забывать, что урок будет хорошим только тогда, когда между педагогом и учеником существуют взаимопонимания.
Бурное развитие компьютерной техники и информационных технологий послужило толчком к развитию общества, построенного на использовании различной информации. При этом ведущим является подготовка подрастающего поколения к жизни в быстро меняющемся информационном обществе, в мире, в котором сильно ускоряется процесс появления новых знаний, постоянно возникает потребность в новых профессиях, в непрерывном повышении квалификации. И ключевую роль в решении этих задач играет владение современного человека информационными и коммуникационными технологиями. Поэтому жить в современном мире, адекватно этому миру, сможет тот, кто сам умеет использовать информационные технологии, владеет ими.
Время диктует необходимость использования на уроках информационно-коммуникационных технологий как средства, организующего учебную деятельность ученика и способствующего его адаптации в сегодняшней жизни. Это дает учащимся возможность самостоятельно приобретать новые знания. Самостоятельная деятельность в поиске и отборе информации является сегодня важным средством мотивации, условием развития личности. На уровне каждого предмета, в том числе и физики, происходит смещение акцентов с формирования умений, связанных с усвоением содержания информации, в сторону формирования умений, дающих возможность будущим выпускникам самостоятельно осваивать новую информацию.
Под словом "осваивать" подразумевается, наряду с усвоением содержания, умение критически осмыслить новое знание и определить его место в системе уже имеющихся знаний. При этом будущий выпускник должен уметь найти источник необходимой информации, а также уметь воспринимать информацию, представленную в разных формах (вербально, графически, аналитически и т.д.).


Информационно-коммуникационные технологии на уроках физики.

1.Психолого-педагогические условия применения компьютерных технологий на уроках физики

У информационно-коммуникативных технологий существует множество определений, и почти все они сходятся на том, что эти технологии включают в себя текстовую, графическую, анимационную, видео- и звуковую информацию в интегрированном представлении, допускающую различные способы структурирования и представления. 
Говоря о познавательной деятельности школьника, Л.И. Божович отмечает, что «нет ни одной интеллектуальной операции в познавательной деятельности школьника, которой не было бы у подростка». В самом деле, школьник мыслит понятиями, пользуется различными мыслительными операциями, рассуждает, логически запоминает и т. д., хотя и в этом отношении есть сдвиги. Остановимся на некоторых наиболее существенных из них.
1. Если в подростковом возрасте еще заметен разрыв в определениях конкретных и абстрактных понятий (подростки легче справляются с определением конкретных понятий), то в старшем школьном возрасте этот разрыв сглаживается. При определении конкретных понятий подростки только в 53% случаев указывают как видовые, так и родовые признаки, в то время как старшие школьники (выпускники школ) справляются с этим в 92% случаев. При определении абстрактных понятий только 16% подростков указали на видовые и родовые признаки, в то время как среди старших школьников таких учащихся было 83%.
2. Аналогичная картина наблюдается и в развитии таких мыслительных операций, как сравнение, обобщение. Так, если школьник основной школы находит сходство и различие при сравнении конкретных понятий в 69% случаев, то старшие школьники – в 100% случаев, а при сравнении абстрактных понятий подросток соответственно в 22% случаев, а старшие школьники в 92% случаев. Важный показатель умственной деятельности – способность выделять существенное. Подростки, производя группировку предметов, делали это по существенным признакам в 44% случаев, а старшие школьники (выпускники) в 70% случаев.
3. Показателем умственного развития является также умение пользоваться рациональными приемами запоминания. Так, если подросток пользуется такими приемами, как многократное чтение и чтение и воспроизведение, то старшие школьники наряду с этими приемами использовали и такие приемы, как конспектирование и подчеркивание (27%), выделение главной мысли и сравнение с другим изученным материалом (10%), составление плана (8%).
Однако все это – количественные изменения. В чем же заключается качественное своеобразие познавательной деятельности школьника?
Л. И. Божович указывает на изменение содержательной (о чем мыслят, что воспринимают и т. д.) и мотивационной стороны познавательной деятельности. Как же изменяется содержательная сторона?
Школьников привлекает сам ход анализа, способы доказательства не меньше, чем конкретные сведения. Многим из них нравится, когда преподаватель заставляет их выбирать между разными точками зрения, требует обоснования тех или иных утверждений; они с готовностью, даже с радостью, вступают в спор и упорно защищают свою позицию.
Компьютерные технологии как часть информационных технологий формируют принципиально отличный стиль учебной деятельности, который оказывается более приемлемым, комфортным, мобилизующим творческие возможности и интеллектуальный потенциал учащегося. Применительно к практическому использованию компьютерных технологий в образовательном процессе это означает:
- тщательно отработанную мотивацию обучения не только «принудительного» характера (оценки), но и личной заинтересованности и удовлетворения учебным процессом;
- оценку по конечному результату, широкую свободу выбора, поощрение разумного творчества в процессе обучения;
- индивидуальный подход к ученику и его адаптацию в процессе обучения.
Использование компьютерных технологий в обучении – разновидность процесса управления познавательной деятельностью. Управляет сложными психологическими процессами, один из которых - обучение человека. Компьютерные технологии – только средство и посредник между учителем и учеником, а управление познавательной деятельностью происходит только в пределах модели, избранной учителем. Компьютерные технологии как технические средства обучения развиваются в рамках существующего учебного процесса, поэтому должны в большей или меньшей степени быть совместимыми с этим процессом, но в то же время создаваемые или созданные КТ могут активно влиять на изменения не только методики преподавания, но и целиком на всю технологию учебного процесса.
В условиях существующей организации учебного процесса, принятой за основу для его последовательного совершенствования и повышения качества усвоения нового материала на уроках физики, нужно выделить критерии необходимости, возможности и целесообразности использования информационно-коммуникационных технологий. Необходимость в их использовании на уроках физики возникает в том случае, когда используемые методы, способы, приемы не обеспечивают достижения поставленной педагогической цели за минимально возможное время. Возможность применения ИКТ появляется в том случае, когда выполняемые учителем и учениками задачи могут быть в достаточной степени формализованы и адекватно воспроизведены с помощью технических средств, при условии выполнения требований по качеству достигаемого результата.


2. Использование информационно-коммуникационных технологий на уроках физики.

Концепция современного образования и в частности предмета физики такова, что объём информации, которую необходимо освоить школьнику возрастает с каждым учебным годом. Причём особенности преподавания предмета говорят о том, что практически каждый урок несет в себе новый объём информации, которую ученик должен освоить (т.е. понять и принять). Времени же достаточного на осмысление и закрепления практически не остается, возникает проблема, не имея достаточных навыков обработки получаемой информации, ученик испытывает колоссальные трудности и теряет интерес как к процессу учения, так и к самому предмету.
Поэтому, перед учителем встает проблема научить школьника таким технологиям познавательной деятельности, которые помогли бы осваивать новые знания в любых формах и видах, чтобы он мог быстро, а главное качественно обрабатывать получаемую им информацию, уметь применять её на практике при решении различных видов задач и заданий.
Каждому учителю, безусловно, очевидна целесообразность применения компьютеров для обучения в среднем и старшем звеньях школы. Богатейшие возможности представления информации на компьютере позволяют изменять и неограниченно обогащать содержание образования; выполнение любого задания, упражнения с помощью компьютера создает возможность для повышения интенсивности урока; использование вариативного материала и различных режимов работы способствует индивидуализации обучения. Таким образом, информационные технологии, в совокупности с правильно подобранными технологиями обучения, создают необходимый уровень качества, вариативности, дифференциации и индивидуализации обучения.
При анализе целесообразности использования компьютера в учебном процессе нужно учитывать некоторые дидактические возможности компьютера:
– расширение возможности для самостоятельной творческой деятельности учащихся, особенно при исследовании и систематизации учебного материала;
– привитие навыков самоконтроля и самостоятельного исправления  собственных ошибок; 
– развитие познавательных способностей учащихся; 
– интегрированное обучение предмету; 
– развитие у учащихся должной мотивации.
При этом компьютер может представлять источник учебной информации, наглядное пособие (качественно нового уровня с возможностями мультимедиа и телекоммуникаций), тренажер, средство диагностики и контроля.
Потенциал физики как учебного предмета позволяет формировать весь спектр умений, связанных с освоением информации с опорой на общие методы научного познания. Оптимальные условия успешного применения этих идей создаются при таком способе организации совместной деятельности на уроке учителя и ученика, при котором учитель, формируя мотив, обеспечивает необходимые условия для самостоятельной исследовательской работы ученика. При этом результат, полученный самостоятельно, имеет для ребенка несравнимо большую ценность, чем сообщенный ему учителем. Это, в свою очередь, создает дополнительные предпосылки для успешного упорядочивания накопленного фактического материала, осмысления его места в более общей системе усвоенных научных знаний.
Для реализации вышесказанного на первый план выдвигается задача применения информационно-коммуникационных технологий (ИКТ) в преподавании физики.
Ни для кого не секрет, что компьютер является универсальным средством обучения, именно поэтому он позволяет педагогу не только формировать у учащихся знания, умения и навыки, но и решать гораздо более важную задачу, стоящую перед обучением, - развивать личность учащегося, удовлетворять ее познавательные интересы.
Применение информационно-коммуникационных технологий в преподавании физики можно разделить на общее и специальное. Общее применение ИКТ касается использования, например, текстового редактора или обращения к сети Интернет. Хотя такое применение ИКТ не является специфичным именно для преподавания физики, все больше учителей обращаются к нему с целью создать новое учебное пространство. Специальное применение ИКТ в преподавании физики заключается в использовании симуляций и микрокомпьютерных лабораторий (МКЛ), которые дают учащимся возможность самостоятельно структурировать учебный процесс. В настоящее время доступны соответствующие программные обеспечения («Физика в картинках», «Открытая физика», микрокомпьютерная лаборатория «L-микро»).
Симуляции представляют некоторую часть окружающей действительности, они позволяют изучать те аспекты действительности, которые не могут быть изучены другим способом по соображениям безопасности, этики, высокой стоимости, необходимого технического обеспечения или масштаба изучаемого явления. Симуляции помогают наглядно представить абстрактные понятия. Учащиеся понимают суть изучаемого явления благодаря возможности манипуляции с его параметрами. Симуляции позволяют наглядно представить следствия выводов, сделанных ребенком индивидуально или в ходе групповой работы.
МКЛ применяются для организации лабораторной работы учащихся или для проведения демонстрационных экспериментов. С их помощью можно осуществлять сбор данных в режиме реального времени, проводить повторные эксперименты, измерять различные параметры, обращаться к очень малым или к очень большим временным периодам, анализировать данные и представлять их графически. Применение МКЛ высвобождает время для анализа и интерпретации данных за счет экономии времени при сборе данных и за счет возможности их графического представления непосредственно вслед за проведенными измерениями.
Лаборатория состоит из компьютерного блока, который подключается к любому персональному компьютеру и предназначен для оцифровывания получаемой от датчиков информации, программно-методического обеспечения и набора датчиков. Все цифровые датчиковые лаборатории, в том числе и L-микро, имеют аналогичный принцип действия: информация от датчика в виде электрических сигналов подается на компьютерный измерительный блок, который переводит ее в цифровые сигналы и отправляет на персональный компьютер. Компьютер пересчитывает сигнал с измерительного блока в значение измеряемого параметра, выводит его на экран и сохраняет полученный массив данных в оперативной памяти. Одновременно в системе можно использовать до четырех датчиков, но обычно мы используем 1-2. При помощи датчиков можно определять большое число параметров, которые недоступны нашим органам чувств, кроме того, эти параметры можно измерить количественно. При наличии в кабинете мультимедийного проектора вся информация выводится на большой экран. Информация с каждого датчика может быть представлена в трех режимах: цифровой индикатор, запись отдельных точек, зависимость от времени. Методическое обеспечение и соответствующая программа позволяют работать как по предложенному сценарию, так и создавать собственный вариант эксперимента. Приведу примеры работы с некоторыми датчиками.
Датчик температуры 0-10000С позволяет за несколько секунд измерить температуру пламени различных источников (спиртовки, свечи, спички, газовой зажигалки и т.д.), в том числе в различных его частях. Можно также измерять температуру плавления солей, металлов, других веществ.
Датчиком температуры 0-1000С можно определять тепловые эффекты, например, при растворении веществ, даже если они очень малы. Он показывает изменение температуры в 0,10С. Легко и быстро осуществляются эксперименты исследовательского характера. Пример: измерить изменение температуры при растворении в воде одинаковых количеств вещества (0,1-0,05 моль) этанола и пропанола-1. Теоретически обосновать, от каких факторов зависит тепловой эффект растворения спиртов в воде, рассчитать теоретически
·t0 растворения бутанола-1 и проверить экспериментально.
Рассмотрим, например, исследование зависимости электропроводности электролита от температуры. В эксперименте используются два датчика из комплекта «L-микро» работающие в комплекте с измерительным блоком и персональным компьютером: датчик электропроводности рис.1
и датчик температуры (рис.1). Датчик электропроводности предназначен для
измерения удельной электропроводности жидких сред. Диапазон измерений 0-10 мСм\см, чувствительность 0,001 мСм\см. Датчик температуры, предназначен для измерения температуры. Диапазон измерений 00 – 1000 С. Датчик температуры состоит из щупа, который с помощью кабеля соединяется со схемой согласования смонтированной в разъёме датчика. Датчик выполнен на основе полупроводникового чувствительного элемента (терморезистора). Получение данных и их вывод на экран осуществляет компьютерная программа L-микро.
Оба датчика работают в реальном времени, данные заносятся в базу, одновременно на мониторе строятся графики зависимости электропроводности и температуры от времени. Полученные результаты можно занести в архив, при необходимости брать их для выяснения и проверки зависимостей.
Комплект «L-микро» можно с успехом применять при изучении темы «Влажность воздуха» для проведения лабораторной работы по определению влажности воздуха в учебном кабинете. Сначала используем стандартный психрометр, а затем датчик влажности «L-микро», результаты сравниваем.



Рис.2. Датчик влажности
Датчик влажности также может быть использован для мониторинга влажности воздуха, которая при большом количестве учащихся в помещении заметно увеличивается в течение, например, урока. Датчик легко фиксируется в штативе (рис. 2); измерения проводятся постоянно в течение урока, пока учащиеся решают задачи. В конце урока можно проанализировать результат или задать анализ в качестве домашней работы.
Набор демонстрационный «Газовые законы и свойства насыщенных паров» предназначен для демонстрации основных закономерностей, изучаемых по теме «Молекулярная физика» курса физики базового и профильного уровней полной средней школы, знакомства учащихся рис.3
с такими понятиями, как:
изопроцессы в идеальном газе;
работа газа;
циклический процесс;
насыщенный пар.
Демонстрация изобарного процесса (рис.3)
подключение прибора «Изобара»;
подключение и адаптация датчиков температуры и объема;
настройка прибора на начальные значения объема и температуры;
изменение объема газа и одновременная фиксация температуры;
отслеживание показаний на мониторе компьютера;
демонстрация графиков изобары в различных осях координат;
выводы, обсуждение.
Положительные моменты применения оборудования L-микро на уроках:
позволяет достаточно точно измерять промежутки времени;
происходит экономия времени при обработке результатов;
позволяет поддерживать высокий темп урока, быстро изменять параметры эксперимента;
программа хорошо работает с интерактивной доской.
К отрицательными моментами можно отнести:
длительное время работы учащихся с интерактивной доской или с проектором утомляет глаза;
пока работа идет с доской, самостоятельная работа учащихся минимальная.
Естественно, это только несколько примеров, возможности использования измерительного блока с комплектом датчиков огромны. Каждый учитель может разработать лабораторные работы и демонстрационный эксперимент для своей программы, с учетом разного уровня преподавания физики в зависимости от возраста. Таким образом, работа учителя становится эффективнее, кроме того, можно учитывать индивидуальные возможности и особенности учащихся.
Хочется отметить, что лаборатория «L-микро» позволяет проводить множество экспериментов, но нет смысла использовать ее на каждом уроке. Лабораторные работы, которые учащиеся проводят самостоятельно, имеют большее значение в изучении природных явлений и закономерностей. Очень полезно при сравнении реальных и модельных явлений обсуждать степень идеализации, и ее правомерность, обращать внимание на то, что создание моделей разной степени приближенности к реальным явлениям – это один из основных методов физики.



3. Моделирование практико-ориентированных заданий по физике на основе контрольно-измерительных материалов ЕГЭ

Особенностью физики является то, что эта наука основывается на эксперименте, поэтому при проведении итоговой аттестации выпускников средней общеобразовательной школы наряду с расчетными и качественными задачами используются задания экспериментального характера. Контрольно-измерительные материалы ЕГЭ предлагают практико-ориентированные задачи на фотографиях.
Проанализировав контрольно-измерительные материалы ЕГЭ по физике за несколько последних лет, я обнаружила, что на многих фотография применяется оборудование лаборатории «L-микро» по механике. Эти задания содержат длинное описание экспериментальной установки, результаты измерений указываются с помощью «эффекта лупы». Такие фото-задачи встречаются как в части А, так и частях В и С. Этот факт и привел к необходимости моделирования заданий экспериментального характера по механике с использованием лаборатории «L-микро» и апробирования их на практике.
При решении экспериментальных задач ученики знакомятся с ситуацией задачи, составляют физическую модель, определяют, к каким явлениям она будет относиться, каковы границы применимости, какие свойства и качества реального объекта ей присущи, а какие отбрасываются. Затем выясняют условия взаимодействия объектов и выражают их через физические величины и их значения, подбирают уравнение, описывающее эту модель, и решают задачу в общем виде. Затем производят вычисления по расчетной формуле, анализируют результат.


Заключение
Очевидно, что новое оборудование с использованием компьютерной измерительной системы не только дает возможность более точно проводить измерения, но и довольно интересное, а, значит, решает один из важнейших вопросов образования – мотивация обучающихся.
Работа в лаборатории очень трудоемка и требует большого количества времени. Для того чтобы успешно применять новые учебные пособия, необходимо овладеть ими настолько, чтобы свободно пользоваться, и подготовка эксперимента или лабораторной работы занимало минимум времени.
Разумеется, компьютерная лаборатория не может заменить настоящую физическую лабораторию. Тем не менее, выполнение компьютерных лабораторных работ требует определенных навыков, характерных и для реального эксперимента – выбор начальных условий, установка параметров опыта и т. д.
Подводя итоги, хотелось бы отметить, разумеется, что компьютерные технологии не могут полностью заменить, ни натуральный эксперимент, ни лабораторные работы, ни самого преподавателя, но использование их в разумных пределах и в хорошем сочетании, дают более высокую оценку усвоения материала обучающимися. В наше время применение компьютера на уроках способствует повышению мотивации к изучению физики, развивает наглядно-образное мышление, моторные и вербальные коммуникативные навыки обучающихся, формирует навыки работы с информацией (поиск, отбор, переработку, упорядочивание и др.).
Применение новых информационных технологий в обучении позволяет рассматривать обучающегося, как центральную фигуру образовательного процесса и ведет к изменению стиля взаимоотношений между его субъектами. При этом учитель перестает быть основным источником информации и занимает позицию человека, организующего самостоятельную деятельность учащихся и управляющего ею. Его основная роль состоит теперь в постановке целей обучения, организации условий, необходимых для успешного решения образовательных задач. Новые информационные технологии, мультимедийные продукты это шаг к повышению качества образования и в конечном итоге к воспитанию новой личности ответственной, знающей, способной решать новые задачи, как по предмету, так и жизненные.
Л.Д. Ландау говорил: «Главное, делайте всё с увлечением! Это страшно украшает нашу жизнь!» Пусть слова эти станут девизом для учителя и ученика: они совершенствуют учебный процесс, создают на уроках обстановку сотрудничества.


СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ
Иванова Н.Ю. Использование современных педагогических и информационных технологий в образовательном процессе для активизации творческого потенциала учащихся.
Лыткина Н.П. Повышение познавательного интереса учащихся на уроках физики с использованием информационных технологий обучения.
Майер Р.В. Применение информационных технологий при изучении физики.
Самойлова Е.А. Использование компьютерных технологий на уроках
Контрольно-измерительные материалы (КИМ) // [Электронный ресурс]; Режим доступа URL: [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Коханов К.А. Модели в физическом эксперименте // Физика в школе. 2004 № 4
Преподавание физики, развивающее ученика. Кн. 3 /сост. и под. ред. Э.М. Браверман. Пособие для уч-й М.: Ассоциация учителей физики, 2005












Датчик влажности




  @ @ @ OLYMPUS DIGITAL CAMERA OLYMPUS DIGITAL CAMERA Рисунок 215