ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

Кафедра  мультимедийной дидактики и информационных технологий обучения

 

 

Комплект учебно-методических материалов

к учебному модулю:

 

«ИКТ  в лабораторном физическом эксперименте»

 

 

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ

 

 

 

Специальность:  050203  -  физика

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пермь

2008


СТРУКТУРА

МЕТОДИЧЕСКИХ УКАЗАНИЙ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ

 

ВВЕДЕНИЕ

В курсе теории и методики обучения физики целесообразна организация специального   лабораторного практикума по методике и технике школьного лабораторного эксперимента. Объем учебных часов, отводимых для занятий практикума – 24 ч.

Программа практикума включает две вводных лекции и 5  лабораторных занятий (по 4 часа). Одна из лекций  посвящается изложению вопросов использования средств ИКТ в школьном лабораторном эксперименте. На лабораторных занятиях предполагается выполнение 10 школьных лабораторных экспериментов (рассчитанных на 1-2 часа) по основным темам школьного курса физики. Учебные темы школьного курса физики, на базе которых реализуется программа практикума: «Механика», «Молекулярная физика. Термодинамика», «Электродинамика», «Оптика».

К традиционным  целям выполнения студентами лабораторных заданий практикума относятся:

·         получение общего представление о содержании, видах и уровне сложности школьных лабораторных заданий;

·         знакомство со школьным лабораторным оборудованием;

·         приобретение опыта подготовки и проведения школьного лабораторного эксперимента;

·         освоение технологии развития самостоятельности учащихся при проведении физических опытов;

·         приобретение опыта подготовки дидактических материалов для сопровождения  самостоятельной работы учащихся на лабораторном занятии.

Модуль «ИКТ в школьном лабораторном эксперименте» является составляющей  названного лабораторного практикума. Своим содержанием данный модуль направлен на изменение традиционной практики проведения в педагогическом вузе учебных занятий по изучению вопросов методики и техники школьного  лабораторного физического эксперимента. Теперь в системе работы преподавателя, организующего занятия со студентами,  должна появиться новая целевая составляющая, которая  ориентирует участников образовательного процесса на использование средств ИКТ (новых аппаратных средств, предметных ЦОР, ИУМК, ИИСС и инструментов  виртуальной среды) в обучении. 

Во-первых, в состав выполняемых студентами лабораторных работ должны быть включены как традиционные, так и автоматизированные физические эксперименты.

Во-вторых, школьные лабораторные эксперименты, которые выполняют студенты, должны  сопровождаться работой будущих учителей  с дидактическими материалами нового поколения.

В-третьих, учебная работа студентов в рамках практикума  должна быть ориентирована на самостоятельную разработку будущими учителями цифровых дидактических и учебно-методических материалов нового поколения  для  школьных лабораторных занятий по физике.

Составляющие учебно-методического комплекса лабораторного занятия и комплекта дидактических материалов  к занятию приведены ниже.

 

 

 

Состав  комплекта

цифровых дидактических и учебно-методических  материалов

 для  лабораторного занятия по физике  в средней общеобразовательной школе

 

Материалы для учащихся

1.      Цифровая  копия инструкции лабораторной работе (в MS Word).

2.      Инструкция-презентация  MS PP (со звуковым сопровождением).

3.      Видеоинструкция (с титрами,  звуковым сопровождением и графическими иллюстрациями).

4.      Виртуальная модель для интерактивного эксперимента:

а) численный эксперимент в MS Ехсеl;

б) виртуальный эксперимент из предметных ЦОР, ИУМК, ИИСС - численный, имитационный;

в) симуляции натурного физического эксперимента (из предметных ЦОР, ИУМК, ИИСС или/и в авторской разработке).

5.      Инструктивные указания к проведению виртуального эксперимента (включая   указаний к проведению численного эксперимента в MS Ехсеl).

6.      Лист самоподготовки учащихся к лабораторному занятию (в MS Word или MS PP), включающий задания по работе с компонентами предметных ЦОР, ИУМК, ИИСС, а именно:

а) задания на полноту усвоения  учебной темы лабораторного занятия,

б) задания на глубину усвоения материала занятия,

в) упражнения на отработку экспериментальных действий и операций,

г) дополнительные заданий для учащихся, закончивших лабораторный эксперимент раньше времени, а также желающих выполнить задания творческого характера.

7.      Интерактивный тест для вводного контроля знаний (в MS Word  и оболочке ДО, в частности в «Мoodlе»)

8.      Интерактивный тест для итогового контроля знаний (в MS Word  и оболочке ДО, в частности  в «Мoodlе»)

9.      Цифровые версии справочных таблиц по физике к одной из учебных тем разделов: «Механика», «Молекулярная физика», Электродинамика».

10.  Образец отчета о выполнении натурного эксперимента (в MS Word и MS Ехсеl)

11.  Образец отчета о выполнении виртуального эксперимента (в MS Word и MS Ехсеl)

 

Материалы для учителя

12.   Каталог медиаобъектов к проекту, сформированный на основе анализа ЦОР, ИУМК, ИИСС и Интернет-ресурсов

13.   Презентация к вступительной беседе учителя с учащимися на лабораторном занятии

14.  Тренажеры (симуляторы)  (для отработки отдельных действий и операций) для интерактивной доски (подбор из компонентов ЦОР, ИУМК, ИИСС или/и авторские разработки, в частности подготовка простейших вариантов  тренажеров средствами MS PP)

15.   Историческая справка об исследовании физического явления, экспериментально исследуемого в лабораторном эксперименте (в MS Word с иллюстрациями)

16.   Учебно-методический комплекс (УМК)  лабораторного занятия в полном составе его основных компонентов.

 

Учебно-методический комплекс лабораторного занятия

(инвариантная структура)

 

1.      Тема учебного занятия

2.      Форма учебного занятия

3.      Класс, профиль, специфика обучения

4.      Цели:

·     обучения,

·     воспитания,

·     развития.

5.      Учебные задачи занятия.

6.      Дидактическая структура занятия.

7.      Диагностика результативности обучения на занятии.

8.      Проект содержания и оформления записей на доске (или презентация MS PP к уроку) и в ученической тетради.

9.      Дидактические средства:

·     демонстрационный эксперимент (цель, оборудование, включая аппаратные средства к ЭВМ);

·     фронтальный лабораторный эксперимент, фронтальные наблюдения (цель, оборудование, включая аппаратные средства к ЭВМ);

·     модели технических приложений физической науки (машины, установки, инструменты и пр. или их модели);

·     аудио и видеозаписи (название  записи или ее фрагмента);

·     настенно-печатная наглядность (таблицы, схемы, графики, ОК и пр.);

·     программное обеспечение к ЭВМ  (предметные ЦОР, ИУМК, ИИСС,  дистанционное);

·     игровые объекты;

·     дидактический раздаточный материал для самостоятельной работы учащихся;

·     литература для учащихся (основная,  дополнительная);

·     система средств ТСО.

10.  Конспект занятия.

11.  Литература для учителя.

 

Для ряда лабораторных работ (не менее 3-х работ) в учебно-методическом обеспечении практикума должны быть представлены наиболее существенные  компоненты комплекта таких материалов. Это могут быть:

1) задания для самостоятельной работы учащихся с компонентами предметных ЦОР, ИУМК, ИИСС (интерактивными моделями,  симуляторами, тренажерами, видео, анимациями) и инструментами учебной деятельности, дополняющими лабораторный эксперимент или сопутствующие подготовке к его выполнению;

2) задания по сбору и обработке  данных физического эксперимента с использованием специальных  аппаратных комплексов и учебных инструментальных программ;

3) задания по подготовке и проведению численного лабораторного эксперимента (учебный вариант);

4)  интерактивные тесты для вводного и итогового контроля знаний и умений учащихся на лабораторном занятии.

Указанные задания следует включить в состав учебных инструкций к лабораторным работам практикума.

При выполнении 2-х часового лабораторного эксперимента студенты в общей сложности должны тратить на работу в виртуальной среде около 20 % учебного времени, что соответствует примерно 3 часам аудиторной работы в рамках предлагаемого учебного модуля.

Осваивая на занятии практику выполнения лабораторного эксперимента с пользованием средств ИКТ, студенты изучают особенности содержания и методики разработки материалов нового поколения, готовятся в опоре на предложенные «образцы» к самостоятельному проектированию лабораторных экспериментов и цифровых дидактических материалов для их сопровождения.

Структура каждого лабораторного занятия включает три обязательных этапа:

·         выступления студентов с презентацией промежуточных результатов работы над индивидуальными творческими проектами; коллективное обсуждение учебно-методических проблем, связанных самостоятельной проектной деятельностью студентов (15-20 мин.);

·         выполнение студентами согласно учебному плану очередной лабораторной работы, включающей использование средств ИКТ  при подготовке и проведении натурного физического эксперимента;

·         обсуждение в парах и малых группах (совместно с преподавателем) методики и результатов выполнения учебных заданий лабораторной работы и компонентов творческих индивидуальных проектов.

 

Отметим, что обсуждение в парах содержания учебных заданий лабораторного занятия и коллективное обсуждение и  вопросов методики  разработки студентами индивидуальных творческих проектов должно стать обязательной частью занятий практикума. Такая работа обеспечивает необходимые условия для обмена идеями и опытом выполнения  студентами  текущих заданий и индивидуальных творческих проектов. Обсуждение целесообразно сопровождать  цифровой презентацией рабочих материалов студентов. Важно, чтобы со своими рабочими материалами в процессе занятий лабораторного практикума выступили все студенты академической группы. Такие выступления являются основой для профессиональных дискуссий, для коллективной творческой работы студентов по решению профессиональных проблем. Коллективный анализ проблем разработки творческих проектов является эффективным средством подготовки студентов к итоговому контролю результатов их самостоятельной работы над проектами.

На заключительном (зачетном) занятии лабораторного практикума проводится защита подготовленных студентами проектов (стендовый и устный варианты). Стендовая версия творческих проектов студентов может быть представлена в оболочке ДО, поддерживающего данный учебный модуль.

Самостоятельная работа студентов  в рамках лабораторного практикума

Самостоятельная работа студентов по программе модуля состоит в систематической подготовке к лабораторным занятиям практикума (в частности, к текущим устным собеседованиям и тестированию по содержанию лабораторного эксперимента) и  в выполнении  в течение семестра двух индивидуальных творческих проектов.

Первый  проект связан с разработкой  комплекта цифровых дидактических материалов для учащихся, сопровождающих  лабораторный физический эксперимент. Выбор темы лабораторного занятия для выполнения этого проекта осуществляется студентами  в рамках  трех разделов учебной программы по физике: «Механика», «Молекулярная физика», «Электродинамика» (примерный перечень учебных тем для лабораторных экспериментов см. ниже).

Второй проект связан с  разработкой комплекта учебно-методических материалов для учителя, центральным звеном которого является учебно-методический комплекс (УМК)  лабораторного занятия по выбранной теме.

 

Перечень тем учебных лабораторных экспериментов

 для творческих проектов

 

Механика

Кинематика

1.     Исследование прямолинейного равноускоренного движения.  Стробоскопический метод исследования быстротекущих процессов.

2.     Изучение вращательного движения тел. Определение модулей угловой и линейной скорости и ускорения движения тела при его  равномерном вращении по окружности. Стробоскопический метод исследования быстротекущих процессов.

3.     Определение ускорения свободного падения.

4.     Исследование закономерностей движения тел, брошенных под углом к горизонту. Выполнение прицельных выстрелов их баллистического пистолета.

 

 Динамика

1.     Исследование взаимодействия тел различной массы. Измерение ускорений, приобретаемых телами в результате взаимодействия.

2.     Исследование  закономерностей движения тела по наклонной плоскости.

3.     Определение массы тела методом гидростатического  взвешивания.

4.     Исследование закономерностей упругого взаимодействия. Определение жесткости пружины, системы пружин.

5.     Исследование закономерностей сухого трения. Определение коэффициента трения покоя и трения скольжения различными способами. Оценка и сравнение точности измерения.

Законы сохранения

1.     Экспериментальная проверка закона сохранения импульса.

2.     Экспериментальная поверка закона сохранения механической энергии.

3.     Определение коэффициента трения скольжения на основе закона сохранения энергии. Решение поставленной задачи на основе использования различных экспериментальных установок.

4.     Определение коэффициента упругости пружины на основе закона сохранения энергии. Решение поставленной задачи на основе использования различных экспериментальных установок.

Механические колебания

1.     Исследование закономерностей колебания пружинного маятника.

2.     Исследование закономерностей колебания груза маятника на нити.

3.     Исследование  квазиупругих  колебаний водяного маятника.

4.     Исследование зависимости малых колебаний линейки от выбора точки ее подвеса.

 

Основы молекулярно-кинетической теории строения вещества.

Основы термодинамики

1.     Исследование закономерностей броуновского движения.

2.     Газовые законы.

3.     Проверка уравнения состояния идеального газа.

4.     Определение скорости движения молекул газа

5.     Опыт О. Штерна (исследование виртуальной модели)

6.     Опыт Ж. Перрена (исследование виртуальной модели)

7.     Измерение атмосферного давления с помощью газового барометра.

8.     Изучение работы вакуумного насоса.

9.     Расчет минимального давления, достигаемого при разряжении воздуха вакуумным насосом.

10.  Определение теплоемкости  металла различными способами.

11.  Определение удельной теплоты плавления вещества.

12.  Определение процентного содержания воды в снеге.

13.  Определение температуры пламени спиртовки

 

Электродинамика

1.     Измерение электрического сопротивления мостовым методом.

2.     Определение сопротивления резисторов соединенных  “звездой”.

3.     Изучение законов смешенного соединения резисторов

4.     Закон Ома для полной цепи.

5.     Определение электроемкости конденсатора.                             

6.     Определение энергии заряженного конденсатора.

7.     Определение параметров диода. Снятие вольтамперной характеристики диода.

8.     Изучение транзистора. 

9.     Определение индуктивности катушки (2 способа).

10.  Изучение закона Ома для цепи переменного тока.

11.  Исследование резонанса в электрической цепи.

12.  Определение величины элементарного заряда.

 

Сложность разрабатываемых проектов требует  использования групповых и коллективных форм учебной работы (как во время занятий, так и в условиях самоподготовки студентов к занятию). Разработку комплектов дидактических и учебно-методических материалов целесообразно осуществлять в малых учебных группах (по 2-3 студента). Распределение заданий в группе целесообразно  поставить в зависимость от интересов и уровня  готовности каждого конкретного студента к разработке соответствующего элемента комплекта. Студенты могут самостоятельно планировать распределение обязанностей в группе по подготовке учебных материалов. Очевидно, что в составе проекта есть виды работы, которые целесообразно выполнять только в группе (например, подготовка и осуществление видеосъемки лабораторного эксперимента, озвучивание видеоролика, настройка и выполнение автоматизированного эксперимента и др.). В любом случае при подготовке комплекта дидактических материалов (ДМ) и УМК объем фактической работы для каждого участника группы должен быть примерно одинаковым.

Самостоятельная работа студентов на творческими проектами (индивидуальная и групповая) организуется на базе Лаборатории ЦОР и педагогического проектирования. При выполнении проектных заданий студенты имеют возможность обращаться к ресурсной базе лаборатории (медиатека, оргтехника, аудио- и видеомонтажный комплекс, издательский комплекс ЛПП).

Как видно, содержание самостоятельной работы студентов на занятиях практикума  направлено решение будущими учителями достаточно сложных профессиональных задач. В итоге студенты создают материалы нового поколения, отражающие опыт использования средств ИКТ на лабораторных занятиях по физике.  Подготовленные студентами материалы могут быть использованы на педагогической практике. Эти материалы представляют большой интерес и для практикующих учителей, курирующих педагогическую практику, поскольку помогают им перенимать и осваивать опыт проведения лабораторных занятий в условиях ИКТ-насыщенной среды.

Наиболее  качественные и творчески реализованные проекты могут составить основу для курсовых и дипломных работ студентов, а также конкурсной научно-методической работы кафедры и лаборатории педагогического проектирования.

Ниже приведены  инструкции к лабораторным работам модуля. Это инструктивные материалы для учащихся средней школы, работая с которыми при выполнении лабораторного эксперимента студенты знакомятся с «образцами» учебной деятельности школьников, а также дидактических материалов нового поколения, поддерживающих эту деятельность. В состав дидактических материалов включены задания для работы учащихся с ресурсами и инструментами виртуальной учебной среды. Это позволяет студентам на практике познакомиться с основными направлениями  и опытом использования средств ИКТ в лабораторном эксперименте. Предполагается, что именно этот опыт поможет им в самостоятельной разработке дидактических и учебно-методических материалов нового поколения к лабораторным занятиям по физике  (см. выше проекты 1 и 2 для самостоятельной работы студентов по содержанию модуля).


 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Тема: «Движение тела, брошенного под углом к горизонту»

(наименование темы)

Продолжительность  -  2 часа

I.    Учебная и воспитательная цели занятия:

·        содействие становлению специальной профессиональной компетентности учителя физики в области методики организации лабораторных занятий по предмету с использованием системы средств  ИКТ; готовности  будущих учителей к проектированию и проведению лабораторных занятий в условиях ИКТ-насыщенной предметной среды;

·        формирование у студентов положительной мотивации профессиональной деятельности, связанной с проектированием  лабораторных занятий с применением ИКТ; содействие становлению коммуникативной компетентности студентов в условиях групповой деятельности по анализу  и разработке цифровых  материалов учебного назначения и проектов лабораторных занятий физике с использованием ресурсов и инструментов виртуальной среды.

II.      Учебные задачи  лабораторной работы:

1) изучение содержания  и методики организации лабораторного эксперимента с использованием средств ИКТ на примере лабораторной работы «Движение тела, брошенного под углом к горизонту»

2) выполнение лабораторного эксперимента на основе инструктивных материалов для учащихся, отработка умений:

·      анализировать работу компьютерных  моделей опыта (модели ЦОР 1-3) по обобщенному плану; планировать и выполнять модельные  виртуальные эксперименты по изучению закономерностей движения тела, брошенного под углом к горизонту; формулировать выводы на основе результатов работы с  интерактивными моделями опыта (модели ЦОР 1-3);

·       планировать и выполнять натурный эксперимент по исследованию закономерностей движения  тела, брошенного под углом к горизонту;

·      использовать новые инструменты учебной деятельности при исследовании закономерностей движения  тела, брошенного под углом к горизонту (на примере ЦОР «Экспериментальные задачи лабораторного физического практикума» / Фишман А.И., Скворцов А.И., Даминов Р.В. – Казанский государственный университет,  ООО Нью Медиа Дженерейшин,  2006.)

·      использовать средства ИКТ  при выполнении лабораторного задания (компоненты предметных ЦОР, ИУМК, ИИСС -  тексты, рисунки, анимации, видео, интерактивные модели и тесты; табличный процессор MS Excel для обработки результатов модельного эксперимента; редактор MS PP и/или  MS Excel для подготовки отчета о результатах лабораторной работы).

 III.  Содержание подготовки к лабораторному занятию

1. Повторить, используя  учебники и учебные пособия по физике для средней общеобразовательной школы и предметные ЦОР, ИУМК, ИИСС следующий учебный материал:

Факты:

·  Ускорение свободного падения тела в поле тяжести Земли составляет 9,8 м/с2;                

·  Направление вектора ускорения движения тела при его броске под углом к горизонту

 

Понятия:

·  Свободное падение тела в поле тяжести Земли

·  Ускорение свободного падения

Физическая теория – классическая механика (элементы):

·  принцип независимости движений

·   - уравнение траектории движения

·   - высота подъема

·   - дальность полета

·   - время полета

Технические понятия (о приборах, установках, технологических процессах):

·     пистолет баллистический (лабораторный).

Методологические знания:

·     Эксперимент как метод познания.

·     Автоматизированный физический эксперимент

·     Моделирование физических процессов в компьютерном эксперименте, тестирование модели

Информация, отражающая социокультурную ценность физической науки (историко-культурная информация):

Сведения из истории  исследования свободного падения тел Г. Галилеем

Электронные учебные издания по физике

1.

Библиотека электронных наглядных пособий "Физика 7-11 класс" (ООО «Дрофа»,
ЗАО «1С») (№ 5)

учебные объекты ЦОР

электронный

2.

Библиотека электронных наглядных пособий «Физика 7-11 классы» (ООО «Кирилл и Мефодий») (№ 8)

учебные объекты ЦОР

электронный

3.

Электронное средство учебного назначения "История техники" (ООО «Нью Медиа Дженерейнш») (№ 13)

учебные объекты ЦОР

электронный

4.

Электронное издание по дисциплине «Физика» для подготовки к единому государственной экзамену (ЕГЭ)» (ЗАО «1С») (№ 44)

учебные объекты ЦОР

электронный

5.

Электронное издание «Физика, 7-11 классы» (ООО «Физикон») (№ 52)

учебные объекты ЦОР

электронный

6.

Открытая Физика 2.5 (ООО «Физикон») (№ 63)

учебные объекты ЦОР

электронный

7.

Видеозадачи по физике. В 4 ч. (CD) /  А.И. Фишман,  А.И. Скворцов, Р.В. Даминов. -  Части 1-2. - Казанский государственный университет

учебные объекты ЦОР

электронный

8.

«Экспериментальные задачи лабораторного физического практикума» / Фишман А.И., Скворцов А.И., Даминов Р.В. – Казанский государственный университет,  ООО Нью Медиа Дженерейшин,  2006.)

 

учебные объекты ЦОР и инструменты учебной деятельности

электронный

 

2.  Познакомиться  содержанием теоретических, справочно-информационных  и инструктивных материалов к лабораторной работе и ЦОР. Составить каталог  медиаобъектов к лабораторной работе на основе анализа рекомендуемых  ЦОР по физике (тексты, фотоснимки, рисунки, видео, демонстрационные и интерактивные модели, анимации).

3.   Просмотреть видеоролик «Падение шарика на фоне 1 м линейки» (Библиотека электронных наглядных пособий "Физика 7-11 класс" /ООО «Дрофа»,ЗАО «1С» - № 5). Сформулировать задания для учащихся по материалам видеоролика. Подготовить образцы отчетов  о выполнении заданий.

4.    Выполнить учебные тесты по теме «Механика: Свободное падение» (см. рубрики: вопросы, задачи, задачи с решениями, лабораторные работы) (ЦОР: Открытая Физика 2.5 / ООО «Физикон» - № 63)). Проанализировать содержание учебных тестов. Отобрать вопросы, которые могут быть использованы для контроля готовности учащихся к лабораторной работе. Самостоятельно дополнить состав тестовых заданий. Оформить содержание теста в ДО «Moodl» (или автономной тестовой оболочке).

5.    Познакомиться с содержанием исследовательской телеметрической лабораторной работы  по изучению закономерностей движения тела, брошенного под углом к горизонту «Экспериментальные задачи лабораторного физического практикума» / Фишман А.И., Скворцов А.И., Даминов Р.В. – Казанский государственный университет,  ООО Нью Медиа Дженерейшин,  2006.). Предложить варианты использования данного цифрового ресурса в рамках настоящего лабораторного занятия. Подготовить отчет о выполнении телеметрического эксперимента (дополнительное задание по выбору).

6.    Проанализировать содержание ЦОР «Видеозадачи по физике». Части 3 и 4 / А.И. Фишман, А.И. Скворцов, Р.В. Даминов. Подобрать видеозадачи к данной лабораторной работе в качестве дополнительного задания для учащихся к лабораторному эксперименту. Предложить инструкцию к работе. Подготовить отчет о выполнении телеметрического эксперимента (дополнительное задание по выбору).

7.    Продолжить работу над индивидуальным проектом. Направления работы (1, 4,5,7,8,11,12 – см. комплект дидактических материалов):

·         Проанализировать содержание ЦОР, ИУМК, ИИСС с точки зрения состава имеющихся в них интерактивных учебных моделей.  Продолжить в связи с этим формирование каталога медиаобъектов к проекту (направление 12). Подобрать по теме проекта виртуальный интерактивный эксперимент (направление 4).

·         Разработать инструкцию к виртуальному эксперименту на основе обобщенного плана и образец отчета  учащихся о проведении виртуального эксперимента (направления 5 и 11).

·         Подобрать и выполнить учебные тесты по теме лабораторной работы индивидуального  проекта (ЦОР №№  44, 52, 63 и др.). Проанализировать содержание данных учебных тестов. Отобрать вопросы, которые могут быть использованы для контроля готовности учащихся к лабораторной работе. Самостоятельно дополнить состав тестовых заданий. Оформить содержание вводного и итогового тестов для учащихся по лабораторной работе в ДО «Moodl» (или автономной тестовой оболочке) (направления 7 и 8).

·         Подготовиться к коллективному обсуждению рабочих материалов проекта на занятии. Сформулировать вопросы. Продумать содержание  и подготовить презентацию к обсуждению.

 

IV.       КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИЛИ СПРАВОЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЕ

МАТЕРИАЛЫ (по материалам ЦОР «Открытая Физика» 2.5. Часть 1 / ООО «Физикон» - № 63).

Свободным падением тел называют падение тел на Землю в отсутствие сопротивления воздуха (в пустоте). В конце XVI века знаменитый итальянский ученый Г. Галилей опытным путем установил с доступной для того времени точностью, что в отсутствие сопротивления воздуха все тела падают на Землю равноускоренно, и что в данной точке Земли ускорение всех тел при падении одно и то же. До этого в течение почти двух тысяч лет, начиная с Аристотеля, в науке было принято считать, что тяжелые тела падают на Землю быстрее легких.

Ускорение, с которым падают на Землю тела, называется  ускорением свободного падения. Вектор ускорения свободного падения обозначается символом  он направлен по вертикали вниз. В различных точках земного шара в зависимости от географической широты и высоты над уровнем моря числовое значение g оказывается неодинаковым, изменяясь примерно от 9,83 м/с2 на полюсах до 9,78 м/с2 на экваторе. На широте Москвы g = 9,81523 м/с2. Обычно, если в расчетах не требуется высокая точность, то принимают числовое значение g у поверхности Земли равным 9,8 м/с2 или даже 10 м/с2.

Простым примером свободного падения является падение тела с некоторой высоты h без начальной скорости. Свободное падение является прямолинейным движением с постоянным ускорением. Если направить координатную ось OY вертикально вверх, совместив начало координат с поверхностью Земли, то для анализа свободного падения без начальной скорости можно использовать формулу:

 

положив υ0 = 0, y0 = h, a = –g. Обратим внимание на то, что если тело при падении оказалось в точке с координатой y < h, то перемещение s тела равно s = y – h < 0. Эта величина отрицательна, так как тело при падении перемещалось навстречу выбранному положительному направлению оси OY. В результате получим:

 

υ = –gt.

 

Скорость отрицательна, так как вектор скорости направлен вниз.

 

 

Время падения tn тела на Землю найдется из условия y = 0:

 

 

Скорость тела в любой точке составляет:

 

 

В частности, при y = 0 скорость υn падения тела на землю равна

 

 

Пользуясь этими формулами, можно вычислить время падения тела с данной высоты, скорость падения тела в любой момент после начала падения и в любой точке его траектории и т. д.

Аналогичным образом решается задача о движении тела, брошенного вертикально вверх с некоторой начальной скоростью υ0. Если ось OY по-прежнему направлена вертикально вверх, а ее начало совмещено с точкой бросания, то в формулах равноускоренного прямолинейного движения следует положить: y0 = 0, υ0 > 0, a = –g. Это дает:

 

υ = υ0 – gt.

 

Через время υ0 / g скорость тела υ обращается в нуль, т. е. тело достигает высшей точки подъема. Зависимость координаты y от времени t выражается формулой

 

 

Тело возвращается на землю (y = 0) через время 2υ0 / g, следовательно, время подъема и время падения одинаковы. Во время падения на землю скорость тела равна –υ0, т. е. тело падает на землю с такой же по модулю скоростью, с какой оно было брошено вверх.

Максимальная высота подъема

 

 

 

Рис. 1.

Графики скоростей для различных режимов движения тела с ускорением a = –g.

На рис. 1. представлены графики скоростей для трех случаев движения тела с ускорением a = –g. График I соответствует случаю свободного падения тела без начальной скорости с некоторой высоты h. Падение происходило в течение времени tn = 1 с. Из формул для свободного падения легко получить: h = 5 м (все цифры в этих примерах округлены, ускорение свободного падения принято равным g = 10 м/с2).

График II – случай движения тела, брошенного вертикально вверх с начальной скоростью υ0 = 10 м/с. Максимальная высота подъема h = 5 м. Тело возвращается на землю через время 2 секунды.

График III – продолжение графика I. Свободно падающее тело при ударе о землю отскакивает (мячик), и его скорость за очень короткое время меняет знак на противоположный. Дальнейшее движение тела не отличается от случая II.

Задача о свободном падении тел тесно связана с задачей о движении тела, брошенного под некоторым углом к горизонту. Для кинематического описания движения тела удобно одну из осей системы координат направить вертикально вверх (ось OY), а другую (ось OX) - расположить горизонтально. Тогда движение тела по криволинейной траектории можно представить как сумму двух движений, протекающих независимо друг от друга – движения с ускорением свободного падения вдоль оси OY и равномерного прямолинейного движения вдоль оси OX. На рис.2 изображен вектор начальной скорости тела и его проекции на координатные оси.

 

 

Рис. 2.

Движение тела, брошенного под углом к горизонту. Разложение вектора начальной скорости тела по координатным осям.

 

 

 

 

Таким образом, для движения вдоль оси OX имеем следующие условия:

 

x0 = 0, υox = υ0 cos α, ax = 0,

 

а для движения вдоль оси OY

 

y0 = 0, υoy = υ0 sin α, ay = –g.

 

Приведем здесь некоторые формулы, описывающие движение тела, брошенного под углом α к горизонту.

Время полета:

 

 

Дальность полета:

 

 

Максимальная высота подъема:

 

 

Движение тела, брошенного под углом к горизонту, происходит по параболической траектории. В реальных условиях такое движение может быть в значительной степени искажено из-за сопротивления воздуха, которое может во много раз уменьшить дальность полета тела.

V.      КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ, ВЫПОЛНЯЕМОЙ СТУДЕНТАМИ В ХОДЕ ЗАНЯТИЯ (Описание экспериментальных установок. Порядок проведения эксперимента, постановки опыта, снятия замеров и обработки данных эксперимента. Методика анализа полученных результатов).

 

Порядок  работы

1. Повторение содержания учебной темы «Свободное падение тел» с использованием  рекомендуемых учебных пособий и ЦОР.

2. Планирование и выполнение натурного эксперимента: проверка закономерностей движения тела, брошенного под углом к горизонту

3. Планирование и выполнение во взаимосвязи виртуального и натурного экспериментов с использованием моделей 1 или 2 (по выбору) по проверке справедливости закономерностей движения тела, брошенного под углом к горизонту.

При планировании эксперимента следует воспользоваться обобщенным планом работы с интерактивной моделью.

4. Подготовка  отчета о результатах выполнения работы.

 Дополнительные задания:

·         Выполнить исследовательский телеметрический лабораторный эксперимент по изучению закономерностей движения тела, брошенного под углом к горизонту (ЦОР «Экспериментальные задачи лабораторного физического практикума» / Фишман А.И., Скворцов А.И., Даминов Р.В. – Казанский государственный университет,  ООО Нью Медиа Дженерейшин,  2006.). Предложить варианты использования данного цифрового ресурса в рамках настоящего лабораторного занятия. Подготовить отчет о выполнении телеметрического эксперимента.

·         Проанализировать содержание ЦОР «Видеозадачи по физике». Части 3 и 4 (А.И. Фишман, А.И. Скворцов, Р.В. Даминов -  Казанский государственный университет, 2005). Подобрать видеозадачи к данной лабораторной работе в качестве дополнительного задания для учащихся к лабораторному эксперименту. Предложить инструкцию к работе. Подготовить отчет о выполнении  эксперимента.

 

Указания к работе

 

I. Натурный физический эксперимент

Инструкция к работе  с натурной установкой

«Движение тела, брошенного под углом к горизонту»

(традиционный вариант инструкции к лабораторной работе школьного физпрактикума)

П. Виртуальный физический эксперимент

Обобщенный план учебной работы с  интерактивной моделью

1.     Рассмотрите составляющие интерфейса модели. Обратите внимание на активные «окна» и «клавиши» интерфейса. В случае необходимости обратитесь к разделу «помощь» или «справка». Уточните  в итоге уровни доступа к работе с моделью:

·     блоку ввода данных,

·     блоку их обработки,

·     блоку вывода результата на экран.

2.     Обратите внимание в блоке ввода данных на те элементы модели, а также те ее параметры, которые могут быть изменены пользователем (выбор и/или перемещение элементов, ввод  начальных граничных условий, изменение временных и/или пространственных масштабов и пр.).

3.     Проанализируйте возможности управления моделью через блок обработки данных (наличие калькулятора, табличного процессора, возможности работы с графиками  и  статистической обработки данных и пр.)  

4.     Уточните возможности управления моделью через блок вывода результатов виртуального эксперимента на экран монитора (см. имеющийся выбор способов представления данных на экране монитора - протокол, таблицы, графики функций, рисунок, динамическая модель).

5.     Запустите модель. Рассмотрите различные состояния модели, пронаблюдаете особенности ее работы, произвольно изменяя состав элементов модели и значения параметров в блоке ввода данных.

6.     Сформулируйте цели изучения материала на основе работы с данной моделью или цели исследования явления на основе  его модели:

·     просмотр различных вариантов работы модели  и фиксация полученных результатов в качестве иллюстраций к  изучаемому материалу;

·     тестирование модели (оценка уровня достоверности  результатов моделирования на основе сравнения с известными результатами натурного эксперимента);

·     исследование поведения модели в новых условиях (выдвижение модельных гипотез), с последующей проверкой в натурном эксперименте.

7.     Составьте план работы с моделью:

·     определите, какой параметр модели необходимо изменять, для выявления интересующих особенностей ее поведения;

·     выясните, какие результаты и в какой форме следует зафиксировать в ходе исследования;

·     при наличии  некоторого числа изменяемых параметров модели следует определить этапы работы, на каждом из которых следует изменять лишь один из параметров, оставляя другие параметры модели постоянными;

·     при достаточной ясности поведения модели в различных условиях возможно одновременное изменение нескольких параметров;

·   при проведении количественных экспериментов следует уточнить (назначить) пределы и шаг изменения  параметров модели.

8.     Определите способы записи результатов работы модели (традиционные или электронные: протоколы, таблицы, диаграммы, схемы, графики и пр.).

9.     Изучите (исследуйте) работу модели в соответствии с намеченным планом. Зафиксируйте результаты работы рациональным способом.

10.  Выполните при необходимости математическую обработку полученных данных. Используйте соответствующие задачам обработки инструментальные программы для ЭВМ.

11.  Проанализируйте полученные данные, сформулируйте выводы:

·       при формулировке вывода обратите внимание на поставленные ранее цели работы  с моделью; отметьте, удалось ли достичь поставленных целей и в какой степени;

·       при изучении поведения модели при различных значениях ее параметров, обратите обязательно внимание на те ситуации, в которых происходила смена режимов ее поведения.

12.  Если работа с моделью носила исследовательский характер, то определите  цели дальнейшего исследования:

·         цели последующего натурного эксперимента;

·         цели модификации  компьютерной программы, реализующей модель.

13.  Подготовьте отчет (устный рассказ, письменный отчет, компьютерную презентацию) о выполненной работе. Для письменных отчетов может быть использован табличный процессор MS Excel, а также встроенные в виртуальную среду моделирования специальные инструменты учебной деятельности. Письменный отчет может включать распечатки фрагментов документа (или весь документ) отчета MS Excel, а также иллюстрации работы модели, выполненные с помощью клавиши «Prn Sc».

     

Инструктивные указания к учебной виртуальной модели

 «Движение тела, брошенного под углом к горизонту»

Модель 1. Открытая физика 2.5. В 2 ч. (CD)  / Под ред. С.М. Козела. –  М.: ООО «Физикон», 2002 (http://www.physicon.ru/.).

Поиск: Содержание / Глава 1.  Механика / Свободное падение тел / Модель «Движение тела, брошенного под углом к горизонту».

 

 

 


Рис. 1. Модель 1.8. «Движение тела, брошенного под углом к горизонту»

/ Открытая физика 2.5. Ч. 1 (CD)  / Под ред. С.М. Козела. - М.: ООО «Физикон», 2002.

 

К исполнению предлагается два варианта (по выбору)

 

Вариант 1 (исследовательский)

 

Анализ модели (вариант 1)

1. Рассмотрите составляющие модели «Движение тела, брошенного под углом к горизонту».

В активном окне модели изображены: координатная плоскость -  у = f (x)тело, траектория движения которого отображается на координатной плоскости

Обратите внимание на  активные «клавиши» модели:

·   старт (запуск модели, повторное нажатие соответствует  опции «пауза»),

·   сброс (переход модели в исходное состояние с сохранением результатов работы),

·   очистка (переход модели в исходное состояние с удалением результатов работы).

Имеются три активных окна для изменения значений кинематических характеристик движения (доступ  к  блоку ввода данных).

Окно  «Стробоскоп» позволяет активизировать опцию отображения на координатной плоскости положения движущегося тела через равные промежутки времени (доступ к блоку вывода результата на экран).

2. Можно изменять следующие параметры модели (кнопками  «вверх-вниз» -  ):

А. Высота, с которой выполняется бросок  ( - от 0 до 60 м);

Б. Начальная скорость движения (  от 0 до 25  м/с);

В. Угол, под которым выполняется бросок ( -  от 0° до 90°).  

3. Результаты виртуального эксперимента (блок вывода данных на экран монитора) демонстрируются на координатной плоскости в виде отображения:

·       вектора начальной скорости движения -   и ее проекций на координатные оси –   и   ;

·       движущегося тела и траектории его движения;

·       изменяющегося во времени вектора скорости движения - ;

·       изменяющегося во времени вектора скорости движения -   и проекций скорости на координатные оси –   и     (при включенной опции «Стробоскоп»);

·       меток положения движущегося тела через равные промежутки времени (при включенной опции «Стробоскоп»);

·       координаты точки падения тела -  x (см. флажок ).

4. Запустите модель. Произвольно изменяя  параметры модели, обратите внимание на изменения траектории движения тела и кинематических характеристик движения.

Планирование  и выполнение работы (вариант 1)

5. Цели работы:

·     тестирование модели (проверка характерных значений параметров модели);

·     моделирование физической ситуации для случая прицельного броска с заданной скоростью с последующей проверкой результата моделирования в натурном эксперименте;

·     использование модели в качестве экспертной системы при решении задач (дополнительно).

6. Ход работы

 Тестирование модели

А. Убедитесь, что модель работает в соответствии с формулами, описывающими движение тела, брошенного под углом  α к горизонту. Для этого следует выбрать те значения параметров модели, для которых результат поведения модели является  известным или легко просчитывается. Вариант тестирования приведен в таблице 1.

Таблица 1

  пп

Кинематическая

характеристика

Формула

для расчета

Характерные

точки

Расчетное

значение

Результат

моделирования

1.

Время полета

 

 = 0

 = 90°

 = 0

 = 10

 

 = 

 =

2.

Дальность

полета

 = 0

 

 

 

 = 0

 = 20

 = 30°

 = 45°

 = 60°

 = 90°

 

 

 =

 =

 =

 =

 

 

 =

 =

 =

  =

3.

Максимальная высота

подъема

 

 

 = 20

 = 0

 = 90°

 = 20

  = 10

 = 90°

 

 

 =

 =

 

 

 =

 =

 

4.

Уравнение

 траектории движения

 = 0

 = 20

 = 45°

 

Таблица

X

Y

0

 

10

 

20

 

30

 

40

 

График

 

Таблица

X

Y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

График

Б. Убедитесь, что при движении тела:

·       горизонтальная составляющая скорости  остается постоянной,

·       вертикальная составляющая скорости   меняется,

·       вертикальная составляющая скорости на одной и той же высоте  при движении вверх и на обратном пути (движение вниз)  имеет одну и ту же величину.

  Моделирование физической ситуации для случая прицельного броска

А. Оцените точность моделирования движения тела, брошенного под углом к горизонту, с помощью данной модели. Для этого определите максимальную величину изменения дальности полета при изменении начальной скорости броска на единицу («шаг» изменения скорости, разрешенный для данной модели). Заключение о средней точности моделирования следует сделать после 4-5 модельных экспериментов.

Результаты оценки точности моделирования представьте на числовой оси (в масштабе):

 

 

 


Б. Определите в натурном эксперименте среднюю дальность полета шарика ( =45,   = 0 м) -

Путем моделирования[1] похожей ситуации оцените по известной дальности полета начальную скорость движения шарика  - . Укажите числовой интервал, в котором находится значение этой скорости -  и   (например, от 3 до 4 м/с). Найдите с помощью модели для данного интервала скорости  числовой интервал   дальности полета -  и  (например, от  0,9 м до 1,6 м).


Результаты оценки точности моделирования представьте на числовой оси (в масштабе):

Найденное в натурном эксперименте значение дальности полета  тела  должно попадать в этот интервал.

В. Зная начальную скорость движения шарика, путем моделирования определите  угол броска, при котором дальность полета уменьшится в два раза.

 

 


 Проверьте результат моделирования в эксперименте. Для этого по полученным данным выполните прицельный выстрел.  Представьте результаты эксперимента  на числовой оси.

 

 

Использование модели в качестве экспертной системы при решении задач

А.  Решите задачи (по выбору):

·     Начальная скорость броска составляет 20 м/c. Максимальная дальность полета достигается при  броске  нулевой высоты под углом 45 °. Рассчитайте  дальность полета при изменении высоты броска до 20 метров. Увеличится ли дальность полета, если изменить угол броска для данной высоты  до 35°.

·     Начальная скорость броска составляет 25 м/с. Рассчитайте дальность полета  тела для угла в 36°. Найдите угол броска, при котором тело, брошенное с той же начальной скоростью, упадет на том же расстоянии от начала отсчета. Найдите сумму углов для первого и второго случаев. Проанализируйте полученный результат, сформулируйте вывод.

·     На мотоцикле совершается прыжок через 10 установленных в ряд автобусов. Длина ряда 40 м. До какой скорости должен разогнаться мотоциклист, чтобы при прыжке под углом в 45° выполнить этот прыжок (см. рис. 3).

 

 


Рис. 3

Б. Путем моделирования ситуации в виртуальном эксперименте убедитесь в справедливости решения  каждой задачи.

Представление результатов работы  (вариант 1)

7. Проанализируйте полученные данные и сформулируйте выводы:

а) по итогам тестирования модели (относительно содержания каждой строки таблицы 1); при анализе данных таблицы следует обратить внимание на характерные параметры поведения модели;

б)  по итогам проверки в натурном эксперименте результата моделирования прицельного броска  (укажите начальную скорость полета, углы вылета и дальность полета тела для каждого угла)

в) представьте решения задачи (задач), приведите данные расчетов и компьютерного эксперимента; приведите формулировки выводов, полученных при анализе решения задачи.

8. Подготовьте письменный отчет о работе с моделью. В отчете указать:

·     цель работы;

·     схематический рисунок модели, с которой был выполнен виртуальный эксперимент;

·     таблицу 1, заполненную по результатам тестирования модели;

·     выводы по работе с моделью;

·     решения задач с проверкой результатов в компьютерном эксперименте.

При подготовке отчета можно использовать редактор презентаций MS PP, а также иллюстрации к  работе модели, выполненные с помощью клавиши «Prn Sc».

Модель 2. «Стрельба из пружинного пистолета» / Физическая лаборатория (CD) / Д.В. Баяндин, О.И. Мухин. «STRATUM 2000». РЦИ ПГТУ. - Пермь, 2006).

Поиск: Содержание / Систематический каталог интерактивных моделей/ Часть 1. Механика / М1. Кинематика / 6. Движение тел в поле тяжести / 6.1 Стрельба из пружинного пистолета (или 6.1б Бросание тела под углом к горизонту)

 

Рис. 2. Модель6.1. «Стрельба из пружинного пистолета» / Физическая лаборатория (CD) / Д.В. Баяндин, О.И. Мухин. «STRATUM 2000». РЦИ ПГТУ. - Пермь, 2006).

Порядок работы с моделью аналогичный. Выполните работу  в часы самоподготовки. Укажите отличия в работе с моделями 1 и 2.

 

Вариант 2 (изучение и закрепление ранее усвоенного материала)

При использовании модели   можно ставить  цели, связанные не только с тестированием и исследованием модели, но и цели, ориентирующие школьников на усвоение (изучение, закрепление) «готового» знания. В этом случае работа с моделью возможна:

1) как с источником данных о характере движения тела, брошенного  под углом к горизонту (до изучения учебной темы);

 2) как с основой для повторения и закрепления учебного материала, отработки умений и навыков в решении задач (после изучения учебной темы).

Первый вариант не целесообразен, так как практически все эффекты движения тела можно пронаблюдать в натурном лабораторном эксперименте. Использование модели во втором варианте имеет смысл, но потребует подготовки иных  в отличие от приведенных выше инструктивных указаний. Эти изменения будут иметь место в части планирования и выполнения работы, а также  в части представления полученных результатов.

Анализ модели (вариант 2)

Пункты плана 1- 4 выполняются аналогично варианту 1.

Планирование  и выполнение работы (вариант 2)

5. Цели работы: изучение закономерностей движения тела, брошенного под углом к горизонту

6. Ход работы:

А. Убедиться, что максимальная дальность полета при броске с нулевой высоты достигается при угле 45°. Входе моделирования заполнить таблицу 1.

Таблица 1

Угол a

41°

42°

43°

44°

45°

46°

47°

48°

49°

х, м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Б. Показать, что дальность полета тел, брошенных под углами, составляющими в сумме 90°, будет одинаковой ( = 0). В ходе моделирования ситуаций заполнить таблицу 2.

Таблица 2

Угол a

10°

80°

20°

70°

30°

60°

40°

50°

х, м

 

 

 

 

 

 

 

 

В. Проиллюстрировать факт нарушения условия А при изменении высоты броска. Убедиться, что  максимальная дальность полет достигается при угле меньшем 45°. Данные моделирования занести в таблицу 3.

Таблица 3

 = 10

гол a

30°

32°

34°

36°

38°

40°

42°

44°

46°

х, м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Г. Продемонстрировать изменение дальности полета с увеличением начальной скорости движения тела. В ходе моделирования заполнить таблицу 4.

Таблица 4

 = 0

u0, м/с

3

6

9

12

15

18

21

24

25

х, м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Построить график зависимости дальности полета снаряда от начальной скорости выстрела для  = 45°. Провести анализ графика и определить вид зависимости x = f (u0),  рассчитать значение коэффициента пропорциональности.

Д. Убедиться, что траектория движения тела, брошенного под углом к горизонту есть парабола. Результаты моделирования для ситуации для  = 0,  = 20,  = 45° внести в таблицу 5.

Таблица 5

 

х,  м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Записать уравнение траектории движения тела для данного конкретного случая. Подставить отдельные данные моделирования в уравнение параболы. Убедиться в справедливости равенства правой и левой частей уравнения.

Е. Пронаблюдать, что при движении тела:

·       горизонтальная составляющая скорости  остается постоянной,

·       вертикальная составляющая скорости   меняется,

·       вертикальная составляющая скорости на одной и той же высоте  в начале движения и на обратном пути  имеет одну и ту же величину.

Представление результатов работы (вариант 2)

7. Проанализируйте данные  таблиц 1-5 и сформулируйте выводы. Отдельные выводы целесообразно проиллюстрировать графиками и рисунками.

При подготовке отчета можно использовать редактор презентаций MS PP, а также иллюстрации к  работе модели, выполненные с помощью клавиши «Prn Sc».

 

IV.      ПОРЯДОК ОФОРМЛЕНИЯ ОТЧЕТА ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ И ЕГО ЗАЩИТЫ.

По результатам лабораторной работы необходимо:

А. Оформить письменный отчет по лабораторным заданиям (натурный и виртуальный эксперименты) в MS Excel (или в MS Word). В отчете указать:

·     цель;

·     оборудование;

·     рисунок экспериментальной установки (описание виртуальной модели);

·     результаты исследования в форме численных данных, таблиц, графиков (использовать для обработки результатов табличный процессор MS Excel);

·     выводы.

Б. Оформить результаты телеметрического эксперимента (задание по выбору)

В. Представить отчеты преподавателю (индивидуальная беседа, учебный тест из ЦОР).

Г. Представить материалы по индивидуальным проектам  в системе ДО «Moodl» (см. задачи занятия) для промежуточного контроля.

 

V.      РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ ПРЕПОДАВАТЕЛЕЙ ПО ПРОВЕДЕНИЮ ЗАНЯТИЯ (с указанием на инновационность целей, содержания, методов, форм и средств обучения)

Инновационность целей лабораторного занятия обусловлена их  направленностью на формирование специальной профессиональной компетентности студентов в области применения ИКТ в организации лабораторных занятий с учащимися. Достижение данной цели предполагает решение ряда задач:

·    формирование знаний студентов о направлениях и приемах использования  средств ИКТ на лабораторных занятиях по  физике, о дидактической ценности и методике использования аппаратных средств и ресурсов предметной виртуальной среды для решения  учебных задач конкретного лабораторного занятия;

·    формирование профессиональных умений в разработке дидактических материалов для самостоятельной работы учащихся  на лабораторном  занятии;

·    совершенствование коммуникативных умений студентов, их творческих способностей при выполнении  лабораторных заданий и индивидуальных проектов.

Инновационность содержания занятия обусловлена обновлением структуры  и содержания деятельности  учащихся и учителя физики при выполнении лабораторного эксперимента с использованием средств ИКТ (аппаратных средств регистрации данных натурного опыта, интерактивных моделей физического эксперимента и физических явлений, инструментов обработки данных эксперимента в виртуальной среде, интерактивных  учебных тестов).

Инновационность методов и форм обучения обусловлена использование средств ИКТ при подготовке и проведении учебных занятий со студентами, организацией самостоятельной  работы студентов на занятии и при подготовке к нему, обеспечением уровневого подхода к формулировке заданий для самостоятельной работы, возможностью выбора студентом заданий для дополнительной учебной работы, организацией работы студентов  в творческих группах, использование коллективных обсуждений и дискуссий по содержанию индивидуальных учебных заданий и творческих проектов.  Проведения занятий на базе лаборатории педагогического проектирования (ЛПП).

Дидактическая структура занятия. В начале занятия проводится обсуждение со студентами текущих задач по разработке индивидуальных творческих проектов (не более 20 мин). Обсуждение строится на основе презентаций, подготовленных преподавателем и студентами. В процессе обсуждения корректируются  направления и методы работы студентов над индивидуальными проектами(4,5,7,8,11 – см. комплект дидактических материалов), уточняется содержание их учебной работы. Основное время учебного занятия предназначено для выполнения каждым студентом лабораторных заданий по программе практикума. В процессе занятия преподаватель оказывает помощь студентам в работе над учебными  заданиями, в особенности в части использования средств ИКТ в лабораторном эксперименте. Объем работы студентов на занятии может регулироваться, в зависимости от уровня их подготовки к занятию и ИКТ-компетентности. Выполнение части заданий может быть вынесено на самостоятельную работу в ЛПП.

В конце занятия  анализируются отчеты студентов о выполнении лабораторного задания (индивидуальная беседа по итогам работы, анализ работы студентов над учебными тестами из ЦОР, а также над учебными тестами, подготовленными студентами в рамках индивидуальных проектов).  В процессе занятия используются коллективные, групповые и парные формы учебной работы.

Результаты индивидуальной работы студентов над лабораторными заданиями и по индивидуальным проектам систематически представляются в системе  ДО «Moodle». Это позволяет преподавателю оптимизировать текущий контроль учебной работы студентов, а студентам обмениваться опытом учебной работы над заданиями.

 

 



[1] Модель из ЦОР «Открытая физика» (ООО Физикон) (рис.1) по своим  параметрам менее приспособлена для использования в этой части лабораторной  работы. При проверке результатов моделирования в натурном лабораторном эксперименте  целесообразнее воспользоваться моделью из ЦОР «Физическая лаборатория  («STRATUM 2000». РЦИ ПГТУ) (рис. 2).