КУРСОВАЯ РАБОТА ПО ТЕМЕ: Виртуальные лабораторные работы на уроках физики. курсовая. Виртуальные лабораторные работы
 Скачать 0.61 Mb.
|
|
Федеральное агентство по образованию РФ Пензенский государственный педагогический университет им. В. Г. Белинского Факультет Кафедра Физико-математический Теоретической физики и Общетехнических дисциплин КУРСОВАЯ РАБОТА ПО ТЕМЕ: Виртуальные лабораторные работы на уроках физики Выполнил: студент V курса, гр. ФИ-51 Плахов Д. А. Научный руководитель: Старший преподаватель; Сугробова Т. Н. Пенза, 2009 г. Содержание:Введение. ……………………………………………………………………...3 Методика подготовки и проведения лабораторной работы………………..4 Методика проведения виртуальных лабораторных работ с применением технологии Workbench………………………………………..6 Описание программ ……………………………………………………...…..8 1) «Виртуальные лабораторные работы по физике» 2) ИИСС «Интерактивные лабораторные работы по физике. 7-11 классы» 3) Виртуальные лабораторные работы по школьным разделам физики (http://barsic.spbu.ru/www/lab_dhtml/common/index.html) 4) CD-диск «Открытая Физика 2.5» ( в двух частях) Создание собственных приложений для проведения виртуальных работ………………………………………………………….15 Заключение…………………………………………………………...……...18 Приложения……………………………………...…………………………..20 Литература…………………………...………………………………………21 1. ВведениеФизика была одной из первых наук, в которых научный эксперимент целенаправленно использовался для получения новых знаний и проверки научных теорий. В последние десятилетия, после появления компьютеров, возник новый вид экспериментов – численные эксперименты. Такие эксперименты ставятся не над реальными объектами, а над их математическими моделями. Результаты позволяют оценить качество модели, уточнить её, оценить масштабы различных допущений. Но компьютерные эксперименты полезны и в образовании. Так, при изучении кинематики можно рассмотреть последовательное вычисление с помощью компьютера координат тела, брошенного под углом к горизонту, и вывод изображений этого тела на экран. Такой процесс будет выглядеть как мультфильм, передающий все основные закономерности движения. Казалось бы, особой нужды в таком эксперименте нет, т.к. формулы кинематики уже содержат в себе всё. Это верно, но лишь для простейшей задачи движения тела в однородном поле силы тяжести. А если мы хотим учесть силу сопротивления воздуха или изменение силы тяжести с высотой? Тогда без компьютера много сделать не удастся. Сложность программы расчёта движения тела при этом почти не изменится. Компьютерные эксперименты позволяют увидеть многие явления, не доступные при традиционном подходе: увидеть движение системы взаимодействующих тел, изучить на этой основе свойства неидеального газа, кристалла, капли жидкости. Можно пронаблюдать процесс плавления кристалла, испарения жидкости и т.п. 2. Методика подготовки и проведения лабораторной работыСуществуют различные формы проведения лабораторной работы с применением компьютера: 1.Работа с готовой программой. 2.Самостоятельное решение предлагаемой учителем задачи. 3.Моделирование и усложнение предлагаемой учителем программы. План работы: 1. Постановка задачи (что надо сделать). 2. Цель работы с моделью (зачем это делаем). 3. Указания по проведению работы. 4. Краткое содержание вычислительного эксперимента. 5. Указания по оформлению отчёта. Требования к оформлению: Заголовок: Лабораторная работа № . Название. Цель работы. Оборудование (приборы и материалы). Таблица. Схема. Вычисления (построение алгоритмов для решения данной задачи), обработка результатов. Вывод. Деятельность учащегося при самостоятельном решении задачи: 1. Построить модель задачи лабораторной работы. 2. Провести лабораторную работу. 3. Разработать алгоритм решения задачи а) по заранее готовому плану. б) по самостоятельно разработанному плану. Деятельность учащегося при моделировании готовой задачи: 1. Собрать модель задачи. 2. Внести в программу изменения с учетом тех или иных условий. 3. Провести лабораторную работу по заданному плану и проанализировать результат. Таким образом, выделяют три основных этапа в ходе урока: 1. Учащиеся получают задание и описание лаб. работы. 2. Проведение лабораторной работы. 3. Формулировка вывода и оформление работы. Методические рекомендации: 1. Необходимо чтобы демонстрация была тесно связана со словами учителя (надо не только слышать, но и видеть). 2. Важное правило при проведении опыта - это определение его цели. 3. Учащиеся должны быть подготовлены к восприятию опытов, т. е. владеть необходимым багажом знаний. 4. Используемые объекты должны быть наиболее простыми 5. Необходимо учитывать возрастные и индивидуальные возможности учащихся. Методические преимущества проведения виртуальной лабораторной работы перед традиционной: 1. Нет необходимости собирать заново всю установку перед каждым уроком, тратить время на осмотр приборов, на укладку их на место. 2. Техника безопасности на порядок выше, чем в обычных условиях 3. Можно за короткое время провести несколько экспериментов при разных начальных условиях, а потом обобщить результаты и сделать выводы. 4. Можно замедлить или ускорить время демонстрации. 3. Методика проведения виртуальных лабораторных работ с применением технологии WorkbenchПолная виртуализация лабораторного практикума при изучении физики в школе не является абсолютно достаточной для выработки экспериментаторских навыков у учеников, но может послужить хорошим дополнением реальному лабораторному практикуму. Методика проведения виртуальных лабораторных работ должна быть максимально приближена к методике проведения работ на реальном инструментарии, так как это снижает влияние негативных сторон виртуализации эксперимента. В методику проведения виртуальных лабораторных работ целесообразно внедрять использование нескольких программ (например «Electronics Workbench +Excel), что позволяет имитировать эксперимент на современных измерительно-вычислительных комплексах. Ниже приводится усредненная методика проведения виртуальной лабораторной работы, адаптированная к программным продуктам типа Constructor и Electronics Workbench. При подготовке к выполнению работы необходимо изучить: цель и программу выполнения работы; общие теоретические сведения по элементам схемы, которой представлена исследуемая система или явление, и особенности протекания процессов в таких элементах; назначение органов управления виртуальных приборов, используемых в работе и порядок подготовки их к измерению; общие правила построения схем на рабочем поле окна, характерные для Ewb; подготовить бланк отчета по работе, зарисовать требуемые схемы и таблицы для занесения данных измерений. Цель работы: знакомство с инструментарием программного продукта EWb и изучение его возможностей для построения виртуальных лабораторных работ; приобретение практических навыков в организации виртуальных лабораторных работ по физике в разделе «Электричество»; приобретение практических навыков в работе с виртуальными измерительными приборами для замеров различных параметров напряжений и токов в электрических цепях. Программа работы: изучение возможностей инструментария программного продукта EWb для задания параметров элементов схем. проведение необходимых измерений и заполнение заготовленных таблиц. Порядок выполнения работы: собрать согласно требуемой работе схему, используя панель компонентов и приборов EWb; установить параметры компонентов и приборов в соответствии с требованиями работы; снять необходимые показания приборов, занести их в таблицу; построить графики зависимости физических величин; сделать соответствующие выводы.
4. Описание программ1) «Виртуальные лабораторные работы по физике»Программа “Виртуальные лабораторные работы по физике” (Формат: ISO. Размер: 10.5 Мб) – это серьезное учебное пособие и увлекательная компьютерная программа с высококачественной реалистичной графикой и высоким уровнем интерактивности. Включенные в лабораторные работы экспериментальные задачи помогут не только глубже понять физические процессы и закономерности, но и научиться применять полученные знания на практике. Работая с диском, ребенок убедится в том, что исследовательская и творческая деятельность – это действительно интересно! Кроме того, программа будет полезна при подготовке к лабораторным занятиям с реальным оборудованием и окажется незаменимой при его отсутствии.   Список лабораторных работ: - Измерение размеров малых тел - Измерение массы тела на рычажных весах - Измерение объема твердого тела - Определение плотности вещества - Измерение выталкивающей силы - Изучение колебаний нитяного маятника - Выяснение условий равновесия рычага - Изучение равноускоренного движения - Изучение явления теплообмена Особенности продукта: - Теоретические сведения и раздел для повторения - Реалистичное моделирование интерактивного эксперимента - Экспериментальные задачи - Вывод результатов работы на печать Минимальные требования: Операционная система Microsoft® Windows® Mе/2000/XP, процессор Pentium® 1,5 ГГц, 512 МБ оперативной памяти, 8 МБ свободного места на жестком диске, видеоадаптер с памятью 16 МБ 2) ИИСС «Интерактивные лабораторные работы по физике. 7-11 классы»Информационный источник сложной структуры «Интерактивные лабораторные работы по физике» для учащихся 7-11 классов состоит из набора компьютерных моделей для виртуальных экспериментов, охватывающего все разделы физики в средней школе. Данные интерактивные модели способны стать полноценной основой уроков – лабораторных работ: позволяют учащимся получать в динамике наглядные иллюстрации физических экспериментов и явлений; позволяют анализировать закономерности, часто ускользающие при наблюдении реальных экспериментов. Инновационным является подход к созданию и реализации продукта, обеспечивающего системность использования компьютерного эксперимента на уроках. В результате предлагается ИИСС – инструмент, способный обеспечить учебный процесс требуемыми компьютерными ресурсами в конкретной области: «эксперимент по физике», что делает возможным создавать новую систему занятий по предмету, в ходе которых учащийся совершенствует учебные навыки, учится осуществлять выбор и нести за него ответственность, самостоятельно мыслить и действовать, решать нетрадиционные задачи, используя приобретенные предметные, интеллектуальные и общие умения и навыки. Все это осуществляется в рамках традиционной классно-урочной системы, дополняя и развивая лучшие особенности классического образовательного процесса. ИИСС «Интерактивные лабораторные работы» может быть использован: Как основа для проведения уроков, содержащих фронтальный эксперимент при изучении, повторении или закреплении изученного материала в курсе физики средней школы Как дополнительный демонстрационный материал в урочной системе учителем при использовании как в компьютерном классе, так и при применении единичного компьютера в кабинете физики При подготовке, проведении и анализе результатов компьютерного тестирования. Как учебное пособие в учреждениях дополнительного образования для любознательных естествоиспытателей, возможно, в процессе кружковой работы и элективных курсах по физике Как набор экспериментов для детей, интересующихся изучением природы Как дополнительное пособие, позволяющее вести познавательно-исследовательскую деятельность для детей больных, находящихся в системе домашнего обучения Родители могут использовать данное пособие для развития познавательного интереса ребенка и расширения его кругозора Все модули разработаны на единой платформе и объединены единым дизайном как электронное издание. Реализован многопользовательский режим (с вводом пароля). Разделение пользователей предполагается для того, чтобы пользователи могли записывать результаты своей работы в разные журналы. Дополнительные функциональные элементы ИИСС: Поисковая система (полнотекстовый поиск, поиск по типам объектов, поиск названию объекта) Для мониторинга обучения используется информационный журнал (или журнал наглядности), позволяющий хранить информацию о работе учащегося с ИССС Помощь Поддерживаются стандартные возможности работы с текстом в Internet Explorer (выделение блока, копирование в буфер, печать). Результаты выполнения интерактивных задач заносятся в журнал. Методические материалы учителю: Уроки. Раздел содержит 39 уроков-лабораторных работ Общее описание программного продукта и методика использования комплекта интерактивных лабораторных работ Разработка рабочих листов Тематическое планирование. Раздел содержит примерные планы для 7, 8, 9, 10 и 11 классов. Технические требования к оборудованию: Процессор Intel Celeron 700 MГц, оперативная память 128 Mb, объем жесткого диска 200 Mb, устройство для чтения CD-ROM, видеоадаптер 1024x768 SVGA, манипулятор «мышь», операционная система Microsoft Windows ХР, Microsoft Windows 2000, Microsoft Internet Explorer версии 6.0, Macromedia Flash Player 8, Sun JRE 3). Виртуальные лабораторные работы по школьным разделам физики (http://barsic.spbu.ru/www/lab_dhtml/common/index.html)Работы выполняются непосредственно в браузере. Для входа и выполнения лабораторных работ необходимо разрешить браузеру выполнять сценарии JavaScript. Во введении имеется справочный материал о погрешности измерений, классе точности измерительных приборов, оформлении отчетов о проделанной работе. Список работ: 10 класс Опытная проверка закона Гей-Люссака Измерение модуля упругости (модуля Юнга) резины Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока Измерение удельного сопротивления проводника Изучение последовательного соединения проводников Изучение параллельного соединения проводников Определение заряда электрона 11 класс Изучение явления электромагнитной индукции Измерение показателя преломления стекла Изучение треков заряженных частиц Описания работ и контрольные вопросы к ним – в приложении 3 на диске. 4) CD-диск «Открытая Физика 2.5» ( в двух частях)Открытая Физика 2.5, часть 1 (ООО «Физикон»,2005). Полный интерактивный курс физики для учащихся школ, лицеев, гимназий, колледжей, студентов технических вузов. Полный мультимедийный курс физики позволяет разобраться в различных вопросах физики, постичь ее основы, досконально понять сущность физических законов. В учебник включены следующие главы: Механика, Механические колебания и волны, Термодинамика и молекулярная физика. Интерактивный курс включает: иллюстрированный учебник; более 500 интерактивных учебных моделей; лабораторные работы; около 700 тестов, контрольных вопросов и задач; систему составления контрольных работ; разбор типовых задач; журнал учета работы ученика; итоговые сертификационные тесты; справочные материалы; поисковую систему по ключевому слову; биографии ученых-физиков; путеводитель по Интернет-ресурсам; методическую поддержку курса – поурочное планирование для учителей. Открытая Физика 2.5, часть II (ООО «Физикон»,2003). В учебник включены следующие главы: Электричество, Магнетизм, Оптика, Современная Физика. Содержит 60 интерактивных учебных моделей; лабораторные работы; более 900 тестов, контрольных вопросов и задач; систему составления контролных работ, разбор типовых задач, биографии ученых-физиков, сертификационные тесты и сертификаты компании ФИЗИКОН; система тестов для самопроверки; журнал учета работы ученика; справочные таблицы; предметный и именной указатели; поисковую систему; звуковое сопровождение; методические пособия для учителей; каталог Internet-ресурсов по физике.
Сборник инструкций для учащихся по выполнению электронных лабораторных работ по физике в 10-11 классах находится в приложении на диске (файл pril1). 5. Создание собственных приложений для проведения виртуальных работВ школах имеется опыт применения готовых учебных и демонстрационных программ, но важное место в школьном курсе информатики отводится созданию собственных приложений – проектов на языке VisualBasic и их практическом применении на уроке физики. Тема «Изучение движения тела, брошенного под углом к горизонту» является одной из сложных в курсе механики, и время на её изучение ограничено. Она опирается не только на знание физических явлений и законов, но и на умелое владение математическими навыками преобразования тождественных выражений и решение квадратных уравнений. Предлагаемую программу можно использовать в качестве учебного пособия для выполнения лабораторной исследовательской работы. В начале урока учитель повторяет с учащимися вопросы теории, отвечает на вопросы учащихся, даёт устные рекомендации по работе с компьютером, а также предлагает ознакомиться с порядком выполнения работы (имеется печатная форма инструкции). Сначала, сев за компьютер, учащиеся знакомятся с поставленной перед ними задачей и анализируют её (cлайд 1).  Далее следует информационно-справочная часть (cлайд 2).  В третьей части работы учащиеся знакомятся с инструкцией № 1 и теоретическим материалом к данной части работы, который будет закрыт при введении параметров (слайды 3–4). Здесь исследуется зависимость высоты стрелы над стендом от начальной скорости. В четвертой части работы учащиеся знакомятся с инструкцией № 2 (слайд 5) и исследуют зависимость высоты стрелы над стендом от угла запуска. В пятой части работы анализируются полученные результаты, делаются выводы, учащиеся отвечают на дополнительные вопросы (слайд 6).  Лабораторная работа оформляется учащимися в лабораторной тетради по стандартному образцу и оценивается учителем. Подобные работы повышают эффективность освоения сложных тем в курсе физики и способствуют повышению познавательного интереса школьников к предмету. ЗаключениеОбучение физике нельзя представить только в виде теоретических занятий, даже если учащимся на занятиях показываются демонстрационные физические опыты. Ко всем видам чувственного восприятия надо обязательно добавить на занятиях «работу руками». Это достигается при выполнении учащимися лабораторного физического эксперимента, когда они сами собирают установки, проводят измерения физических величин, выполняют опыты. Лабораторные занятия вызывают у учащихся очень большой интерес, что вполне естественно, так как при этом происходит познание учеником окружающего мира на основе собственного опыта и собственных ощущений. Лабораторная работа является методом исследования, обеспечивающим научность школьного курса. При выполнении лабораторных работ развиваются и закрепляются навыки и умения, что очень важно в процессе обучения. В современных условиях интенсивного развития информационных технологий возникает необходимость в создании иной образовательной среды. В настоящее время актуальным является вопрос использования программно-педагогических и телекоммуникационных средств в учебном процессе школы и, в частности, при обучении физике. Процесс обучения зависит не столько от деятельности учителя, сколько от активности учеников и их желания получить знания. Направление учеников на творческую работу наилучшим образом способствует включение в школьную программу уроков с применением компьютера. Современные мультимедийные компьютерные программы и телекоммуникационные технологии открывают учащимся доступ к нетрадиционным источникам информации - электронным гипертекстовым учебникам, образовательным сайтам, системам дистанционного обучения. Это призвано повысить эффективность развития познавательной самостоятельности и дать новые возможности для творческого роста школьников. Возможностей использования ИКТ на уроках физики огромное множество. Одна из них – проведение виртуальных лабораторных работ Виртуальные лабораторные работы имеют целый ряд преимуществ: существует возможность непосредственно наблюдать, исследовать, экспериментально проверять правильность теоретических предположений, что значительно увеличивает эффективность урока. Можно осуществить эксперимент, который в обычных условиях невозможен (например, если процесс долговременный или требующий специальных установок), можно попробовать экспериментировать и с «эффектом Доплера», и проводить космические эксперименты. Преимущества проведения виртуальной лабораторной работы перед традиционной: Нет необходимости собирать заново всю установку перед каждым уроком, тратить время на осмотр приборов, на укладку их на место. Техника безопасности на порядок выше, чем в обычных условиях Можно за короткое время провести несколько экспериментов при разных начальных условиях, а потом обобщить результаты и сделать выводы. Можно замедлить или ускорить время демонстрации. Виртуальные работы имеют и недостатки: они не дают возможности развивать практические навыки учащихся по измерению физических величин, использованию измерительных инструментов, не обучают методике проведения физических опытов и экспериментов. Но, выполнив виртуальную работу, ученики легче сориентируются при выполнении такой же реальной работы. Поэтому нецелесообразно полностью отказываться от реальных работ в пользу виртуальных. На начальном этапе обучения физике (7 – 9 кл.) большую пользу имеют реальные работы, т.к. у подростков более развита предметная деятельность, чем наглядно-образное мышление. А вот в старших классах (10 – 11 кл.), когда обучение учащихся основано на теоретическом уровне обобщения, можно использовать компьютерные модели, развивающие логику и мышление учащихся. Поэтому в школьной практике нужно вводить виртуальные работы, не заменяя реальные, а лишь дополняя их. 7. Приложения (на диске):Программа “Виртуальные лабораторные работы по физике” (файл FizikaLab) Программа «Интерактивные лабораторные работы по физике. 7-11 классы» (файл ИИСС) Виртуальные лабораторные работы по школьным разделам физики (файл приложение 3) Сборник инструкций для учащихся по выполнению электронных лабораторных работ по физике в 10-11 классах (файл pril1) Литература:Селевко Г.К. Современные образовательные технологии. – М.: Народное образование, 1998. Лисицын С.Г. Компьютерные эксперименты в курсе физики. – Физика-ПС, № 16, 2006. Бирюкова Т.В., Федосеева Г.М. Применение информационных технологий при выполнении лабораторных работ по физике. – Физика-ПС, № 19, 2007. Ресурсы Интернет (http://www.uroki.net/docfiz/docfiz19.htm) Ефремова Т.П. Электронная лабораторная работа по физике как средство формирования информационной компетентности учащихся. – Фестиваль «Открытый урок», 2006/2007 года (http://festival.1september.ru/articles/411219) |