Содержание
Введение
Глава I.Основные понятия атомной физики, изучаемые в общих и профильных школах
§1. Основные понятия атомной физики
§2. Демонстрационные и компьютерныеэксперименты
§3. Требования к электронному учебнику
Глава II.Разработкаи методика применения электронных ресурсов
§1. Компьютерное моделирование поатомной физике
§2. Методика включения компьютерныхмоделей
Заключение
Список литературы
Введение
Физика дает нампонимание того, что нас окружает, позволяет понять процессы и законы,происходящие в природе. А в частности, подраздел «Атомная физика» даёт учащимсяболее глубокое понятие окружающего нас мира, ведь всё на свете состоит изатомов. Изучение подраздела «Атомная физика» является основополагающим кпониманию более сложных дисциплин, с которыми в будущем столкнуться учащиеся,при поступлении в высшие учебные заведения с физической направленностью.
Атомная физика являетсяодной из самых сложных в понимании учеников. И главной сложностью еёпреподавания является отсутствие наглядности.
Методикой изученияатомной физики в средней школе занимались такие методисты как: Б.Б. Буховцев,С.В. Громов, И.К. Кикоин, ВВ. Мултановский, М.Я. Мякишев, И.И. Нурминский, А.А.Пинский, А.В. Перышкин, Н.А. Родина, В.Г. Разумовский, Л.П. Свитков, А.А.Синявина, Л.С. Хижнякова, Э.Е. Эвенчик и др. Результаты этих исследований нашлиотражение в новых учебниках физики для средней школы.
Сложность обучениясвязана с ограничением показа реальных экспериментов по атомной физике.Причиной этому является то, что большинство экспериментов могут производитьвредное воздействие на организм человека. И не способностью школ полностьюпринять все средства предосторожности для исключения различных видовинцидентов.
Целью курсовой работыявляется исследование возможности использования электронных ресурсов в помощьученикам при изучении атомной физики.
Объектом исследованияявляется организация учебного процесса на различных этапах урока физики.
Предметом исследованияявляется изучение атомной физики в основной школе.
Задачи курсовой работы:
1. Проанализировать состояниепроблемы в научно-методической литературе и практике обучения.
2. Определить элементысодержания учебного материала по физике, для которых необходимо разработатьэлектронные ресурсы.
3. Создать электронныересурсы и методику использования разработанного материала учителем ишкольниками.
Глава 1
Особенности изучения атомнойфизики в школьном курсе
§1 Основные понятияатомной физики, изучаемые в общих и профильных школах
При определениисодержания и методов изучения данного раздела необходимо руководствоваться такимиосновными факторами, как научной значимостью отобранного для изучения материалаи важностью его практических приложений.
В процессе изученияатомной физики рассматриваются такие понятия как строение атома, протон,нейтрон, электрон, состав ядра атома, радиоактивность, деление ядер и многиедругие понятия в зависимости от профиля школы. Все эти вопросы имеют оченьбольшое значение, так как на их основе создаётся у учеников расширенное мировоззрениеоб окружающем нас мире.
По государственномуобщеобразовательному стандарту минимальный уровень усвоение знаний по атомнойфизике для базовых и профильных школ разделяют следующим образом:
Стандартполного базового образования
Планетарнаямодель атома. Квантовые постулаты Бора. Лазеры. Модели строения атомного ядра. Ядерныесилы. Дефект массы и энергия связи ядра. Ядерная энергетика. Влияниеионизирующей радиации на живые организмы. Доза излучения. Закон радиоактивногораспада и его статистический характер.
Стандарт полногопрофильного образования
Планетарнаямодель атома. Квантовые постулаты Бора и линейчатые спектры. Гипотеза де Бройляо волновых свойствах частиц. Дифракция электронов. Соотношениенеопределенностей Гейзенберга. Спонтанное и вынужденное излучение света. Лазеры.Модели строения атомного ядра. Ядерные силы. Нуклонная модель ядра. Энергиясвязи ядра. Ядерные спектры. Ядерные реакции. Цепная реакция деления ядер. Ядернаяэнергетика. Термоядерный синтез. Радиоактивность. Дозиметрия. Законрадиоактивного распада.
Разницатребований к выпускникам довольно ощутимая. В профильный минимум были включенытакие темы как:
-Гипотеза де Бройля оволновых свойствах частиц;
-Дифракция электронов;
-Соотношениенеопределенностей Гейзенберга;
-Нуклонная модель ядра;
-Ядерные спектры;
-Термоядерный синтез;
-Дозиметрия.
Однакомногие учебники физики для базовых школ включают в себя некоторые вопросы дляболее углубленного изучения.
Например:
В.А.Касьянов“Физика 11 класс” включает в себя понятия по атомной физике:
Строениеатома. Постулаты Бора. Лазер. Состав атомного ядра. Энергия связи. Синтез иделение ядер. Радиоактивность. Ядерная энергетика. Термоядерный синтез. Ядерноеоружие.Влияние ионизирующей радиации на живые организмы. Элементарные частицы.Фундаментальные взаимодействия.
Такиеучебники повышают уровень знаний учащихся базовых школ.
§2Демонстрационные и компьютерные эксперименты при изучении атомной физики
Демонстрационныйэксперимент должен являться основной составляющей экспериментального курсафизики, как правило, все основные физические понятия должны демонстрироватьсяна опыте. Хороший демонстрационный опыт, проведенный во время теоретическогоизложения и отражающий физическое явление, позволяет преодолеть частовозникающий на начальной стадии обучения формальный подход к физике.Демонстрационные опыты, как известно, формируются накопленные ранеепредварительные представления, которые к началу изучения физики далеки и у всехучащихся бывают одинаковыми и безупречными. На протяжении всего курса изученияфизики эти опыты накопляют и расширяют кругозор учащихся. Они зарождаютправильные начальные представления о новых физических явлениях и процессах,раскрывают закономерности, знакомят с методами исследования, показываютустройство и действия некоторых новых приборов и установок, иллюстрируютпрактическое применение физических законов. Все это конкретизирует, делаетболее понятным и убедительным теоретическое изучение материала, возбуждает иподдерживает интерес к физике.
Однакопоставить реальную демонстрацию по атомной физике довольно-таки сложно попричине опасности проведения для здоровья человека.
Существуютдва выхода из такой ситуации:
1.Дляобеспечения наглядности при изучении физики широко применяют “материальные”модели, в которых рассматриваются не сами изучаемые явления, а их аналоги.
Этотметод хорошо может применяться при изучении атомной физики. Примером такойдемонстрации может служить аналогия строения атомного ядра и беспорядочногорасположения детей (в равных количествах мальчиков и девочек) в центральномкруге баскетбольной площадки.
Мальчикибудут олицетворять протоны, а девочки нейтроны. Если же попросить детейсобраться в кучки мальчики с мальчиками, а девочки с девочками, тогда всутолоке они начнут толкаться и строй вытянется в овал, что является аналогиейделения ядер.
Ещёодним примером такой модели может бать капельная модель ядра, где строение ядрарассматривается как капля жидкости.
Данныемодели являются не плохой альтернативой для показа демонстраций. Однако главнымминусом модельного эксперимента является то, что не ко всему можно сделатьаналогию и механические модели искажают свойства микромира.
2.Для того, что бы показать любой эксперимент по атомной физике во всей егополноте прибегают к компьютерному моделированию.
Сточки зрения преподавателя очевидное, лежащее на поверхности достоинствокомпьютерного моделирования заключается в возможности создавать впечатляющие изапоминающиеся зрительные образы. Такие наглядные образы способствуют пониманиюизучаемого явления и запоминанию важных деталей в гораздо большей степени,нежели соответствующие математические уравнения. Моделирование позволяетпридать наглядность абстрактным законам и концепциям, привлечь вниманиеучащихся к тонким деталям изучаемого явления, ускользающим при непосредственномнаблюдении. Графическое отображение результатов моделирования на экранекомпьютера одновременно с анимацией изучаемого явления или процесса позволяетучащимся легко воспринимать большие объемы содержательной информации.
§3Требования к электронному учебнику
Требованияк текстовой информации.
Электронныйучебник должен содержать только минимум текстовой информации, в связи с тем,что длительное чтение текста с экрана приводит к значительному утомлению и какследствие к снижению восприятия и усвоения знаний. Существенное значение имеетразмер и начертание шрифта. Электронный вариант учебника позволяет выделитьотдельные слова или фразы цветом и фоном, что улучшает наглядность, позволяет акцентироватьвнимание на главном. Электронный учебник должен содержать гиперссылки поэлементам учебника и возможно иметь ссылки на другие электронные учебники исправочники. Желательно иметь содержание с быстрым переходом на нужнуюстраницу.
Требованияк графической информации.
Электронныйучебник должен содержать большое количество иллюстративного материала. Причем,графические изображения должны быть как можно более просто оформлены (не болеечем девять линий и одно понятие на одно изображение) и соответствовать размерамэкрана или окна на экране. Что следует показывать графически:
–последовательные кадры, рисунки, которые показывают движение, причинные связиили структуру, диаграммы процессов, временные графики;
–диаграммы или рисунки, на которых опущены определенные частности для
того,чтобы выделить особенности изображаемого явления, такие как сечения, чертежи,рисунки машин;
–качественное представление числовых данных, такое как линейные графики,диаграммы, пиктограммы;
–физические, политические и специализированные карты;
–диаграммы или рисунки, на которых опущены определенные частности для того,чтобы выделить особенности изображаемого явления, такие как сечения, чертежи,рисунки машин;
–таблицы и диаграммы или разного рода матричные представления словесных ичисловых данных, такие как расписания, таблицы спортивных результатов,диаграммы для сравнения;
–статические фотографии, которые хороши для привлечения внимания, демонстрацииподлинников, введения в контекст.
Использованиевидеофрагментов позволяет передать в динамике процессы и явления. Несмотря набольшие размеры файлов, применять их целесообразно, т.к. восприятие изаинтересованность студентов повышаются и как следствие, улучшается качествознаний.
Требованияк компоновке учебного материала.
Исключительноедидактическое значение имеет компоновка текстового, графического и другогоматериала. Качество восприятия новой информации, возможность обобщения ианализа, скорость запоминания, полнота усвоения учебной информации взначительной мере зависят как от расположения информации на странице (экранекомпьютера), так и от последовательности идущих друг за другом страниц. Ведь, вотличие от печатного издания, в котором можно одновременно«заглядывать» в две страницы, держа промежуточные страницы в руках, вэлектронном учебнике это сделать невозможно. Но в связи с вышесказанным,электронный учебник должен позволять делать закладки в любом месте, отображатьсписок закладок, отсортировав их в любом порядке. В электронном учебнике долженбыть список рекомендованной литературы, изданной традиционным, печатнымспособом. Список литературы может быть дополнен не только ссылками на статьи вжурналах, сборниках научных конференций и др., но также и на электронныепубликации, размещенные на серверах учебного заведения или в сети Internet.
Глава2
Разработкаи методика применения электронных ресурсов по атомной физике
§1Компьютерное моделирование по атомной физике
Насегодняшний день разработано множество графических пакетов и оболочек (Соrel,3D-Studio,Power-Point,Macromedia Flash,Micro-Capидр.), позволяющих решать конкретные практические задачи с помощью ЭВМ без знанияязыков высокого уровня. По нашему мнению, наиболее приемлемыми дляиспользования в школе являются оболочки PowerPoint и CorelMove.
Графическийредактор CorelMove и пакет для создания презентаций PowerPoint позволяетсоздавать различные статические и динамические модели, которые очень нагляднодемонстрируют различные физические опыты и явления, переходные процессы. Просмотрэтих моделей учащимися делает процесс изучения физики интересным ипривлекательным, а так же во многом упрощает труд преподавателя. Применениекомпьютерных моделей на уроках вообще и физики – в частности, в конечном счете,должно способствовать развитию познавательного интереса, овладению школьникамивозможностями информационных технологий, более гармоничному развитиюинтеллектуальных способностей учащихся.
Приизучении физики возможен пересмотр методики изучения школьниками некоторыхразделов на основе эффективной графической иллюстрации сложных зависимостей,представляемых обычно в табличной или аналитической форме, улучшения техники и методикидемонстрационного эксперимента, наглядного решения физических задач.
Чтобысделать средство обучения наглядным, необходимо выделить основные свойстваизучаемого явления, т.е. превратить его в модель, правильно отразить в моделиэти свойства и обеспечить доступность этой модели для учащихся.
Особоевнимание должно уделяться статическим и динамическим моделям.
Динамическоекомпьютерное моделирование обладает большой достоверностью и убедительностью,прекрасно передает динамику различных физических процессов.
Внастоящее время изменилось отношение к наглядности преподавания физики. Широкоераспространение получили различные компьютерные модели, открывающие передучителем много возможностей и перспектив в обучении физике. Их использование вкомплексе с другими средствами наглядности повышают эффективность процессаобучения.
Показателемэффективности компьютерных моделей является интеллектуальное развитие учащихся.Для повышения этого показателя необходимо соответствие предметного содержания урокацелевому назначению динамической компьютерной модели.
Использованиекомпьютерных технологий позволяет в условиях школы надежно воспроизводить физическиеявления и процессы, быстро и точно производить расчеты времени, многократно повторятьэксперимент с разными исходными данными.
Важнымусловием повышения эффективности наглядности обучения является активизацияпознавательной деятельности учащихся за счет увеличения объема самостоятельнойработы при организации диалога ученика с компьютером.
Применениекомпьютерных моделей в демонстрационном эксперименте позволяет более полно реализоватьна практике такие требования, как обеспечение видимости, созданиеспецифического эмоционального настроя.
Наосновании соответствия содержания учебного материала целевому назначениюдинамических компьютерных моделей выделяют несколько вариантов использования динамическихкомпьютерных моделей при объяснении нового материала:
1.в теории, основанной на явлениях, для которых важно знать их механизм;
2.в теории, основанной на исторических опытах;
3.в теории по материалу повышенной трудности;
4.для демонстрации применения изучаемого явления в жизни и технике;
5.для построения графиков, необходимых для изучения нового материала.
Электронныйучебник по атомной физике был разработан с помощью программ Macromedia Flash 8и Microsoft Office FrontPage 2003. С помощью первой программы были созданы иформатированы все анимации электронного учебника, а с помощью второй быларазработана структура учебника. Эти программы на нынешнее время являются однимииз самых понятных красочных и легкодоступных программ своего рода.
§2Методика включения компьютерных моделей в структуру преподавания атомной физики
Изучениеатомной физики начинается со строения атома. Учитель рассказывает историюоткрытия атомов. Далее рассматриваются различные представления о структуре, исодержании атома. В момент объяснения того что атомы состоят из положительнозаряженного ядра и движущегося по орбитам отрицательно заряженных электронов включаютмодель «Строение атома». Показ анимации можно произвести в два подхода:
первый,при воспроизведении модели сопровождать её комментариями,
второй,для закрепления понятия, воспроизвести модель без комментариев. Эту же анимациюдемонстрирует при изучении строении ядра атома. В этот раз ученикам становитсяпонятно, что такое нуклоны и почему атом в целом нейтрален. Данная темаявляется основополагающей в изучении атомной физики и поэтому компьютернаямодель должна как можно ярче дать представление об атоме. (Рис1).
/>
Далеерассматривается энергия связи нуклонов в ядре. Вводится понятие удельнойэнергии связи. Ученики записывают определение в тетрадь. Далее для объяснениясущности энергии связи учитель разбирает тему синтез и деление ядер. И длянаглядности, что такое синтез и деление, поочередно включают соответствующиеанимации. Анимации показывают на примере простой модели как происходит синтез ичто получается в итоге, аналогично показывается и деление ядер. Во время показаобе анимации должны сопровождаться комментариями учителя. (Рис2)(Рис3)
/>
/>
Следующимпо порядку идет введение понятия радиоактивный распад. Учитель даёт определенияальфа, бета распаду и гамма-излучению. Учениками все определения записываются втетрадь. Учителем объясняется что при альфа распаде выделяется атом гелия, прибета — один электрон. Это важно закрепить, чтобы учащиеся в дальнейшем непутались и для этого включают анимацию «радиоактивность». (Рис4)
/>
Послетемы «Радиоактивность» происходит рассмотрение вопроса « Закон радиоактивногораспада». Вводится понятие периода полураспада. И также выводится и объясняетсяформула закона радиоактивного распада. Ученики всё записывают в тетрадь. А длявизуального представления включают одноименную анимацию, которая показывает,как с течением времени убывает количество радиоактивных атомов. (Рис5)
/>
Приизучении темы «Ядерный реактор», можно воспользоваться озвученной анимацией,которая находится в разделе видео. Это даст наглядное представление ученикам опринципе работы ядерного реактора.
Науроке обобщения и систематизации знаний по рассматриваемому нами подразделу,ученикам ещё раз показываются поочередно все анимации данной темы для того,чтобы у них сложилась полноценная картина изученного ими материала. Во времяповторного показа можно останавливать анимации и просить учеников объяснитьувиденное ими явление.
Такжеразработанная программа может служить и для самостоятельного обучения. Длякаждой анимации присутствует теоретический материал, что облегчит пониманиеувиденного учениками.
Заключение
Итогомнашей работы является создание фрагмента программы по атомной физике длябазовых и профильных школ. В программе была реализована красочность материала,удобная навигация, присутствие теоретического материала. Также была разработанаметодика включения данного материала в школьный курс физики.
Внастоящее время развития компьютерных технологий, очень мало программ посвященоизучению атомной физики. И те, которые есть, содержат в себе лишь малую частьтого, что необходимо ученикам для понимания этого подраздела.
Разработаннаямною программа также не является завершённой. В силу нехватки времени мне неудалось более широко обхватить весь материал. В программе не были затронутытакие вопросы как: деление ядер урана, искусственная радиоактивность и другое.В дальнейшем, мы планируем продолжить исследование возможностей использованияэлектронных ресурсов при изучении атомной физики.
Списоклитературы
1. БатуринаГ.И. Цели и критерии эффективности обучения//Советская педагогика. 1975.
2. ГромовСВ., Родина И.А. Программа по физике для 7-9 классов. — В кн; Программы дляобщеобразовательных учреждений: Физика. Астрономия. 7-11 кл. / Сост. Ю.И. Дик,В.А. Коровин. — М.: Дрофа, 2000.
3. ГутникЕ.М., Перышкин А.В. Программа по физике для 7-9 классов. — В кн: Программы дляобщеобразовательных учреждений: Физика. Астрономия. 7-11 кл. / Сост. Ю.И. Дик,В.А. Коровин. — М.: Дрофа, 2000.
4. ДикЮ.И., Пинский А.А. Программа по физике и астрономии для 7-9 классов. — В кн:Программы для общеобразовательных учреждений; Физика. Астрономия. 7-11 кл. /Сост. Ю.И. Дик, В.А. Коровин. — М.: Дрофа, 2000. с.13-21.
5. ДжанколиД. Физика: В 2-х т. Т.2 Пер. С англ. — И.: Мир, 1989. -667 с.
6. Демонстрационныйэксперимент по физике в средней школе: Пособие для учителей. Под. ред. А.А.Покровского. — М.: Просвещение, 1979, 287 с.
7. КуперЛ. Физика для всех: В 2-х т. Т.2. Современная физика: Пер. С англ. — М.: Мир,1973.-382 с.
8. КалапушаЛ.Г. Моделирование в курсе физики средней школы. Автореф. капд. пед. наук. -М.,1966. -118 с.
9. КалмыковаЗ.И. Продуктивное мышление как основа обучаемости. — М.: Педагогика, 1981. -241с.
10. МякишевГ.Я, Буховцев Б.Б. Физика: Учеб. для 11 кл. общеобразоват. учреждений. — 4-еизд.- М.: Просвещение, АО «Московские учебники», 1997. 254 с.
11. Научныеосновы школьного курса физики. Под. Ред. Я. Шамаша, Э.Е. Эвенчика. — М.:Педагогика, 1985. -242 с.
12. КасьяновВ.А. Физика: Учеб. для 11 кл. общеобразоват. Учреждений. — 4-е изд.- М.: Дрофа,2004. 416 с.
13. ПеннерА.В. Проблема модельности и наглядности в преподавании атомной физики. //Физика в школе. -1970. -№ 2.
14. ПесинА.И. Моделирование как средство активизации познавательной деятельностиучащихся при обучении физике: Автореф. дис. канд. Пед. наук, — М., 1989. 16 с.
15. СолодухинН.А. Моделирование как метод обучения физике в средней школе. Автореф. канд.пед. наук. — М., 1971. -23 с.