ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ЮЖНО РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСТИТЕТ
(Новочеркасскийполитехнический институт)
Центрпереподготовки и повышения квалификации преподавателей высших и среднихспециальных учебных заведений
Специальность:Педагогика средней специальной школы
ВЫПУСКНАЯРАБОТА
на тему: «Опытиспользования компьютерных информационных технологий обучения при преподавании курса«Физика» по пакетам прикладных программ: «Открытая физика», «Физика вкартинках»».
Выполнил
СлушательЦППК ЮРГТУ:
И.Ф. Мороз
Руководитель
ЦППК ЮРГТУ:
Т.В. Климова.
К защитедопускаю,
Защитапринята
«___»_________2007г.
соценкой________
Директор МРЦК
К.т.н. доцентВ.Н. Ковалев.
«____»___________2007г.
Г.Новочеркасск, 2007г.
Содержание
1.Актуальностьиспользования информационные технологии обучения в учебном процессе
2.Опытиспользования пакета программ:«Открытая физика» и «Физика в картинках»
2.1Описаниепакета программ:«Открытая физика» и «Физика в картинках»
2.2.Методыисследования физических явлений
2.3.Методическиеуказания по проведению лабораторных работ
2.4.Планыоткрытых занятий
Заключение
Литература
1. Актуальность использования информационныетехнологии обучения в учебном процессе
Международный конгресс ЮНЕСКО «Образование и информатика» стратегическимресурсом в образовании объявил информационные технологии.
Компьютер, телекоммуникационные и сетевые средствасущественно изменяют способы освоения и усвоения информации, открывают новыевозможности для интеграции различных действий, тем самым способствуют достижениюсоциально-значимых и актуальных в современный период развития общества целейобучения.
Информационные технологии обучения определяют каксовокупность электронных средств и способов их функционирования, используемыхдля реализации обучающей деятельности. Эти технологии классифицируют знаниястудентов на явные и неявные или как их стали звать артикулируемые и не артикулируемые.Артикулируемая часть знаний передаются студентам с помощью порцийинформации(текстовой, графической, видео и т.д.) в определеннойпоследовательности и обеспечивает контроль за усвоением в точках учебногокурса, определенных преподавателем.
Не артикулируемая часть знаний охватывает умения, навыки,интуитивные образы и другие части человеческого опыта, которые не могут бытьпереданы студентам непосредственно, а « добываются» ими в ходе самостоятельнойпознавательной деятельности при решении практических задач.
С появлением компьютеров в учебных заведениях начал менятьсястиль преподавания, все больше стала использоваться проектная форма учебной деятельности.Компьютер со специальным пакетам программ помогает студенту провести опыты,обработать результаты, реально увидеть происходящие физические процессы с ихграфическим отображением, во время проведения эксперимента, приобрести навыкчтения графической информации.
Этот метод обладает следующими преимуществами перед обычнымиизмерительными методами:
-возможность мгновенной регистрации происходящих явлений икак следствие этого, получение большого количества экспериментальных данных;
-наличие компьютерной программы, обрабатывающей результатыопыта, избавляет студентов от рутинных математических операций и представляетрезультаты эксперимента в удобном виде;
-доступность многократного повторения эксперимента с минимальнымизатратами времени на рутинные операции по его проведению.
Возможности компьютера прослеживать и обрабатыватьлабораторный эксперимент позволяет интенсифицировать учебный процесс ииспользовать освободившееся время для детального объяснения, наблюдаемогоявления. Модульность построения курса новых технологий позволяет формироватьсодержание предмета по усмотрению преподавателя.
Выполнение лабораторных работ, решение экспериментальныхзадач, наблюдение за физическими явлениями вне лаборатории—все эти моделиисследовательской поисковой деятельности будут актуальными в дальнейшей жизни студентавне зависимости от выбранной профессии.
Информационные технологии обучения дают возможностьпреподавателю применять:
— интеллектуальную систему обучения, которая имеет такиеособенности, как адаптация к знаниям и особенностям студента, гибкость процессаобучения, выбор оптимального учебного воздействия, определение причин ошибокстудентами;
-инструментальные авторские системы, которые опираются напоследние достижения в области искусственного интеллекта и являются, безусловно,передовыми для разработки прикладных компьютерных программ, нацеленных напроблемно-ориентированный подход к обучению;
— специализированные компьютерные учебные программы дляконтроля знаний, педагогического тестирования и организации лекционногосопровождения;
-автоматизированные средства обучения в процессе подготовкиспециалистов;
Эффективность использования средств новейших информационныхтехнологий в учебном процессе во многом зависит от успешного решения задачметодического характера, связанных с информационным содержанием и способомиспользования автоматизированных обучающих систем в учебном процессе.Существует тесная взаимосвязь между существующими методамиобучения(педагогическими приемами) и методическим содержанием и педагогическимназначением программно-методическим комплексом .
Современные возможности новых информационных технологийориентированные на максимальную унификацию, на уровне программного итехнического обеспечения позволяет создать программно- методические комплексыобучения как совокупность учебных фрагментов объединенных алгоритмическимисредствами, задающими траекторию обучения.
Сопровождение лекционного материала динамическимизображением, качественными статическими графиками, текстами с разнообразнымистилями, звуком осуществляется с помощью авторских информационных систем,помогает преподавателю в объяснении данного материала.
Поскольку конечной целью процесса обучения является контрольи тестирование, которые определяют и научно измеряют степень усвоения учебногоматериала и овладения необходимыми знаниями, умениями и навыками, тоспециализированные авторские информационные системы должны поддерживатьследующие функциональные возможности:
-широкий набор способов предъявлениязаданий;
-полный набор способованализа и вводов ответов;
-гибкость в способах выставления оценки, уровня учебныхдостижений студента;
-сбор и обработку индивидуальной и групповой статистическойинформации о результатах контроля;
-возможность работы в локальной вычислительной сети с цельюавтоматического сбора информации о ходе контроля и его результатах со всехкомпьютерах одновременно.
Новые информационные технологии и автоматизированные системыобучения позволяют проводить комплекс образовательных услуг, предоставляемыешироким слоям населения в стране и за рубежом с помощью специализированнойинформационно-образовательной среды, базирующейся на средствах обмена учебнойинформацией на расстоянии (спутниковое телевидение, радио, компьютерная связь ит.п.), которые образовали технологии дистанционного образования.
Дистанционное образование призвана реализовать права человекана образование, получение информации и дает равные возможности при обучениишкольников, студентов, гражданских и военных специалистов, безработных в любыхрайонах страны и за рубежом за счет более активного использования научного иобразовательного потенциала ведущих университетов, академий, институтов идругих учебных заведений..
Глобальные системы дистанционного образования призваныобеспечить возможность реализовать просвещение и образование самых широких масснаселения России за счет использования таких средств массовой информации кактелевидение и радио.
Трансляция учебных программ широко используется во всем миредля дистанционного обучения. При этом возможен как показ лекций, познавательныхпрограмм для широкой аудитории без последующих зачетов, так и передача лекций споследующей сдачи зачетов.
При проведении дистанционного образования информационныетехнологии обучения обеспечивают доставку обучаемым основного объема изучаемогоматериала, интерактивное взаимодействие обучаемых и преподавателей в процессеобучения, предоставление студентам возможности самостоятельной работы поусвоению изучаемого материала, а также оценку знаний и навыков, полученных имив процессе обучения.
В мировой практике дистанционное обучение для достижения этихцелей применяются следующие информационные технологии:
-предоставление учебников и другого печатного материала;
-пересылка изучаемых материалов по компьютернымтелекоммуникациям;
-видеопленки;
-кабельноетелевидение;
-голосоваяпочта;
-двусторонниевидеоконференции;
-односторонняявидеотрансляция с обратной связью по телефону;
-дискуссии и семинары, проводимые через компьютерныекоммуникации;
-трансляция учебных программ по национальной и региональнымтелевизионным и радиостанциям.
При этом также используются компьютерные электронные учебникиили электронные учебники на лазерных дисках.
Оперативное общение преподавателей и студентов являетсянеотъемлемой частью процесса обучения. Во время такого общения студенты могутконсультироваться у преподавателей. Обсуждать с ними проекты, решения, оценки.Это также позволяет преподавателям наблюдать за ходом усвоения материала иорганизовать обучение на основе индивидуального подхода.
Асинхронная система общения между преподавателем и студентом,необходимая для обмена информацией( вопросы, советы, дополнительный материал,контрольные задания), позволяет анализировать полученные сообщения и отвечатьна них в любое удобное время.
На данный момент наиболее популярным видом асинхронныхкоммуникаций являются глобальные телекоммуникационные сети. Вполне очевиднавыгода использования международных и национальных сетей типа Internet.
Internet -это мировая компьютерная сеть, которая объединяет огромноечисло различных исследовательских и образовательных компьютерных сетей.Практически все учебные заведения во всех индустриальных и во многихразвивающихся странах имеют доступ к этой сети.
В процессе становления дистанционного образования появляютсяновые модели обучения, такие как объектно-ориентированные илипроектно-информационные модели обучения. В числе организационных форм обученияв этих моделях будут использоваться:
-телеконференции, позволяющие уяснить задачу и проблемуосваиваемой области жизни;
-информационные сеансы, в процессе которых студенты работаютс информационными полями из различных банков знаний и баз данных;
-проектные работы, позволяющие, используя полученнуюинформацию, создавать фрагменты виртуальных миров, соответствующих познаваемойобласти жизни, проводить анализ случая, деловые и имитационные игры, тренинги,проблематизацию теорий и др.;
-дискуссии, «полевые занятия»(воскресные школы), которыепозволят реализовать социализацию и экологизацию получаемого знания.
Все перечисленные формы предполагают высокий уровеньиндивидуализации обучения, не исключающий делового общения с ведущимспециалистом в данной области знаний.
К перечисленным выше форма общения можно еще добавитьнеобходимо иметь специальные знания и умения по работе в среде компьютерныхтелекоммуникаций, непосредственно связанные с работой различных служб .
Интернет, электронной почты, теле конференций и т.п. и те, что связаны со спецификой общения пользователей Интернет друг с другом.
В настоящее время колледж«Информатики и связи» пользуется дистанционным обучением. Студенты получаютзадания и отсылают ответы
по Интернету за все времяобучения, только на защиту дипломной работы приезжают в колледж.
2.Опыт использования пакета прикладныхпрограмм.
2.1.Описание пакета программ:
2.1.1.Пакет программ «Открытаяфизика» (версия Windows)
Пакет программы «Открытая физика» разработан для учащихсяшкол, лицеев, гимназий, колледжей, студентов технических вузов и включает всебя полный интерактивный курс физики, разработанный авторским коллективом:
-профессор МФТИ, д.ф.м.н. С.М.Козел разработал учебник,задачи, интерактивные модели;
-профессор, к. пед. н. зав.лаборатории В.А. Орлов разработалтесты;
-к.ф.м.н. А, Ф. Кавтрев разработал методические материалы;
-к.пед.н. зав. лаборатории В.И. Зинковский разработалметодические материалы;
-методист по физике, зав. лаборатории Н, Н, Гомулинаразработала лабораторные работы и методические материаллы.
Интерактивный курс включает:
-иллюстрированныйучебник;
-более 50интерактивных учебных моделей;
-лабораторныеработы;
-более 900тестов, контрольные вопросы и задачи;
-системусоставления контрольных работ;
-разбортиповых задач;
-журнал учетаработы ученика;
-итоговыесертификационные тесты;
— справочныематериалы;
— поисковуюсистему по ключевому слову;
-биографииученых физиков;
-путеводительпо Интернет-ресурсам;
-методическуюподдержку курса- поурочное планирование для учителей.
Полный мультимедийныйкурс физики позволит разобраться в различных вопросах физики, постичь ееосновы, досконально понять сущность физических законов.
2.1.2.Пакет программ «Физика вкартинках» (полная версия, DOS)
Компьютерный курс «Физика в картинках», представляет собойинтегрированную, многофункциональную базу знаний по физике для средней школы. Учебныйкомпьютерный курс содержит справочные сведения по физике, сопровождаемыекрасочными компьютерными экспериментами из механики, молекулярной физике, электормагнетизма,оптики, квантовой физике, модели исторических экспериментов и т.д.
В программу включены также вопросы и задачи для учащихся ипредусмотрена возможность ввода ответов и их проверки.
Во всех программах можно изменять параметры компьютерногоэксперимента. Эта программа является первой версией, которая была разработанатем же коллективом, перечисленный выше.
Программа «Физика в картинках» имеет ряд достоинств инедостатков.
-Достоинства:
-новизнатехнического решения;
-наглядностьфизических явлений;
-эстетическоеоформление;
-практическаянаправленность;
-применение компьютерныхтехнологий
-Недостатки:
-краткоеизложение теоретического материала;
-не полноесодержание физических формул;
-при наблюдении за физическими экспериментами не возможнопровести измерения физических величин;
Основным достоинством программы «Открытая физика» является:
-все эксперименты можнопровести с измерением физических величин;
-подробное описаниетеоретического материала;
-теоретический материалсопровождается графиками и схемами;
-в каждой теме имеютсятесты, вопросы и задачи;
-даются подробноеописание решения задач;
-можно самостоятельноразработать алгоритмы лабораторных работ;
-даны модели некоторыхлабораторных работ.
2.2. Методы исследования физическихявлений
2.2.1. Естественнонаучныеисследования
Компьютер со специальной программой помогает преподавателю
объяснять физические явления, демонстрируя его в видеграфического отображения. Эксперимент многократно можно повторить сминимальными затратами времени.Пример №1.
Раздел: «Электродинамика»
Тема: «Электромагнитнаяиндукция»
С помощьюданной программы можно объяснить явления электромагнитной индукции,демонстрируя 4 опыта Фарадея.
Общиеисследования опыта Фарадея.
Опыт№1 ( схема №1)Исследования зависимости Э.Д.С электромагнитной индукции от скорости движенияпостоянного магнита. при постоянной магнитной индукции .
При проведении опытапостоянный магнит перемещать внутри катушки с разной скоростью.
Во время опытафиксировать значение показания прибора(вольтметра) и заносить данные втаблицу№1.
Схема №1.
/>
Скорость движения магнитавычислить по формуле: V=E/(B*l*Sind, принимая условно высоту катушки0.2м, Угол пересечения постоянного магнита витки катушки принять 90°, так как магнитперемещают перпендикулярно виткам катушки.
График зависимости ЭДС отскорости движения постоянного магнита построить при помощи программы МS Excel.
Таб.№1Во=0.2 Тл.
Магнитная индукция В(Тл) . 0,2 0,2 0,2 0,2
0,2
Скорость движения магнита (м/С)
1,25 2,5 3,75 5 6,25 ЭД.С. индукции (В)
0.05 0.1 0.15 0.2 0.25
/>
Графикзависимости ЭДС от скорости движения магнита.
Вывод: При перемещениипостоянного магнита, его силовые линии пересекают витки катушки, при этомвозникает индукционный ток, поэтому стрелка гальванометра отклоняется.Показания прибора зависят от скорости перемещения магнита и от числа витковкатушки
Опыт №2. Исследованиезависимости Э.Д.С. электромагнитной индукции от величины магнитной индукции припостоянной скорости движения магнита, данные занести в таблицу №2.
Значение магнитнойиндукции принять условно, для этого магнит разделить н а равные отрезки. Вданном опыте постоянный магнит перемещать с постоянной скоростью и фиксироватьпоказания прибора (вольтметра).График зависимости ЭДС от величины магнитнойиндукции построить с помощью программы МS Excel.
Таб.№2значение скорости из таб.№1Магнитная индукция В(Тл) 0,2 0,4 0,6 0,8 Скорость движения магнита (м/с) 1,25 1,25 1,25 1,25 Э.Д.С. индукции (В) 0.05 0.1 0.15 0.2
/>
Графикзависимости ЭДС от величины магнитной индукции.
Вывод: При увеличенииразмера постоянного магнита, который вводят
в катушку величина ЭДС линейновозрастает в начальный момент до номинального значения, а затем возрастаетнелинейно. При дальнейшем увеличении магнитной индукции может наступить моментмагнитного насыщения и тогда ЭДС не возрастает.
Опыт №3 Исследованиезависимости ЭДС электромагнитной индукции от величины магнитной индукции.Перемещать катушку с постоянной скоростью, а постоянный магнит остаетсянеподвижным. Записать показания прибора в таблицу№3 и сравнить с даннымитаблицы №1.Сделать выводы после проведения опытов.
Таб.№3Во=0.2 Тл.
Магнитная индукция В(Тл) . 0,2 0,2 0,2 0,2
0,2
Скорость движения магнита (м/С)
1,25 2,5 3,75 5 6,25 ЭД.С. индукции (В)
0.05 0.1 0.15 0.2 0.25
Вывод: При перемещениикатушки стрелка прибора откланяется также как и при перемещении постоянногомагнита
Для проведения опыта №4,5применять схему№2 проводить без измерений, только проверить эксперимент
Схема №2
/>
Опыта №4 проводимэксперимент перемещаем катушки относительно друг друга замкнув при этомрубильник, наблюдая за показаниями прибора .
Вывод.
В этом опыте мыпропускаем через первую катушку ток, который создает магнитный поток и придвижении второй катушки внутри первой, происходит пересечение магнитных линий, поэтому возникает индукционный ток.
Опыта №5 наблюдать запоказаниями прибора в момент включения и выключения рубильника.
Вывод.
В момент включения или выключениярубильника стрелка прибора отклоняется влево или вправо. Причиной отклонениястрелки является возникновение силы, которая мешает изменению величины инаправлению тока. Эта сила называется ЭДС самоиндукции.
Заключение
Общие исследования опытовФарадея имеет ряд достоинств и недостатков.
Достоинства.
Этот вариант помогаетстудентам понять:
— причины возникновенияЭДС.
— зависимость величиныЭДС от скорости перемещения магнита
-зависимость направленияЭДС от направления движения магнита
.Недостатки.
Этот вариант не позволяетточно провести измерения и расчет
скорости движения магнитаПример№2.
Раздел: «Квантоваяоптика ».
Тема:«Исследование явления фотоэффекта».
Используя, компьютерную программу можно экспериментальнопроверить законы внешнего фотоэффекта. Для этого открываем содержание программы«Открытая физика часть 2», тема «Исследование явления фотоэффекта».
На экране монитора демонстрируется экспериментальнаяустановка изучения фотоэффекта.
/>
Схема экспериментальной установки для изученияфотоэффекта.
С помощьюэтой установки можно определить зависимость:
-фототока от напряжения задержки;
-фототока от мощности источника питания;
-фототока от длины волны светового потока.
2.2.2.Инновационные творческиеисследования
На основе компьютерной проектной среды типа «Физика вкартинках», «Открытая физика» можно провести творческие исследования припроведении лабораторных работ в компьютерном классе.
Преподаватель по степени подготовки студента выдает заданиепровести общие исследования или инновационные творческие исследования.
Общие исследования позволяют студенту освоить базовый курсфизики.
При инновационном творческом исследовании студенту дается возможностьпоказать свою поисковую и аналитическую компетенцию.
Инновационные творческие исследование опытов Фарадея.
В данном исследовании студент получает задание:
1.Измерить высоту катушки и время движения постоянногомагнита
2.Построить информационную модель процесса в виде таблицы
3.Построить график при помощи программы МS Excel, в которую занести значение изменения магнитногопотока и вектора магнитной индукции.
4.Измерить величину Э.Д.С., занести в таблицу и построить еес помощью программы MS Excel
5Построить графики при помощи программы MS Excel
6. Зарисовать электрическую схему каждого опыта
В процессе выполнения лабораторной работы студент применяетзнания, полученные на занятиях по физике и информатики, что дает емувозможность творчески подходить к исследованию.
Схема №1
/>/>
Опыты Фарадея. Модель генераторапеременного тока.
Для точного проведенияопыта по схемы №1 проводим измерения параметров катушки: высоту и ширинукатушки, толщину витка.
Вычисляем параметрыкатушки: площадь, внутренний диаметр.
Данные измерения:
Высота катушки h=2.5см.
Количество витков 7шт.
Ширина катушки (внешнийдиаметр)- D=2,5см.
Данные вычисления:
Высота витка h1=2.5/7=0,3 см.
Площадь катушки S=(/>*d/>²)/4=2,504см..
Внутренний диаметр d=D-2*(h1)=1,785см
Магнитный поток Ф=В*S*h
Исследование зависимостимагнитного потока от магнитной индукции.
Таблица №1В(Тл) 0,0004 0,0008 0,0015 0,0031 0,0063 0,0125 0,025 0,1 Ф=ВSh(Вб) 0,014 0,027 0.054 0,11 0,22 0,44 0,88 1,75
/>
Графикзависимости магнитного потока от магнитной индукции.
Опыт№1. Исследованиезависимости ЭДС электромагнитной индукции от магнитного потока. Во времяэксперимента перемещаем постоянный магнит с постоянной скоростью. Данные опытазанести в таблицу №2.
Таблица№2 V-const.Ф=ВSh(Вб) 0,014 0,027 0.054 0,11 0,22 0,44 0,88 1,75 D Ф/dt 0,0068 0,014 0,027 0,055 0,11 0,22 0,44 0.88 ЭДС(В) 0,0023 0,0046 0,009 0,018 0,036 0,073 0,15 0,29
/>
Графикзависимости ЭДС индукции от магнитного потока.
Вывод: Этот методисследования дает полную картину зависимости ЭДС электромагнитной индукции отмагнитного потока. С помощью программы МS Excel и точных расчетов и измерений построены графики :
-зависимости магнитногопотока от магнитной индукции постоянного магнита;
-зависимости ЭДСэлектромагнитной индукции от магнитного потока.
Способствует:
— углублению и расширениюзнаний студента;
-формированию интереса кпознавательной деятельности;
-овладению приемапроцесса познания;
-развитию познавательныхспособностей.
Заключение.
В процессе исследованиязакона электромагнитной индукции на основе опытов Фарадея в виртуальном режимебыли сделаны следующие выводы:
-.виртуальный режим помогпонять:
-причины возникновенияиндукционного тока;
-от чего зависитнаправление и величина индукционного тока;
-независимо, чтоперемещаем магнит или катушку возникает индукционный ток;
-перемещение катушки,подключенной к источнику питания, внутри другой катушки, то же возникаетиндукционный ток;
Проведя два методаисследования опытов Фарадея можно подвести итоги этой работы:
-общие исследования даютвозможность всем студентам, не зависимо от степени подготовки, понять причинувозникновения индукционного тока и провести необходимые расчеты;
— инновационное-творческое исследования дает возможность более точно провести замеры и расчеты
— используя знания подисциплине «Информатика» построены графики зависимости ЭДС :
-от скорости движениямагнита;
-от величины магнитнойиндукции;
2.3.Методические указания попроведению лабораторных работ
2.3.1Лабораторная работа «Исследованиеявления фотоэффекта»
Главной целью лабораторной работы является экспериментСтолетова исследование явления фотоэффекта.
При подготовке к работе студент обязан ознакомиться ссоответствующим разделом лекций и с литературой, указанной в описании.
Перед началом выполнения работы студент проходит собеседованиес преподавателем, для которого необходимо:
1.иметь тетрадь,подготовленную для выполнения работы;
2.знать принцип работысхемы;
3 конкретно представлятьвсе операции выполнения рабочего задания;
4. представлять видисследуемых характеристик.
Алгоритм для проведения лабораторной работы.
Раздел:«Квантовая оптика».
Тема: «Исследованиеявления фотоэффекта»
Цель занятия:формирование умения проводить научные исследования явления фотоэффекта.
/>
Модель. Фотоэффект
Схема состоит: 1.стеклянный баллон, 2.осещаемаяпластинка(катод) 3.анод 4.батарея 5.гальванометр 6.потенциометр 7.окошко,прозрачное для видимого света и ультрафиолетовых лучей
Подготовка к работе:
1.Изучить по конспекту лекций и нижеприведенной литературеследующие вопросы:
а) Действиесвета на вещество;
б)Фотоэлектрический эффект
в) Законыфотоэлектрического эффекта
б) Вольт-амперная характеристика.
Указания к выполнению работы.
1.Включить компьютер, вставить диск, войти в программу«Квантовая физика», тема «Фотоэффект».
2.Провести исследования зависимости фототока от напряженияисточника питания. С помощью мыши установить длину волны света и мощность источникапитания света. Во время опыта длина воны света и мощность источника питаниясвета остаются постоянными (их величины задаются преподавателем).
Изменяя напряжение источника питания с помощью потенциометразаписать показания прибора в таблицу №1.
Плавно изменяя напряжение от -2В до +2В определите моментисчезновения фототока.
Таблица№1.U, В -2 -1 +1 +2 I, мА
Постройте график по данным таблицы с помощью программы MS Excel.
3.Провестиисследования зависимости фототока от мощности источника питания, при постояннойдлине волны света и постоянном напряжении источника питания.Меняя мощностьисточника питания от 0 до 1мВт с помощью потенциометра, записываем показанияприбора в таблицу №2.
Таблица №2.Р, мВт 0.2 0.4 0.6 0.8 1 I, мА
Построить график по данным таблицы с помощью программы M S Excel.
4.Провести исследования зависимости фототока от длины волнысвета, при постоянном напряжении и мощности источника питания.
Меняя частоту или длину волны света от 400нм до 700нм, зафиксироватьначало фотоэффекта.Определить красную границу света. Данные опытазанести втаблицу №3.
Таблица №3.Λ, нм 400 500 600 700 I, мА Построить график поданным таблицы с помощью программы M S Excel
2.3.2.Лабораторнаяработа «Исследование явления электромагнитной индукции»
Главной цельюлабораторной работы является экспериментальная проверка законов Фарадея. Приподготовке к работе студент обязан ознакомиться соответствующим разделом лекцийи литературой, указанной в описании.
Перед началом выполнения работы преподаватель поясняет, какдолжна выполнятся лабораторная работа. Для записи студент должен иметь:
1.тетрадь, подготовленнуюдля выполнения работы;
2.знать принцип работысхемы;
3.конкретно представлятьвсе операции выполнения рабочего задания;
4.представлять видисследуемых характеристик.
Алгоритм для проведениялабораторной работы.
Раздел: «Основыэлектродинамики».
Тем а«Электромагнитная индукция».
Название: «Исследование явления электромагнитнойиндукции».
Цель работы: формирование умения:
1.проводить исследование физических процессов в опытахФарадея, используя компьютерные технологии.
2 изображать график зависимости Э.Д.С. от магнитной индукциии скости движения постоянного магнита .
3 строить информационную модель для описания физическихпроцессов.
4 алгоритмически мыслить, т. е. планировать структуру
5.компетентных и коммуникативных способностей(сотрудничество с преподавателем и другими студентами).
Оборудование: Компьютер IBM PC 486, лазерный компакт-диск «Физика в картинках».
Порядок выполнения работы:
1Включить компьютер, вставить диск, войти в программу «Электродинамика » тема « Опыты Фарадея»
2.Зарисовать:
а) картинку опытовФарадея
/>/>
Опыты Фарадея. Модель генераторапеременного тока.
б) Провести на опыте №1 исследования зависимости Э.Д.Сэлектромагнитной индукции от скорости движения постоянного магнита. припостоянной магнитной индукции. С помощью мыши перемещатьпостоянныймагнит в катушке и фиксировать показания вольтметра. Данные опыта занести втаблицу№1.Таб.№1. Во=0.2 Тл.
Магнитная индукция В(Тл) . 0.2 0.2 0.2 0.2
0.2
Скорость движения магнита (м/С)
ЭД.С. индукции (В) />
Скорость движения магнита вычислить по формуле V= E/(B*l*Sinα), где I=0.2м. α=90º.данныерасчета занести в таблицу №1 и №2.
Провести на опыте №1. исследование зависимости Э.Д.С.электромагнитной индукции от величины магнитной индукции при постояннойскорости движения магнита.При этом условно постоянный магнит разбить нанесколько частей. С помощью мыши вводить постоянный магнит в катушку ификсировать показания прибора, данные занести в таблицу №2.
Таблица №2Магнитная индукция В(Тл) 0.2 0.15 0.1 0.05 Скорость движения магнита (м/с) Э.Д.С. индукции (В) />
г). На опыте №2 перемещать вместо постоянного магнита многовитковуюкатушку. Зафиксировать показания прибора и сравнить с предыдущими опытами.Выполнить задание:1.Ответить на вопросы программы
2.Построить графики e=ƒ(V); e=f(B)
3.Оформить лабораторную работу по стандарту
2.4. Планы открытых занятий
2.4.1. План открытого занятия на тему: «Исследованиеявления электромагнитная индукция»
Специальность: 2101,1806.гр.Э-1-1, дата: 17.03.06г
Дисциплина: Физика.
Преподаватель: Мороз И.Ф.
Изучаемый раздел: «Основы электродинамики».
Тема занятия: «Электромагнитная индукция».
Вид занятия: Лабораторнаяработа № 10 «Опыты Фарадея» «Исследование явления электромагнитной индукции»Цели занятия:дидактические: формирование умения:
1проводитьнаучные исследования физических явлений;
2.строитьграфики зависимости физических величин;
3.определятьтехнические параметры( скорость, электродвижущую силу, магнитную индукцию);
развивающие: 1. развитие компетентныхспособностей
2. алгоритмическимыслить, т.е. планировать структуру
3.усвоение основ физикикак фундаментальной науки;
4. использованиекомпьютерной технологии.
5.применение знаний приизучении спец.предметов.
воспитательные 1.коммуникативные способности студента;
2.бережное отношение к оборудованию;
3.ответственость за свои действия.
Тип занятия: Практическаяработа
Методы: Исследованиефизических явлений.
Приемы: Алгоритм проведенияработы.
Междисциплинарные связи:черчение, математика, электроника, электротехника, электрические машины.
Региональный компонент:НЭВЗ, ГРЭС, мобильная, телевизионная связь.
Оборудование: Класс компьютернойтехнологии, лазерный диск «Физика в картинках»
Литература: 1.Физика:учебное пособие для колледжа-
Автор В.Ф. Дмитриеваиздание М.Высшая школа 2004г.
2.Информатика-практикумпо компьютерной технологии авторы О.Ефимова, М.Моисеева, Ю. Шафрин 1997гХод занятия:
Организационная часть: проверка отсутствующих, определениецели и задачи занятия.Опрос фронтальныйВопросы и ответы:
Вопрос№1. Кем была установлена взаимная связь электрических имагнитных полей?
Ответ. Взаимная связь электрических и магнитных полей былаустановлена английским физиком М. Фарадеем.
Впрос№2. Какую задачу он поставил перед собой?
Ответ. Он знал, что электрические токи создают вокруг себямагнитное поле, а может ли магнитное поле вызвать появление электрическоготока?
Вопрос№3.Что обнаружил экспериментально М.Фарадей в 1831 г?
Ответ. В 1831г. М.Фарадеем экспериментально было обнаружено,что при изменении магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, в немвозникает электрический ток. Это явление было названо электромагнитнойиндукцией, (индукция обозначает «наведение»)
При движении контура в магнитном поле генерируется неопределенный ток, а электродвижущая сила.Вопрос№4.Какчитается закон Фарадея? е=-dФ/dt
Ответ. Величина э.д.с. индукции равна скорости изменениямагнитного потока через поверхность, ограниченную контуром
Вопрос№5.Что отражает знак минус в формуле?Ответ.Знак минус вформуле отражает правило Ленца
Индукционный ток всегда направлен таким образом, что егодействие противоположно действию причины, вызывающей ток.
Вопрос№6.Как определить направление э.д.с проводника, который двигается в магнитном поле?
Ответ. Направление э.д.с. определяется правилом правой руки.
Вопрос№7.Где практически используется явлениеэлектромагнитной индукции?
Ответ. Явление электромагнитной индукции лежит в основедействия электрических генераторов. Если равномерно вращать проволочную рамку воднородном магнитном поле, то возникает индукционный ток, периодическиизменяющий свое направление.Мотивация темы ицели занятия:
1.Цель лабораторнойработы.
2.Пояснить.Как выполняется работа?
3.Снять характеристики зависимости э.д.с электромагнитнойиндукции от:
а) скоростидвижения магнита
б) величинымагнитной индукции
4.Данныеэксперимента занести в таблицу и построить график.
5.Ответитьна вопросы, используя банк данных компьютера при расчете параметров применитьинженерный калькулятор
6.Аттестация выполненной работы
7. проверка усвоения изучаемого материала студентами .
Тестыконтроля.
1.Кто открыл явлениеэлектромагнитной индукции?
А.Эрстед; Б. Кулон; В.Вольт; Г. Ампер; Д. Фарадей(+).
2.Каким из приведенных ниже выражений определяется ЭДСиндукции в замкнутом контуре?
А.BS* Cosα; Б. dФ/dt (+); B.qvBSinα; Г. qvBl; Д. IBlSinα
3.Как называется единица измерения магнитного потока?
А.Тесла; Б.Вебер(+); В.Гаусс; Г. Фарад; Д.Генри.
4.Единицей измерения, какой физической величины является 1 Генри?
А.Индукция магнитногополя; Б.Электроемкость; В.Самоиндукция;
Г.Магнитный поток; Д.Индуктивность(+).
5.Как называется явление возникновения электрического тока взамкнутом контуре при изменении магнитного потока через контур?
А.Электромагнитная индукция(+); Б.Явления намагничивания; В.Сила Ампера; Г.Сила Лоренца; Д.Электролиз.
6.Магнитный поток через контур за 5*10ˉ² с.Равномерно уменьшился от 10мВб до 0мВб.Каково значение ЭДС в контуре за этовремя?
А. 0,0005В; Б.0.1В; В.0.2В(+); Г.0.4В;Д.1В; Е 2В.
7.Каково значение энергии магнитного поля катушкииндуктивностью 5Гн. при силе тока в ней 400мА?.
А. 2Дж.; Б. 1Дж.; В. 0.8Дж.(+); Г.0.4Дж.; Д. 1000Дж.; Е.400000Дж.
8.Ток 4А. создает в контуре магнитный поток 20 мВб. Каковаиндуктивность контура?
А.5Гн.; Б.5мГн.(+); В. 80Гн.; Г. 80мГн. Д.0.2Гн.;Е.200Гн.
9.Вокруг проводника с током возникло магнитное поле. Чтоявляется источником энергии этого поля?
А. ЭДС; Б. Проводник; В.Ток(+); Г.Магнитное поле.
Домашнее задание:
-оформить лабораторнуюработу -построить графики вMS Excel.Преподаватель МорозИ.Ф.
2.4.2. План открытого занятия на тему «Исследованиеявления фотоэффекта»
Специальность: 1806, гр.Э-1-1, дата: 02.06 .06г.
Дисциплины: Физика.
Преподаватели: Мороз И.Ф.
Изучаемый раздел: Квантовая оптика.
Тема занятия: « Исследование явления фотоэффекта».Вид занятия: ЛабораторнаяработаЦели занятия: дидактические- формирование умений:
1)проводитьнаучные исследования физических явлений;
2)строитьграфики зависимости физических величин;
3)определятьтехнические параметры(фототок, красную границу тока) ;
развивающие: 1)развитие компетентных способностей,
алгоритмического мышления, т.е.умения планировать структуру
2)усвоение основ физики как фундаментальной науки;
3)использованиекомпьютерной технологии.
4)применениезнаний при изучении спец.дисциплин.
воспитательные:1)развитие коммуникативных способностей
2)бережногоотношения к оборудованию
3)ответственности за свои действия.
Тип занятия: Практическаяработа
Методы: Исследованиефизических явлений.
Приемы: Алгоритм проведенияработы.
Междисциплинарные связи: черчение, математика, электроника
Региональный компонент: железнодорожный транспорт, электросеть(освещение улиц города)
Оборудование: Класскомпьютерной технологии, лазерный диск «Физика в картинках»
Литература: 1.Физика:учебное пособие для колледжа — Автор В.Ф. Дмитриева, издание М.Высшая школа,2004г.
2.Информатика-практикумпо компьютерной технологии, авторы О.Ефимова, М.Моисеева, Ю.Шафран ,1997г
ХОД ЗАНЯТИЯ.
Организационная часть: проверка отсутствующих;
определение целей и задач занятия.Опрос фронтальный.Вопросы и ответы.
— Вопрос№1.В каком году и кем был открыт фотоэлектрический эффект?
Ответ. Фотоэлектрический эффект был открыт в 1887г. немецкимфизиком Г.Герцем и 1890г. экспериментально исследован А.Г. Столетовым.
— Вопрос№2. Какими свойствами обладает фотон?
Ответ. Свет при испускании и поглощении ведет себя подобнопотоку частиц, получивших название фотонов или световых квантов. Фотон движетсяв вакууме со скоростью света. Фотон не имеет массы покоя, существует только придвижении, остановить его нельзя, он обладает импульсом так как постояннодвигается
— Вопрос№3.Как устроена экспериментальная установка дляисследования фотоэффекта?
— Вопрос№4. Какие закономерности были установленыэкспериментально?
Ответ. а) Максимальная кинетическая энергия фотоэлектроновлинейно возрастает с увеличением частоты света и не зависит от его интенсивности.
б)Для каждого вещества существует так называемая краснаяграница фотоэффекта, т.е. наименьшая частота при которой еще возможенфотоэффект
в)Число фотоэлектронов, вырываемых светом из катода за1с, прямо пропорционально интенсивности света.
г)Фотоэффект практически не имеет инерции, фототок возникаетмгновенно после начала освещения катода при условии, что частота света большеминимальной частоты.
6Вопрос№6.Где применятся явление фотоэффекта?
Ответ. Фотоэффект применяется в электронных приборах.Мотивация темы и целизанятия:
1.Цельлабораторной работы.
2.Пояснить.Каквыполняется работа?
3.Снятьхарактеристики зависимости фототока от:
а)мощности I=F(P) при λ-const,U-const,
б) длины волны I=F(λ) приP-const,U-const,
г)напряжения задержки I=F(U)при P-const, λ-cons
4.Данныеэксперимента занести в таблицу и построить графики
в МS Ехсеl.
5.Аттестация выполненной работы
6. Проверка усвоения изучаемого материала студентами .
Тестыконтроля.
1.Как называется минимальное количество энергии, котороеможет излучить система?
(+)А. Квант; Б. Джоуль;В.Электрон-вольт; Г. Электрон; Д.Атом.
2.Какой из перечисленныхниже величин пропорциональна энергия кванта?
А.Длина волны; (+)Б.Частота; В. Время; Г.Заряд; Д. Скорость фотона.
3.Как называется явление испускания электронов веществом поддействием электромагнитных излучений?
А.Электролиз; Б.Фотосинтез;(+) В.Фотоэффект; Г Электризация ДИонизация
4.Кто предложил ядерную модель строения атома?
А. Томсон ;(+)Б.Резерфорд; В.Беккерель; Г.Гейзенберг; Д. Бор.
5.Какой вид радиоактивного излучения наиболее опасен привнешнем облучении человека?
А. Бета-излучение;(+)Б Гамма-излучение; В.Альфа- излучение; ГВсе опасны.
6Как изменяется величина фототока при увеличении тормозящегонапряжения?
А.Увеличивается; Б Не изменяется; (+)В Уменьшается
7.Как изменяется величина фототока при уменьшении мощностиисточника питания?
А.(+) Уменьшается: Б- Увеличивается; В.Не изменяется.
8Как изменяется скорость фотоэлектронов при уменьшении длиныволны?
(+)А.Увеличивается; Б Уменьшается; В Не изменяется Г Независит
9.Фотон поглощается веществом. Что происходит с массойфотона?
(+)А.Массатела увеличивается Б Не меняется масса; В Уменьшается .
10 Имеет лифотон массу покоя?
(+)А.Нет; БИмеет; В Не известно.
Домашнее задание: оформитьлабораторную работу; построить графики в MS Excel. ПреподавательМороз И.Ф.
Заключение
Использование компьютерной технологии дает наибольший эффект.
Результатом использования на уроках физики компьютерныхтехнологий являются:
-более высокий уровень развития алгоритмического, логическогои
абстрактного мышления;
— прочные знания студентов.
В 2005/06 уч.г. проводятся лабораторные работы по физике вкомпьютерном классе согласно календарно тематического плана.
В марте 2006г. в группе Э-1-1 был проведен открытый урок натему:
«Исследование явления электромагнитной индукции» сиспользованием компьютерной технологии по программе «Физика в картинках».
Эта группа имеет низкий показатель успеваемости за 1 семестр.
Данные по успеваемости и качества знаний студентов за время использованиякомпьютерных технологий на уроках физики в группе
Э-1-1 приведены в таблице№1.
Таблица №1№ Период обучения Кол.студентов % обуч. % качества 1 1семестр 2005/06г 30 85 21 2 Март 2006г 26 92 43
В группе Э-1-1 02.06.06г. был проведен открытый урок на тему:
« Исследование явления фотоэффекта».На урок были приглашеныпреподаватели физики всех колледжей г.Новочеркасска. На занятиях присутствовалипреподаватели физики:
из НПГК преподаватель высшей категории Мезенцева Н.Н.
из НПК преподаватель высшей категории, зав. ГМО. ПоляковаО.Р.
из НМТК преподаватель высшей категории Макарова Н.А.
из НМТК зав.учебной части Новобранова Р.И.
из НМТК преподаватель высшей категории Понарина В.
В конце занятия было проведено тестирование студентов по этойтеме.
Данные по успеваемости и качеству знаний студентов приведеныв таб№2
Таблица №2.№ Период обучения Кол.студентов % обуч. % качества 1 1семестр 2005/06г 30 85 21 2 Март 2006г 26 92 43 3 Июнь 2006г 26 100 54 4 2 семестр 2005/06г. 26 100 45
Из приведенных вышетаблиц по успеваемости и качеству знаний можно сделать вывод:
-применение пакетапрограмм при изучении дисциплины «Физика»
повышает успеваемость икачество знаний студентов;
-повышает интерес кизучаемому предмету;
-интеллектуальные тестирующиепрограммы помогают преподавателю контролировать знания студентов и узнать степеньусвоения нового материала.
— тестирующая программапомогает студентам, которые не освоили новую тему найти ответы на вопросы идать пояснение.
Технологияпрограммированного обучения предполагает получение студентами порцийинформации(текстовой, графической, видео-все зависит от техническихвозможностей) в определенной последовательности и обеспечивает контроль заусвоением данного материала.
Литература
1 Касьянов В.А. — учебник « Физика 10кл.», Москва, Дрофа 2001г.
2.Дмитриева В.Ф.-«Физика» учебное пособие для техникумов 4-еиздание, М, Высшая школа 2004г.
3.Кабардин О.Ф. Справочник по физике 2002г
4.Самойленко П.И. Сборник задач по физике для техникумовМосква «Оникс 21 век» «Мир и Образование» 2003г.
5.Рымкевич А.П. Сборник задач по физике Москва «Просвещение»2001г
6.Информатика-практикум по компьютерной технологии авторы О.Ефимов, М. Моисеева, Ю. Шафрин. 1997г.
7.Модульный учебник Д.К.К. по информатике.
8.Лазерные компакт –диски: «Физика в картинках», «Открытаяфизика ч.1», «Открытая физика ч.2».