Статьи и обзоры > Электронные учебники > Физика
     Открытая Физика 2.0 (часть I)
Физикон

Уникальная обучающая программа по физике, которая позволит ученику самому разобраться в различных вопросах физики, постичь ее основы, досконально понять сущность физических законов.

Полный мультимедийный курс «Открытая Физика 2.0» предназначен для учащихся общеобразовательных учреждений – средних школ, лицеев, гимназий, колледжей. Он может быть использован для самостоятельного изучения физики и подготовки в ВУЗы. «Открытая Физика 2.0» будет полезна студентам педагогических ВУЗов и преподавателям физики.

Авторами курса являются профессор МФТИ, руководитель сборной команды России на международных олимпиадах школьников по физике С.М.Козел (учебник, задачи, интерактивные модели); профессор, заведующий лабораторией физики института общего и среднего образования РАО В.А. Орлов (тесты, задачи) и заведующий лабораторией, Соросовский учитель, к.ф.-м.н. А.Ф. Кавтрев (лабораторные работы). 

  • Механика,
  • Механические колебания и волны,
  • Термодинамика и молекулярная физика.

Курс включает:
учебник, c систематически изложенным материалом;
цветные иллюстрации;
около 50 интерактивных компьютерных моделей;
более 400 задач и вопросов для самостоятельного решения;
разбор типовых задач;
лабораторные работы;
журнал учета работы ученика;
звуковое сопровождение.

Содержание курса соответствует программе общеобразовательных учреждений России.

CD-ROM "Открытая Физика™ 2.0" Часть I - новая версия программного продукта "Открытая Физика 1.0" компании "Физикон". Диск не только содержит все материалы предыдущей версии, но и дополнен новыми сведениями и возможностями.

"Открытая Физика™ 2.0" Часть I содержит самые полные сведения по механике, механическим колебаниям и волнам, молекулярной физике и термодинамике.


 Курс имеет поддержку через Интернет на сервере "Открытый колледж" www.college.ru 

Публикация из научно-популярного журнала для учителей и учащихся "КОМПЬЮТЕР в школе", N 3(17) март, 2000 http://www.college.ru/teacher/article.html

Источник: http://center.fio.ru/vio/vio_03/cd_site/Articles/art_5_5.htm# 

Опыт использования компьютерных моделей на уроках физики.

Большое число компьютерных моделей по всему школьному курсу физики содержится в мультимедийных курсах, разработанных компанией "Физикон": "Физика в картинках", "Открытая физика 1.1", "Открытая физика 2.0", "Открытая астрономия 2.0" и "Открытая химия 2.0". Главной отличительной особенностью этих компьютерных курсов являются многочисленные компьютерные модели - уникальные и оригинальные разработки, которые высоко оценили пользователи во многих странах. (Заметим, что значительное число моделей расположено также на сайте "Открытый колледж" по адресу: http://www.college.ru/).

Компьютерные модели разработанные компанией "Физикон" легко вписываются в урок и позволяют учителю организовать новые, нетрадиционные виды учебной деятельности учащихся. Приведём в качестве примеров три вида такой деятельности:

  1. Урок решения задач с последующей компьютерной проверкой.
    Учитель предлагает учащимся для самостоятельного решения в классе или в качестве домашнего задания индивидуальные задачи, правильность решения которых они могут проверить, поставив компьютерные эксперименты. Самостоятельная проверка полученных результатов, при помощи компьютерного эксперимента, усиливает познавательный интерес учащихся, а также делает их работу творческой, а зачастую приближает её по характеру к научному исследованию. В результате многие учащиеся начинают придумывать свои задачи, решать их, а затем проверять правильность своих рассуждений, используя компьютерные модели. Учитель может сознательно побуждать учащихся к подобной деятельности, не опасаясь, что ему придётся решать ворох придуманных учащимися задач, на что обычно не хватает времени. Более того, составленные школьниками задачи можно использовать в классной работе или предложить остальным учащимся для самостоятельной проработки в виде домашнего задания.
  2. Урок - исследование.
    Учащимся предлагается самостоятельно провести небольшое исследование, используя компьютерную модель, и получить необходимые результаты. Тем более, что многие модели позволяют провести такое исследование буквально за считанные минуты. Конечно, учитель помогает учащимся на этапах планирования и проведения экспериментов.
  3. Урок - компьютерная лабораторная работа.
    Для проведения такого урока необходимо разработать соответствующие раздаточные материалы. Задания в бланках лабораторных работ следует расположить по мере возрастания их сложности. Вначале имеет смысл предложить простые задания ознакомительного характера и экспериментальные задачи, затем расчетные задачи и, наконец, задания творческого и исследовательского характера. При ответе на вопрос или при решении задачи учащийся может поставить необходимый компьютерный эксперимент и проверить свои соображения. Расчётные задачи рекомендуется вначале решить традиционным способом на бумаге, а затем поставить компьютерный эксперимент для проверки правильности полученного ответа.

Отметим, что задания творческого и исследовательского характера существенно повышают заинтересованность учащихся в изучении физики и являются дополнительным мотивирующим фактором. По этой причине уроки последних двух типов приближаются к идеалу, так как ученики получают знания в процессе самостоятельной творческой работы, ибо знания необходимы им для получения конкретного, видимого на экране компьютера, результата. Учитель в этих случаях является лишь помощником в творческом процессе овладевания знаниями.

Методика использования компьютерных моделей на уроках.

Прежде всего, чрезвычайно удобно использовать компьютерные модели в демонстрационном варианте при объяснении нового материала или при решении задач. Согласитесь, что гораздо проще и нагляднее показать, как тело движется при наличии положительной начальной скорости и отрицательного ускорения, используя модель "Движение с постоянным ускорением" компьютерного курса "Открытая физика", чем объяснять это при помощи доски и мела.

Ведь на экране компьютера кроме движущегося спортсмена, который в соответствии с заданными начальными условиями тормозит, разворачивается и набирает скорость в противоположном направлении, ещё и соответственно изменяется длина и направление вектора его скорости, а также в динамическом режиме строятся графики координаты, модуля перемещения и проекции скорости. А какими ещё средствами можно обеспечить указанную демонстрацию?

Конечно, такие демонстрации будут иметь успех, если учитель работает с небольшой группой учащихся, которых можно рассадить вблизи монитора компьютера или, если в кабинете имеется проекционная техника, позволяющая отобразить экран компьютера на стенной экран большого размера. В противном случае учитель может предложить учащимся самостоятельно поработать с моделями в компьютерном классе или в домашних условиях, что иногда бывает более реально.
Следует отметить, что при индивидуальной работе учащиеся с большим интересом повозятся с предложенными моделями, пробуют все регулировки, как правило, не особенно вникая в физическое содержание происходящего на экране. Как показывает практический опыт, обычному школьнику конкретная модель может быть интересна в течении 3 -5 минут, а затем неизбежно возникает вопрос: А что делать дальше? Опросы, которые проводил автор после такой самостоятельной работы , показали, что учебный эффект незначителен, так как дети при такой работе мало что понимают.

Что же нужно сделать, чтобы урок в компьютерном классе был не только интересен по форме, но и дал максимальный учебный эффект?

Учителю необходимо заранее подготовить план работы с выбранной для изучения компьютерной моделью, сформулировать вопросы и задачи, согласованные с функциональными возможностями модели, также желательно предупредить учащихся, что им в конце урока будет необходимо ответить на вопросы или написать небольшой отчёт о проделанной работе. Идеальным является вариант, при котором учитель в начале урока раздаёт учащимся индивидуальные задания в распечатанном виде.

Какие же виды заданий и учебной деятельности можно предложить учащимся при работе с компьютерными моделями и как организовать эту деятельность?

Виды заданий к компьютерным моделям

В процессе преподавания с использованием мультимедийных курсов "Физикона" нами были разработаны следующие виды заданий для учащихся к компьютерным моделям:

  1. Ознакомительное задание
    Это задание предназначено для того, чтобы помочь учащемуся понять назначение модели и освоить её регулировки. Задание содержит инструкции по управлению моделью и контрольные вопросы.
  2. Компьютерные эксперименты
    После того как компьютерная модель освоена, имеет смысл предложить учащимся 1 - 2 эксперимента. Такие эксперименты позволяют учащимся глубже вникнуть в смысл происходящего на экране.
  3. Экспериментальные задачи
    Далее можно предложить учащимся экспериментальные задачи, то есть задачи, для решения которых необходимо продумать и поставить соответствующий компьютерный эксперимент. Как правило, учащиеся с особым энтузиазмом берутся за решение таких задач. Несмотря на кажущуюся простоту, такие задачи очень полезны, так как позволяют учащимся увидеть живую связь компьютерного эксперимента и физики изучаемых явлений.
  4. Расчётные задачи с последующей компьютерной проверкой
    На данном этапе учащимся уже можно предложить 2 - 3 задачи, которые вначале необходимо решить без использования компьютера, а затем проверить полученный ответ, поставив компьютерный эксперимент. При составлении таких задач необходимо учитывать как функциональные возможности модели, так и диапазоны изменения числовых параметров. Следует отметить, что, если эти задачи решаются в компьютерном классе, то время, отведённое на решение любой из этих задач, не должно превышать 5 -8 минут. В противном случае, использование компьютера становится мало эффективным. Задачи, требующие более длительного времени для решения, имеет смысл предложить учащимся для предварительной проработки в виде домашнего задания и/или обсудить эти задачи на обычном уроке в кабинете физики, и только после этого использовать их в компьютерном классе.
  5. Неоднозначные задачи
    В рамках этого задания учащимся предлагается решить задачи, в которых необходимо определить величины двух зависимых параметров, например, в случае бросания тела под углом к горизонту, начальную скорость и угол броска, для того чтобы тело пролетело заданное расстояние. При решении такой задачи учащийся должен вначале самостоятельно выбрать величину одного из параметров с учётом диапазона, заданного авторами модели, а затем решить задачу, чтобы найти величину второго параметра, и только после этого поставить компьютерный эксперимент для проверки полученного ответа. Понятно, что такие задачи имеют множество решений.
  6. Задачи с недостающими данными
    При решении таких задач учащийся вначале должен разобраться, какого именно параметра не хватает для решения задачи, самостоятельно выбрать его величину, а далее действовать, как и в предыдущем задании.
  7. Творческие задания
    В рамках данного задания учащемуся предлагается составить одну или несколько задач, самостоятельно решить их (в классе или дома), а затем, используя компьютерную модель, проверить правильность полученных результатов. На первых порах это могут быть задачи, составленные по типу решённых на уроке, а затем и нового типа, если модель это позволяет.
  8. Исследовательские задания
    Наиболее способным учащимся можно предложить исследовательское задание, то есть задание, в ходе выполнения которого им необходимо спланировать и провести ряд компьютерных экспериментов, которые бы позволили подтвердить или опровергнуть определённые закономерности. Самым сильным ученикам можно предложить самостоятельно сформулировать такие закономерности. Заметим, что в особо сложных случаях, учащимся можно помочь в составлении плана необходимых экспериментов или предложить план, заранее составленный учителем.
  9. Проблемные задания
    С помощью ряда моделей можно продемонстрировать, так называемые, проблемные ситуации, то есть ситуации, которые приводят учащихся к кажущемуся или реальному противоречию, а затем предложить им разобраться в причинах таких ситуаций с использованием компьютерной модели.
  10. Качественные задачи
    Некоторые модели вполне можно использовать и при решении качественных задач. Такие задачи или вопросы, конечно, лучше сформулировать, поработав с моделью, заранее.

При регулярной работе с компьютерным курсом из придуманных заданий имеет смысл составить компьютерные лабораторные работы, в которых вопросы и задачи расположены по мере увеличения их сложности. Это занятие достаточно трудоёмкое, но именно такие работы дают наибольший учебный эффект.

Методика составления заданий и лабораторных работ к компьютерным моделям подробно описана в брошюре А. Ф. Кавтрева "Методические аспекты преподавания физики с использованием компьютерного курса "Открытая физика1.0", которую можно найти в Интернете по адресу: http://www.college.ru/metod_phys.html. Примеры заданий к компьютерным моделям "Физикона", а также бланки лабораторных работ представлены в указанной брошюре и на сайте Московского Центра Федерации Интернет Образования по адресу: http://center.fio.ru/ в рубрике "В помощь учителю". Некоторые из них можно посмотреть:

  • Приложение 1. Компьютерная лабораторная работа. "Параллельное соединение проводников", материал для учителя
  • Приложение 2. Компьютерная лабораторная работа. "Смешанное соединение проводников"
  • Приложение 3. Компьютерная лабораторная работа. "Смешанное соединение проводников", материал для учителя
  • Приложение 4. Лабораторная работа "Моделирование неупругих соударений"

Методика работы с компьютерными курсами «Открытая физика» и «Физика в картинках» А. Ф. Кавтрев. На этих страницах представлены методические материалы, задания к компьютерным моделям, а также компьютерные лабораторные работы по ряду тем. center.fio.ru/method/resources/kavtrev/11/fiz/op_metod.htm

Источник: www.college.ru/teacher/virt_practice.html

Методика использования интерактивного компьютерного курса с элементами дистанционного образования

Гомулина Наталия Николаевна, методист по физике ОМЦ Западного округа г. Москва;
Михайлов С.В., учитель физики школы N637, г. Москва

Современные интерактивные курсы являются нетрадиционными дидактическими материалами и включают принципиально новые элементы, недоступные в обычных учебниках. Это позволяет поставить процесс обучения школьников на качественно новую ступень. При постоянном использовании интерактивных курсов улучшается обратная связь с учащимися, которая при традиционном преподавании сводится только к проверке ЗУН.

С появлением компьютеров в классах физики, стала меняться методика преподавания, в которой все больше используется интерактивный физический эксперимент, проектная и исследовательская форма учебной деятельности, индивидуализация обучения. Использование компьютера на уроке физики – эффективное средство совершенствования урока.

Несмотря на то, что новый компьютерный курс "Открытая Физика 2.0" компании ФИЗИКОН ориентирован на индивидуальную самостоятельную работу школьников, он может с успехом использоваться и на уроках физики и астрономии. Прекрасно иллюстрированный текст, большое количество имитационных моделей, лабораторные работы, возможность представить изучаемый материал более наглядно, показать модели физических экспериментов, для которых нет оборудования в школе. И ежедневная работа учителя станет на принципиально другом методическом уровне.

Учителя может заинтересовать большая подборка задач и контрольных вопросов к каждой теме. Часть задач, примерно 100, снабжены решениями, или подробными указаниями. Другая часть, около 200 задач, предназначены для самостоятельного решения и самопроверки. Задачи предложены разные, дифференцированной сложности. Очень трудные задачи рекомендуем разбирать на уроках в классах повышенного уровня преподавания, или в классах, работающих по программе "Школа-ВУЗ". Эти задачи представляют собой маленькие теоретические исследования для развития творческих способностей. Самостоятельно решенные задачи могут быть сверены с "правильным решением", при этом результат может быть занесен в журнал успеваемости данного учащегося. С помощью этого журнала и учитель, и сам учащийся, могут контролировать успехи при самостоятельной работе над курсом. Наряду с обычными традиционными задачами в эти компьютерные курсы включены значительные количества тестовых задач, в которых предлагается выбрать правильный ответ из целой серии возможных ответов. Лабораторные работы созданы очень интересно, сначала учащийся должен дать ответ на поставленный вопрос, а затем проверить правильность полученного результата, выполнив компьютерный эксперимент. Разумеется, компьютерная лаборатория не может полностью заменить настоящую физическую лабораторию. Рекомендуем до начала компьютерного эксперимента провести эксперимент "на натуре". Например, сначала рассмотреть движение бруска по наклонной плоскости, подержать реальный брусок в руках, изменить наклон плоскости, а уже потом рассмотреть компьютерный эксперимент с наклонной плоскостью. Сначала сделать несколько экспериментов с математическим маятником, а затем предложить провести компьютерную лабораторную работу "Математический маятник".

В этой лабораторной работе можно изменять угол наклона и силу трения. Рядом с изображением математического маятника справа будет показано изменение потенциальной и кинетической энергии, внизу – график V(t).

Лабораторная работа "Математический маятник" 

  1. В тетрадях сделайте записи о названии лабораторной работы, о параметрах, которые могут изменяться в данной компьютерной модели.

  2. Нажмите кнопку "Старт" и понаблюдайте за происходящим на экране.

  3. Прервите движение маятника кнопкой "Сброс".

  4. Установите начальные параметры математического маятника: сила трения Fтр отсутствует, угол отклонения от вертикали 20° и длина маятника 110 см. проведите компьютерный эксперимент и получите график изменения координаты х (t), затем график скорости V(t). Введите два флажка одновременно и получите график изменения координаты х (t) и график скорости V(t) на одном чертеже. Сделайте вывод о разности фаз. Сделайте чертеж в тетрадях.

  5. Увеличьте длину маятника до 130 см. Выясните, как при этом изменится период маятника. Какие изменения произойдут с графическими изображениями кинетической энергии Екин и потенциальной энергии Епот?

  6. Уменьшите длину математического маятника до 90 см. Как изменился период маятника Т? Какие изменения произошли с амплитудными значениями кинетической энергии Екин и потенциальной энергии Епот? Запишите результаты в тетрадь.

  7. Уменьшите угол отклонения от вертикали до 10°. Какие изменения при этом будут происходить? Запишите результаты в тетрадь.

  8. Введите силу трения. Как можно получить затухающие колебания? Ответьте на вопрос и запишите результат в тетрадь.

  9. Исследовательская задача. Определите экспериментально через сколько секунд колебания прекратятся полностью при b=0,8 кг с–1, l=90 см, угле отклонения от вертикали 10°. Как при этом изменяются мгновенные значения кинетической энергии Е кин и потенциальной энергии Епот? Запишите результаты в тетрадь.

  10. Ответьте на любые 2 контрольных вопроса в тестовом виде.

  11. Выполните любые два задания к лабораторной работе, результаты запишите в тетрадь.

Задания к лабораторной работе "Математический маятник"

  • Математический маятник за 13 с совершил 6.5 полных колебаний. Найти период колебаний. Проведите компьютерный эксперимент и проверьте Ваш ответ.

  • Тело, прикрепленное к нити, совершает гармонические колебания с частотой 0.5 Гц. Определите минимальное время, за которое тело проходит расстояние между положениями, соответствующими максимальным смещениям из положения равновесия. Проведите компьютерный эксперимент и проверьте Ваш ответ.

  • Математический маятник длиной 1.1 м совершил 100 колебаний за 210 с. Определить ускорение свободного падения. Ответ приведите с точностью до десятых.

  • Определите длину математического маятника, совершающего гармонические колебания с периодом 1.9 с. Ускорение свободного падения считать равным 9.8 м/с2. Ответ привести в сантиметрах. Проведите компьютерный эксперимент и проверьте Ваш ответ.

  • Период колебаний математического маятника в результате изменения его длины возрос в 1.2 раза. Определите отношение конечной длины маятника к первоначальной. Ответ округлите до десятых. Проведите компьютерный эксперимент и проверьте Ваш ответ.

  • Определить первоначальную длину математического маятника, если при изменении его длины до 1 м период его колебаний уменьшился в 1.1 раза. Ответ округлить до десятых. Проведите компьютерный эксперимент и проверьте Ваш ответ.

  • На сколько процентов следует изменить длину математического маятника, чтобы период его колебаний увеличился на 20%?

 

  • Проведите компьютерный эксперимент и проверьте Ваш ответ.

  • Сделайте вывод о проведенной лабораторной работе.

    Ответы:

    Экспериментально в исследовательской задаче N8: 10с. Верные ответы к заданиям по лабораторной работе учащиеся могут получить после двух неверных попыток. 1) 2с. 2) 1с. 3) 9,8 м/с2. 4) 90 см. 5) 1,4 раза. 6) 1,2 м. 7) 44%.) 

    Выполнение компьютерных лабораторных работ требует определенных навыков, характерных и для реального эксперимента – выбор условий эксперимента, установка параметров опыта и т.д. Учитель физики в компьютерном курсе "Открытая физика 2.0" найдет 50 физических моделей, позволяющих в динамике проиллюстрировать изучаемое физическое явление. Модели дают возможность в широких пределах изменять условия физических экспериментов (массы, скорости, ускорения, жесткости пружин, температуры, характер протекающих процессов и т. д.).

    Например, в компьютерной модели "Изобарный процесс" моделируется изобарный процесс, т.е. процесс квазистатического расширения или сжатия идеального газа при постоянном давлении. Давление газа можно выбирать от 50 кПа до 135 кПа. При этом сразу видно изменение параметров температуры Т и

    объема V. Приводится график зависимости для изобарного процесса, слева внизу выводится энергетическая диаграмма, на которой указываются количество теплоты Q, полученной газом, произведенная работа A и изменение его внутренней энергии DU.

    Используя эту анимационную модель, можно при объяснении нового материала с легкостью обратить внимание учащихся на то, что при изобарном расширении температура газа растет, его внутренняя энергия увеличивается, и газ совершает положительную работу. При изобарном сжатии температура и внутренняя энергия уменьшаются, а работа газа отрицательна. При расширении газ поглощает тепло, а при сжатии – отдает окружающим телам.

    А в компьютерной модели "Превращения энергии при колебаниях" иллюстрируется превращения энергии при гармонических колебаниях тела под действием квазиупругой силы. Графически показано соотношение между потенциальной и кинетической энергиями при колебаниях в любой момент времени. В компьютерном эксперименте можно изменять массу m тела, совершающего колебательные движения, жесткость и полную энергию системы E.

    Такая интерактивность открывает перед учащимся огромные познавательные возможности, делая их не только наблюдателями, но и активными участниками проводимых экспериментов. Следует отметить, что в компьютерных моделях воссоздаются реальные количественные условия физических экспериментов; это в значительной степени способствует выработке у учащихся ощущения реальных масштабов физических явлений и процессов.

    В этих курсах все компьютерные модели написаны на языке Java, использованы Интернет – технологии (Java, HTML, Internet Explorer в качестве браузера и т.д.), что позволяет использовать эти учебные диски для проектов дистанционного образования в сети Internet по паролю доступа в "Открытый колледж". Именно это делает эти компьютерные курсы исключительно интересными для методической работы учителя. Каждый учащийся может получить индивидуальный контрольный тест из базы данных, созданный в трех вариантах сложности, получить электронную консультацию по решению теста. При этом задания формируются индивидуально, в зависимости от возраста и уровня знаний ученика, ведется журнал достижений. Если учащийся не смог ответить на тест, он после консультации с виртуальным учителем и возврата в текст электронного учебника, вторично получает уже принципиально другой набор тестовых задач. А поскольку база данных на сервере значительна, то решение всех тестовых задач каждым учащимся носит объективный характер и может быть оценено на каждом занятии учителем с выставлением соответствующей оценки уже в журнал класса.

    При использовании на уроке данных курсов для учителя открываются широкие возможности по совершенствованию структурирования урока. Учитель, в зависимости от уровня подготовки учащихся и изучаемого материала, может подобрать из курса иллюстрации физических процессов и явлений, задачи, тесты, лабораторные работы. Наблюдение при различных условиях опыта "живых" моделей физических явлений с последующим обсуждением и теоретическими оценками вызывает у учащихся повышенный интерес и создает в классе атмосферу коллективного творчества.

    Таким образом, учитель на уроке может использовать данные учебные компьютерные курсы следующим образом для:

    • демонстраций и иллюстраций текстов, формул, фотографий при изучении нового материала

    • демонстраций фотографий ученых, их кратких биографий

    • иллюстрации методики решения сложных задач

    • проведения лабораторных работ

    • контроля за уровнем знаний учащихся по методике дифференцированного обучения

    • текущего контроля знаний с использованием современных технологий дистанционного обучения

    Учитель на уроке может организовать новые, нетрадиционные виды учебной деятельности, например решение экспериментальных задач с использованием анимационных экспериментов. Можно предложить учащимся сформулировать самостоятельно задачу и проверить ее компьютерным экспериментом.

    •