Компьютеризированный эксперимент как средство

X Московский педагогический марафон: День физики
эксперимент
Компьютеризированный эксперимент
как средство формирования
исследовательских умений
Низкочастотный динамик
Генератор ФГ-100
Полемика о месте и роли
компьютерного эксперимента в учебном процессе
возникает, по нашему мнению, из-за неясности понимания его функции. А они определяются ролью
информационных технологий в жизни вообще и в
физическом эксперименте, в частности.
Во-первых, компьютер играет роль средства
численного моделирования в реальной научной
и инженерно-технической практике (процессы в
звёздных системах, испытание блоков самолётов,
корпусов автомобилей). Во-вторых, он используется для автоматизации процесса получения и обработки информации, полученной в эксперименте,
что даёт больше времени для осмысления полученных данных, для проведения дополнительных измерений, для постановки эксперимента в новых
условиях.
Исходя из этих функций, компьютерный эксперимент можно разделить на модельный и автоматизированный (компьютеризированный) и рассматривать как метод обучения в составе методов
организации учебного исследования.
К сожалению, модельный компьютерный эксперимент стал использоваться не только как средство наглядности, но и как объект активной познавательной деятельности учащихся, цели которой
не всегда адекватны содержанию. Например, учащимся предлагаются такие задания для работы с
моделями: «… доказать справедливость закона Ома
для участка цепи», «… проверить выполнение закона Ампера». Правильнее, на наш взгляд, было бы
предложить «… исследовать работу модели “Закон
Ома для участка цепи”» или «… познакомиться с законом Ампера, используя модель “Опыт Ампера”».
Мы считаем, что модельный эксперимент должен
не заменять, а дополнять традиционный натурный
эксперимент. Например, при изучении механики
в лабораторную работу «Исследование зависимости дальности полёта тела от угла бросания» можно
Печатается в сокращении. Полный текст доклада и презентацию
см. на диске. – Ред.
2011
н
О снов а н
ФИЗИКА
в
Источник света
(полупроводниковый
лазер)
С.В. ЛОЗОВЕНКО
[email protected],
МПГУ, ГОУ многопрофильный
технический лицей № 1501,
г. Москва
сентябрь
ра
Вращающаяся
восьмигранная
призма
Эк
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: X Московский педагогический марафон учебных предметов, методы
обучения, формирование исследовательских умений, виртуальный эксперимент
26
Общий вид установки
«Звуковой портрет» (а),
рабочий момент
выполнения
лабораторной работы (б)
и устройство измерения
и обработки данных (в)
ие
Блок управления электродвигателем
а
добавить задания, в которых используется модель
Движение тела, брошенного под углом к горизонту; в лабораторную работу по электродинамике «Явление резонанса в цепи переменного тока»
можно добавить задания по исследованию модели
Вынужденные колебания в RLC-контуре [1].
Можно предложить задания на: моделирование физической ситуации для случая прицельного
броска с заданной скоростью с последующей проверкой результата в натурном эксперименте использование модели в качестве экспертной системы при решении задач типа: Начальная скорость
броска составляет... Максимальная дальность полёта достигается при... Рассчитайте дальность полёта
при... исследование поведения модели при изменении циклической частоты свободных незатухающих электромагнитных колебаний в электрическом
контуре и значений параметров цепи, а также определение резонансной частоты.
Что касается компьютеризированного (автоматизированного) эксперимента, то он возможен,
если школьная лабораторная установка снабжена
системой датчиков. Данные эксперимента обрабатываются и выводятся на экран в реальном масштабе времени – в рациональной графической форме,
в виде последовательности чисел, диаграмм, графиков и таблиц. Основное внимание учащихся при
этом сосредотачивается не на сборке и настройке
б
экспериментальной установки, а на проектировании различных вариантов проведения эксперимента, накоплении данных, их анализе и интерпретации, формулировке выводов.
Приведём пример использования компьютерных
технологий при изучении темы «Звуковые волны».
Звуковые волны можно визуализировать с помощью учебной установки «Волновой портрет» (ООО
«Научные развлечения») (фото а). На низкочастотном динамике смонтировано зеркало, которое при
возвратно-поступательном движении диффузора
изменяет угол наклона по отношению к падающему
на него лучу лазера. Это вызывает колебания отражённого луча в вертикальной плоскости. Горизонтальная развёртка лазерного луча осуществляется с
помощью восьмигранной зеркальной призмы, вращающейся на валу шагового электродвигателя.
Параметры входного электрического сигнала, поступающего на динамик, измеряют с помощью компьютерного измерительного блока, подключённого
к мини-ноутбуку (фото б). Одновременно соответствующий звуковой сигнал можно услышать и зарегистрировать с помощью датчика звука (микрофона). Выходной электрический сигнал поступает
в систему сбора данных, предназначенной для автоматизации учебных демонстрационных экспериментов, либо в устройство измерения и обработки
данных (фото в). На экране отображается график
звуковых колебаний.
Мы используем лабораторный программноаппаратный комплекс (ЛабПАК), поставляе-
мый Производственно-консультационной группой «Развитие образовательных систем» (РОС,
http://www.afsedu.ru/, торговая марка AFS – All
For School).
Школьники строят графическое изображение
звуковой волны, определяют её период, частоту и
амплитуду, изменение амплитуды при удалении
от источника звука, изучают форму и частоту звуковых колебаний, соответствующих нотам первой
октавы клавишного инструмента.
Можно предложить домашнюю исследовательскую работу по изучению различных шумов – ведь
термин «цвет шума» широко используется в акустике, электронике и так далее. Бывают белый,
розовый, красный, синий, фиолетовый, серый,
оранжевый, зелёный и чёрный шумы, со своими
спектральными характеристиками. Конечно, для
выполнения задания придётся изучить дополнительную литературу, порыться в Интернете, освоить компьютерную программу AudioTester V1.4g.
(это сразу генератор, анализатор и двухполосный
осциллограф).
Ещё одна посильная для школьников задача –
разобраться, как работает пульт дистанционного
управления бытовыми приборами, собрать установку, провести эксперимент и сделать выводы.
Литература
1. Открытая физика 2.6. В 2 ч. [Электронный ресурс] / Под ред. С.М. Козела. М.: ООО Физикон,
2005–2008. (CD-ROM)
Сергей Владимирович Лозовенко – к. п. н., учитель физики высшей квалификационной категории, почётный работник общего образования, окончил физфак МГПИ им. В.И. Ленина в 1990 г., педагогический стаж 22 года. Работал учителем физики и
заместителем директора по научной работе в ГОУ СОШ № 148, сейчас доцент МПГУ и учитель физики ГОУ многопрофильного
технического лицея № 1501. Педагогическое кредо: слушать и помогать. Женат, трое детей. Хобби: чтение книг.
27
2011
ФИЗИКА
сентябрь