Фізико-математичний факультет
Кафедра загальної фізики
Курсова робота.
«Методика застосування ЦОР в процесі вивчення теми: Електромагнітні коливання».
Виконав:
студент 5 курсу ФМФ гр. А
спеціальності «Фізика»
Орєхов В. Н
Науковий керівник:
кандидат педагогічних наук,
доцент кафедри загальної
фізики Крахоткіна В. К.
Ставрополь, 2007 р.
Зміст "1-3"
Введення
Глава I. Огляд літератури
1.1. Інформаційні технології навчання
1.2 Електронні посібники з фізики (на прикладі «Фізика 7-11 клас», "Відкрита фізіка2.0
1.3. Використання комп'ютерних моделей на уроках фізики
Глава II. Дидактичні принципи вивчення теми "Електромагнітні коливання" в курсі фізики середньої школи
2.1Методіка вивчення теми "Електромагнітні коливання" в курсі фізики середньої школи
Глава III. Комп'ютерне моделювання електромагнітних коливань
3.1 Можливості застосування графічних пакетів, оболонок і електронних посібників при вивченні електромагнітних коливань у курсі фізики середньої школи
3.2 Можливості використання графічної оболонки Corel та пакету PowerPoint
3.3 Підвищення наочності навчання при використанні комп'ютерних моделей на уроках фізики
3.4 Розробка методики вивчення теми «Електромагнітні коливання
1. Коливальний контур. Перетворення енергії при електромагнітних коливаннях
2.Аналогія між механічними і електромагнітними коливаннями. 35
3.Уравненіе вільних гармонічних коливань в контурі
4.Методіческая розробка трьох уроків
Висновок
Список літератури
Введення
Актуальність дослідження. Демократизація суспільства, становлення ринкових відносин висунули нові вимоги до навчання і виховання людини, громадянина, фахівця. У створених соціально-економічних відносинах затребувані професіоналізм, відповідальність, самостійність і ініціатива, а не пасивне виконавство. Ці соціально значущі якості слід формувати у підростаючого покоління безпосередньо у навчальній діяльності. Навчальне дослідження є такою формою організації діяльності школяра, яка в істотному ступені сприяє їх формуванню та розвитку.
Має місце все більш тонке структурування суспільства, його інформатизація, зростання ролі науки призводять до спеціалізації і ускладнення діяльності в усіх сферах суспільного життя: виробничої, технологічної, правової і т.д. У цих умовах все більш актуальним стає вимога самоосвіти протягом усього життя, оскільки ніяке накопичення знань «про запас» у інституалізувати навчанні не може компенсувати необхідність їх самостійного оновлення та поповнення. Готовність до самоосвіти може бути забезпечена, насамперед, розвитком пізнавальних здібностей за рахунок оволодіння методологічним апаратом збільшення та застосування знань. Найбільш адекватний апарат рішення пізнавальних завдань, а також розвитку творчих, комунікативних, рефлексивних якостей особистості містить в собі відпрацьована століттями методологія наукового пошуку.
Сказане свідчить про необхідність цілеспрямованого навчання школярів загальним і спеціальним методам пізнання навколишнього світу, логіці та етапам наукового пізнавального процесу і, в кінцевому рахунку, цілісної дослідної діяльності.
У 21 столітті будь-яка освічена людина повинна вміти використовувати в роботі сучасні інформаційні технології. Таким чином, виникає необхідність у створенні іншої освітнього середовища. В даний час актуальним є питання використання програмно-педагогічних та телекомунікаційних засобів у навчальному процесі школи і, зокрема, при навчанні фізики та астрономії.
Для того, щоб підвищити ефективність розвитку пізнавальної і дослідницької діяльності і дати нові можливості для творчого зростання учнів, потрібно використовувати сучасні фізичні електронні лабораторії, мультимедійні комп'ютерні програми і телекомунікаційні технології, що відкривають учням доступ до нетрадиційних джерел інформації - електронним гіпертекстових підручниками, освітнім сайтам, системам дистанційного навчання.
При правильному їх використанні вони забезпечують цілий ряд переваг перед звичайним способом навчання:
1. індивідуалізація навчального процесу за змістом, обсягом і темпами засвоєння навчального матеріалу;
2. активізація учнів при засвоєнні навчальної інформації;
3. підвищення ефективності використання навчального часу;
4. позитивна мотивація навчання за рахунок комфортних психологічних умов роботи учня, об'єктивності оцінки;
5. зміна характеру праці викладача (скорочення рутинної роботи та посилення творчої складової його діяльності).
Особливу роль відіграє застосування комп'ютерних технологій при навчанні фізиці в середній і вищій школі. Як показує педагогічний досвід, найбільшу кількість труднощів виникає при вивченні тих розділів курсу фізики, які пов'язані з електрикою і магнетизмом. Тим часом методика вивчення різних тем у цих розділах не розроблена в повній мірі. У зв'язку з цим нами була зроблена спроба обгрунтування доцільності використання ІТО при вивченні зокрема теми "Електромагнітні коливання" та розроблено деякі методичні моменти, які, в залежності від прийнятої технології навчального процесу, його цілей і завдань, а так само від комп'ютерної оснащеності школи, можуть бути використані викладачами фізики як для вивчення всієї теми цілком, так і для вивчення її окремих питань.
Розробка нестандартного способу викладу теми говорить про актуальність дослідження і містить в собі елемент новизни і практичної значущості.
Мета дослідження - розробити методику вивчення електроколебательних процесів за допомогою комп'ютера.
Об'єктом дослідження є організація навчального процесу на різних етапах уроку фізики.
Предметом є пошук змісту, форм і методів навчання, що забезпечують досягнення поставленої мети.
В основу роботи була покладена гіпотеза: використання комп'ютерних технологій, а зокрема деяких прикладних пакетів, підвищує ефективність навчального процесу і дозволяє домогтися більш глибокого розуміння даної теми учнями.
Виходячи з поставленої мети і сформульованої гіпотези, слідують завдання:
§ розробити методику викладу теми "Електромагнітні коливання" з використанням ЕОМ.
§ з'ясувати, з якими труднощами стикаються учні у процесі вивчення даної теми і, отже, яких питань і поняттям слід приділити особливу увагу.
Для вирішення поставлених завдань використано такі методи:
§ вивчення методичної, психологічної та довідкової літератури з даної теми.
§ знайомство з вже наявними розробками в області даної теми.
§ проведення уроків з вивчення електромагнітних коливань в 11-х класах.
Для ефективного застосування ІТО педагогу в першу чергу необхідно орієнтуватися у відповідному програмному забезпеченні. Програмне забезпечення, що використовується в ІТО, можна розділити на декілька категорій:
1. Автоматизовані навчальні системи (АОС)
АОС включає в себе комплекс навчально-методичних матеріалів (демонстраційних, теоретичних, практичних, контролюючих) та комп'ютерні програми, які керують процесом навчання. Комплекс програмних продуктів, що підтримують навчання інформатики, дає можливість систематичного використання інформаційних технологій при навчанні фізиці. Програмні продукти з фізики представляють собою електронні варіанти наступних навчально-методичних матеріалів:
§ електронні словники-довідники та підручники з фізики;
§ лабораторні практикуми з можливістю моделювання реальних фізичних процесів;
§ програми-тренажери вирішення завдань з фізики;
§ тестові системи.
Застосування АОС у навчанні фізики надає можливість організації навчальних занять у відповідності з наступними етапами:
- Вчитель фізики вводить різнобічну інформацію (теоретичний і демонстраційний матеріал, практичні завдання, задачі, питання для тестового контролю) у базу даних і формує сценарій для проведення уроку;
- Учень у відповідності зі сценарієм (вибраним ним самим або призначеним педагогом) працює з навчальним матеріалом, запропонованим програмою;
- Виконується автоматизований контроль засвоєння знань, який забезпечує необхідну зворотний зв'язок, дозволяючи вибрати самому учневі (за результатом самоконтролю) або призначати автоматично послідовність і темп вивчення матеріалу з фізики;
- Робота учня протоколюється, інформація за підсумками тестування, вивчення теми і т.п. заноситься до бази даних;
- Вчитель і учень мають можливість отримувати інформацію про результати вивчення окремих питань і тем фізики в динаміці.
2. Інтелектуальні навчальні системи (ІОС)
Зростання можливостей комп'ютерів стимулювало розвиток нового напряму в інформаційних технологіях навчання - створення інтелектуальних навчальних систем. Цей підхід базується на роботах в області штучного інтелекту, зокрема теорії експертних систем-складних програм, що маніпулюють спеціальними, експертними знаннями у вузьких областях предмета. Як і справжній чоловік - експерт, ці системи вирішують завдання, використовуючи логіку і емпіричні правила, вміють поповнювати свої знання. Експертні системи поєднали в собі можливості комп'ютера з багатством людського досвіду. ИОС представляє якісно нову технологію навчання фізики. В основі методу можна виділити: моделювання процесу навчання, використання динамічно розвивається бази знань ІОС, автоматичний підбір раціональної стратегії навчання для кожного студента, автоматичний облік в роботі ИОС нової інформації з фізики, що надходить в базу знань, тобто саморегулювання системи. Роботи в області ИОС поки носять одиничний характер і на рівень масової технології ще не вийшли.
3. Електронний підручник фізики
В останні роки набули поширення лазерні компакт-диски з фізики. На цих носіях інформації розміщуються різні види екранно-звукових засобів, пристосованих для використання за допомогою комп'ютера. У них пропонуються демонстрації завдань для фронтальної та індивідуальної роботи учнів на уроці, для домашньої самостійної роботи. Компакт диски з фізики допомагають забезпечити інтерактивність взаємодії учня з навчальним матеріалом, індивідуальну траєкторію його засвоєння, інтенсифікувати зворотний зв'язок «учитель-учень».
Нові можливості інформатизації фізичної освіти відкрила в 90-і роки гіпертекстове технологія. Основна її риса - це можливість переходів за гіперпосиланнями, які представлені або у вигляді спеціально оформленого тексту, або певного графічного зображення. Одночасно на екрані комп'ютера може бути кілька гіперпосилань, і кожна з них визначає свій маршрут «подорожі». У цій величезній середовищі легко знаходити потрібну інформацію, повертатися до вже пройденого матеріалу і т. п. При проектуванні гіпертекстової системи можна закласти гіперпосилання, спираючись на здібності людського мислення до інтеграції інформації та асоціативному доступу до неї. Використання динамічного гіпертексту дозволяє провести діагностику знань, а потім автоматично вибрати один з можливих рівнів вивчення однієї і тієї ж теми курсу фізики. Ці системи являють інформацію так, що сам учень, слідуючи графічним і текстових посиланнях, може використовувати різні схеми роботи з матеріалом. Все це створює умови для реалізації диференційованого підходу до навчання фізики.
4. Інтернет технології у фізичному освіту
Новий імпульс інформатизації фізичної освіти дає розвиток інформаційних телекомунікаційних мереж. Інтернет забезпечує доступ до гігантських обсягів інформації, що зберігається в різних куточках нашої планети. Багато експертів розглядають Інтернет-технології як революційний прорив, що перевершує по своїй значимості поява персонального комп'ютера. Засоби телекомунікації, що включають електронну пошту, глобальну, регіональні та локальні мережі зв'язку та обміну даними, становлять для навчання фізики найширші можливості: оперативну передачу на різні відстані інформацію будь-якого обсягу та виду, інтерактивність і оперативний зворотний зв'язок, організацію спільних телекомунікаційних проектів, запит інформації з будь-якого питання, що цікавить через систему електронних конференцій. Освітній web-сайт навчального закладу в мережі Інтернет - новий засіб навчання. У зв'язку з бурхливим розвитком інформаційних технологій кількість і роль освітніх сайтів в діяльності навчальних закладів зростає. Від змісту, організаційної структури та функціонування освітнього сайту залежить не тільки успіх взаємодії навчального закладу із зовнішнім світом, а й освітні процеси всередині навчального закладу. [17]
У роботі [6] детально проаналізовано, класифікація та характеристика програмних засобів ІТО.
До технічних засобів ІТО відносять:
1. Комп'ютер.
2. Периферійні пристрої:
• Принтер;
• Сканер;
• Проектор;
• Цифрова фотокамера і відеокамера;
• Веб - камера.
3. Спеціалізоване обладнання.
Спеціалізоване апаратне забезпечення буває двох видів: наукове та навчальне. До наукового можна віднести, наприклад, спеціальну плату, за допомогою якої ПК можна використовувати в якості високоякісного осцилографа. Пристрої навчального призначення більше підходять саме для вивчення фізики; до них відносяться різні датчики та блоки, що забезпечують їх спільну роботу з комп'ютером. Прикладом такого устаткування може служити комплект «Лабораторія L - мікро», до якого входять блок сполучення з комп'ютером та набори датчиків для вимірювання механічних, термодинамічних і інших фізичних величин. А також вимірювальний комплекс нового покоління «Архімед», що діє на базі кишенькових комп'ютерів «Palm». [17].
Електронне видання розроблено за сприяння НФПК - Національного фонду підготовки кадрів.
Курс є переможцем конкурсу по розробці і створенню навчальної літератури нового покоління на електронних носіях для загальноосвітньої школи, проведеного НФПК - Національним фондом підготовки кадрів та Міністерством освіти Російської Федерації.
Курс випускається на двох дисках і містить:
· Електронний ілюстрований конспект; Кафедра загальної фізики
Курсова робота.
«Методика застосування ЦОР в процесі вивчення теми: Електромагнітні коливання».
Виконав:
студент 5 курсу ФМФ гр. А
спеціальності «Фізика»
Орєхов В. Н
Науковий керівник:
кандидат педагогічних наук,
доцент кафедри загальної
фізики Крахоткіна В. К.
Ставрополь, 2007 р.
Зміст "1-3"
Введення
Глава I. Огляд літератури
1.1. Інформаційні технології навчання
1.2 Електронні посібники з фізики (на прикладі «Фізика 7-11 клас», "Відкрита фізіка2.0
1.3. Використання комп'ютерних моделей на уроках фізики
Глава II. Дидактичні принципи вивчення теми "Електромагнітні коливання" в курсі фізики середньої школи
2.1Методіка вивчення теми "Електромагнітні коливання" в курсі фізики середньої школи
Глава III. Комп'ютерне моделювання електромагнітних коливань
3.1 Можливості застосування графічних пакетів, оболонок і електронних посібників при вивченні електромагнітних коливань у курсі фізики середньої школи
3.2 Можливості використання графічної оболонки Corel та пакету PowerPoint
3.3 Підвищення наочності навчання при використанні комп'ютерних моделей на уроках фізики
3.4 Розробка методики вивчення теми «Електромагнітні коливання
1. Коливальний контур. Перетворення енергії при електромагнітних коливаннях
2.Аналогія між механічними і електромагнітними коливаннями. 35
3.Уравненіе вільних гармонічних коливань в контурі
4.Методіческая розробка трьох уроків
Висновок
Список літератури
Введення
Актуальність дослідження. Демократизація суспільства, становлення ринкових відносин висунули нові вимоги до навчання і виховання людини, громадянина, фахівця. У створених соціально-економічних відносинах затребувані професіоналізм, відповідальність, самостійність і ініціатива, а не пасивне виконавство. Ці соціально значущі якості слід формувати у підростаючого покоління безпосередньо у навчальній діяльності. Навчальне дослідження є такою формою організації діяльності школяра, яка в істотному ступені сприяє їх формуванню та розвитку.
Має місце все більш тонке структурування суспільства, його інформатизація, зростання ролі науки призводять до спеціалізації і ускладнення діяльності в усіх сферах суспільного життя: виробничої, технологічної, правової і т.д. У цих умовах все більш актуальним стає вимога самоосвіти протягом усього життя, оскільки ніяке накопичення знань «про запас» у інституалізувати навчанні не може компенсувати необхідність їх самостійного оновлення та поповнення. Готовність до самоосвіти може бути забезпечена, насамперед, розвитком пізнавальних здібностей за рахунок оволодіння методологічним апаратом збільшення та застосування знань. Найбільш адекватний апарат рішення пізнавальних завдань, а також розвитку творчих, комунікативних, рефлексивних якостей особистості містить в собі відпрацьована століттями методологія наукового пошуку.
Сказане свідчить про необхідність цілеспрямованого навчання школярів загальним і спеціальним методам пізнання навколишнього світу, логіці та етапам наукового пізнавального процесу і, в кінцевому рахунку, цілісної дослідної діяльності.
У 21 столітті будь-яка освічена людина повинна вміти використовувати в роботі сучасні інформаційні технології. Таким чином, виникає необхідність у створенні іншої освітнього середовища. В даний час актуальним є питання використання програмно-педагогічних та телекомунікаційних засобів у навчальному процесі школи і, зокрема, при навчанні фізики та астрономії.
Для того, щоб підвищити ефективність розвитку пізнавальної і дослідницької діяльності і дати нові можливості для творчого зростання учнів, потрібно використовувати сучасні фізичні електронні лабораторії, мультимедійні комп'ютерні програми і телекомунікаційні технології, що відкривають учням доступ до нетрадиційних джерел інформації - електронним гіпертекстових підручниками, освітнім сайтам, системам дистанційного навчання.
При правильному їх використанні вони забезпечують цілий ряд переваг перед звичайним способом навчання:
1. індивідуалізація навчального процесу за змістом, обсягом і темпами засвоєння навчального матеріалу;
2. активізація учнів при засвоєнні навчальної інформації;
3. підвищення ефективності використання навчального часу;
4. позитивна мотивація навчання за рахунок комфортних психологічних умов роботи учня, об'єктивності оцінки;
5. зміна характеру праці викладача (скорочення рутинної роботи та посилення творчої складової його діяльності).
Особливу роль відіграє застосування комп'ютерних технологій при навчанні фізиці в середній і вищій школі. Як показує педагогічний досвід, найбільшу кількість труднощів виникає при вивченні тих розділів курсу фізики, які пов'язані з електрикою і магнетизмом. Тим часом методика вивчення різних тем у цих розділах не розроблена в повній мірі. У зв'язку з цим нами була зроблена спроба обгрунтування доцільності використання ІТО при вивченні зокрема теми "Електромагнітні коливання" та розроблено деякі методичні моменти, які, в залежності від прийнятої технології навчального процесу, його цілей і завдань, а так само від комп'ютерної оснащеності школи, можуть бути використані викладачами фізики як для вивчення всієї теми цілком, так і для вивчення її окремих питань.
Розробка нестандартного способу викладу теми говорить про актуальність дослідження і містить в собі елемент новизни і практичної значущості.
Мета дослідження - розробити методику вивчення електроколебательних процесів за допомогою комп'ютера.
Об'єктом дослідження є організація навчального процесу на різних етапах уроку фізики.
Предметом є пошук змісту, форм і методів навчання, що забезпечують досягнення поставленої мети.
В основу роботи була покладена гіпотеза: використання комп'ютерних технологій, а зокрема деяких прикладних пакетів, підвищує ефективність навчального процесу і дозволяє домогтися більш глибокого розуміння даної теми учнями.
Виходячи з поставленої мети і сформульованої гіпотези, слідують завдання:
§ розробити методику викладу теми "Електромагнітні коливання" з використанням ЕОМ.
§ з'ясувати, з якими труднощами стикаються учні у процесі вивчення даної теми і, отже, яких питань і поняттям слід приділити особливу увагу.
Для вирішення поставлених завдань використано такі методи:
§ вивчення методичної, психологічної та довідкової літератури з даної теми.
§ знайомство з вже наявними розробками в області даної теми.
§ проведення уроків з вивчення електромагнітних коливань в 11-х класах.
Глава I. Огляд літератури
1.1. Інформаційні технології навчання
Інформаційна технологія навчання (ІТЗ) - це педагогічна технологія, що використовує спеціальні способи, програмні та технічні засоби (кіно, аудіо-і відеозасоби, комп'ютери, телекомунікаційні мережі) для роботи з інформацією. Таким чином, ІТО слід розуміти як додаток інформаційних технологій для створення нових можливостей передачі знань (діяльності педагога), сприйняття знань (діяльності учня), оцінки якості навчання і, безумовно всебічного розвитку особистості учня в ході навчально-виховного процесу. Головна мета інформатизації освіти полягає в підготовці учнів до повноцінної і ефективної участі в побутовій, суспільній і професійній областях життєдіяльності в умовах інформаційного суспільства. [6]Для ефективного застосування ІТО педагогу в першу чергу необхідно орієнтуватися у відповідному програмному забезпеченні. Програмне забезпечення, що використовується в ІТО, можна розділити на декілька категорій:
1. Автоматизовані навчальні системи (АОС)
АОС включає в себе комплекс навчально-методичних матеріалів (демонстраційних, теоретичних, практичних, контролюючих) та комп'ютерні програми, які керують процесом навчання. Комплекс програмних продуктів, що підтримують навчання інформатики, дає можливість систематичного використання інформаційних технологій при навчанні фізиці. Програмні продукти з фізики представляють собою електронні варіанти наступних навчально-методичних матеріалів:
§ електронні словники-довідники та підручники з фізики;
§ лабораторні практикуми з можливістю моделювання реальних фізичних процесів;
§ програми-тренажери вирішення завдань з фізики;
§ тестові системи.
Застосування АОС у навчанні фізики надає можливість організації навчальних занять у відповідності з наступними етапами:
- Вчитель фізики вводить різнобічну інформацію (теоретичний і демонстраційний матеріал, практичні завдання, задачі, питання для тестового контролю) у базу даних і формує сценарій для проведення уроку;
- Учень у відповідності зі сценарієм (вибраним ним самим або призначеним педагогом) працює з навчальним матеріалом, запропонованим програмою;
- Виконується автоматизований контроль засвоєння знань, який забезпечує необхідну зворотний зв'язок, дозволяючи вибрати самому учневі (за результатом самоконтролю) або призначати автоматично послідовність і темп вивчення матеріалу з фізики;
- Робота учня протоколюється, інформація за підсумками тестування, вивчення теми і т.п. заноситься до бази даних;
- Вчитель і учень мають можливість отримувати інформацію про результати вивчення окремих питань і тем фізики в динаміці.
2. Інтелектуальні навчальні системи (ІОС)
Зростання можливостей комп'ютерів стимулювало розвиток нового напряму в інформаційних технологіях навчання - створення інтелектуальних навчальних систем. Цей підхід базується на роботах в області штучного інтелекту, зокрема теорії експертних систем-складних програм, що маніпулюють спеціальними, експертними знаннями у вузьких областях предмета. Як і справжній чоловік - експерт, ці системи вирішують завдання, використовуючи логіку і емпіричні правила, вміють поповнювати свої знання. Експертні системи поєднали в собі можливості комп'ютера з багатством людського досвіду. ИОС представляє якісно нову технологію навчання фізики. В основі методу можна виділити: моделювання процесу навчання, використання динамічно розвивається бази знань ІОС, автоматичний підбір раціональної стратегії навчання для кожного студента, автоматичний облік в роботі ИОС нової інформації з фізики, що надходить в базу знань, тобто саморегулювання системи. Роботи в області ИОС поки носять одиничний характер і на рівень масової технології ще не вийшли.
3. Електронний підручник фізики
В останні роки набули поширення лазерні компакт-диски з фізики. На цих носіях інформації розміщуються різні види екранно-звукових засобів, пристосованих для використання за допомогою комп'ютера. У них пропонуються демонстрації завдань для фронтальної та індивідуальної роботи учнів на уроці, для домашньої самостійної роботи. Компакт диски з фізики допомагають забезпечити інтерактивність взаємодії учня з навчальним матеріалом, індивідуальну траєкторію його засвоєння, інтенсифікувати зворотний зв'язок «учитель-учень».
Нові можливості інформатизації фізичної освіти відкрила в 90-і роки гіпертекстове технологія. Основна її риса - це можливість переходів за гіперпосиланнями, які представлені або у вигляді спеціально оформленого тексту, або певного графічного зображення. Одночасно на екрані комп'ютера може бути кілька гіперпосилань, і кожна з них визначає свій маршрут «подорожі». У цій величезній середовищі легко знаходити потрібну інформацію, повертатися до вже пройденого матеріалу і т. п. При проектуванні гіпертекстової системи можна закласти гіперпосилання, спираючись на здібності людського мислення до інтеграції інформації та асоціативному доступу до неї. Використання динамічного гіпертексту дозволяє провести діагностику знань, а потім автоматично вибрати один з можливих рівнів вивчення однієї і тієї ж теми курсу фізики. Ці системи являють інформацію так, що сам учень, слідуючи графічним і текстових посиланнях, може використовувати різні схеми роботи з матеріалом. Все це створює умови для реалізації диференційованого підходу до навчання фізики.
4. Інтернет технології у фізичному освіту
Новий імпульс інформатизації фізичної освіти дає розвиток інформаційних телекомунікаційних мереж. Інтернет забезпечує доступ до гігантських обсягів інформації, що зберігається в різних куточках нашої планети. Багато експертів розглядають Інтернет-технології як революційний прорив, що перевершує по своїй значимості поява персонального комп'ютера. Засоби телекомунікації, що включають електронну пошту, глобальну, регіональні та локальні мережі зв'язку та обміну даними, становлять для навчання фізики найширші можливості: оперативну передачу на різні відстані інформацію будь-якого обсягу та виду, інтерактивність і оперативний зворотний зв'язок, організацію спільних телекомунікаційних проектів, запит інформації з будь-якого питання, що цікавить через систему електронних конференцій. Освітній web-сайт навчального закладу в мережі Інтернет - новий засіб навчання. У зв'язку з бурхливим розвитком інформаційних технологій кількість і роль освітніх сайтів в діяльності навчальних закладів зростає. Від змісту, організаційної структури та функціонування освітнього сайту залежить не тільки успіх взаємодії навчального закладу із зовнішнім світом, а й освітні процеси всередині навчального закладу. [17]
У роботі [6] детально проаналізовано, класифікація та характеристика програмних засобів ІТО.
До технічних засобів ІТО відносять:
1. Комп'ютер.
2. Периферійні пристрої:
• Принтер;
• Сканер;
• Проектор;
• Цифрова фотокамера і відеокамера;
• Веб - камера.
3. Спеціалізоване обладнання.
Спеціалізоване апаратне забезпечення буває двох видів: наукове та навчальне. До наукового можна віднести, наприклад, спеціальну плату, за допомогою якої ПК можна використовувати в якості високоякісного осцилографа. Пристрої навчального призначення більше підходять саме для вивчення фізики; до них відносяться різні датчики та блоки, що забезпечують їх спільну роботу з комп'ютером. Прикладом такого устаткування може служити комплект «Лабораторія L - мікро», до якого входять блок сполучення з комп'ютером та набори датчиків для вимірювання механічних, термодинамічних і інших фізичних величин. А також вимірювальний комплекс нового покоління «Архімед», що діє на базі кишенькових комп'ютерів «Palm». [17].
1.2 Електронні посібники з фізики (на прикладі «Фізика 7-11 клас», "Відкрита фізика 2.0")
Електронне видання «Фізика, 7-11 класи» призначений для учнів шкіл, ліцеїв, гімназій, коледжів, для абітурієнтів, які готуються до вступу у вуз і для самостійного вивчення фізики. Його зміст відповідає програмі курсів фізики та астрономії для загальноосвітніх установ Росії.Електронне видання розроблено за сприяння НФПК - Національного фонду підготовки кадрів.
Курс є переможцем конкурсу по розробці і створенню навчальної літератури нового покоління на електронних носіях для загальноосвітньої школи, проведеного НФПК - Національним фондом підготовки кадрів та Міністерством освіти Російської Федерації.
Курс випускається на двох дисках і містить:
· Близько 100 відеофрагментів (на диску № 2);
· Близько 250 віртуальних лабораторій та інтерактивних моделей;
· Питання і завдання для самопідготовки;
· Довідкові таблиці;
· Предметний покажчик;
· Пошукову систему за ключовим словом;
· Звуковий супровід;
· Систему допомоги;
· Каталог Інтернет-ресурсів з фізики;
· Методичні посібники для вчителів.
Для навчальних закладів розроблена мережева версія. Інтерфейс курсу «Фізика, 7-11 класи» дозволяє користувачеві, що має доступ в Інтернет, зв'язатися з сервером компанії ФІЗІКОН, на якому здійснюється підтримка користувачів курсу.
Мережева версія містить:
· Електронний ілюстрований конспект теорії;
· Близько 100 відеофрагментів (на диску № 2);
· Близько 250 віртуальних лабораторій та інтерактивних моделей;
· Питання і завдання для самопідготовки;
· Мережевий тестуючий комплекс, що включає 3000 питань і завдань;
· Довідкові таблиці;
· Предметний покажчик;
· Пошукову систему за ключовим словом;
· Звуковий супровід;
· Систему допомоги;
· Каталог інтернет-ресурсів з фізики;
· Методичні посібники для вчителів.
Курс «Фізика, 7-11 класи» може бути використаний у навчальному процесі в такий спосіб.
· Самостійна підготовка учнів (вивчення конспектів, перегляд відеозаписів, проведення практичних робіт).
· Демонстрації вчителем у класі (показ відеозаписів, інтерактивних моделей та анімацій), у т. ч. за допомогою мультимедіа-проектора на екрані.
· Класні лабораторні роботи (у комп'ютерному класі).
· Самостійні практичні роботи учнів (рішення прикладів з бази даних питань і завдань).
· Проведення електронної атестацію учнів (контрольна робота у комп'ютерному класі).
· Підготовка матеріалів для проведення контрольної роботи в традиційному («паперовому») варіанті в класі.
· Підготовка вчителя до заняття або контрольної роботи.
· Виконання учнями творчих робіт під керівництвом вчителя, а також самостійно.
Інтерактивний курс дозволить отримати глибокі знання з різних розділів фізики:
· Механіці,
· Термодинаміці та молекулярної фізики,
· Електростатики,
· Оптиці,
· Атомної та ядерної фізики,
· Елементів теорії відносності.
Також на диску викладені питання, що стосуються походження і розвитку Сонячної системи, нашої Галактики і Всесвіту.
Форми надання навчального матеріалу (графіки, малюнки, таблиці, текст ...)
Комп'ютерний курс «Фізика, 7-11 класи» містить інтерактивні завдання для перевірки знань учнів. Розташовані ці завдання в кінці кожного параграфа конспекту. Кожне завдання являє собою вікно, в якому пропонується той чи інший спосіб введення відповіді. Там також містяться кнопки, за допомогою яких можна перевірити відповідь або подивитися правильне рішення.
Програма містить мережевий тестуючий комплекс - новітній комплекс програм компанії «Физикон», призначений для самостійного вирішення завдань та атестації в локальній мережі і в Інтернеті. Мережевий тестуючий комплекс встановлюється разом з мережевою версією програми «Фізика, 7-11 класи» на сервер локальної мережі, однак його можна встановити і на комп'ютер, не приєднаний до мережі, використовуючи одночасно як сервер і як термінал користувача.
Мережевий тестуючий комплекс включає в себе такі блоки:
· C: \ Physicon \ Physics7-11 \ contenth \ chapter4 \ section \ paragraph3 \ theory.html: додавання нових користувачів, редагування властивостей вже наявних користувачів, установка паролів і рольових обмежень;
· C: \ Physicon \ Physics7-11 \ contenth \ chapter4 \ section \ paragraph5 \ theory.html: каталогізованих зберігання завдань, додавання нових і редагування вже наявних завдань (у т. ч. за допомогою візуального редактора), експорт завдань з формату CourseML та імпорт в цей формат;
· C: \ Physicon \ Physics7-11 \ contenth \ chapter4 \ section \ paragraph7 \ theory.html: управління додатковими таблицями бази даних (теми, ключові слова, автори і т. п.);
· C: \ Physicon \ Physics7-11 \ contenth \ chapter4 \ section \ paragraph11 \ theory.html: складання шаблонів і варіантів контрольних робіт, вибір завдань для контрольних робіт, перегляд і друк варіантів, призначення варіантів учням, поточний контроль виконання контрольних робіт, автоматична і «ручна» перевірка рішень учнів;
· C: \ Physicon \ Physics7-11 \ contenth \ chapter4 \ section \ paragraph17 \ theory.html: перегляд статистичної інформації по контрольних роботах і учням з рольовим обмеженням прав доступу.
Мережевий тестує комплекс компанії «Физикон» надає можливість керувати доступом користувачів до програми, надаючи користувачам різні привілеї. Комплекс підтримує три рольові групи, що володіють різними правами:
· Адміністратори. Мають доступ до всього спектру можливостей комплексу. Призначайте користувача адміністратором тільки в тому випадку, якщо ви впевнені в його благонадійності.
· Вчителі. Мають всім спектром можливостей комплексу за винятком управління користувачами. Призначайте цю роль всім користувачам, яким необхідний активний доступ до C: \ Physicon \ Physics7-11 \ contenth \ chapter4 \ section \ paragraph5 \ theory.html з можливістю редагування бази даних і складання контрольних робіт.
· Учні. Не можуть управляти користувачами, вносити зміни до бази даних питань і завдань, складати і призначати контрольні роботи. Призначайте цю роль користувачам, яким необхідні можливості проходження атестації на завданнях комплексу.
Комп'ютерний курс «Фізика, 7-11 класи» оформлений у вигляді набору веб-сторінок, для перегляду яких використовується браузер Internet Explorer. Подібні сторінки ви могли бачити, подорожуючи по Інтернету. Проте для роботи з цим курсом вам не обов'язково мати доступ в Інтернет. Всі сторінки курсу будуть встановлені на ваш комп'ютер при його інсталяції.
Підключення до Інтернету надає додаткові можливості. Воно дозволяє зв'язатися з сервером компанії ФІЗІКОН, на якому здійснюється підтримка користувачів курсу. Крім того, воно дозволяє вийти за межі даного курсу, за допомогою численних посилань на Інтернет-ресурси, що представляють інтерес для вчителя фізики.
Програма «Відкрита фізика»
Мультимедіа-навчальна програма "Відкрита фізика 2.0", створена компанією ФІЗІКОН, завоювала цілий ряд призів та дипломів на національних конкурсах навчальних програм, визнана кращою освітньою програмою з фізики на ІТЗ-98, перекладена і видана в багатьох країнах (США, Англія, Франція, Німеччина, Італія, Греція, Австралія).
Курс "Відкрита Фізика 2.0" орієнтований на учнів 7-11 класів загальноосвітніх установ, на абітурієнтів, самостійно готуються до вступу у вузи, на слухачів підготовчих установ. Він також може бути корисним студентам педагогічних вузів і шкільним вчителям фізики.
У новій версії курсу доданий добре ілюстрований підручник, який, по суті, за прийнятою в навчальній літературі термінології є докладним довідником по фізиці, призначеним для того, щоб нагадати користувачеві основні фізичні поняття і закономірності досліджуваних явищ, написання основних формул, значення найважливіших фізичних констант і так далі. Зміст підручника повністю відповідає програмі курсу фізики для загальноосвітніх установ Росії. Підручник систематично викладає матеріал програми. Більшість з 44 параграфів підручника розраховані на учнів основної школи, а проте не-які параграфи призначені для класів з поглибленим вивченням фізики (обертання твердого тіла, механічні автоколивання, другий закон термодинаміки, ентропія і т.д.).
Кожна викладається в підручнику тема супроводжується добіркою задач. Частина завдань забезпечена рішеннями, або докладними вказівками, щоб нагадати користувачеві методику рішень. Інша частина призначена для самостійного рішення і самоперевірки. Самостійне рішення завдань є кращий спосіб засвоєння теоретичного матеріалу. У курс включені завдання різної складності - від дуже простих "одноходових" завдань, до дуже важких завдань, що представляють собою маленькі теоретичні дослідження для розвитку творчих здібностей учнів.
Самостійно вирішені завдання можуть бути звірені з "правильним рішенням"; при цьому результат може бути занесений у журнал успішності даного учня. За допомогою цього журналу шкільні вчителі, викладачі підготовчих курсів або навіть батьки можуть контролювати успіхи учня при самостійній роботі над курсом.
Поряд зі звичайним традиційними завданнями в курс включено значну кількість тестових завдань, в яких пропонується вибрати правильну відповідь із цілої серії можливих відповідей. Такий спосіб перевірки знань широко використовується в зарубіжній практиці. Останні роки тестування активно впроваджується і в Росії, в тому числі при прийомі вступних іспитів в деякі вузи.
Повноцінне фізична освіта неможлива без експериментальної роботи в лабораторіях. На жаль, в даний час в силу відомих причин у багатьох загальноосвітніх закладах кабінети фізики мають недостатню кількість експериментальних матеріалів. Курс "Відкрита Фізика 2.0" пропонує учням виконати кілька лабораторних комп'ютерних експериментів, які в якійсь мірі можуть заповнити недоліки експериментальної підготовки учнів. Лабораторні завдання в курсі формулюються так, що спочатку учень повинен дати відповідь на поставлене запитання, а потім перевірити правильність отриманого результату, виконавши комп'ютерний експеримент.
Зрозуміло, комп'ютерна лабораторія не може повністю замінити справжню фізичну лабораторію. Однак виконання комп'ютерних лабораторних робіт вимагає певних навичок, характерних і для реального експерименту - вибір умов експерименту, встановлення параметрів досвіду і т.д. У цьому сенсі лабораторні роботи в електронному курсі фізики будуть, безсумнівно, корисні учню.
1.3. Використання комп'ютерних моделей на уроках фізики
Комп'ютерне моделювання дозволяє наочно ілюструвати фізичні експерименти і явища, відтворювати їх тонкі деталі, які можуть бути незамічена спостерігачем при реальних експериментах. Використання комп'ютерних моделей і віртуальних лабораторій надає нам унікальну можливість візуалізації спрощеної моделі реального явища. При цьому можна поетапно включати у розгляд додаткові чинники, які поступово ускладнюють модель і наближають її до реального фізичного явища. Крім того, комп'ютер дозволяє моделювати ситуації, нереалізовані експериментально в шкільному кабінеті фізики, наприклад, роботу ядерної установки.Робота учнів з комп'ютерними моделями і віртуальними лабораторіями надзвичайно корисна, тому що вони можуть ставити численні експерименти і навіть проводити невеликі дослідження. Інтерактивність відкриває перед учнями величезні пізнавальні можливості, роблячи їх не тільки спостерігачами, а й активними учасниками проведених експериментів.
Процес комп'ютерного моделювання для учнів цікавим і повчальним, так як результат моделювання завжди цікавий, а в ряді випадків може бути вельми несподіваним. Створюючи моделі і спостерігаючи їх у дії, учні можуть познайомитись з низкою фізичних явищ, вивчити їх на якісному рівні, а також провести невеликі дослідження. [13]
У таблиці 1.1. показана спільність логіки розгортання дослідження, складу і послідовності виконуваних суб'єктом дій в натурному і різного виду модельних експериментах. [19]
| Етапи | Натурний експеримент | Модельний експеримент |
| Планування Розробка методу дослідження | Розробка методу дослідження (актуалізація теорії, отримання розрахункової формули, визначення складу контрольованих величин і способу їх визначення, прогноз точності та достовірності результатів, визначення оптимальних методик проведення вимірювань і спостережень, в т.ч., діапазону варіювання величин, способу фіксації результатів і т. п.), проектування експериментальної установки. | Розробка методу дослідження (актуалізація теорії, отримання розрахункової формули, визначення складу контрольованих величин і способу їх визначення, прогноз точності та достовірності результатів, визначення оптимальних методик дослідження моделі, в т.ч., діапазону варіювання величин, способу фіксації результатів і т.п. ), проектування моделі. |
| Виконання дій з отримання первинних даних | Складання, налагодження і тестування експериментальної установки, підготовка зразків, виконання вимірювань і спостережень, фіксування їх результатів | Реалізація моделі, перевірка правильності її функціонування (тестування), виконання дослідницьких процедур, фіксування їх результатів. |
| Обробка та інтерпретація та отриманих даних | Обробка та інтерпретація отриманих даних у рамках використовуваної теорії або гіпотези, виклад результатів і висновків. | Обробка та інтерпретація отриманих даних у рамках використовуваної теорії або гіпотези, перенесення результатів дослідження моделі на справжній об'єкт дослідження, виклад результатів і висновків. |
Зрозуміло, комп'ютерна лабораторія не може замінити справжню фізичну лабораторію. Тим не менш, при виконанні комп'ютерних лабораторних робіт у школярів формуються навички, які знадобляться їм і для реальних експериментів - вибір умов експериментів, встановлення параметрів дослідів і т.д. Все це перетворює виконання багатьох завдань у мікродослідження, стимулює розвиток творчого мислення учнів, підвищує їх інтерес до фізики. [14]
Комп'ютерні моделі, розроблені компанією «ФІЗІКОН», легко вписуються в урок і дозволяють вчителю організувати нові нетрадиційні види навчальної діяльності учнів. Як приклад наведемо три види уроків з використанням комп'ютерних моделей:
1.Урок вирішення завдань з наступною комп'ютерною перевіркою
Учитель пропонує учням для самостійного рішення в класі або в якості домашнього завдання індивідуальні завдання, правильність вирішення яких вони зможуть перевірити, поставивши комп'ютерні експерименти. Самостійна перевірка отриманих результатів за допомогою комп'ютерного експерименту посилює пізнавальний інтерес учнів, робить їх роботу творчої, а в ряді випадків наближає її за характером до наукового дослідження. У результаті багато учні починають придумувати свої завдання, вирішувати їх, а потім перевіряти правильність своїх міркувань, використовуючи комп'ютерні моделі. Учитель може свідомо спонукати учнів до подібної діяльності, не побоюючись, що йому доведеться вирішувати «купу» придуманих учнями завдань, на що зазвичай не вистачає часу. Більш того, складені школярами завдання можна використовувати в класній роботі або запропонувати іншим учням для самостійного опрацювання у вигляді домашнього завдання.
2. Урок-дослідження
Учням пропонується самостійно провести невелике дослідження, використовуючи комп'ютерну модель, і отримати необхідні результати. Тим більше, що багато моделей дозволяють провести таке дослідження буквально за лічені хвилини, вчитель формулює теми досліджень, а також допомагає учням на етапах планування та проведення експериментів.
3.Урок - комп'ютерна лабораторна робота
Для проведення такого уроку необхідно, перш за все, розробити відповідні роздаткові матеріали, тобто бланки лабораторних робіт. Завдання в бланках робіт слід розташувати в міру зростання їхньої складності. Спочатку має сенс запропонувати прості завдання ознайомчого характеру та експериментальні завдання, потім розрахункові завдання і, нарешті, завдання творчого та дослідницького характеру. При відповіді на запитання або при вирішенні завдання учень може поставити необхідний комп'ютерний експеримент і перевірити свої міркування. Розрахункові завдання учням рекомендується спочатку вирішити традиційним способом на папері, а потім поставити комп'ютерний експеримент для перевірки правильності отриманої відповіді.
Завдання творчого і дослідницького характеру істотно підвищують зацікавленість учнів у вивченні фізики і є додатковим мотивуючим фактором. Із зазначеної причини уроки останніх двох типів особливо ефективні, так як учні отримують знання в процесі самостійної творчої роботи. Адже ці знання необхідні їм для отримання конкретного, видимого на екрані комп'ютера, результату. Вчитель у таких випадках є лише помічником у творчому процесі формування знань. [14]
У процесі роботи з мультимедійними курсами ТОВ «ФІЗІКОН» були запропоновані наступні види завдань до комп'ютерних моделей:
1. Ознакомительное завдання;
2. Комп'ютерні експерименти;
3. Експериментальні задачі;
4. Розрахункові задачі з подальшою комп'ютерною перевіркою;
5. Неоднозначні завдання;
6. Завдання з відсутніми даними;
7. Творчі завдання;
8. Дослідницькі завдання;
9. Проблемні завдання;
10. Якісні задачі.
Освітні результати, які досягаються при застосуванні інформаційних технологій:
-Учням надається можливість індивідуальної дослідницької роботи з комп'ютерними моделями, в ході якої вони можуть самостійно ставити експерименти, швидко перевіряти свої гіпотези, встановлювати закономірності;
-Учням надається індивідуальний темп навчання;
-Учням надається можливість виконати комп'ютерну лабораторну роботу;
-Учні набувають навички оптимального використання персонального комп'ютера як навчального засобу;
-Учитель отримує можливість провести швидку індивідуальну діагностику результативності процесу навчання;
-У вчителя вивільняється час на індивідуальну роботу з учнями (особливо з відстаючими), в ході якої він може коригувати процес пізнання.
Глава II.Дідактіческіе принципи вивчення теми "Електромагнітні коливання" в курсі фізики середньої школи
2.1Методіка вивчення теми "Електромагнітні коливання" в курсі фізики середньої школи
При визначенні змісту та методів вивчення даного розділу необхідно керуватися такими основними факторами, як наукової значимістю відібраного для вивчення матеріалу і важливістю його практичних додатків.Коливальні процеси - одні з найпоширеніших процесів у природі. Вивчення коливань - це універсальний ключ до багатьох таємниць світу.
Коливальні процеси, а саме електромагнітні коливання є основою дії всіх електро-і радіотехнічних пристроїв.
У процесі вивчення теми "Електромагнітні коливання" розглядаються вільні електромагнітні коливання і автоколивання в коливальних контурах, а також вимушені коливання в електричних ланцюгах під дією синусоїдальної ЕРС. Всі ці питання мають дуже велике значення, оскільки на їх основі потім вивчаються електромагнітні хвилі з їх науково-практичними додатками.
При викладі даної теми в курсі фізики середньої школи вчитель повинен спиратися на такі основні положення:
§ використання аналогій механічних і електромагнітних коливань;
§ вивчення та пояснення явищ і процесів на основі знань про електричному і магнітному полях і електромагнітної індукції, отриманих в X класі;
§ широке застосування фізичного експерименту.
Зміст матеріалу і послідовність його викладів відображені в нижче наступному примірному поурочному плануванні [1]:
1-й і 2-й уроки. Повторення матеріалу про електромагнітної індукції. Вільні і вимушені електричні коливання.
3-й урок. Коливальний контур. Перетворення енергії при ЕМК.
4-й урок. Аналогія між механічними і електромагнітними коливаннями.
5-й урок. Рівняння гармонічних коливань в контурі. Вправи.
Перші п'ять уроків відводяться на вивчення процесів в коливальному контурі. Центральними є уроки, на яких розглядається коливальний контур, розкривається сутність відбуваються в ньому і встановлюється, що вільні електромагнітні коливання в ідеальному контурі гармонійні. З коливальним контуром учні знайомляться, спостерігаючи електромагнітні коливання низької частоти, що виникають в ланцюзі, що складається з послідовного з'єднаних конденсатора і котушки індуктивності.
Електромагнітні коливання спочатку представляються як періодичне (в ідеалі - гармонійне) зміна фізичних величин (заряду, струму, напруги), що характеризують стан системи провідників. Потім показується, що при цьому відбувається періодична зміна енергій електричного поля конденсатора і магнітного поля котушки зі струмом.
Дуже важливо при цьому зазначити, що ці зміни нерозривно пов'язані один з одним, що виражається у збереженні повної енергії в ідеальному коливальному контурі.
Необхідно показати, що коливальний контур - це система, у якої є стан стійкої рівноваги, що характеризується станом з мінімальною потенційною енергією (конденсатор не заряджений), в який система приходить сама собою (розрядка конденсатора) і через який вона може проходити "по інерції" ( явище самоіндукції). Це слід підкреслити при кількісному вивченні процесів в контурі та отриманні формули Томсона, бо тільки для коливальної системи має сенс поняття "власна частота".
Щоб довести, що в ідеальному контурі відбуваються гармонійні коливання, необхідно отримати основне рівняння, що описує процеси в контурі і показати його єдність рівнянню гармонійних механічних коливань.
Для отримання основного рівняння, що описує процеси в контурі, краще використовувати закон Ома для ділянки кола, яке містить е.р.с. Це дозволяє зняти можливе запитання про допустимість застосування закону, встановленого для постійного струму, для опису процесів у коливальному контурі, крім того, при цьому відпадає необхідність обумовлювати відсутність гальванічного елемента. У цьому випадку роль різниці потенціалів грає напруга на конденсаторі, рівне Q / C. Записавши
і вважаючи опір R контуру дуже малим, переходять до миттєвих значень, що слід обумовити. У результаті отримують
Для розкриття фізичної сутності електромагнітних коливань використовується метод векторних діаграм. Побудова ведеться по чвертях періоду і супроводжується поясненням того, як змінюється кожна з величин, представлених на діаграмі. Фазові співвідношення визначаються виходячи з того, що сила струму має сенс швидкості зміни заряду, а е.р.с. самоіндукції (з урахуванням знака) - швидкості зміни струму. При вивченні механічних коливань було встановлено, що фази таких коливань відрізняються на p / 2.
Після розгляду явищ в коливальному контурі переходять до вивчення змінного струму як вимушених електромагнітних коливань.
Вивчення починається з демонстрації осцилограми напруги, вигляд якої дозволяє вважати змінний струм гармонійними електромагнітними коливаннями.
Відзначають, що взагалі змінний струм - це вимушені електромагнітні коливання, форма яких визначається законом зміни прикладеної напруги. Потім виводять рівняння гармонійних коливань е.р.с. індукції у витку обмотки генератора і струму в мережі. Докладно пристрій генератора не розглядають, мова йде лише про отримання змінної е.р.с. шляхом обертання рамки в постійному магнітному полі.
Виведення рівнянь спирається на вивчені в Х класі закон електромагнітної індукції Фарадея і поняття магнітного потоку.
Звертають увагу на те, що подібно до того, як при механічних коливаннях можливий зсув фаз між змушує силою і швидкістю хитається точки, так і у випадку електромагнітних коливань може бути зсув по фазі між струмом і напругою. Більш докладний розгляд фазових співвідношень струму і напруги буде зроблено при вивченні реактивних опорів і закону Ома для змінного струму.
На закінчення розглядається генератор на транзисторі як приклад електромагнітної автоколебательной системи. У такій системі виробляються високочастотні незгасаючі коливання за рахунок дозованого періодичного надходження енергії від джерела постійної напруги, що входить до складу системи. Доцільно спочатку показати такий генератор в дії, а потім пояснити його пристрій, використовуючи установлює та її схему.
Враховуючи виняткову важливість повторення, узагальнення та систематизації всього курсу фізики в ХI класі, слід особливу увагу приділити завданням на повторення з використанням знову вивченого матеріалу.
Глава III.Компьютерное моделювання електромагнітних коливань
3.1 Можливості застосування графічних пакетів, оболонок і електронних посібників при вивченні електромагнітних коливань у курсі фізики середньої школи
На сьогоднішній день розроблено безліч графічних пакетів, оболонок (Соrel, 3D-Studio, Power-Point, Micro-Cap і ін), електронних видань (Фізика 7-11класів (Физикон), Відкрита фізика, Кирило і Мефодій та ін) дозволяють вирішувати конкретні практичні завдання з допомогою ЕОМ без знання мов високого рівня. На нашу думку, найбільш прийнятними для використання в школі є оболонка PowerPoint і електронні посібники: Фізика 7-11класів, Відкрита фізика, Кирило і Мефодій та ін У своїй роботі я спробую дослідити таку допомогу і показати їхнє застосування на основі обраної теми.3.2 Можливості використання графічної оболонки Corel та пакету PowerPoint
Графічний редактор CorelMove і пакет для створення презентацій PowerPoint дозволяє створювати різні статичні та динамічні моделі, які дуже наочно демонструють різні фізичні досліди і явища, перехідні процеси. Перегляд цих моделей учнями робить процес вивчення фізики цікавим і привабливим, а так само багато в чому спрощує працю викладача. Застосування комп'ютерних моделей на уроках взагалі і фізики - зокрема, в кінцевому рахунку, має сприяти розвитку пізнавального інтересу, оволодіння школярами можливостями інформаційних технологій, більш гармонійного розвитку інтелектуальних здібностей учнів.3.3 Підвищення наочності навчання при використанні комп'ютерних моделей на уроках фізики.
При вивченні фізики можливий перегляд методики вивчення школярами деяких розділів на основі ефективної графічної ілюстрації складних залежностей, які подаються зазвичай в табличній або аналітичній формі, поліпшення техніки і методики демонстраційного експерименту, наочного рішення фізичних завдань.Щоб зробити засіб навчання наочним, необхідно виділити основні властивості досліджуваного явища, тобто перетворити його в модель, правильно відобразити в моделі ці властивості і забезпечити доступність цієї моделі для учнів.
Особлива увага повинна приділятися статичним і динамічним моделями. Динамічне комп'ютерне моделювання має великою вірогідністю і переконливістю, чудово передає динаміку різних фізичних процесів.
В даний час змінилося ставлення до наочності викладання фізики. Широке поширення одержали різні комп'ютерні моделі, що відкривають перед вчителем багато можливостей і перспектив у навчанні фізики. Їх використання в комплексі з іншими засобами наочності підвищують ефективність процесу навчання.
Показником ефективності комп'ютерних моделей є інтелектуальний розвиток учнів. Для підвищення цього показника необхідно відповідність предметного змісту уроку цільовим призначенням динамічної комп'ютерної моделі.
Використання комп'ютерних технологій дозволяє в умовах школи надійно відтворювати фізичні явища і процеси, швидко і точно проводити розрахунки часу, багаторазово повторювати експеримент з різними вихідними даними.
Важливою умовою підвищення ефективності наочності навчання є активізація пізнавальної діяльності учнів за рахунок збільшення обсягу самостійної роботи при організації діалогу учня з комп'ютером.
Застосування комп'ютерних моделей у демонстраційному експерименті дозволяє більш повно реалізувати на практиці такі вимоги, як забезпечення видимості, створення специфічного емоційного настрою.
На підставі відповідності змісту навчального матеріалу цільовим призначенням динамічних комп'ютерних моделей виділяють кілька варіантів використання динамічних комп'ютерних моделей при поясненні нового матеріалу:
1. в теорії, заснованої на явищах, для яких важливо знати їх механізм;
2. в теорії, заснованої на історичних дослідах;
3. в теорії за матеріалом підвищеної труднощі;
4. для демонстрації застосування досліджуваного явища в житті і техніці;
5. для побудови графіків, необхідних для вивчення нового матеріалу.
3.4 Розробка методики вивчення теми «Електромагнітні коливання»
1. Коливальний контур. Перетворення енергії при електромагнітних коливаннях.
Ці питання, що є одними з найважливіших в даній темі, розглядаються на третьому уроці.Спочатку вводиться поняття коливального контуру, робиться відповідний запис у зошиті.
Далі, для з'ясування причини виникнення електромагнітних коливань, демонструється фрагмент, де показаний процес зарядки конденсатора. Звертається увага учнів на знаки зарядів пластин конденсатора.
Після цього розглядаються енергії магнітного та електричного полів, учням розповідають про те, як змінюються ці енергії і повна енергія в контурі, пояснюється механізм виникнення електромагнітних коливань з використанням моделі, ведеться запис основних рівнянь.
Дуже важливо звернути увагу учнів на те, що таке подання струму в ланцюзі (потік заряджених частинок) є умовним, оскільки швидкість електронів в провіднику дуже мала. Такий спосіб представлення обраний для полегшення розуміння суті електромагнітних коливань.
Далі увагу учнів акцентується на тому, що вони спостерігають процеси перетворення енергії електричного поля в енергію магнітного і навпаки, а так як коливальний контур є ідеальним (відсутній опір), то повна енергія електромагнітного поля залишається незмінною. Після цього дається поняття електромагнітних коливань і обмовляється, що ці коливання є вільними. Потім підводяться підсумки і дається домашнє завдання.
2. Аналогія між механічними і електромагнітними коливаннями.
Це питання розглядається на четвертому уроці вивчення теми. Спочатку для повторення і закріплення можна ще раз продемонструвати динамічну модель ідеального коливального контуру. Для пояснення суті та докази аналогії між електромагнітними коливаннями і коливаннями пружинного маятника використовуються динамічна коливальна модель "Аналогія між механічними і електромагнітними коливаннями" і презентацій PowerPoint.В якості механічної коливальної системи розглядається пружинний маятник (коливання вантажу на пружині). Виявлення зв'язку між механічними і електричними величинами при коливальних процесах ведеться за традиційною методикою.
Як це вже було зроблено на минулому занятті, необхідно ще раз нагадати учням про умовність руху електронів по провіднику, після чого їх увага звертається на правий верхній кут екрану, де знаходиться коливальна система "сполучені посудини". Обумовлюється, що кожна частка робить коливання біля положення рівноваги, тому коливання рідини в сполучених посудинах теж можуть служити аналогією електромагнітних коливань.
Далі складається таблиця відповідності між механічними та електричними величинами при коливальних процесах:
Таблиця відповідності між механічними та електричними величинами при коливальних процесах.
Якщо наприкінці уроку залишився час, то можна більш детально зупинитися на демонстраційної моделі, розібрати всі основні моменти із застосуванням знову вивченого матеріалу.
3. Рівняння вільних гармонічних коливань в контурі.
Спочатку уроку демонструються динамічні моделі коливального контуру і аналогії механічних і електромагнітних коливань, повторюються поняття електромагнітних коливань, коливального контуру, відповідність механічних та електромагнітних величин при коливальних процесах.Новий матеріал необхідно почати з того, що якщо коливальний контур ідеальний, то його повна енергія з плином часу залишається постійною
тобто її похідна за часом постійна, а значить і похідні за часом від енергій магнітного та електричного полів теж постійні. Потім, після ряду математичних перетворень приходять до висновку, що рівняння електромагнітних коливань аналогічно рівнянню коливань пружинного маятника.
Посилаючись на динамічну модель, учням нагадують, що заряд у конденсаторі змінюється періодично, після чого ставиться завдання - з'ясувати, як залежать від часу заряд, сила струму в колі і напругу на конденсаторі.
Дані залежності знаходяться за традиційною методикою. Після того, як знайдено рівняння коливань заряду конденсатора, учням демонструється картинка, на якій зображені графіки залежності заряду конденсатора і зміщення вантажу від часу, що представляють собою косінусоіди.
По ходу з'ясування рівняння коливань заряду конденсатора вводяться поняття періоду коливань, циклічної і власної частот коливань. Потім виводиться формула Томсона.
Далі отримують рівняння коливань сили струму в колі і напруги на конденсаторі, після чого демонструється картинка з графіками залежності трьох електричних величин від часу. Увага учнів звертається на зсув фаз між коливаннями сили струму і зарядами його відсутністю між коливаннями напруги і заряду.
Після того, як виведені всі три рівняння, вводиться поняття затухаючих коливань і демонструється картинка, на якій зображені ці коливання.
На наступному уроці підводяться короткі підсумки з повторенням основних понять і вирішуються завдання на знаходження періоду, циклічної і власної частот коливань, досліджуються залежності q (t), U (t), I (t), а так само різні якісні та графічні завдання.
4. Методична розробка трьох уроків
Наведені нижче уроки розроблені у вигляді лекцій, так як ця форма, на мою думку, є найбільш продуктивною і залишає в даному випадку достатньо часу для роботи з динамічними демонстраційними моделями. При бажанні ця форма може бути легко трансформована в будь-яку іншу форму проведення уроку.Урок № 1.
Тема уроку: Коливальний контур. Перетворення енергії в коливальному контурі.
Пояснення нового матеріалу.
Мета уроку: пояснення поняття коливального контуру і суті електромагнітних коливань з використанням динамічної моделі "Ідеальний коливальний контур".
Коливання можуть відбуватися в системі, яка називається коливальним контуром, що складається з конденсатора ємністю С та котушки індуктивністю L. Коливальний контур називається ідеальним, якщо в ньому немає втрат енергії на нагрівання з'єднувальних проводів і проводів котушки, тобто нехтують опором R.
Давайте зробимо в зошитах креслення схематичного зображення коливального контуру.
Щоб виникли електричні коливання в цьому контурі, йому необхідно повідомити деякий запас енергії, тобто зарядити конденсатор. Коли конденсатор зарядиться, то електричне поле буде зосереджено між його пластинами.
(Давайте прослідкуємо процес зарядки конденсатора і зупинимо процес, коли зарядка буде завершена).
Отже, конденсатор заряджений, його енергія дорівнює
тому
Так як після зарядки конденсатор буде мати максимальний заряд (зверніть увагу на пластини конденсатора, на них розташовані протилежні за знаком заряди), то при q = q max енергія електричного поля конденсатора буде максимальна і дорівнює
У початковий момент часу вся енергія зосереджена між пластинами конденсатора, сила струму в ланцюзі дорівнює нулю. (Давайте тепер замкнемо на нашій моделі конденсатор на котушку). При замиканні конденсатора на котушку він починає розряджатися і в ланцюзі виникне струм, який, у свою чергу, створить в котушці магнітне поле. Силові лінії цього магнітного поля направлені за правилом свердлика.
При розрядці конденсатора струм не відразу досягає свого максимального значення, а поступово. Це відбувається тому, що змінне магнітне поле породжує в котушці другий електричне поле. Внаслідок явища самоіндукції там виникає індукційний струм, який, згідно з правилом Ленца, спрямований у бік, протилежний збільшення розрядного струму.
Коли розрядний струм досягає свого максимального значення енергія магнітного поля максимальна і дорівнює:
а енергія конденсатора в цей момент дорівнює нулю. Таким чином, через t = T / 4 енергія електричного поля повністю перейшла в енергію магнітного поля.
(Давайте подивимося процес розрядки конденсатора на динамічній моделі. Звертаю вашу увагу на те, що такий спосіб представлення процесів зарядки та розрядки конденсатора у вигляді потоку перебігає частинок, є умовним і обраний для зручності сприйняття. Ви чудово знаєте, що швидкість руху електронів дуже мала ( порядку декількох сантиметрів за секунду). Отже, ви бачите, як, при зменшенні заряду на конденсаторі змінюється сила струму в ланцюзі, як змінюються енергії магнітного та електричного полів, яка між цими змінами існує зв'язок. Так як контур є ідеальним, то втрат енергії немає , тому загальна енергія контуру залишається постійною).
З початком перезарядки конденсатора розрядний струм буде зменшуватися до нуля не відразу, а поступово. Це відбувається знову ж через виникнення противо е.. д. с. і індукційного струму протилежної спрямованості. Цей струм протидіє зменшення розрядного струму, як раніше протидіяв його збільшення. Зараз він буде підтримувати основний струм. Енергія магнітного поля буде зменшуватися, енергія електричного - збільшуватися, конденсатор буде перезаряджатися.
Таким чином, повна енергія коливального контуру в будь-який момент часу дорівнює сумі енергій магнітного та електричного полів
Коливання, при яких відбувається періодичне перетворення енергії електричного поля конденсатора в енергію магнітного поля котушки, називаються електромагнітними коливаннями. Так як ці коливання відбуваються за рахунок початкового запасу енергії і без зовнішніх впливів, то вони є ВІЛЬНИМИ.
Урок № 2.
Тема уроку: Аналогія між механічними і електромагнітними коливаннями.
Пояснення нового матеріалу.
Мета уроку: пояснення суті і доказ аналогії між електромагнітними коливаннями і коливаннями пружинного маятника з використанням динамічної коливальної моделі "Аналогія між механічними і електромагнітними коливаннями" і презентацій PowerPoint.
Матеріал для повторення:
· Поняття коливального контуру;
· Поняття ідеального коливального контуру;
· Умови виникнення коливань у к / к;
· Поняття магнітного та електричного полів;
· Коливання як процес періодичного зміни енергій;
· Енергія контуру в довільний момент часу;
· Поняття (вільних) електромагнітних коливань.
(Для повторення та закріплення учням ще раз демонструється динамічна модель ідеального коливального контуру).
На цьому уроці ми розглянемо аналогію між механічними і електромагнітними коливаннями. В якості механічної коливальної системи будемо розглядати пружинний маятник.
(На екрані ви бачите динамічну модель, яка демонструє аналогію між механічними і електромагнітними коливаннями. Вона допоможе нам розібратися в коливальних процесах, як у механічній системі, так і в електромагнітній).
Отже, у пружинному маятнику упругодеформірованная пружина повідомляє швидкість прикріпленому до неї вантажу. Деформована пружина має потенційну енергією упругодеформірованного тіла
рухомий вантаж має кінетичної енергією
Перетворення потенційної енергії пружини в кінетичну енергію коливного тіла є механічною аналогією перетворення енергії електричного поля конденсатора в енергію магнітного поля котушки. При цьому аналогом механічної потенційної енергії пружини є енергія електричного поля конденсатора, а аналогом механічної кінетичної енергії вантажу є енергія магнітного поля, яка пов'язана з рухом зарядів. Зарядці конденсатора від батареї відповідає повідомлення пружині потенційної енергії (наприклад, зсув рукою).
Давайте зіставимо формули і виведемо загальні закономірності для електромагнітних і механічних коливань.
Із зіставлення формул випливає, що аналогом індуктивності L є маса m, а аналогом зміщення х служить заряд q, аналогом коефіцієнта k служить величина, зворотна електроємності, тобто 1 / С.
Моменту, коду конденсатор розрядиться, а сила струму досягне максимуму, відповідає проходження тілом положення рівноваги з максимальною швидкістю (зверніть увагу на екрани: там ви можете поспостерігати це відповідність).
Далі при перезарядці конденсатора тіло буде зміщатися вліво від положення рівноваги. Через проміжок часу, рівний t = T / 2, конденсатор повністю перезарядитися і сила струму в ланцюзі стане рівною нулю.
Як вже було сказано на минулому занятті, рух електронів по провіднику є умовним, адже для них основним видом руху є коливальний рух біля положення рівноваги. Тому іноді ще електромагнітні коливання порівнюють з коливаннями води у сполучених посудинах (подивіться на екран, ви бачите, що в правому верхньому куті знаходиться саме така коливальна система), де кожна частка робить коливання біля положення рівноваги.
Отже, ми з'ясували, що аналогією індуктивності є маса, а аналогією переміщення є заряд. Але вед ви прекрасно знаєте, що зміна заряду в одиницю часу - це не що інше, як сила струму, а зміна координати в одиницю часу - швидкість, тобто q '= I, а x' = v. Таким чином, ми знайшли ще одне відповідність між механічними та електричними величинами.
Давайте складемо таблицю, яка допоможе нам систематизувати зв'язку механічних і електричних величин при коливальних процесах.
Таблиця відповідності між механічними та електричними величинами при коливальних процесах.
Урок № 3.
Тема уроку: Рівняння вільних гармонічних коливань в контурі.
Пояснення нового матеріалу.
Мета уроку: виведення основного рівняння електромагнітних коливань, законів зміни заряду і сили струму, отримання формули Томсона і вирази для власної частоти коливання контуру з використанням презентацій PowerPoint.
Матеріал для повторення:
· Поняття електромагнітних коливань;
· Поняття енергії коливального контуру;
· Відповідність електричних величин механічним величинам при коливальних процесах.
(Для повторення та закріплення необхідно ще раз продемонструвати модель аналогії механічних і електромагнітних коливань).
На минулих уроках ми з'ясували, що електромагнітні коливання, по-перше, є вільними, по-друге, є періодична зміна енергій магнітного та електричного полів. Але крім енергії при електромагнітних коливаннях змінюється ще й заряд, а значить і сила струму в контурі і напруга. На цьому уроці ми повинні з'ясувати закони, за якими змінюються заряд, а значить сила струму і напругу.
Отже, ми з'ясували, що повна енергія коливального контуру в будь-який момент часу дорівнює сумі енергій магнітного та електричного полів:
Знак мінус в цьому виразі означає, що коли енергія магнітного поля зростає, енергія електричного поля зменшується і навпаки. А фізичний зміст цього виразу такий, що швидкість зміни енергії магнітного поля дорівнює по модулю і протилежна за напрямком швидкості зміни електричного поля.
Обчислюючи похідні, одержимо
Але
описує коливання вантажу на пружині. Таким чином, рівняння електромагнітних коливань має таку саму математичну форму, як рівняння коливань пружинного маятника.
Як ви бачили на демонстраційної моделі, заряд на конденсаторі змінюється періодично. Необхідно знайти залежність заряду від часу.
З дев'ятого класу вам знайомі періодичні функції синус і косинус. Ці функції мають наступну властивість: друга похідна синуса і косинуса пропорційна самим функцій, взятим з протилежним знаком. Крім цих двох, ніякі інші функції цією властивістю не володіють. А тепер повернемося до електричного заряду. Можна сміливо стверджувати, що електричний заряд, а значить і сила струму, при вільних коливаннях змінюються з плином часу за законом косинуса або синуса, тобто здійснюють гармонійні коливання. Пружинний маятник також здійснюють гармонійні коливання (прискорення пропорційно зсуву, взятому зі знаком мінус).
Отже, щоб знайти явну залежність заряду, сили струму і напруги від часу, необхідно вирішити рівняння
враховуючи гармонійний характер зміни цих величин.
Якщо в якості рішення взяти вираз типу q = q m cos t, то, при підстановці цього рішення у вихідне уравненіe, отримаємо q''=- q m cos t =- q.
Тому, як рішення необхідно взяти вираз виду
q = q m cosщ o t,
де q m - амплітуда коливань заряду (модуль найбільшого значення коливається величини),
щ o =
число коливань за один період, тобто за 2р с.
Період електромагнітних коливань - проміжок часу, протягом якого струм у коливальному контурі і напруга на пластинах конденсатора здійснює одне повне коливання. Для гармонійних коливань Т = 2р с (найменший період косинуса).
Частота коливань - число коливань в одиницю часу - визначається так: н =
Частоту вільних коливань називають власною частотою коливальної системи.
Так як щ o = 2р н = 2р / Т, то Т =
Циклічне частоту ми визначили як щ o =
Т =
Тоді вираз для власної частоти коливань набуде вигляду
Нам залишилося отримати рівняння коливань сили струму в колі і напруги на конденсаторі.
Так як
За визначенням
де р / 2 - зрушення фаз між силою струму і зарядом (напругою). Отже, ми з'ясували, що сила струму при електромагнітних коливаннях теж змінюється за гармонійним законом.
Ми розглядали ідеальний коливальний контур, в якому немає втрат енергії і вільні коливання можуть тривати нескінченно довго за рахунок енергії, одного разу отриманої від зовнішнього джерела. У реальному контурі частина енергії йде на нагрівання з'єднувальних проводів і нагрівання котушки. Тому вільні коливання в коливальному контурі є згасаючими.
1.В процесі вивчення теми "Електромагнітні коливання" розглядаються вільні електромагнітні коливання і автоколивання в коливальних контурах, а також вимушені коливання в електричних ланцюгах під дією синусоїдальної ЕРС. Всі ці питання мають дуже велике значення, оскільки на їх основі потім вивчаються електромагнітні хвилі з їх науково-практичними додатками.
При викладі даної теми в курсі фізики середньої школи вчитель повинен спиратися на такі основні положення:
§ використання аналогій механічних і електромагнітних коливань;
§ вивчення та пояснення явищ і процесів на основі знань про електричному і магнітному полях і електромагнітної індукції, отриманих в X класі;
§ широке застосування фізичного експерименту.
2.Чтоби зробити засіб навчання наочним, необхідно виділити основні властивості досліджуваного явища, тобто перетворити його в модель, правильно відобразити в моделі ці властивості і забезпечити доступність цієї моделі для учнів. Особлива увага повинна приділятися статичним і динамічним моделями. Динамічне комп'ютерне моделювання має великою вірогідністю і переконливістю, чудово передає динаміку різних фізичних процесів.
3.Разработанная нами методика вивчення електроколебательних процесів з допомогою комп'ютера дозволяє: індивідуалізувати навчальний процес за змістом, обсягом і темпами засвоєння навчального матеріалу, активізувати учнів при засвоєнні навчальної інформації, підвищити ефективність використання навчального часу, змінити характер праці викладача.
2. Ю. А. Воронін, Р. М. Чудінскій. Комп'ютеризовані системи засобів навчання для проведення навчального фізичного експерименту. / / Фізика в школі, 2006, № 4.
3. Гомулина М. М. Комп'ютерні навчальні та демонстраційні програми. / / «Фізика», 1999, № 12.
4. Гончарова С.В. Підвищення ефективності наочності навчання при використанні динамічних комп'ютерних моделей на уроках фізики.
5. Дунін СМ. Комп'ютеризація навчального процесу. / / Фізика в школі. - 2004. - № 2.
6. Захарова І.Г. Інформаційні технології в освіті. / / М.: Академія, 2003.
7. Використання комп'ютерних моделей для розвитку творчості учнів / / Розвиток творчої активності учнів у процесі навчання та професійної підготовки студентів. - Єкатеринбург. : УрГПУ, 1995. -78 С.
8. Костка О.К. Електромагнітні коливання і хвилі. Теорія відносності.
9. Кудрявцев А.В. Методика використання ЕОМ для індивідуалізації навчання фізики.
10. Кулакова М.Я. Створення комп'ютерної навчального середовища для навчальної дослідницької роботи на заняттях з фізики.
11. Мамедов Т.М.О. Використання сучасних досягнень науково-технічного прогресу, як фактор підвищення якості викладання шкільного курсу фізики (Автореферат)
12. . Машбиць Є.І. Психолого-педагогічні проблеми комп'ютеризації навчання. / / М.: Педагогіка, 1988.
13. Методичні матеріали до комп'ютерної лабораторії «L - мікро».
14. Методичні вказівки до електронного видання «Фізика 7 - 11». / / Физикон.
15. Підвищення ефективності наочності при використанні динамічних комп'ютерних моделей / / Теоретичні проблеми фізичної освіти. - С.-Петербург. : Освіта, 1996. - 87с.
16. Роберт І.В. Сучасні інформаційні технології в освіті: дидактичні проблеми, перспективи використання. / / М.: Школа-Пресс, 1994.
17. Салімова Л.Ч., Салімов BC, Брегеда І.Д. Інформаційні технології в навчанні фізики в школі. / / Матеріали X Всеросійської науково-методичної конференції "Телематіка'2003", 2003.
18. Стариченко Б.Є. Комп'ютерні технології в освіті. Інструментальні системи педагогічного призначення.
19. Старовіков М.І. Формування навчальної дослідницької діяльності школярів в умовах інформатизації процесу навчання (на матеріалі курсу фізики) / / Автореферат дис. д-ра фіз.-мат. Наук. - Челябінськ 2007.
20. Степанова Г.М. Збірник питань і завдань з фізики для 10-11 класів загальноосвітньої школи. - СПб.: "Спеціальна література", 1997. - 384с.
21. Теорія і методика навчання фізики в школі. Загальні питання. Під ред. С. Є. Каменецького, Н. С. Пуришева. / / М.: Академія, 2000.
22. Теорія і методика навчання фізики в школі. Приватні питання. Під ред. С. Є. Каменецького. / / М.: Академія, 2000.
23. http://www.corbina.net/ ~ snark /
24. http://l-micro.ru/
Давайте складемо таблицю, яка допоможе нам систематизувати зв'язку механічних і електричних величин при коливальних процесах.
Таблиця відповідності між механічними та електричними величинами при коливальних процесах.
Урок № 3.
Тема уроку: Рівняння вільних гармонічних коливань в контурі.
Пояснення нового матеріалу.
Мета уроку: виведення основного рівняння електромагнітних коливань, законів зміни заряду і сили струму, отримання формули Томсона і вирази для власної частоти коливання контуру з використанням презентацій PowerPoint.
Матеріал для повторення:
· Поняття електромагнітних коливань;
· Поняття енергії коливального контуру;
· Відповідність електричних величин механічним величинам при коливальних процесах.
(Для повторення та закріплення необхідно ще раз продемонструвати модель аналогії механічних і електромагнітних коливань).
На минулих уроках ми з'ясували, що електромагнітні коливання, по-перше, є вільними, по-друге, є періодична зміна енергій магнітного та електричного полів. Але крім енергії при електромагнітних коливаннях змінюється ще й заряд, а значить і сила струму в контурі і напруга. На цьому уроці ми повинні з'ясувати закони, за якими змінюються заряд, а значить сила струму і напругу.
Отже, ми з'ясували, що повна енергія коливального контуру в будь-який момент часу дорівнює сумі енергій магнітного та електричного полів:
Знак мінус в цьому виразі означає, що коли енергія магнітного поля зростає, енергія електричного поля зменшується і навпаки. А фізичний зміст цього виразу такий, що швидкість зміни енергії магнітного поля дорівнює по модулю і протилежна за напрямком швидкості зміни електричного поля.
Обчислюючи похідні, одержимо
Але
описує коливання вантажу на пружині. Таким чином, рівняння електромагнітних коливань має таку саму математичну форму, як рівняння коливань пружинного маятника.
Як ви бачили на демонстраційної моделі, заряд на конденсаторі змінюється періодично. Необхідно знайти залежність заряду від часу.
З дев'ятого класу вам знайомі періодичні функції синус і косинус. Ці функції мають наступну властивість: друга похідна синуса і косинуса пропорційна самим функцій, взятим з протилежним знаком. Крім цих двох, ніякі інші функції цією властивістю не володіють. А тепер повернемося до електричного заряду. Можна сміливо стверджувати, що електричний заряд, а значить і сила струму, при вільних коливаннях змінюються з плином часу за законом косинуса або синуса, тобто здійснюють гармонійні коливання. Пружинний маятник також здійснюють гармонійні коливання (прискорення пропорційно зсуву, взятому зі знаком мінус).
Отже, щоб знайти явну залежність заряду, сили струму і напруги від часу, необхідно вирішити рівняння
враховуючи гармонійний характер зміни цих величин.
Якщо в якості рішення взяти вираз типу q = q m cos t, то, при підстановці цього рішення у вихідне уравненіe, отримаємо q''=- q m cos t =- q.
Тому, як рішення необхідно взяти вираз виду
q = q m cosщ o t,
де q m - амплітуда коливань заряду (модуль найбільшого значення коливається величини),
щ o =
число коливань за один період, тобто за 2р с.
Період електромагнітних коливань - проміжок часу, протягом якого струм у коливальному контурі і напруга на пластинах конденсатора здійснює одне повне коливання. Для гармонійних коливань Т = 2р с (найменший період косинуса).
Частота коливань - число коливань в одиницю часу - визначається так: н =
Частоту вільних коливань називають власною частотою коливальної системи.
Так як щ o = 2р н = 2р / Т, то Т =
Циклічне частоту ми визначили як щ o =
Т =
Тоді вираз для власної частоти коливань набуде вигляду
Нам залишилося отримати рівняння коливань сили струму в колі і напруги на конденсаторі.
Так як
За визначенням
де р / 2 - зрушення фаз між силою струму і зарядом (напругою). Отже, ми з'ясували, що сила струму при електромагнітних коливаннях теж змінюється за гармонійним законом.
Ми розглядали ідеальний коливальний контур, в якому немає втрат енергії і вільні коливання можуть тривати нескінченно довго за рахунок енергії, одного разу отриманої від зовнішнього джерела. У реальному контурі частина енергії йде на нагрівання з'єднувальних проводів і нагрівання котушки. Тому вільні коливання в коливальному контурі є згасаючими.
Висновок
У даній дипломній роботі була розроблена методика вивчення електроколебательних процесів за допомогою комп'ютера. Підводячи підсумок можна зробити ряд висновків.1.В процесі вивчення теми "Електромагнітні коливання" розглядаються вільні електромагнітні коливання і автоколивання в коливальних контурах, а також вимушені коливання в електричних ланцюгах під дією синусоїдальної ЕРС. Всі ці питання мають дуже велике значення, оскільки на їх основі потім вивчаються електромагнітні хвилі з їх науково-практичними додатками.
При викладі даної теми в курсі фізики середньої школи вчитель повинен спиратися на такі основні положення:
§ використання аналогій механічних і електромагнітних коливань;
§ вивчення та пояснення явищ і процесів на основі знань про електричному і магнітному полях і електромагнітної індукції, отриманих в X класі;
§ широке застосування фізичного експерименту.
2.Чтоби зробити засіб навчання наочним, необхідно виділити основні властивості досліджуваного явища, тобто перетворити його в модель, правильно відобразити в моделі ці властивості і забезпечити доступність цієї моделі для учнів. Особлива увага повинна приділятися статичним і динамічним моделями. Динамічне комп'ютерне моделювання має великою вірогідністю і переконливістю, чудово передає динаміку різних фізичних процесів.
3.Разработанная нами методика вивчення електроколебательних процесів з допомогою комп'ютера дозволяє: індивідуалізувати навчальний процес за змістом, обсягом і темпами засвоєння навчального матеріалу, активізувати учнів при засвоєнні навчальної інформації, підвищити ефективність використання навчального часу, змінити характер праці викладача.
Список літератури
1. Апатова Н.В. Інформаційні технології в шкільній освіті. / / М., 1994.2. Ю. А. Воронін, Р. М. Чудінскій. Комп'ютеризовані системи засобів навчання для проведення навчального фізичного експерименту. / / Фізика в школі, 2006, № 4.
3. Гомулина М. М. Комп'ютерні навчальні та демонстраційні програми. / / «Фізика», 1999, № 12.
4. Гончарова С.В. Підвищення ефективності наочності навчання при використанні динамічних комп'ютерних моделей на уроках фізики.
5. Дунін СМ. Комп'ютеризація навчального процесу. / / Фізика в школі. - 2004. - № 2.
6. Захарова І.Г. Інформаційні технології в освіті. / / М.: Академія, 2003.
7. Використання комп'ютерних моделей для розвитку творчості учнів / / Розвиток творчої активності учнів у процесі навчання та професійної підготовки студентів. - Єкатеринбург. : УрГПУ, 1995. -78 С.
8. Костка О.К. Електромагнітні коливання і хвилі. Теорія відносності.
9. Кудрявцев А.В. Методика використання ЕОМ для індивідуалізації навчання фізики.
10. Кулакова М.Я. Створення комп'ютерної навчального середовища для навчальної дослідницької роботи на заняттях з фізики.
11. Мамедов Т.М.О. Використання сучасних досягнень науково-технічного прогресу, як фактор підвищення якості викладання шкільного курсу фізики (Автореферат)
12. . Машбиць Є.І. Психолого-педагогічні проблеми комп'ютеризації навчання. / / М.: Педагогіка, 1988.
13. Методичні матеріали до комп'ютерної лабораторії «L - мікро».
14. Методичні вказівки до електронного видання «Фізика 7 - 11». / / Физикон.
15. Підвищення ефективності наочності при використанні динамічних комп'ютерних моделей / / Теоретичні проблеми фізичної освіти. - С.-Петербург. : Освіта, 1996. - 87с.
16. Роберт І.В. Сучасні інформаційні технології в освіті: дидактичні проблеми, перспективи використання. / / М.: Школа-Пресс, 1994.
17. Салімова Л.Ч., Салімов BC, Брегеда І.Д. Інформаційні технології в навчанні фізики в школі. / / Матеріали X Всеросійської науково-методичної конференції "Телематіка'2003", 2003.
18. Стариченко Б.Є. Комп'ютерні технології в освіті. Інструментальні системи педагогічного призначення.
19. Старовіков М.І. Формування навчальної дослідницької діяльності школярів в умовах інформатизації процесу навчання (на матеріалі курсу фізики) / / Автореферат дис. д-ра фіз.-мат. Наук. - Челябінськ 2007.
20. Степанова Г.М. Збірник питань і завдань з фізики для 10-11 класів загальноосвітньої школи. - СПб.: "Спеціальна література", 1997. - 384с.
21. Теорія і методика навчання фізики в школі. Загальні питання. Під ред. С. Є. Каменецького, Н. С. Пуришева. / / М.: Академія, 2000.
22. Теорія і методика навчання фізики в школі. Приватні питання. Під ред. С. Є. Каменецького. / / М.: Академія, 2000.
23. http://www.corbina.net/ ~ snark /
24. http://l-micro.ru/
[1] Цей поурочне планування запропоновано Н.В. Усовой в її посібнику «Методика вивчення фізики в 9-10 класах».