Ôèçè÷åñêîå îáðàçîâàíèå â âóçàõ, Ò. 6, ¹ 3, 2000
87
Ìåòîäèêà ïðåïîäàâàíèÿ ôèçèêè ñ èñïîëüçîâàíèåì êîìïüþòåðíûõ òåõíîëîãèé Â.Ô. Åôèìåíêî, Í.À. Ñìàëü, Ñ.Ì. Êóùåíêî 690600, ã. Âëàäèâîñòîê, óë. Îêòÿáðüñêàÿ 25-Á., ÈÄÎ ÄÂÃÓ ò/ôàêñ. 8 (4232) 258947; e-mail:
[email protected] ;
[email protected]; http://www.dvgu.ru/iput/  ñòàòüå ïðåäëàãàåòñÿ ìåòîäèêà ïðåïîäàâàíèÿ ôèçèêè ñ ïðèìåíåíèåì ñîâðåìåííûõ êîìïüþòåðíûõ òåõíîëîãèé â îáðàçîâàíèè. Àíàëèçèðóþòñÿ ïðè÷èíû ñíèæåíèÿ èíòåðåñà ó÷àùèõñÿ ïðè èçó÷åíèè ïðåäìåòîâ åñòåñòâåííî – íàó÷íîãî öèêëà. Ïðåäëàãàþòñÿ ïóòè è ñïîñîáû ïîâûøåíèÿ óðîâíÿ çíàíèé ñòóäåíòîâ è èõ çàèíòåðåñîâàííîñòè ñ ïîìîùüþ êîìïüþòåðíûõ îáó÷àþùèõ ïðîãðàìì. Îïèñûâàåòñÿ ïåäàãîãè÷åñêèé ýêñïåðèìåíò ïðåïîäàâàíèÿ ôèçèêè â êîëëåäæå Äàëüíåâîñòî÷íîãî ãîñóäàðñòâåííîãî óíèâåðñèòåòà ñ èñïîëüçîâàíèåì êîìïüþòåðíîãî ìîäåëèðîâàíèÿ.
Ââåäåíèå  íàñòîÿùåå âðåìÿ ïðîèñõîäèò âñ¸ áîëåå øèðîêîå âíåäðåíèå êîìïüþòåðíûõ òåõíîëîãèé â îáðàçîâàíèå êàê â ñðåäíåé, òàê è â âûñøåé øêîëå. Íà ñåãîäíÿøíèé äåíü â ðàñïîðÿæåíèè ïðåïîäàâàòåëÿ èìåþòñÿ ñàìûå ñîâðåìåííûå êîìïüþòåðû, ïîçâîëÿþùèå íå òîëüêî äîïîëíèòü ëåêöèîííûé ìàòåðèàë, íî è ïðîâåñòè ìîäåëèðîâàíèå ëàáîðàòîðíûõ ðàáîò è èõ îáðàáîòêó, âûïîëíèòü òåñòèðîâàíèå è îöåíêó îñòàòî÷íûõ çíàíèé. Ñóùåñòâóþùèå îáó÷àþùèå ïðîãðàììû, ïðåäëàãàåìûå äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ â îáðàçîâàòåëüíîé äåÿòåëüíîñòè, ïîçâîëÿþò ìîäåëèðîâàòü ïðàêòè÷åñêè âñå ôèçè÷åñêèå ÿâëåíèÿ èëè ïðîöåññû íà êîìïüþòåðå, ñîñòàâëÿòü ñàìûå ðàçíîîáðàçíûå çàäà÷è, ìåíÿòü èõ óñëîâèÿ, ñòðîèòü äåìîíñòðàöèîííûé ýêñïåðèìåíò, ïðîâîäèòü ôðîíòàëüíûå è èíäèâèäóàëüíûå ëàáîðàòîðíûå ðàáîòû. Ýòî íå îçíà÷àåò, ÷òî êîìïüþòåðíûå òåõíîëîãèè äîëæíû ïîëíîñòüþ çàìåíèòü ñóùåñòâóþùèå òðàäèöèîííûå ìåòîäû ïðåïîäàâàíèÿ. Îíè äîëæíû ãàðìîíè÷íî äîïîëíÿòü ñóùåñòâóþùèå ïðè¸ìû è ïðåñëåäîâàòü êîíêðåòíóþ öåëü – çàèíòåðåñîâàòü ó÷àùèõñÿ â èçó÷åíèè ôèçèêè, îáëåã÷èòü èì ïîíèìàíèå ñóòè ôèçè÷åñêèõ ÿâëåíèé, ñäåëàòü äëÿ íèõ áîëåå èíòåðåñíûì ó÷åáíûé ïðîöåññ, ïðîâîäèòü îïåðàòèâíóþ ïðîâåðêó èõ çíàíèé. Íàãëÿäíîñòü, ïðîñòîòà, íåîãðàíè÷åííûå âîçìîæíîñòè ñîâðåìåííûõ êîìïüþòåðîâ ïîçâîëÿþò ïîâûñèòü êà÷åñòâî óñâîåíèÿ ìàòåðèàëà, ìîòèâàöèþ ê èçó÷åíèþ ôèçèêè. Ïîñòàíîâêà ýêñïåðèìåíòà  êîëëåäæå ÄÂÃÓ íà ïðîòÿæåíèè ðÿäà ëåò âåä¸òñÿ ýêñïåðèìåíòàëüíîå ïðåïîäàâàíèå ôèçèêè ñ ïðèìåíåíèåì êîìïüþòåðíîãî ìîäåëèðîâàíèÿ. Ïåðâîíà÷àëüíî äëÿ ýêñïåðèìåíòà áûë âûáðàí âûïóñêíîé êëàññ ïî ñïåöèàëèçàöèè “Êîìïüþòåðíûå òåõíîëîãèè”. Íàðÿäó ñ òðàäèöèîííûì èçëîæåíèåì ìàòåðèàëà ó÷àùèìñÿ áûë ïðåäëîæåí ðÿä ëàáîðàòîðíûõ ðàáîò, ìîäåëèðóåìûõ íà êîìïüþòåðå. Äëÿ îöåíêè ýôôåêòèâíîñòè îáó÷åíèÿ áûëè âûáðàíû òàêèå
88
Â.Ô. Åôèìåíêî, Í.À. Ñìàëü, Ñ.Ì. Êóùåíêî
êðèòåðèè, êàê ïîíèìàíèå ìàòåðèàëà, çíàíèå è ïîíèìàíèå îñíîâíûõ îïðåäåëåíèé è ïîíÿòèé ôèçèêè, å¸ çàêîíîâ, óìåíèå èñïîëüçîâàòü ïîëó÷åííûå çíàíèÿ íà ïðàêòèêå, ñïîñîáíîñòü àíàëèçèðîâàòü, íàáëþäàòü è ñàìîñòîÿòåëüíî îïèñûâàòü ëþáîå ôèçè÷åñêîå ÿâëåíèå, óìåíèå ðåøàòü íåñòàíäàðòíûå çàäà÷è. Ìåòîäèêà ïîñòàíîâêè è ïðîâåäåíèÿ ýêñïåðèìåíòà çàêëþ÷àåòñÿ â ñëåäóþùåì. Ïåðâîå çàíÿòèå (ëåêöèîííîå) ïðîâîäèòñÿ ñ ó÷àùèìèñÿ íà êîìïüþòåðàõ, ãäå îíè íàáëþäàþò èçó÷àåìîå ôèçè÷åñêîå ÿâëåíèå, ïðîâîäÿòñÿ äåìîíñòðàöèîííûå ýêñïåðèìåíòû ïî èññëåäóåìîé òåìå. Òåîðåòè÷åñêèé ìàòåðèàë ïðåäëàãàåòñÿ ó÷àùèìñÿ ñ âûâîäîì îñíîâíûõ çàêîíîìåðíîñòåé è çàêîíîâ. Ââîäÿòñÿ îñíîâíûå ôèçè÷åñêèå òåðìèíû, îïðåäåëåíèÿ, ïîíÿòèÿ ïî ðàññìàòðèâàåìîìó ðàçäåëó ôèçèêè. Ñëåäóþùåå çàíÿòèå ïîñâÿùàåòñÿ èçó÷åíèþ ìåòîäèêè ðåøåíèÿ çàäà÷ ïî ôèçèêå. Ïîìèìî ìåòîäèêè è ìåòîäè÷åñêèõ óêàçàíèé ïî ðåøåíèþ çàäà÷, ñòóäåíòû ìîäåëèðóþò óñëîâèÿ ñïåöèàëüíî ïîäîáðàííûõ çàäà÷ íà êîìïüþòåðå è ó÷àòñÿ ðåøàòü çàäà÷è, ïðîâîäÿ ðåàëüíûé ôèçè÷åñêèé ýêñïåðèìåíò (ìîäåëèðóåìûé íà êîìïüþòåðå). Âïîñëåäñòâèè ïðåïîäàâàòåëü ïåðåõîäèò ê òðàäèöèîííîìó ìåòîäó ðåøåíèÿ çàäà÷. Óðîâåíü çàäà÷ ïîñòåïåííî óñëîæíÿåòñÿ îò ïðîñòåéøèõ äî ñëîæíûõ. Ïðåäëàãàþòñÿ çàäà÷è, òðåáóþùèå òâîð÷åñêîãî ïîäõîäà ê èõ ðåøåíèþ. Íà òðåòüåì ýòàïå ñòóäåíòû âûïîëíÿþò ôèçè÷åñêèé ïðàêòèêóì ïî ðàçðàáîòàííûì ó÷åáíî-ìåòîäè÷åñêèì óêàçàíèÿì ê âûïîëíåíèþ ëàáîðàòîðíûõ ðàáîò íà êîìïüþòåðå. Çàòåì îíè îáðàáàòûâàþò ïîëó÷åííûå äàííûå è ñòðîÿò ãðàôèêè ïî ðåçóëüòàòàì èçìåðåíèé. ×åòâ¸ðòûé ýòàï ïîçâîëÿåò ïðîâåðèòü çíàíèÿ è óìåíèÿ ó÷àùèõñÿ, êóäà ìîæíî âêëþ÷èòü è ðåøåíèå çàäà÷, è òåîðåòè÷åñêèå âîïðîñû, è òåñòû, è ïîñòàíîâêó ôèçè÷åñêîãî ýêñïåðèìåíòà. Îïèñàíèå ýêñïåðèìåíòà Ïðèâåä¸ì â êà÷åñòâå ïðèìåðà ðàçðàáîòêó è ïîñòàíîâêó ôèçè÷åñêîãî ýêñïåðèìåíòà ïî èçó÷åíèþ îïòè÷åñêèõ ïðèáîðîâ â êîëëåäæå ÄÂÃÓ. Äàííàÿ ìåòîäèêà ïðèìåíÿåòñÿ â êëàññàõ «Êîìïüþòåðíûå òåõíîëîãèè», ãäå ôèçèêó ïðåïîäàþò íà áîëåå ãëóáîêîì óðîâíå, à òàêæå â ìëàäøèõ êëàññàõ (7-8 êëàññû), ãäå íà÷èíàþò èçó÷àòü ôèçèêó è âñòà¸ò îñòðàÿ íåîáõîäèìîñòü ôîðìèðîâàíèÿ ôèçè÷åñêîãî çíàíèÿ ó÷àùèõñÿ, ðàçâèòèÿ ìîòèâàöèè ê èçó÷åíèþ ôèçèêè, ôîðìèðîâàíèÿ îñíîâíûõ ôèçè÷åñêèõ ïîíÿòèé è îïðåäåëåíèé. Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹ 7 Òåìà ðàáîòû: Îïðåäåëåíèå ôîêóñíîãî ðàññòîÿíèÿ ðàññåèâàþùåé ëèíçû. Öåëü ðàáîòû: èçó÷èòü ìåòîäû îïðåäåëåíèÿ ôîêóñíîãî ðàññòîÿíèÿ ðàññåèâàþùåé ëèíçû è âû÷èñëèòü åãî îäíèì èç ïðåäëîæåííûõ ìåòîäîâ. Îáîðóäîâàíèå, ïðèáîðû è ìàòåðèàëû: 1. Îáó÷àþùàÿ ïðîãðàììà ïî ôèçèêå. 2. Ðàññåèâàþùàÿ ëèíçà; ñîáèðàþùàÿ ëèíçà; èñòî÷íèê ýëåêòðè÷åñêîãî òîêà; èñòî÷íèê ñâåòà
Ìåòîäèêà ïðåïîäàâàíèÿ ôèçèêè ñ èñïîëüçîâàíèåì êîìïüþòåðíûõ òåõíîëîãèé
89
(ýëåêòðè÷åñêàÿ ëàìïî÷êà); êëþ÷; ñîåäèíèòåëüíûå ïðîâîäà; ýêðàí; èçìåðèòåëüíàÿ ëèíåéêà; øòàòèâ. Êðàòêàÿ òåîðèÿ ðàáîòû: Ðàññåèâàþùàÿ ëèíçà îáðàçóåò òîëüêî ìíèìîå èçîáðàæåíèå, êîòîðîå íåëüçÿ ïîëó÷èòü íà ýêðàíå, ò.å. íåëüçÿ èçìåðèòü ðàññòîÿíèå îò ëèíçû äî èçîáðàæåíèÿ (êàê â ñëó÷àå ñ ñîáèðàþùåé ëèíçîé). Ïîýòîìó îäíèì èç ìåòîäîâ îïðåäåëåíèÿ ôîêóñíîãî ðàññòîÿíèÿ ðàññåèâàþùåé ëèíçû ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíèå âòîðîé, ñîáèðàþùåé ëèíçû. Ïîëó÷èâ ñ ïîìîùüþ ñîáèðàþùåé ëèíçû äåéñòâèòåëüíîå èçîáðàæåíèå èñòî÷íèêà S1=S2 ñâåòà íà ýêðàíå (Ðèñóíîê 1), ìîæíî ïîñòàâèòü ìåæäó ñîáèðàþùåé ëèíçîé è ýêðàíîì ðàññåèâàþùóþ ëèíçó.
Ðèñóíîê 1.
Äåéñòâèòåëüíîå èçîáðàæåíèå èñòî÷íèêà ïðè ýòîì ñìåùàåòñÿ èç òî÷êè S1 (Ðèñóíîê 2) â òî÷êó S2.
Ðèñóíîê 2.
Èñïîëüçóÿ ñâîéñòâî îáðàòèìîñòè ñâåòîâûõ ëó÷åé, ìîæíî ïðèíÿòü, ÷òî ñâåòîâûå ëó÷è âûõîäÿò èç òî÷êè S2, à â òî÷êå S1 ïîëó÷àåòñÿ èçîáðàæåíèå òî÷êè S2 îò ðàññåèâàþùåé ëèíçû. Îáîçíà÷àÿ ðàññòîÿíèå îò S2 äî ðàññåèâàþùåé ëèíçû ÷åðåç d è îò S1 äî ðàññåèâàþùåé ëèíçû ÷åðåç f, ñ ó÷¸òîì ïðàâèëà çíàêîâ, çàïèøåì ôîðìóëó òîíêîé ëèíçû:
90
Â.Ô. Åôèìåíêî, Í.À. Ñìàëü, Ñ.Ì. Êóùåíêî
−
1 1 1 = − . F d f
(1)
Èç ýòîé ôîðìóëû äëÿ ìîäóëÿ ôîêóñíîãî ðàññòîÿíèÿ ëèíçû ïîëó÷èì âûðàæåíèå:
F=
f ⋅d . f −d
(2)
Ïîðÿäîê âûïîëíåíèÿ ðàáîòû: 1. Çàïóñòèòü â ðàáîòó îáó÷àþùóþ ïðîãðàììó ïî ôèçèêå. 2. Âûáðàòü ðàçäåë “Îïòèêà” è ðàññìîòðåòü ôèçè÷åñêèé ýêñïåðèìåíò “Îïòè÷åñêèé êîíñòðóêòîð”. 3. Âûáðàâ ñîáèðàþùóþ ëèíçó, óñòàíîâèòü D1 = 10 äïòð è D2 = 0 äïòð. Âûáðàòü èñòî÷íèê, óäàë¸ííûé íà áåñêîíå÷íîñòü. Ïîëó÷èòü äåéñòâèòåëüíîå èçîáðàæåíèå S1=S2 èñòî÷íèêà íà ýêðàíå ñ å¸ ïîìîùüþ. 4. Óñòàíîâèòü ìåæäó ýêðàíîì è ñîáèðàþùåé ëèíçîé ðàññåèâàþùóþ ëèíçó íà ðàññòîÿíèè l = 7 ñì, óñòàíîâèòü D2 = -15 äïòð. 5. Ñ ïîìîùüþ ýêðàíà íàéòè íîâîå ïîëîæåíèå èçîáðàæåíèÿ S2 èñòî÷íèêà. 6. Èçìåðèòü ðàññòîÿíèå îò ïðåäìåòà äî ëèíçû (d) è ðàññòîÿíèå îò ëèíçû äî èçîáðàæåíèÿ (f). 7. Ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé çàíåñòè â òàáëèöó ¹ 1. 8. Ïî ôîðìóëå ¹ 3 ðàññ÷èòàòü ìîäóëü ôîêóñíîãî ðàññòîÿíèÿ ðàññåèâàþùåé ëèíçû è çàíåñòè ðåçóëüòàò â òàáëèöó ¹ 1. 9. Ïîâòîðèòü îïûò íåñêîëüêî ðàç. 10. Ðàññ÷èòàòü ãðàíèöû îòíîñèòåëüíîé ïîãðåøíîñòè èçìåðåíèÿ ôîêóñíîãî ðàññòîÿíèÿ. 11. Ñðàâíèòü ïîëó÷åííûå äàííûå ñ äàííûìè êîìïüþòåðíîé îáó÷àþùåé ïðîãðàììû. Òàáëèöà 1 ¹ îïûòà
d, õ10-2 ì
f, õ10-2 ì
Fïðàêò, õ10-2 ì
1
5,01
2,85
6,61
2
4,93
2,89
6,98
3
4,87
2,80
6,59
Åñëè èñõîäèòü èç äàííûõ êîìïüþòåðíîé îáó÷àþùå¸ ïðîãðàììû, òî îïòè÷åñêàÿ ñèëà âòîðîé (ðàññåèâàþùåé) ëèíçû óñòàíàâëèâàëàñü –15 äïòð, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò ôîêóñíîìó ðàññòîÿíèþ ïðèìåðíî Fòåîðåò ≈ 6,67·10-2 ì. Òàêèì îáðàçîì ìû âèäèì, ÷òî ðàçíèöà ìåæäó òåîðåòè÷åñêèì è ïðàêòè÷åñêèìè çíà÷åíèÿìè î÷åíü ìàëà (ëèøü â òðåòüåì çíàêå ïîñëå çàïÿòîé).
Ìåòîäèêà ïðåïîäàâàíèÿ ôèçèêè ñ èñïîëüçîâàíèåì êîìïüþòåðíûõ òåõíîëîãèé
91
Ýòî ïîçâîëÿåò ñóäèòü è î òî÷íîñòè ìåòîäà èçìåðåíèÿ ôîêóñíîãî ðàññòîÿíèÿ ðàññåèâàþùåé ëèíçû, è îá ýôôåêòèâíîñòè èñïîëüçîâàíèÿ íîâåéøèõ êîìïüþòåðíûõ òåõíîëîãèé â ïðåïîäàâàíèè ôèçèêè. Êîíòðîëüíûå âîïðîñû: 1) ×òî íàçûâàþò ëó÷îì? Ìîæíî ëè ñ÷èòàòü ëó÷îì î÷åíü óçêèé ïó÷îê ñâåòà? 2) Êàêîìó çàêîíó ïîä÷èíÿåòñÿ ðàñïðîñòðàíåíèå ñâåòà â îäíîðîäíîé ïðîçðà÷íîé ñðåäå? Êàêèå îïûòû ïîäòâåðæäàþò ñïðàâåäëèâîñòü äàííîãî çàêîíà? 3) ×òî íàçûâàþò îòðàæåíèåì ñâåòà? 4) Ñäåëàâ ÷åðòåæ, îáúÿñíèòå, êàê ñòðîèòñÿ èçîáðàæåíèå ïðåäìåòà â ïëîñêîì çåðêàëå. 5) ×òî íàçûâàþò ìíèìûì èçîáðàæåíèåì? 6) Íà êàêîì ðàññòîÿíèè îò çåðêàëà íàõîäèòñÿ ìíèìîå èçîáðàæåíèå è êàêîâ åãî ðàçìåð? 7) Îïðåäåëèòå, ãäå ðàñïîëîæåíî èçîáðàæåíèå òî÷å÷íîãî èñòî÷íèêà, ñâåòà â ïëîñêîì çåðêàëå. 8) Ñäåëàâ ÷åðòåæ, ïîêàæèòå õîä ëó÷åé ïðè ïðåëîìëåíèè ñâåòà íà ãðàíèöå ðàçäåëà äâóõ ïðîçðà÷íûõ ñðåä. 9) Ñôîðìóëèðóéòå è çàïèøèòå çàêîíû ïðåëîìëåíèÿ ñâåòà. 10) Êàêîâ ôèçè÷åñêèé ñìûñë îòíîñèòåëüíîãî ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ? àáñîëþòíîãî ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ? 11) Íàïèøèòå ôîðìóëó, âûðàæàþùóþ ñâÿçü îòíîñèòåëüíîãî ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ äâóõ ãðàíè÷àùèõ ñðåä ñ èõ àáñîëþòíûìè ïîêàçàòåëÿìè ïðåëîìëåíèÿ. 12) Ñäåëàéòå ÷åðòåæ è äàéòå îáúÿñíåíèå, â êàêîì ñëó÷àå óãîë ïðåëîìëåíèÿ áîëüøå óãëà ïàäåíèÿ? 13) ×òî íàçûâàþò ïðåäåëüíûì óãëîì ïîëíîãî âíóòðåííåãî îòðàæåíèÿ ñâåòà? Êàêàÿ ôîðìóëà îòðàæàåò ñìûñë ýòîãî ïîíÿòèÿ? 14) Íà÷åðòèòå è îáúÿñíèòå õîä ëó÷åé â òðåóãîëüíîé ïðèçìå è ïëîñêîå ïàðàëëåëüíîé ïëàñòèíå. 15) ×òî íàçûâàþò ëèíçîé? Êàêóþ ëèíçó íàçûâàþò âûïóêëîé, à êàêóþ âîãíóòîé? Êàêèå âèäû ëèíç ñóùåñòâóþò? 16) Êàêóþ ëèíçó íàçûâàþò òîíêîé? ×òî òàêîå îïòè÷åñêèé öåíòð òîíêîé ëèíçû? ×òî íàçûâàþò ãëàâíîé îïòè÷åñêîé îñüþ ëèíçû? Ïîáî÷íîé îïòè÷åñêîé îñüþ ëèíçû? 17) ×òî íàçûâàþò ôîêóñîì ëèíçû?  êàêîì ñëó÷àå ôîêóñ ëèíçû äåéñòâèòåëüíûé, à â êàêîì — ìíèìûé? ×òî íàçûâàþò ôîêóñíûì ðàññòîÿíèåì? 18) Íà÷åðòèòå è îáúÿñíèòå âñå ñëó÷àè ïîñòðîåíèÿ èçîáðàæåíèé â ñîáèðàþùåé ëèíçå. 19) Íà÷åðòèòå è îáúÿñíèòå âñå ñëó÷àè ïîñòðîåíèÿ èçîáðàæåíèé äëÿ ðàññåèâàþùåé ëèíçû. 20) Íàïèøèòå ôîðìóëó òîíêîé ñîáèðàþùåé ëèíçû. Êàêîé âèä èìååò ýòà ôîðìóëà äëÿ ðàññåèâàþùåé ëèíçû? 21) ×òî íàçûâàþò ìíèìûì óâåëè÷åíèåì ëèíçû? Ïî êàêîé ôîðìóëå îïðåäåëÿåòñÿ ëèíåéíîå óâåëè÷åíèå ëèíçû?
92
Â.Ô. Åôèìåíêî, Í.À. Ñìàëü, Ñ.Ì. Êóùåíêî
22) ×òî íàçûâàþò îïòè÷åñêîé ñèëîé ëèíçû?  êàêîì ñëó÷àå îïòè÷åñêàÿ ñèëà ëèíçû ïîëîæèòåëüíà, à â êàêîì îòðèöàòåëüíà?  êàêèõ åäèíèöàõ èçìåðÿåòñÿ îïòè÷åñêàÿ ñèëà ëèíçû? 23) ×òî íàçûâàþò óãëîì çðåíèÿ? Ïðè êàêîì óãëå çðåíèÿ ìåæäó ðàññìàòðèâàåìûìè äåòàëÿìè ïðåäìåòà ãëàç âèäèò ýòè äåòàëè ðàçäåëüíî? 24) ×òî íàçûâàþò ìèêðîñêîïîì? Äëÿ ÷åãî îí ïðåäíàçíà÷åí? Íà÷åðòèòå õîä ëó÷åé â ìèêðîñêîïå. Íàïèøèòå ôîðìóëó ëèíåéíîãî óâåëè÷åíèÿ ìèêðîñêîïà. 25) ×òî òàêîå ôîòîàïïàðàò? Èç êàêèõ îñíîâíûõ ÷àñòåé îí ñîñòîèò è êàêîâî èõ íàçíà÷åíèå? Íà÷åðòèòå õîä ëó÷åé â ôîòîàïïàðàòå. 26) ×òî òàêîå ïðîåêöèîííûé àïïàðàò? Êàêèå âèäû ïðîåêöèîííûõ àïïàðàòîâ âû çíàåòå? Äëÿ ÷åãî ïðåäíàçíà÷åí ïðîåêöèîííûé àïïàðàò? Íà÷åðòèòå õîä ëó÷åé â ïðîåêöèîííîì àïïàðàòå. Çàäà÷è äëÿ ñàìîñòîÿòåëüíîãî ðåøåíèÿ: 1) Íà ðàññåèâàþùóþ ëèíçó ïàäàåò ñõîäÿùèéñÿ ïó÷îê ëó÷åé. Ïîñëå ïðîõîæäåíèÿ ëèíçû ëó÷è ïåðåñåêàþòñÿ â íåêîòîðîé òî÷êå À, ëåæàùåé íà ðàññòîÿíèè 15 ñì îò ëèíçû. Åñëè ëèíçó óáðàòü, òî òî÷êà âñòðå÷è ëó÷åé ïåðåìåñòèòñÿ íà 5 ñì áëèæå ê îïðàâå, â êîòîðîé íàõîäèëàñü ëèíçà. Íàéòè ôîêóñíîå ðàññòîÿíèå ëèíçû. 2) Ôîêóñíîå ðàññòîÿíèå ñîáèðàþùåé ëèíçû 10 ñì. Ðàññòîÿíèå îò ïðåäìåòà äî ïåðåäíåãî ôîêóñà ðàâíî 5 ñì. Âûñîòà ïðåäìåòà 2 ñì. Íàéòè âûñîòó èçîáðàæåíèÿ. 3) Îïòè÷åñêàÿ ñèñòåìà ñîñòîèò èç ñîáèðàþùåé ëèíçû ñ ôîêóñíûì ðàññòîÿíèåì F = 30 ñì è ïëîñêîãî çåðêàëà, íàõîäÿùåãîñÿ çà ëèíçîé íà ðàññòîÿíèè 15 ñì îò íå¸. Íàéòè ïîëîæåíèÿ èçîáðàæåíèÿ, äàâàåìîãî ýòîé ñèñòåìîé, åñëè ïðåäìåò íàõîäèòñÿ ïåðåä ëèíçîé íà ðàññòîÿíèè 15 ñì îò íå¸. Ïîñòðîèòü õîä ëó÷åé. 4) Ìíèìîå èçîáðàæåíèå ïðåäìåòà, ïîëó÷àåìîå ñ ïîìîùüþ ëèíçû, â 4,5 ðàçà áîëüøå ñàìîãî ïðåäìåòà. ×åìó ðàâíà îïòè÷åñêàÿ ñèëà ëèíçû, åñëè ïðåäìåò íàõîäèòñÿ îò íå¸ íà ðàññòîÿíèè 3,8 ñì? Îïðåäåëèòü ôèçè÷åñêèé ñìûñë îïòè÷åñêîé ñèëû ëèíçû. 5) Ïðåäìåò íàõîäèòñÿ íà ðàññòîÿíèè 10 ñì îò ïåðåäíåãî ôîêóñà ñîáèðàþùåé ëèíçû, à ýêðàí, íà êîòîðîì ïîëó÷àåòñÿ ÷¸òêîå èçîáðàæåíèå ïðåäìåòà, ðàñïîëîæåí çà çàäíèì ôîêóñîì ëèíçû íà ðàññòîÿíèè 40 ñì îò íåãî. Íàéòè ëèíåéíîå óâåëè÷åíèå ïðåäìåòà. Îáúÿñíèòü ôèçè÷åñêèé ñìûñë ýòîé âåëè÷èíû. Âñå çàäà÷è ñîñòàâëåíû òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû èõ óñëîâèå ìîæíî áûëî ñìîäåëèðîâàòü â êîìïüþòåðíîì ýêñïåðèìåíòå. Ó÷àùèéñÿ, ðåøàÿ çàäà÷è, ìîæåò íå òîëüêî âîñïîëüçîâàòüñÿ ñïåöèàëüíî ðàçðàáîòàííûìè ìåòîäèêàìè ðåøåíèÿ çàäà÷, íî è íàáëþäàòü èçó÷àåìûå ôèçè÷åñêèå ÿâëåíèÿ íà êîìïüþòåðå, ìîæåò íàãëÿäíåå ïðåäñòàâèòü ñåáå óñëîâèå çàäà÷è, ãëóáæå âíèêíóòü â ñóòü óñëîâèÿ çàäà÷è.
93
Ìåòîäèêà ïðåïîäàâàíèÿ ôèçèêè ñ èñïîëüçîâàíèåì êîìïüþòåðíûõ òåõíîëîãèé
Ðåçóëüòàòû ïåäàãîãè÷åñêîãî ýêñïåðèìåíòà Ýêñïåðèìåíò ïî âíåäðåíèþ ìåòîäèêè ïðåïîäàâàíèÿ ôèçèêè ñ ýëåìåíòàìè êîìïüþòåðíûõ òåõíîëîãèé â êîëëåäæå ÄÂÃÓ äà¸ò îñíîâàíèå ñäåëàòü ñëåäóþùèå âûâîäû: Âî-ïåðâûõ, ïðèâëå÷åíèå êîìïüþòåðà â êà÷åñòâå äåìîíñòðàöèîííîãî óñòðîéñòâà â çíà÷èòåëüíîé ñòåïåíè ïîâûøàåò èíòåðåñ è ìîòèâàöèþ ó÷àùèõñÿ ê èçó÷åíèþ ïðåäìåòà. Ðàñøèðÿåò âîçìîæíîñòè íàãëÿäíîãî ïðåäñòàâëåíèÿ è êîìïüþòåðíîãî ìîäåëèðîâàíèÿ èçó÷àåìûõ ÿâëåíèé. Äîïîëíÿåò òåîðåòè÷åñêèé ìàòåðèàë, ïîäãîòàâëèâàåò îáó÷àþùåãîñÿ ê ðàáîòå ñ ðåàëüíûìè ôèçè÷åñêèìè ïðèáîðàìè. Âî-âòîðûõ, èñïîëüçîâàíèå êîìïüþòåðíûõ îáó÷àþùèõ ïðîãðàìì ïîçâîëÿåò ñêîìïåíñèðîâàòü ìîðàëüíî óñòàðåâøåå èëè íåäîñòàþùåå ëàáîðàòîðíîå îáîðóäîâàíèå, â ÷àñòíîñòè ïî ôèçèêå. Âûïîëíèòü ïðåäâàðèòåëüíî ëàáîðàòîðíóþ ðàáîòó íà ìîäåëüíîé óñòàíîâêå ñ òåì, ÷òîáû ïîäãîòîâèòüñÿ ê ðàáîòå â ôèçè÷åñêîé ëàáîðàòîðèè è ïðîâåðèòü îñíîâíûå âûâîäû íà ðåàëüíûõ ïðèáîðàõ. Â-òðåòüèõ, âàæíî è òî, ÷òî â ïðîöåññå èçó÷åíèÿ ôèçèêè, ó÷àùèåñÿ îñâàèâàþò êîìïüþòåð, ïðèîáðåòàþò íàâûêè èñïîëüçîâàíèÿ åãî ïðè ðåøåíèè ïðèêëàäíûõ çàäà÷, ó÷àòñÿ âûïîëíÿòü ÷èñëåííûå ðàñ÷¸òû è îáðàáîòêó ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ ñ ïîìîùüþ ãîòîâûõ ïàêåòîâ êîìïüþòåðíûõ ïðîãðàìì, òàêèõ êàê, íàïðèìåð MAPLE, Borland Delphi, AutoCAD è äð.  öåëîì, èñïîëüçîâàíèå êîìïüþòåðíûõ òåõíîëîãèé â îáðàçîâàíèè äà¸ò óñòîé÷èâóþ òåíäåíöèþ ê ïîâûøåíèþ óðîâíÿ óñâîåíèÿ ìàòåðèàëà, ìîòèâàöèè ê îáó÷åíèþ, ïðèâëåêàòåëüíîñòè ñàìîãî ïðåäìåòà, ÷òî â êîíå÷íîì ñ÷¸òå ïîâûøàåò ýôôåêòèâíîñòü ïðåäëîæåííîé ìåòîäèêè ïî ñðàâíåíèþ ê òðàäèöèîííîé.  êàæäîé ãðóïïå ó÷àùèõñÿ â íà÷àëå ó÷åáíîãî ãîäà ïðîâîäèëàñü ïðîâåðêà îñòàòî÷íûõ çíàíèé, êóäà âêëþ÷àëèñü âîïðîñû êàê òåîðåòè÷åñêîãî, òàê è ïðàêòè÷åñêîãî õàðàêòåðà.  ãðóïïàõ, ïðèõîäÿùèõ â êîëëåäæ ÄÂÃÓ ïîñëå ñðåäíåé øêîëû, êà÷åñòâî îñòàòî÷íûõ çíàíèé (ñðåäíèé áàë ≈ 2,7 – 3,2) áûëî âåñüìà íèçêèì (òàáëèöà ¹ 2 è äèàãðàììà ¹ 1). Ýòî ñâèäåòåëüñòâóåò î íåäîñòàòî÷íîé ýôôåêòèâíîñòè ïðåïîäàâàíèÿ ôèçèêè â ñðåäíèõ ó÷åáíûõ çàâåäåíèÿõ. Òàáëèöà 2
Средний бал учащихся по физике, пришедших из средних учебных заведений при проверке остаточных знаний в начале учебного года (по пятибалльной шкале) 8 êëàññ
9 êëàññ
10 êëàññ
11 êëàññ
1997
2,9
2,8
3,1
3,2
1998
2,7
3,0
3,2
3,1
1999
3,1
2,9
3,1
3,2
2000
3,2
3,1
3,0
3,0
94
Â.Ô. Åôèìåíêî, Í.À. Ñìàëü, Ñ.Ì. Êóùåíêî
Äèàãðàììà ¹1
Средний бал учащихся по физике, пришедших из средних учебных заведений при проверке остаточных знаний в начале учебного года (по пятибальной шкале) 5 4,5
баллы
4 3,5
8 класс
9 класс
10 класс
11 класс
3 2,5 2 1997
1998
1999
2000
годы
Íàðÿäó ñ ýòèì, â ãðóïïàõ, êîòîðûå îáó÷àëèñü â êîëëåäæå ÄÂÃÓ è ïåðåøëè íà ñòàðøóþ ñòóïåíü, óðîâåíü îñòàòî÷íûõ çíàíèé (ñðåäíèé áàë ≈ 4,0 – 4,4) îñòà¸òñÿ ñðàâíèòåëüíî âûñîêèì (òàáëèöà ¹ 3 è äèàãðàììà ¹ 2). Ýòî â ñâîþ î÷åðåäü ïîäòâåðæäàåò ýôôåêòèâíîñòü ïðèìåíÿåìûõ ìåòîäîâ îáó÷åíèÿ â êîëëåäæå ÄÂÃÓ. Òàáëèöà ¹ 3
Средний бал учащихся по физике, продолжающих обучение в колледже ДВГУ при проверке остаточных знаний в начале учебного года (по пятибалльной шкале) 8 êëàññ
9 êëàññ
10 êëàññ
11 êëàññ
1997
4,1
4,0
4,1
4,0
1998
4,0
4,1
4,2
4,1
1999
4,2
4,2
4,0
4,3
2000
4,3
4,3
4,4
4,4
Ìåòîäèêà ïðåïîäàâàíèÿ ôèçèêè ñ èñïîëüçîâàíèåì êîìïüþòåðíûõ òåõíîëîãèé
95
Äèàãðàììà ¹ 2
Средний бал учащихся по физике, обучавшихся в колледже ДВГУ при проверке остаточных знаний в начале учебного года (по пятибальной шкале)
5 4,8 4,6
баллы
4,4 4,2 4
8 класс
3,8
9 класс
3,6
10 класс
3,4
11 класс
3,2 3 1997
1998
1999
2000
годы
 òå÷åíèå ó÷åáíîãî ãîäà ïðåïîäàâàíèå ôèçèêè â êîëëåäæå ÄÂÃÓ âåä¸òñÿ êàê ïî òðàäèöèîííîé ìåòîäèêå, òàê è ñ èñïîëüçîâàíèåì êîìïüþòåðíûõ òåõíîëîãèé. Áåðóòñÿ äâà êëàññà îäíîé ïàðàëëåëè è ñ íèìè ïðîâîäÿò ëåêöèè, ñåìèíàðû, ðåøåíèå çàäà÷, ôèçè÷åñêèå ïðàêòèêóìû.  îäíîì èç íèõ (êîíòðîëüíûé - Ê) ïðèìåíåíèå êîìïüþòåðíûõ òåõíîëîãèé ñâåäåíî äî ìèíèìóìà, â äðóãîì (ýêñïåðèìåíòàëüíîì - Ý) êîìïüþòåðíûå òåõíîëîãèè ïðèìåíÿþòñÿ âî âñåõ ôîðìàõ ó÷åáíîãî ïðîöåññà.  êîíöå ãîäà ïðîâîäèòñÿ êîíòðîëüíûé ñðåç, êîòîðûé äà¸ò ñâåäåíèÿ î ñòóäåíòàõ êîëëåäæà ÄÂÃÓ, îáó÷àþùèõñÿ ïî ýêñïåðèìåíòàëüíîé ìåòîäèêå (Ý) è ïî ñòàíäàðòíîé ïðîãðàììå (Ê).  òàáëèöå ¹ 4 ïðèâîäÿòñÿ äàííûå çà ïîñëåäíèå 4 ãîäà. Âî âðåìÿ ïðîâåäåíèÿ èòîãîâîé êîíòðîëüíîé ðàáîòû îáðàùàåòñÿ îñîáîå âíèìàíèå íà êà÷åñòâî óñâîåíèÿ òåîðåòè÷åñêîãî ìàòåðèàëà, óìåíèå èñïîëüçîâàòü åãî ïðè ðåøåíèè çàäà÷, ïîñòàíîâêå è ïðîâåäåíèè ôèçè÷åñêîãî ïðàêòèêóìà, íà ãðàìîòíóþ èíòåðïðåòàöèþ îñíîâíûõ ôèçè÷åñêèõ îïðåäåëåíèé è ïîíÿòèé.
96
Â.Ô. Åôèìåíêî, Í.À. Ñìàëü, Ñ.Ì. Êóùåíêî
Òàáëèöà ¹ 4
Средний бал учащихся, обучающихся по стандартной программе (К) и с использованием компьютерных технологий (Э) (по пятибалльной шкале) 7
7
8
8
9
9
10
10
11
11
(К)
(Э)
(К)
(Э)
(К)
(Э)
(К)
(Э)
(К)
(Э)
1997
4,58
4,8
4,6
4,82
4,62
4,78
4,6
4,79
4,6
4,79
1998
4,6
4,85
4,65
4,85
4,68
4,83
4,67
4,84
4,65
4,84
1999
4,65
4,88
4,69
4,91
4,7
4,87
4,7
4,89
4,69
4,89
2000
4,7
4,93
4,72
4,95
4,72
4,93
4,72
4,94
4,72
4,95
Ïðîàíàëèçèðóåì êà÷åñòâî îáó÷åíèÿ â êîëëåäæå ÄÂÃÓ íà ïðèìåðå11 êëàññà çà 1999 – 2000 ó÷åáíûé ãîä (íà 20 èþíÿ 2000 ã.) Äèàãðàììà 3
Средний бал учащихся по физике, обучавшихся в колледже ДВГУ при проверке остаточных знаний в начале учебного года (по пятибальной шкале)
5 4,8 4,6
баллы
4,4 4,2 4
8 класс
3,8
9 класс
3,6
10 класс
3,4
11 класс
3,2 3 1997
1998
1999 годы
2000
Ìåòîäèêà ïðåïîäàâàíèÿ ôèçèêè ñ èñïîëüçîâàíèåì êîìïüþòåðíûõ òåõíîëîãèé
97
Òàêèì îáðàçîì, óðîâåíü îñòàòî÷íûõ çíàíèé ó øêîëüíèêîâ, îáó÷àþùèõñÿ â êîëëåäæå ÄÂÃÓ îñòà¸òñÿ íà äîñòàòî÷íî âûñîêîì óðîâíå, òîãäà êàê ðåáÿòà, ïðèøåäøèå â êîëëåäæ ÄÂÃÓ èç ñðåäíèõ øêîë èìåþò äîâîëüíî ñëàáóþ ïîäãîòîâêó. Ýòî ïðîÿâëÿåòñÿ â óìåíèè ðåøàòü çàäà÷è, â ïðîâåäåíèè ôèçè÷åñêîãî ïðàêòèêóìà, â çíàíèè òåîðåòè÷åñêîãî ìàòåðèàëà è óìåíèè ïîëüçîâàòüñÿ èì. Ó÷àùèåñÿ êîëëåäæà ÄÂÃÓ â íà÷àëå ó÷åáíîãî ãîäà îáëàäàþò áîëüøèì ïîòåíöèàëîì, ÷òî âî ìíîãîì îïðåäåëÿåò óñïåõ èõ äàëüíåéøåãî îáó÷åíèÿ íà ñòàðøèõ ñòóïåíÿõ â êîëëåäæå è â ÄÂÃÓ.  òåõ æå ãðóïïàõ ãäå îáó÷åíèå âåä¸òñÿ ñ ïðèìåíåíèåì íîâåéøèõ êîìïüþòåðíûõ òåõíîëîãèé, ðåçóëüòàòû îáó÷åíèÿ â ñðåäíåì íà äâå – òðè äåñÿòûõ áàëà âûøå, ÷åì â êîíòðîëüíîì êëàññå. Òî åñòü îòìå÷àåòñÿ òåíäåíöèÿ ê óâåëè÷åíèþ ðîñòà êà÷åñòâà îáó÷åíèÿ ñòóäåíòîâ è øêîëüíèêîâ, èõ óðîâíÿ çíàíèé â ãðóïïàõ ñ èñïîëüçîâàíèåì êîìïüþòåðíûõ òåõíîëîãèé. À ýòî â ñâîþ î÷åðåäü ïîäòâåðæäàåò ýôôåêòèâíîñòü ïðåäëàãàåìîé ìåòîäèêè ïðåïîäàâàíèÿ ôèçèêè, ñâèäåòåëüñòâóåò î íåîáõîäèìîñòè øèðå è ðàçíîîáðàçíåå âíåäðÿòü â ó÷åáíûé ïðîöåññ íîâåéøèå êîìïüþòåðíûå òåõíîëîãèè.
