Методика применения электронного учебного пособия в изучении темы "Баллистическое движение"

В результате соединения информационных и коммуникационных технологий создается новая среда знаний. Приходит время, когда важным фактором становится владение техникой интеллектуальной работы, порождающей творчество.

Значение современных информационных и мультимедийных технологий в их универсальности и многофункциональности. Но при всех своих больших возможностях эти технологии предоставляют собой только средства, потенциально позволяющие сделать более эффективной деятельность обучающего. В том, как раскрыть этот потенциал для образовательного процесса, и состоит главная многоплановая проблема совершенствования образования на базе информационных технологий.

2. Использование персонального компьютера на уроках физики

Мультимедийные программы с интерактивным интерфейсом, снабженные графическим, видео- и звуковым сопровождением, превращают работу пользователя в творческий труд, приносящий удовлетворение. Это чувство особенно ценно в процессе познания. Наступило время революционных преобразований в кропотливом труде школьника и учителя, на смену традиционным техническим средствам обучения ( эпи - и диа -проекции, кинофрагментам, магнитофонным аудио- и видео- записям), приходит инструмент, который способен заменить все выше перечисленные ТСО, превзойдя их по качеству. Скептики возразят, что сегодня персональный мультимедийный компьютер слишком дорог, чтобы им укомплектовать средние учебные заведения. Однако, персональный компьютер - детище прогресса, а прогресс, как известно, временные экономические трудности остановить не могут (затормозить - да, остановить - никогда). Чтобы не отстать от современного уровня мировой цивилизации, следует внедрять его по возможности и в наших, российских школах.

2.1 Исторические сведения

Итак, компьютер из экзотической машины превращается в еще одно техническое средство обучения, пожалуй, самое мощное и самое эффективное из всех существовавших до сих пор технических средств, которыми располагал учитель.

Хорошо известно, что курс физики средней школы включает в себя разделы, изучение и понимание которых требует развитого образного мышления, умения анализировать, сравнивать. В первую очередь речь идет о таких разделах, как "Молекулярная физика", некоторые главы "Электродинамики", "Ядерная физика", "Оптика" и др. Строго говоря, в любом разделе курса физики можно найти главы, трудные для понимания.

Как показывает многолетний опыт работы, учащиеся средних школ, а в особенности ученики гуманитарных школ, не владеют необходимыми мыслительными навыками для глубокого понимания явлений, процессов, описанных в данных разделах. В таких ситуациях на помощь преподавателю приходят современные технические средства обучения и, в первую очередь, - персональный компьютер.

Идея использования персонального компьютера для моделирования различных физических явлений, демонстрации устройства и принципа действия физических приборов, у авторов возникла несколько лет назад, как только вычислительная техника появилась в школе. Уже первые уроки с использованием компьютера показали, что с их помощью можно решить ряд проблем, всегда существовавших в преподавании школьной физики.

Перечислим некоторые из них. Многие явления в условиях школьного физического кабинета не могут быть продемонстрированы. К примеру, это явления микромира, либо быстро протекающие процессы, либо опыты с приборами, отсутствующими в кабинете. В результате учащиеся испытывают трудности в их изучении, так как не в состоянии мысленно их представить. Компьютер может не только создать модель таких явлений, но также позволяет изменять условия протекания процесса, "прокрутить" с оптимальной для усвоения скоростью.

Физика - наука экспериментальная. Изучение физики трудно представить без лабораторных работ. К сожалению, оснащение физического кабинета не всегда позволяет провести программные лабораторные работы, не позволяет вовсе ввести новые работы, требующие более сложного оборудования. На помощь приходит персональный компьютер, который позволяет проводить достаточно сложные лабораторные работы. В них ученик может по своему усмотрению изменять исходные параметры опытов, наблюдать, как изменяется в результате само явление, анализировать увиденное, делать соответствующие выводы.

Изучение устройства и принципа действия различных физических приборов - неотъемлемая часть уроков физики. Обычно, изучая тот или иной прибор, учитель демонстрирует его, рассказывает принцип действия, используя при этом модель или схему. Но часто учащиеся испытывают трудности , пытаясь представить всю цепь физических процессов, обеспечивающих работу данного прибора. Специальные компьютерные программы позволяют "собрать" прибор из отдельных деталей, воспроизвести в динамике с оптимальной скоростью процессы, лежащие в основе принципа его действия. При этом возможно многократное "прокручивание" мультипликации.

Безусловно, компьютер можно применять и на уроках других типов: при самостоятельном изучении нового материала, при решении задач, во время контрольных работ.

Занимаясь разработкой компьютерных уроков, авторы ознакомились с работой, проводимой в этом направлении коллегами - учителями школ города Тамбова. Используя их опыт, мы особое внимание обратили на уроки изучения нового материала, уроки закрепления и уроки повторения. Кажется, именно на таких уроках с помощью компьютера задача развития образного мышления , а на его основе - логического мышления, может быть решена наилучшим образом.

Необходимо также отметить, что использование компьютеров на уроках физики превращает их в настоящий творческий процесс, позволяет осуществить принципы развивающего обучения.

Несколько слов нужно сказать о разработке компьютерных уроков. Нам известны пакеты программ по "школьной" физике, разработанные в Воронежском университете, на физмате МГУ, имеется в распоряжении авторов и получивший широкую известность электронный учебник на лазерном диске "Физика в картинках". Большинство из них сделано профессионально, имеют красивую графику, содержат хорошие мультипликации, они многофункциональны, словом, имеют массу достоинств. Но в большинстве своем они не вписываются в канву данного конкретного урока. С их помощью невозможно достичь всех целей, поставленных учителем на уроке.

Проведя первые компьютерные уроки, мы пришли к выводу, что они требуют особой подготовки. К таким урокам мы стали писать сценарии, органично "вплетая" в них и настоящий эксперимент, и виртуальный ( т.е. реализованный на экране монитора ). Особенно хочется отметить, что моделирование различных явлений ни в коем случае не заменяет настоящих, "живых" опытов, но в сочетании с ними позволяет на более высоком уровне объяснить смысл происходящего. Опыт нашей работы показывает, что такие уроки вызывают у учащихся настоящий интерес, заставляют работать всех, даже слабых ребят. Качество знаний при этом заметно возрастает.

Примеры использования компьютерной технологии на уроке в качестве ТСО можно продолжать достаточно долго. Мне видится курс физики средней школы будущих десятилетий базирующимся на профессионально разработанной компьютерной поддержке, содержащей максимум потенциальных возможностей этой "чудо - техники ". Пример тому - уже существующие электронные учебники по физике, ориентированные на индивидуального пользователя: "Физика в картинках", "С1: Репетитор", "Открытая физика" фирмы Физикон и другие разработки, выполненные на оптических дисках.

В качестве заключения авторы повторяют мысль, с которой начинали свое повествование: настало время вооружить учителя новым инструментом и результат незамедлительно скажется в последующих поколениях.

2.2 Варианты построения занятий с использованием электронного учебника

Электронный учебник используется при изучении нового материала и его закреплении (30 мин. работы за компьютером). Обучающихся сначала опрашивают по традиционной методике или с помощью печатных текстов. При переходе к изучению нового материала учащиеся садятся у компьютера, включают его и начинают работать со структурной формулой и структурными единицами параграфа под руководством и по плану преподавателя.

Электронная модель учебника может использоваться на этапе закрепления материала. На данном уроке новый материал изучается обычным способом, а при закреплении все обучающиеся 10-15 мин. под руководством преподавателя соотносят полученные знания с формулой параграфа.

В рамках комбинированного занятия с помощью электронного учебника осуществляется повторение и обобщение изученного материала (20-25мин.). Такой вариант предпочтительнее для занятий итогового повторения, когда по ходу занятия требуется «пролистать» содержание нескольких параграфов, выявить родословную понятий, повторить наиболее важные факты и события, определить причинно следственные связи. На таком уровне обучающиеся должны иметь возможность поработать сначала сообща (по ходу объяснения преподавателя), затем в парах (по заданию преподавателя), наконец, индивидуально (по очереди).

Отдельные занятия могут быть посвящены самостоятельному изучению нового материала и составлению по его итогам своей структурной формулы параграфа. Такая работа проводится в группах учащихся (3-4 человека). В заключение занятия (15 мин.) учащиеся обращаются к электронной формуле параграфа, сравнивая её со своим вариантом. Тем самым происходит приобщение учащихся к исследовательской работе на занятии.

Электронный учебник используется как средство контроля усвоения учащимися понятий. В состав электронного учебника входят контрольные вопросы. Результаты опроса учащихся по каждому предмету фиксируются и обрабатываются. Данные могут использоваться учащимся, преподавателем, методическими службами и администрацией. Процент правильных ответов даёт учащемуся представление о том, как он усвоил учебный материал, при этом он может посмотреть, какие структурные единицы им усвоены не в полной мере, и впоследствии дорабатывать этот материал. Таким образом, учащийся в какой-то мере может управлять процессом учения.

Преподаватель, в свою очередь на основе полученной информации также имеет возможность управлять процессом обучения. Результаты группы по содержанию в целом позволяю преподавателю увидеть необходимость организации повторения по этой или иной структурной единице для достижения максимального уровня обученности. Рассматривая результаты отдельных учащихся по структурным единицам, можно сделать аналогичные выводы по каждому отдельному учащемуся и принять соответствующие методические решения в плане индивидуальной работы. Наконец, можно проследить динамику обучения ученика по предмету. Стабильно высокие результаты некоторых учеников даёт учителю возможность выстроить для них индивидуальную предметную траекторию.

Методическим объединениям и кафедрам преподавателей чаще интересны результаты обучения по содержанию. Они получают полную информацию об усвоении каждой структурной единицы учениками всей параллели. На основе таких данных выявляется материал, который вызвал затруднения у учащихся, что позволяет на заседаниях кафедр и в рамках творческих групп разрабатывать методические рекомендации по преодолению этих трудностей. Для администрации система педагогического мониторинга позволяет отслеживать уровень знаний учащихся по предметам, видеть его динамику, активизировать методическую работу педагогов по конкретным проблемам содержания образования, контролировать оптимальность учебного плана и на основе данных педагогического мониторинга осуществлять его корректировку.

Информационная технология открывает для учащихся возможность лучше осознать характер самого объекта, активно включиться в процесс его познания, самостоятельно изменяя как его параметры, так и условия функционирования. В связи с этим, информационная технология не только может оказать положительное влияние на понимание школьниками строения и сущности функционирования объекта, но, что более важно, и на их умственное развитие. Использование информационной технологии позволяет оперативно и объективно выявлять уровень освоения материала учащимися, что весьма существенно в процессе обучения.

2.3 Применение компьютера на уроках физики в старших классах

Цель: Повышение эффективности обучения физике старшеклассников.

Задачи:

1. Развивать творческие способности школьников, умение анализировать, моделировать, прогнозировать, творчески мыслить.

2. Повышать интерес к изучению физики.

3. Совершенствовать практические навыки учеников в работе на ПК.

4. Сформировать умение учащихся получать знания самостоятельно, работая с обучающими программами на компьютере.

5. Осуществлять дифференцированный подход к учащимся при обучении физике, используя компьютер.

План:

1. Использование основных направлений информационных технологий в учебном процессе. (Актуальность выбранной темы, обоснование её необходимости)

2. Инструментарий компьютерного моделирования. (Основные понятия информационного и компьютерного моделирования, педагогические программные средства, используемые в 10 - 11 классах на уроках физики).

3. Планирование уроков физики в старших классах. (Типы уроков, возможность применения на них компьютера).

4. Выводы. (Результаты работы над - этой темой, тематическое и поурочное планирование, разработки уроков, раздаточный материал, задачи).

“Для решения задачи развития творческих способностей школьников при обучении физике необходимо прежде всего знать особенности творческого процесса в развитии этой науки и её технического применения”. (В.Г.Разумовский) Характерная черта народного образования в России - постоянное совершенствование учебно-воспитательного процесса вместе с развитием общества и созданием единой системы непрерывного образования. Реформация школы направлена на то, чтобы привести содержание образования в соответствие с современным уровнем научного знания, повысить эффективность всей учебно-воспитательной работы и подготовить учащихся к труду в условиях ускорения НТП, авангардные рубежи которого определены как электронизация народного хозяйства, комплексная автоматизация, ускоренное развитие атомной энергетики, безотходной технологии. Электроника и вычислительная техника становятся компонентами содержания обучения физике и математике, средствами оптимизации и повышения эффективности учебного процесса, а также способствуют реализации многих принципов развивающего обучения. Нужен ли компьютер на уроках физики? Какова его роль на уроках физики? Его применение принесёт пользу или вред? На эти вопросы продолжаются споры педагогов, психологов и медиков.Компьютеризация идёт такими темпами, что спустя несколько лет компьютеры будут в любой школе. Поэтому именно сейчас необходимо разрабатывать методические рекомендации по применению компьютера на уроках, обоснования по междисциплинарному взаимодействию. В первую очередь, необходимо создать электронные учебные программы, которые должны соответствовать школьной программе, и методические пособия по их использованию, электронные учебники, задачники, репетиторы с удобным и понятным для каждого интерфейсом. Многое из перечисленного уже издано и даже направлено в школы, теперь остаётся всё это освоить и научить педагогов разных предметов применять электронные учебные пособия на своих уроках.ФИЗИКА - наука, в которой математическое моделирование является важным методом исследования. Сегодня кроме теоретической и экспериментальной физики можно выделить третий раздел - вычислительную физику. Одним из наиболее перспективных направлений использования информационных технологий в физическом образовании является компьютерное моделирование физических процессов и явлений. Компьютерные модели легко вписываются в традиционный урок, позволяя учителю продемонстрировать на экране компьютера многие физические эффекты, а также позволяют организовать новые нетрадиционные виды учебной деятельности. При грамотном использовании компьютерных моделей физических явлений можно достигнуть многого из того, что требуется для неформального усвоения курса физики и для формирования физической картины мира. Компьютер помогает сделать это и в неблагоприятных условиях, таких как:

· отсутствие интереса к предмету у ученика, когда он считает, что физика в дальнейшем ему не будет нужна;

· отсутствие способностей к изучению точных наук;

· нехватка лабораторного оборудования в школе для демонстрации эксперимента.

Для эффективного вовлечения учащихся в учебную деятельность с использованием компьютерных моделей необходимы индивидуальные раздаточные материалы с заданиями и вопросами различного уровня сложности. Эти материалы могут содержать следующие виды заданий:

1. Ознакомительное задание. (Назначение модели, управление экспериментом, задания и вопросы по управлению моделью).

2. Компьютерные эксперименты. (Провести простые эксперименты по данной модели по предложенному плану, вопросы к ним и результаты измерений).

3. Экспериментальное задание. (Спланировать и провести ряд компьютерных экспериментов).

4. Тестовые задания. (Выбрать правильный ответ, используя модель)

5. Исследовательское задание. (Провести эксперимент, доказывающий некоторую предложенную закономерность, или опровергающий её; самостоятельно сформулировать ряд закономерностей и подтвердить их экспериментом.

6. Творческое задание. (Придумать задачу, решить её, поставить эксперимент для проверки полученных ответов).

Значительное число компьютерных моделей, охватывающих почти весь школьный курс физики, содержится в учебных электронных изданиях: “Физика в картинках”, “Открытая физика”, “Живая физика”. Существуют большие возможности моделирования физических задач в среде MS Excel. Программной средой компьютерного моделирования являются языки программирования. На своих уроках я использую программу “Открытая физика” (Open Physics 1.1). Принципы применения компьютерной модели на уроке:

1. Модель явления необходимо использовать лишь в том случае, когда невозможно провести эксперимент, или когда это явление протекает очень быстро и за ним невозможно проследить детально.

2. Компьютерная модель должна помогать разбираться в деталях изучаемого явления или служить иллюстрацией условия решаемой задачи.

3. В результате работы с моделью ученики должны выявить как качественные, так и количественные зависимости между величинами, характеризующими явление.

4. При работе с моделью необходимо предлагать ученикам задания разного уровня сложности, содержащие элементы самостоятельного творчества. На уроках я использую другие учебные программы: “Уроки физики 10 класс”, “Уроки физики 11 класс” (Из серии “Виртуальная школа Кирилла и Мефодия”), “Репетитор -физика”, электронные задачники [9].

Планирование уроков физики с применением компьютера нужно начинать с тщательного изучения возможностей программных учебных продуктов. Компьютер может быть применён на любом уроке, поэтому необходимо спланировать, что и когда применить для более эффективного результата. Для этого я использую такие формы проведения урока, как урок - лекция, урок- зачёт, обобщающий урок, урок - исследование, урок - деловая игра, интегрированный урок, урок - семинар, урок решения задач в среде MS Excel, с помощью языков программирования и в обучающих программах. Применение компьютерных программ, проведение перечисленных уроков позволяют мне успешно сочетать уроки на компьютерах с обычными уроками физики, что обеспечивает своевременное выполнение учебного плана. Опыт использования мною компьютера на уроках в 10, 11 классах позволяет предложить следующие принципы компьютерной поддержки уроков физики [10]:

1. Компьютер не может полностью заменить учителя. Только учитель имеет возможность заинтересовать учеников, пробудить в них любознательность, завоевать их доверие, он может направить их внимание на те или иные аспекты изучаемого предмета, вознаградить их усилия и заставить учиться.

2. Методика проведения урока физики с использованием компьютера зависит от подготовленности учителя и от программ, обеспечивающих компьютерную поддержку.

3. Реальный эксперимент необходимо проводить всегда, когда это возможно, а компьютерную модель следует использовать, если нет возможности показать данное явление.

2.3 Невозможно использовать компьютер на каждом уроке, т.к. это приведёт к нарушению санитарных норм и повлечёт ухудшение здоровья школьников. Мною разработано тематическое планирование уроков физики с использованием компьютера в 10, 11 классах. Имеются поурочные планы по разным темам курса физики 11 класса. Подготовлен раздаточный материал - инструкции по исследованию компьютерных моделей. Составлены задачи в электронных таблицах для учащихся 10-11 классов. Написаны программы на языках Q-Basic и Turbo Pascal, решающие физические задачи и демонстрирующие физические процессы. Написана программа тестирования и составлены тесты для учеников 11 класса. Проведено анкетирование старшеклассников, выявляющее их интересы по изучению физики с применением компьютера [11-14].

2.4 Разработка урока «Баллистическое движение»

Тип урока: изучение нового материала.

Задачи урока:

Образовательные:

К концу урока учащиеся должны:

знать

· понятие баллистического движения;

· особенности баллистического движения;

· график баллистического движения;

· закон баллистического движения

уметь:

· описывать, объяснять наблюдения и фундаментальные опыты, оказавшие существенное влияние на развитие физики;

· иллюстрировать роль физики в создании важнейших технических объектов.

Развивающие:

· способствовать развитию речи;

· интеллектуальных и творческих способностей в процессе приобретения знаний и умений по физике с использованием современных информационных технологий.

Воспитательные:

· способствовать формированию:

· познавательного интереса к предмету;

· мировоззрения учащихся.

Техническое оснащение урока:

· Компьютерный класс;

· Мультимедийный проектор, экран;

Программное обеспечение:

· учебное электронное издание «Открытая физика. Версия 2.6.» Часть 1 - раздел механика.

Лабораторная работа «Движение тела, брошенного под углом к горизонту».

Создание настроя учащихся

Слово учителя: В многочисленных войнах на протяжении всей истории человечества, враждующие стороны, доказывая свое превосходство, использовали сначала камни, копья и стрелы, а затем и ядра, снаряды

и бомбы.

Успех сражения во многом определялся точностью попадания в цель. При этом точный бросок камня, поражение противника летящим копьем или стрелой фиксировалось воином визуально. Это позволяло (при соответствующей тренировке) повторять свой успех в следующем сражении.

Значительно возросшая с развитием техники скорость и соответственно дальность полета снарядов и пуль сделали возможными дистанционные сражения. Однако разрешающей способности глаза было недостаточно для точного попадания в цель.

До XVI века артиллеристы пользовались таблицами, в которых на основе практических наблюдений были указаны углы, ветер, дальность полета, но меткость попадания была очень низкой. Возникла проблема научного предсказания - как достигнуть высокой меткости попадания снаряда.

Впервые разрешить эту проблему удалось великому астроному и физику Галилео Галилею, исследования которого стимулировали появление баллистики (от греческого слова ballo - бросаю). Баллистика - раздел механики, изучающий движение тел в поле силы тяжести Земли.

Изучение нового материала

Итак, как вы уже, наверное, догадались, тема нашего урока: «Баллистическое движение», цель: изучить баллистическое движение, исследуя экспериментально его особенности.

Заслугой Галилео Галилея стало то, что он впервые предложил рассматривать баллистическое движение как сумму простых, в частности, он предложил данное движение представить как результат сложения двух прямолинейных движений: равномерного движения по оси Ох и равнопеременного движения по оси Оу.

Для описания баллистического движения в качестве первого приближения удобнее всего ввести идеализированную компьютерную модель, в данном случае модель «Движение тела, брошенного под углом к горизонту» на компьютере.

В условиях данной модели тело будем рассматривать как материальную точку, движущуюся с постоянным ускорением свободного падения, при этом пренебрегая изменением высоты подъема тела, сопротивлением воздуха, кривизной поверхности Земли, ее вращением вокруг собственной оси.

Это приближение существенно облегчает расчет траектории тел. Однако такое рассмотрение имеет определенные границы применимости. Например, при полете межконтинентальной баллистической ракеты нельзя пренебрегать кривизной поверхности Земли. При свободном падении тел нельзя не учитывать сопротивление воздуха. Но для достижения поставленной цели в условиях данной модели мы можем пренебречь вышеуказанными величинами.

Итак, посмотрим внимательно на модель. Какие параметры мы имеем возможность изменять?

Ответ учащихся: Модель позволяет изменять:

· во-первых, начальную скорость;

· во-вторых, начальную высоту;

· в-третьих, угол направления движения тела.

Слово учителя: Верно. С помощью данной модели мы постараемся решить экспериментально первую задачу, которую ставил перед собой Галилео Галилей, т. е. попытаемся выяснить, какова форма траектории баллистического движения. Для этого зададим первоначальные значения параметров модели: скорость, равную 25 м/с; угол, равный 300. Выберем точку вылета снаряда в начале отсчета, для этого выставим значение высоты равное нулю. Теперь посмотрим эксперимент. Что представляет собой траектория баллистического движения?

Ответ учащихся: Траекторией баллистического движения является парабола.

Слово учителя: правильно! Но можем ли мы сделать окончательный вывод о том, что форма баллистической траектории является парабола?

Ответ учащихся: Нет. Необходимо проверить правильность высказанной Галилеем гипотезы, произведя несколько экспериментов, изменяя каждый раз параметры модели.

Слово учителя: Хорошо! Давайте вначале изменим угол направления движения снаряда. Для этого изменим, данный параметр на модели, т. е. вместо 300, выставим 200. А остальные величины оставим неизмененными. Рассмотрим эксперимент. Изменилась ли форма траектории баллистического движения?

Ответ учащихся: Нет, форма траектории осталась прежней.

Слово учителя: Теперь попробуем увеличить значение угла до 400,оставив остальные параметры. Посмотрим, что происходит с формой траектории?

(Ставит эксперимент.)

Ответ учащихся: Форма траектории остается прежней.

Слово учителя: Давайте посмотрим, измениться ли ее форма, если мы будем уменьшать или увеличивать другие параметры модели. Например, увеличим скорость движения снаряда до 40 м/с, оставив угол и высоту прежними, и пронаблюдаем за движением снаряда. Изменилась ли траектория баллистического движения?

Ответ учащихся: Нет. Форма траектории не меняется.

Слово учителя: А сейчас уменьшим значение скорости движения до 15 м/с, оставив значение угла и высоты прежними. Пронаблюдаем, изменится ли при этом форма траектории?

Ответ учащихся: Форма траектории не изменяется.

Слово учителя: Как вы думаете, изменится ли форма траектории, если мы будем уменьшать либо увеличивать значение высоты подъема тела?

Ответ учащихся: Наверное, форма траектории останется прежней.

Слово учителя: Проверим это с помощью компьютерного эксперимента. Для этого изменим, значение высоты подъема снаряда до 15м. Внимательно проследим за траекторией движения снаряда. Какова ее форма?

Ответ учащихся: Форма траектории по-прежнему - парабола.

Слово учителя: Итак, можем ли мы на основе всех проделанных опытов сделать окончательный вывод об изменении формы траектории баллистического движения?

Ответ учащихся: Изменив все параметры, мы доказали экспериментально, что при любых значениях угла, высоты, скорости движения снаряда форма траектории остается неизменной.

Слово учителя: Таким образом, первая задача нами решена. Гипотеза Галилео Галилея оказалась верной - формой траектории баллистического движения является парабола. Но Галилей также предложил баллистическое движение рассматривать как результат сложения двух прямолинейных движений: равномерного по оси Ох и равнопеременного по оси ау.

Поэтому второй нашей с вами задачей будет: доказать экспериментально справедливость гипотезы Галилея, т. е. убедится в том, что движение по оси Ох является действительно равномерным. Если движение является равномерным, то какой, по вашему мнению, параметр должен оставаться неизменным?

Ответ учащихся: Скорость, так как равномерное движение - это движение с постоянной скоростью.

Слово учителя: Верно! Это означает, что проекция скорости на ось Ох Uх останется неизменной. Итак, исследуем движение снаряда, выпущеного из начала координат (т. е. высота равна нулю) в режиме «Стробоскоп», имеющимся на модели, так как именно в этом режиме на траектории через равные промежутки времени указывается направление вектора скорости выпущенного снаряда и его проекции на горизонтальную и вертикальную оси: Uх, Uу. Зададим скорость, равную 25 м/с. Какие параметры мы должны изменять, проводя экспериментальное доказательство?

Ответ учащихся: Мы должны менять угол и высоту.

Слово учителя: Хорошо! Зададим угол движения снаряда, равный 450, а значение высоты, равное нулю. Пронаблюдаем за проекцией скорости на ось Ох - Uх. Что с ней происходит во время движения?

Ответ учащихся: Она останется постоянной.

Слово учителя: То есть движение по оси Ох в данном случае является равномерным. Уменьшим значение угла вылета снаряда до 150. Является ли теперь движение по оси Ох равномерным при условии, что высота подъема останется прежней?

Ответ учащихся: Да. Движение по оси Ох по-прежнему является равномерным.

Слово учителя: Увеличим высоты подъема тела до 20 м, а угол оставим прежним. Какое движение совершает тело по оси Ох?

Ответ учащихся: Снаряд совершает равномерное движение по оси Ох.

Слово учителя: Итак, мы попробовали изменить все параметры, но при этом мы задали лишь один модуль скорости, равный 25 м/с. Попробуем проделать вышеописанные действия, задав другое значение модуля скорости, например, равное 10 м/с (рассуждения проводятся по аналогии, как при значении х= 25 м/с).

Какой вывод можно сделать о характере движения вдоль оси Ох, пронаблюдав несколько экспериментов, изменяя каждый раз значения параметров модели?

Ответ учащихся: Экспериментально мы доказали верность гипотезы Галилея о том, что движение тела вдоль оси Ох является равномерным.

Слово учителя: Верно! Тем самым мы решили вторую познавательную задачу. Третья задача заключается в доказательстве справедливости гипотезы, высказанной Галилеем, о том, что движение вдоль оси Оу является равнопеременным. Какие параметры мы должны изменять в данном случае?

Ответ учащихся: Мы будем изменять угол, высоту и скорость движения снаряда.

Слово учителя: Хорошо! Тогда зададим первоначальные значения: угла равное 150, высоты - равной 10 м и скорости - равной 20 м/с. Пронаблюдаем, что происходит со значением скорости и величиной вектора скорости движения снаряда? Для этого один из ребят в классе поможет мне зафиксировать значения проекции вектора скорости на ось Оу - ху через равные промежутки времени, например, через каждые 0,5 секунд.

(Проводят опыт, фиксируя значения на доске.) t, с

0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

Uу, м/с

Слово учителя: Сравним эти значения между собой, для этого найдем разницу: из U2 вычтем U1, из U3 вычтем сумму U2 + U1 и т. д. Что мы видим, сравнив значения проекции скорости на ось Оу через равные промежутки времени?

Ответ учащихся: Эти значения равны между собой.

Слово учителя: Правильно. А сейчас еще раз внимательно посмотрите эксперимент и ответьте на вопрос: как изменяется вертикальная составляющая вектора скорости ху до точки, показывающей максимальную высоту подъема тела, и после того, как тело прошло через эту точку?

Ответ учащихся: Вначале движения до точки hмах, значение проекции скорости на ось Оу - Uу уменьшается до нуля, затем увеличивается до тех пор, пока тело не упадет на землю.

Слово учителя: Итак, мы убедились в том, что в результате баллистического движения, значение проекции вектора скорости на ось Оу изменяется через равные промежутки времени на одинаковую величину. Таким образом, мы можем сделать вывод, что движение тела вдоль оси Оу является равнопеременным. Но можем ли мы считать сформулированный нами вывод окончательным?

Ответ учащихся: Нет. Необходимо проверить правильность высказанной Галилеем гипотезы, произведя несколько исследований, изменяя каждый раз параметры модели.

Слово учителя: Давайте увеличим угол вылета снаряда до 300, а остальные параметры оставим прежними. Посмотрим, что будет происходить с величиной вектора скорости?

(Проводятся аналогичные рассуждения и подсчеты, приведенные выше и учащимся предлагается сделать вывод.)

Ответ учащихся: Величина вектора скорости изменяется за равные промежутки времени на одинаковую величину.

Слово учителя: Что можно сказать о движении тела вдоль оси Оу? Какое оно? Уменьшим угол вылета снаряда до 100, изменится ли характер движения?

(Проводятся аналогичные рассуждения и подсчеты, приведенные выше и учащимся предлагается сделать вывод.)

Ответ учащихся:нет. Движение вдоль оси Оу по-прежнему является равнопеременным.

Слово учителя: Попробуем изменить значение скорости движения снаряда, увеличим ее до 30 м/с. Движение вдоль оси Оу попрежнему остается равнопеременным?

(Проводятся аналогичные рассуждения и подсчеты, приведенные выше и учащимся предлагается сделать вывод.)

Ответ учащихся: Да. Характер движения не изменяется.

Слово учителя: А если мы изменим высоту подъема тела, увеличив ее до 15 м, каким сейчас будет его движение вдоль оси Оу?

(Проводятся аналогичные рассуждения и подсчеты, приведенные выше и учащимся предлагается сделать вывод.)

Ответ учащихся: Движение вдоль оси Оу остается равнопеременным.

Слово учителя: Выставим значение высоты подъема тела, равное нулю. Пронаблюдаем, как будет двигаться снаряд вдоль оси Оу в данном случае?

(Проводятся аналогичные рассуждения и подсчеты, приведенные выше и учащимся предлагается сделать вывод.)

Ответ учащихся: Снаряд будет двигаться равнопеременно.

Слово учителя: Изменяя все параметры, убедились ли мы в справедливости гипотезы Галилео Галилея?

Ответ учащихся: Да, мы убедились в справедливости высказанной Галилеем гипотезы и доказали экспериментально, что движение тела вдоль оси Оу, в условиях баллистического движения является равнопеременным.

Слово учителя: Движение тела, брошенного под углом к горизонту характеризуется временем полета, дальностью полета и высотой подъема. Предлагаю вам получить формулы для расчета основных величин. Пояснения для учащихся:

для кинематического описания движения тела удобно одну из осей системы координат (ось OY) направить вертикально вверх, а другую (ось OX) - расположить горизонтально. Тогда движение тела по криволинейной траектории, как мы уже выяснили, можно представить как сумму двух движений, протекающих независимо друг от друга - движения с ускорением свободного падения вдоль оси OY и равномерного прямолинейного движения вдоль оси OX. На рисунке изображен вектор начальной скорости тела и его проекции на координатные оси.

Так как ускорение свободного падения с течение времени не меняется, то движение тела, как и любое движение с постоянным ускорением, будет описываться уравнениями:

х = х0 + х0хt + ах t2/2

у = у0 + х0уt + ау t2/2

для движения вдоль оси OX имеем следующие условия:

x0 = 0, х0x = х0 cos б, ax = 0

для движения вдоль оси OY

y0 = 0, х0y = х0 sin б, ay = - g

t _полета = 2t_{подъема} на мах высоту

Далее учащиеся работают в группах (4 человека) по выводу формул для расчета времени полета, дальности полета, высоты подъема. Учитель оказывает посильную помощь). Затем осуществляется проверка полученных результатов.

Слово учителя: Но хочу вам напомнить, что все полученные нами результаты справедливы лишь для идеализированной модели, когда можно пренебречь сопротивлением воздуха. Реальное движение тел в земной атмосфере происходит по баллистической траектории, существенно отличающейся от параболической из-за сопротивления воздуха. Чем больше скорость тела, тем больше сила сопротивления воздуха и тем существенней отличие баллистической траектории от параболы. При движении снарядов и пуль в воздухе максимальная дальность полета достигается при угле вылета 300 - 400. Расхождение простейшей теории баллистики с экспериментом не означает, что она не верна в принципе. В вакууме или на Луне, где практически нет атмосферы, эта теория дает правильные результаты. При описании движения тел в атмосфере учет сопротивления воздуха требует математического расчета, которых мы не будем приводить из-за громоздкости. Отметим лишь, что расчет баллистической траектории запуска и выведения на требуемую орбиту спутников Земли и их посадки в заданном районе осуществляют с большой точностью мощные компьютерные станции.

Первичная проверка усвоения знаний

Фронтальный опрос

ВОПРОСЫ

Что изучает баллистика?

Какая идеализированная модель используется для описания баллистического движения?

Каков характер движения тела при баллистическом движении по горизонтали?

Каков характер движения тела при баллистическом движении по вертикали?

Что является баллистической траекторией?

Отработка практических умений решать задачи

(работа в парах за компьютером)

Слово учителя: Ребята, предлагаю вам решить задачи, правильность решения которых вы проверите с помощью виртуального эксперимента.

Группа I. Стрела, выпущенная из лука вертикально вверх, упала на землю через 6 с. Какова начальная скорость стрелы и максимальная высота подъёма?

Группа II. Мальчик бросил горизонтально мяч из окна, находящегося на высоте 20 м. Сколько времени летел мяч до земли и с какой скоростью он был брошен, если он упал на расстоянии 6 м от основания дома?

Группа III. Во сколько раз надо увеличить начальную скорость брошенного вверх тела, чтобы высота подъёма увеличилась в 4 раза?

Группа IV. Как изменится время и дальность полёта тела, брошенного горизонтально с некоторой высоты, если скорость бросания увеличить вдвое?

Группа V. Вратарь, выбивая мяч от ворот (с земли), сообщает ему скорость 20 м/с, направленную под углом 500 к горизонту. Найти время полёта мяча, максимальную высоту поднятия и горизонтальную дальность полёта.

Группа VI. С балкона, расположенного на высоте 20 м, бросили мяч под углом 300 вверх от горизонта со скоростью 10 м/с. Найти: а) координату мяча через 2 с; б) через какой промежуток времени мяч упадёт на землю; в) горизонтальную дальность полёта.

Информация о домашнем задании

ДЛЯ ВСЕХ Стр. 63 - 70 учебника В.А. Касьянова «Физика -10» - ответить на вопросы стр. 71.

Получить уравнение траектории у = у (х) движения тела, брошенного под углом к горизонту.

НА ВЫБОР Установите, при каком значении угла бросания дальность полета максимальна.

ИЛИ Постройте графики зависимости от времени горизонтальной хх и вертикальной ху проекций скорости тела, брошенного под углом к горизонту.

Рефлексия

Сегодня на уроке мы изучали новую тему, используя возможности компьютера.

Ваше мнение об уроке: …

Сегодня я узнал(а)…понял(а)…удивился(ась)…

Эта тема для понимания…

2.5 Урок физики: «Спутники розы - восхищение и слезы»

Конспект урока по физике в 7 классе

Презентация к уроку (приложение).

Урок изучения нового материала

Задачи урока:

Образовательные:

К концу урока учащиеся должны:

Знать:

1. понятие давления.

2. способы уменьшения и увеличения давления.

Уметь на основе наблюдений и измерений делать выводы и выдвигать гипотезы о связи физических величин.

Воспитательные:

Способствовать:

1. формированию познавательного интереса к предмету.

2. формированию мировоззрения учащихся.

3. формированию и развитию нравственных, трудовых, эстетических качеств личности.

Развивающие:

Способствовать развитию

1. речи.

2. творческого мышления.

3. логического мышления.

Оборудование:

1. Мультимедийный проектор.

2. Экран.

3. Иллюстративная компьютерная презентация(приложение).

4. Компьютер.

5. Карточки с буквенным обозначением физических величин (р,F,S) и математическими знаками (+,-,/,*, =).

6. Магниты.

7. Пакеты с экспериментальными заданиями для групп - 6 шт.

8. Баночки с песком - 6 шт.

9. Спичечный коробок - 6 шт.

10. Металлический брусок для утяжеления спичечных коробков - 6 шт.

11. Гиря массой 100г - 3 шт.

12. Геометрические фигуры (конус, куб, шар, цилиндр).

13. Сосуды с холодной и горячей водой.

14. Стаканы:

· со сладкой водой

· с соленой водой

· с кислой водой

15. Лист коричневой бумаги и наждачной бумаги.

16. Лист обыкновенной желтой бумаги и лист неоновой желтой бумаги.

17. Тест - задания.

18. Сетка для расшифровки ответов.

19. Листы - бланки для рефлексии.

Ход урока.

Создание эмоционального настроя.

Слово учителя: Физика одна из наук о природе - создана разумом и чувствами человека. Всю информацию и о Мире человек получает через органы чувств: Зрение, слух, осязание, обоняние, вкус (слайд 1- 2).

Рисунок 1. Слайд 1

Рисунок 2. Слайд 2.

ВОТ НАШИ ОКНА В ОКРУЖАЮЩИЙ МИР. Мозг обрабатывает гигантское количество сигналов, исходящих от тел, и у человека возникают ощущения (слайд 3). Какие? Помогите мне ответить на этот вопрос. Какие ощущения возникают у вас, если попрошу потрогать следующие предметы?

Ответ учащихся: теплого и холодного; гладкого и шероховатого.

Слово учителя: какие ощущения возникают у вас, если я попрошу посмотреть на следующие листы бумаги?

Ответ учащихся: цвета, яркости цвета.

Рисунок 3. Слайд 3.

Слово учителя: какие ощущения возникают у вас, если я попрошу посмотреть на следующие предметы?

Ответ учащихся: формы, размера, цвета.

Слово учителя: какие ощущения возникают у вас, если я попрошу попробовать следующие вещества?

Ответ учащихся: сладкого, соленого, кислого.

Слово учителя: какие ощущения вызывают у вас в сознании следующие строки (слайды 4- 6)?

Рисунок 4. Слайд 4.

ДИКАЯ РОЗА (И.В. Гете)

Мальчик розу увидал,

Розу в чистом поле,

К ней он близко подбежал,

Аромат ее впивал,

Любовался в волю.

Роза, роза, алый цвет

Роза в чистом поле!

«Роза, я сломлю тебя,

Роза в чистом поле!»

«Мальчик, уколю тебя,

Чтобы помнил ты меня!

Не стерплю я боли».

Роза, роза, алый цвет

Роза в чистом поле!

Он сорвал, забывши страз,

Розу в чистом поле.

Кровь алела на шипах.

Но она - увы и ах! -

Не спаслась от боли.

Роза, роза, алый цвет

Роза в чистом поле!

Слово учителя: основываясь на услышанном, скажите какие ощущения вызывает у вас РОЗА?

Ответ учащихся: Ощущение красоты и боли.

Слово учителя: Я с вами согласна. Внешний вид розы доставляет огромное эстетическое наслаждение, удовольствие, мы восхищаемся ее внешним видом, но, к сожалению, этот красивый цветок доставляет иногда и неприятные болевые ощущения. И, наверное, вы со мной согласитесь, если я скажу: « Спутники розы - восхищение и слезы» (обратить внимание на тему урока) (слайд 7).

Человек в отличие от животного способен уловить неявные, скрытые свойства тел и явлений: объединить предметы в группы по тем или иным общим признакам, наделить их определенными функциями, установить закономерности явлений. Так давайте же на сегодняшнем уроке и попытаемся установить, чем вызваны болевые ощущения от укола шипом розы или «ПОЧЕМУ РОЗА КОЛЕТСЯ?» (слайд 8)

Подготовка учащихся к усвоению новых знаний

Слово учителя: для этого нам необходимо вспомнить несколько теоретических положений. Придя в класс, я увидела, что все слова на доске перепутаны. Уничтожьте ЕРАЛАШ! Я приказываю вам все расставить по местам!

Задание: в течение одной минуты работы в группе, вы должны выбрать только те слова и расставить их в таком порядке, чтобы получилось верное по смыслу физическое утверждение. Время пошло!

Рисунок 5.Слайд 8.

Ответ учащихся: СИЛА- векторная физическая величина, характеризующая взаимодействие тел, в результате которого тело изменяет скорость движения (слайд 9).

Слово учителя: Почему в данной определение понятия силы необходимо включить термин «ВЕКТОРНАЯ?»

Ответ учащихся: Так как для силы важно не только численное значение и направление.

Слово учителя: ВЕРНО! А является ли это определение понятия силы полным?

Слово учителя: нет. Результатом взаимодействия может быть и деформация тел (слайд 9).

Рисунок 6. Слайд 9.

Изучение нового материала

Итак, результатом действия силы может быть деформация тела. От каких же зависит деформация тел при их взаимодействии? (слайд 10) Для ответа на этот вопрос воспользуемся одним из инструментов физика - экспериментом.

Рисунок 7. Слайд 10.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ №1

1. На поверхность песка положите спичечный коробок. Заметьте, как глубоко спичечный коробок погрузился в песок.

2. Снимите коробок, разровняйте поверхность.

3. На поверхность песка снова положите спичечный коробок, а на него поставьте гирю. Заметьте, как глубоко теперь спичечный коробок погрузился в песок.

4. Сделайте вывод: при одной и той же площади соприкосновения величина деформации песка … (увеличивается, уменьшается или остается без изменения), если силу увеличить.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ №2

1. На поверхность песка положите спичечный коробок. Заметьте, как глубоко спичечный коробок погрузился в песок.

2. Снимите коробок, разровняйте поверхность.

3. На поверхность песка снова положите спичечный коробок, но гранью меньшей по площади. Заметьте, как глубоко теперь спичечный коробок погрузился в песок.

4. Сделайте вывод: при одной и той же силе величина деформации песка … (увеличивается, уменьшается или остается без изменения), если площадь уменьшить.

ПРОВЕРКА РЕЗУЛЬТАТИВНОСТИ ГРУПП + ПОДВЕДЕНИЕ ИТОГОВ РАБОТЫ ГРУППЫ (слайды 11 - 13)



Рисунок 8.Слайд 11.

Рисунок 9. Слайд 12.

Слово учителя: следовательно, для полной характеристики результата действия силы на опору необходимо одновременно учитывать и силу, и площадь опоры, на которую эта сила распределяется (слайд 14)

Хочу обратить внимание на следующее интересное обстоятельство: значение силы не играет решающей роли: не будем далеко ходить за примерами: как бы сильно вы не давили пальцем на деревянную доску, вам вряд ли удастся проткнуть ее, тогда как шилом доску продырявит и первоклассник. Еще пример: легкий человек без лыж проваливается в снег, а тяжелый, но на лыжах - нет.

Рисунок 10. Слайд 14.

Введем буквенные обозначения физических величин.

· Какой буквой обозначается сила? (F) (слайд 14)

· Какой буквой обозначается площадь? (S) (слайд 14)

· Физическая величина, характеризующая такой результат действия силы как деформация тел при их взаимодействии, называется ДАВЛЕНИЕМ и обозначается буквой р (слайд 14).

Именно значение давления определяет, провалитесь вы в снег (и как глубоко), проткнете вы шилом деревянную доску и как легко (или этого не произойдет).

А теперь давайте, приложим усилия для того, чтобы объединить эти три физических величины в формулы, которая позволила бы нам вычислить численное значение давления. После минутного обсуждения один из группы выйдет к доске и с помощью магнитов укрепит выданные вам карточки с буквенным обозначением физических величин и математическими знаками в правильной на ваш взгляд комбинации. При составлении формулы учтите на результаты экспериментальных заданий (прямая и обратная пропорциональность). Итак, минута в вашем распоряжении.

ПРОВЕРКА ЗАПИСИ ФОРМУЛ

· Спросить любого представителя той группы, которая выполнила задания верно - почему формула выглядит именно так?

· Спросить любого представителя той группы, которая выполнила задания не верно - что не учтено при составлении формулы?

После проверки на доске оставить один верный вариант формулы давления:

р= F/S

Слово учителя: Все нам стало известно о физической величине - давлении?

Ответ учащихся: нет, нам неизвестна единица давления в СИ?

ЗАДАНИЕ: получите единицу давления в СИ самостоятельно в течение 30 секунд и поднимите руку, если вы это сделали (вызвать к доске первого ученика выполнившего задание верно).

ЗАПИСЬ НА ДОСКЕ

[ р ] = 1Н / 1м² = 1 Па (слайд 15)

Рисунок 11. Слайд 15.

Итак, давление - это физическая величина, характеризующая такой результат действия силы как деформация тел при их взаимодействии. Давление зависит от силы и площади, по которой эта сила распределена. Установив данную взаимосвязь, мы получаем возможность использовать ее в нашей жизни. Где?

· Все режущие, колющие инструменты мы затачиваем, уменьшая, таким образом, площадь режущей поверхности, тогда давление увеличивается, а значит и деформация тела при меньшем значении силы (слайд 16).

Рисунок 12. Слайд16.

· Задние колеса грузовиков обычно сдвоенные, гусеницы тракторов и охотничьи лыжи делают широкими: давление, а значит, деформация уменьшается за счет увеличения площади (слайд 17).

Рисунок 13. Слайд 17.

Мы учитываем взаимосвязь давления с силой и площадью, по которой эта сила распределена в нашей жизни, имеем возможность давление регулировать. Сама природа неплохо вооружила живой мир для создания большого давления не большим усилием - иглы, клювы, когти, жала, зубы, клыки (слайд 18). Но сама природа, балуя нас красотой, одновременно иногда доставляет и боль.

Рисунок 14. Слайд 18.

Учитывая все, о чем мы с вами говорили на сегодняшнем уроке, объясните, чем вызваны болевые ощущения от укола шипом розы (слайд 19).

Первичная проверка усвоения знаний

Учащиеся дают свою версию ответа.

Учитель подводит итог: Верно, площадь колющей поверхности шипа розы очень маленькая. Значит, давление возрастает даже при небольшом усилии. Чувствительные (болевые) рецепторы кожи воспринимают сигнал от результата возросшего давления, передают сигнал в виде нервного импульса по проводящему пути - нерву мозгу. Мозг обрабатывает этот сигнал. Обработанный мозгом сигнал по проводящему пути - нерву возвращается к месту укола в виде болевого ощущения.