Електромагнітні коливання

Размещено на http://www.allbest.ru/

Зміст

Вступ

Розділ 1. Дидактичні принципи вивчення теми “Електромагнітні коливання” в курсі фізики середньої школи

1.1 Методика вивчення теми “Електромагнітні коливання” з фізики середньої школи

1.2 Розвиток пізнавального інтересу до фізики під час використання комп'ютерних технологій

Розділ 2. Використання комп'ютерного моделювання електромагнітних коливань

2.1 Можливості застосування графічних пакетів щодо електромагнітних коливань з фізики середньої школи

2.2 Можливості використання графічної оболонки Corel

2.3 Розробка методики вивчення теми “Електромагнітні коливання”

Висновки

Список використаних джерел

Вступ

Однією із визначальних аспектів виховання та розвитку підростаючого покоління в процесі навчання інтелектуального розвиток школярів час, об'єм і рівень складності інформації, запропонованої школярам для засвоєння, стає більше, тому процес інтелектуального розвитку учнів вимагає інтенсифікації. Одним із шляхів підвищення інтенсивності навчання використання комп'ютерних технологій вивчення (ІТО). При правильному використанні вони забезпечують низку переваг перед звичайним засобом навчання:

індивідуалізація процесу за змістом, обсягу і темпам засвоєння навчального матеріалу;

активізація учнів при засвоєнні навчальної інформації;

підвищення ефективності використання навчального часу;

позитивна мотивація навчання з допомогою комфортних психологічних умов праці учня, об'єктивності оцінки;

характер праці викладача (скорочення рутинної праці та посилення творчою складовою його діяльності).

Особливу роль відіграє застосування комп'ютерних технологій під час вивчення фізики у неповній середній й усієї вищій школі. Як свідчить педагогічний досвід, найбільша кількість труднощів виникає щодо тих розділів курсу фізики, пов'язані з електрикою, і магнетизмом. Тим більше, що методика вивчення різних тем, у цих розділах не розроблено належним чином. У зв'язку з цим нами була спроба обґрунтування доцільності використання ІТО щодо зокрема теми “Електромагнітні коливання” і розроблено деякі методичні моменти, які, залежно від прийнятої технології процесу, мети клієнта й завдань, а також комп'ютерної оснащеності школи, можна використовувати викладачами фізики як вивчення всієї теми повністю, так вивчення її окремих питань.

Розробка нестандартного способу викладу теми свідчить про актуальності дослідження та укладає у собі елемент новизни і з практичної значимості.

Мета дослідження - розробити методику вивчення електроколивальних процесів з допомогою комп'ютера.

Об'єктом дослідження є організація процесу на різних етапах уроку фізики.

Предметом є пошук змісту, форм і методів навчання, що забезпечують досягнення поставленої цілі.

В основу роботи була покладена гіпотеза: використання комп'ютерних технологій, зокрема деяких прикладних пакетів, що підвищує ефективність процесу і дозволяє досягнути глибокого розуміння цієї теми учням.

З поставленої цілі й сформульованої гіпотези, випливають завдання:

Розробити методику викладу теми “Електромагнітні коливання” з допомогою ЕОМ;

з'ясувати, з якими труднощами зіштовхуються учні у процесі вивчення цієї теми і, отже, яким питань, і поняттям слід приділити особливу увагу.

Аби вирішити поставлені завдання, використані такі методи:

Вивчення методичної, психологічної та довідкової літератури з цієї теми;

ознайомлення з вже наявними розробками у сфері цієї теми.

фізика комп'ютерний графічний

Розділ 1. Дидактичні принципи вивчення теми “Електромагнітні коливання” в курсі фізики середньої школи

1.1 Методика вивчення теми “Електромагнітні коливання” з фізики середньої школи

При визначенні змісту та методів вивчення даного розділу необхідно керуватися такими основними факторами, як науковою 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 [4, c. 41]. 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 по електричному і магнітному полях і електромагнітної індукції, отриманих в 10 класі;

широке застосування фізичного експерименту.

Зміст матеріалу і послідовність його викладів відображені в нижче в 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, відбувається 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 періодичні (в ідеалі - гармонійні) 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[23, c 13]. 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 по собі (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 ЕРС. 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 . 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 ЕРС самоіндукції (з урахуванням знака) - швидкості зміни струму. При вивченні механічних коливань було встановлено, що фази таких коливань відрізняються на . 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 [24, c. 38]. Потім виводять рівняння гармонійних коливань, ЕРС індукції у витку обмотки генератора і струму в мережі. Детально пристрій генератора не розглядають, мова йде лише про отримання змінної ЕРС шляхом обертання рамки в постійному магнітному полі. Виведення рівнянь спирається на вивчені в 10 класі закону електромагнітної індукції Фарадея і поняття магнітного потоку. Звертають увагу на те, що подібно до того, як при механічних коливаннях можливий зсув фаз між змушуваною силою і швидкістю хитаються 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 автоколивальної 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 принцип роботи, використовуючи установку та її схему. Враховуючи виняткову важливість повторення, узагальнення та систематизації всього курсу фізики в 11 класі, слід особливу увагу приділити завданням на повторення з використанням знову вивченого матеріалу.

1.2 Розвиток пізнавального інтересу до фізики під час використання комп'ютерних технологій

Найбільш ефективними засобами розвитку інтересу учнів основної школи до навчання фізики у позакласній роботі є використання низки дидактичних засобів у поєднанні з комп'ютерними технологіями:

цікаві досліди та фізичний експеримент;

фізичні парадокси, історичні факти та легенди, представлені в різних формах;

найрізноманітніші види ігрової діяльності;

складання та розв'язання цікавих задач;

використання інформаційно-комунікаційних технологій тощо.

У процесі дослідження доведено, що при використанні дидактичних засобів на основі мультимедійних технологій у позакласній роботі з метою розвитку пізнавального інтересу учнів до вивчення фізики необхідно дотримуватися загальних педагогічних вимог, а саме: включення школярів в цілеспрямовану навчальну діяльність, стимулювання необхідних пізнавальних мотивів, з'ясування життєвого сенсу вивчення фізики, забезпечення емоційного задоволення від пізнання нового та реалізації можливостей, формування позитивного ставлення до навчального процесу [10, c. 104].

Використання різноманітних дидактичних засобів у позакласній роботі має забезпечити основні функції навчання: підвищення пізнавальної активності кожного учня, розвиток його творчих здібностей, підвищення ефективності навчально-виховної роботи в школі.

Розвиток нових технологій полягає у розробці принципово нових підходів до організації та проведення навчально-виховного процесу при навчанні фізики не заради самої проблеми, а з метою розвитку пізнавальної активності учнів. Саме тому у роботі розглядається інноватика педагогічних технологій у нерозривній єдності з основним завданням сучасної педагогіки - формування в учнів стійкого інтересу не лише до вивчення конкретного навчального предмету, а й до процесу пізнання в цілому. Проте на сьогодні ще недостатньо розроблені такі методи і технології навчання фізики, які б гарантували постійну підтримку стійкої зацікавленості учнів у досконалому оволодінні предметом. Комп'ютер може стати ефективним засобом навчально-виховного процесу, бути інструментом обробки та аналізу педагогічної інформації, інструментом управління та організації навчально-виховної діяльності [13, c. 44].

Ці концептуальні позиції було покладено в основу експериментальної роботи, яка полягала в розробці комплектів дидактичних, методичних, інформаційних матеріалів (портфоліо навчального проекту).

Структура портфоліо навчального проекту містить такі складові:

план проекту (з урахуванням вимог державних освітніх стандартів та державних програм),

приклади учнівських робіт (виконані автором у ролі учня: учнівська мультимедійна презентація, публікація та веб-сайт),

форми та критерії оцінювання діяльності учнів (по створенню презентації, публікації та веб-сайту),

дидактичні матеріали для учнів (роздавальні матеріали, тести та шаблони документів),

методичні матеріали для вчителя (вчительська мультимедійна презентація, публікація або веб-сайт; інструкції щодо організації роботи в проекті; правила роботи з різним обладнанням тощо),

план реалізації проекту,

список інформаційних джерел.

Кожна складова маю свою певну папку, в якій розміщено файли з відповідними назвами [18, c. 261].

Навчальний проект є організаційною формою роботи, яка орієнтована на засвоєння навчальної теми або навчального розділу і становить частину стандартного навчального предмета або кількох предметів. У школі таку форму роботи можна розглядати як спільну навчально-пізнавальну, дослідницьку, творчу або ігрову діяльність учнів (індивідуальну, парну, групову), що мають спільну мету, застосовують одні й ті ж методи і способи діяльності, спрямовані на досягнення спільного реального результату, необхідного для розв'язання деякої навчальної проблеми.

Портфоліо навчального проекту розробляється з метою залучення учнів до пошукової, дослідницької діяльності з метою більш поглибленого вивчення курсу. Ці матеріали створюються спільно вчителями та учнями з використанням комп'ютерних технологій (засобів створення мультимедійних комп'ютерних презентацій, текстового та графічного редакторів, табличного процесора, комп'ютерних програм для створення публікацій і веб-сайтів, здійснення пошуку інформації в Інтернеті, роботи з електронною поштою тощо).

Обов'язковою умовою для залучення всіх учнів до активної роботи з вивчення курсу фізики є, насамперед, зацікавлення їх матеріалом, який вивчається, і добре розуміння поставленого перед ними завдання. Це виникає лише тоді, коли учні чітко розуміють зміст проблемного завдання. З цією метою доцільно використовувати цікаві досліди. Цікаві досліди у шкільному курсі фізики - це відображення наукового методу дослідження, властивого науці фізиці. Пояснення явищ на основі цікавих дослідів сприяє формуванню наукового світогляду учнів, більш глибокому засвоєнню фізичних законів, підвищує інтерес школярів до вивчення предмета. Цікаві досліди та спостереження дозволяють поєднувати теорію з практикою, привчати учнів до самостійної дослідницької роботи, розвивати в них інтерес до фізики і техніки, подолати помилкові уявлення окремих із них про те, що фізичні явища можна спостерігати лише за допомогою спеціальних приладів [3, c. 11].

Велику зацікавленість викликають не лише гарно підготовлені демонстраційні досліди, самостійні експерименти, виконання домашніх дослідів і спостережень, а також розв'язування цікавих задач, особливо тих, що ілюструють застосування на практиці знань, які вони отримують під час уроків.

Для ефективного розвитку творчого мислення учнів, підвищення інтересу до фізики, винахідницької діяльності та наукового рівня в цілому, необхідно постійно знайомити їх з фізичними явищами, закономірностями, фактами, які можуть бути використані в основі цікавої фізичної задачі.

Одним з ефективних шляхів виховання в учнів інтересу до вивчення фізики є застосування різноманітних ігрових форм у позакласній роботі. Характерним для кожної гри є, з одного боку, розв'язання різноманітних цікавих задач: уточнення уявлень про предмет чи явище в цілому і про його суттєві особливості, розвиток здібностей підмічати подібність і відмінність між ними. У цьому розумінні гра має навчальний характер. З іншого боку, невід'ємним елементом гри є ігрова дія. Увага учнів спрямована саме на неї, і непомітно для себе вони вже у процесі гри виконують навчальне завдання.

Розроблені теми уроків, навчальні проекти та їх методичні основи ґрунтуються на ряді визначених педагогічних технологій з метою формування інтересу учнів до вивчення фізики.

При використанні інноваційних дидактичних засобів у навчальному процесі належить керуватися такими методичними принципами:

підпорядкування використання дидактичних засобів педагогічній задачі, а не навпаки;

оптимальне дозування використання дидактичних засобів на основі мультимедійних технологій у сполученні з традиційними методами навчання;

поєднання можливостей традиційних і нових видів технічних засобів, таких як інтерактивні мультимедійні технології;

вибір такого варіанту застосування дидактичних засобів, завдяки якому роль учителя підвищується.

Розглядаючи питання доцільності використання таких дидактичних засобів, учитель повинен завжди виходити з того, що дидактичні засоби не є самоціллю, а лише засобом, який дає змогу якнайефективніше розв'язувати освітньо-виховні завдання [8, c. 25]. Для визначення доцільності використання дидактичних засобів на позакласних заняттях слід враховувати численні фактори: педагогічну і наукову якість інтерактивних навчальних елементів, інтереси й вік учнів, зміст матеріалу, що подається, методичну зрілість самого педагога. Залежно від дидактичної доцільності методика використання таких засобів може змінюватися. Загалом, їх використання сприяє підвищенню інтересу учнів до знань, стимулює та вмотивовує застосування проблемної, дослідницької діяльності учнів, формує стійкий інтерес до предмету, розвиває творчі, практичні життєві навички учнів.

Розділ 2. Використання комп'ютерного моделювання електромагнітних коливань

Комп'ютерне моделювання дозволяє наочно ілюструвати фізичні експерименти і явища, відтворювати їх тонкі деталі, які можуть бути непомітними спостерігачу 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 цікавий і повчальний, 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 показано спільність логіки розгортання дослідження, складу і послідовності виконуваних суб'єктом дій в натурному і різного виду модельних експериментів. [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 творчу, 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 [11, c. 20].

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 [10].

3. Урок - комп'ютерна лабораторна робота. Для проведення такого уроку необхідно, перш за все, розробити відповідні роз даткові 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:

Ознайомче завдання;

Комп'ютерні експерименти;

Експериментальні задачі;

Розрахункові задачі з подальшою комп'ютерною перевіркою;

Неоднозначні завдання;

Завдання з відсутніми даними;

Творчі завдання;

Дослідницькі завдання;

Проблемні завдання;

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.

2.1 Можливості застосування графічних пакетів щодо електромагнітних коливань з фізики середньої школи

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 великою вірогідністю і переконливістю, чудово передає динаміку різних фізичних процесів [20, c. 97]. 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 [7, c. 78].

Застосування комп'ютерних моделей у демонстраційному експерименті дозволяє більш повно реалізувати на практиці такі вимоги, як забезпечення видимості, створення специфічного емоційного настрою [3, c. 108]. На підставі відповідності змісту навчального матеріалу цільовим призначенням динамічних комп'ютерних моделей виділяють кілька варіантів використання динамічних комп'ютерних моделей при поясненні нового матеріалу:

в теорії, заснованої на явищах, для яких важливо знати їх механізм;

в теорії, заснованої на історичних дослідах;

в теорії за матеріалом підвищеної труднощі;

для демонстрації застосування досліджуваного явища в житті і техніці;

для побудови графіків, необхідних для вивчення нового матеріалу.

2.2 Можливості використання графічної оболонки Corel

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. [22, c. 6].

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 [16, c 47].

2.3 Розробка методики вивчення теми “Електромагнітні коливання”

1. Коливальний контур. Перетворення енергії при електромагнітних коливаннях.

Це питання, є серед найважливіших у цій темі.

Спочатку вводиться поняття коливального контуру, робиться відповідний запис у зошиті.

Далі, для з'ясування причини виникнення електромагнітних коливань, демонструється той фрагмент динамічної моделі, де показаний процес зарядки конденсатора. Звертається увагу учнів на знаки зарядів пластин конденсатора.

Після цього розглядаються енергії магнітного і електричного полів, учням розповідають, як змінюються ці енергії і повна енергія в контурі, пояснюється механізм виникнення електромагнітних коливань з допомогою моделі, ведеться запис основних рівнянь [20, c. 24].

Звичайно, важливо звернути увагу учнів на те, що таке струму у ланцюзі (потік заряджених частинок) є умовним, оскільки швидкість електронів в провіднику дуже мала. Такий спосіб подачі вибрано для кращого розуміння суті електромагнітних коливань.

Далі увага учнів акцентується на тому, що вони спостерігають процеси перетворення енергії електричного поля в енергію магнітного і навпаки, тому, що коливальний контур є ідеальним (відсутній опір), то повна енергія електромагнітного поля залишається незмінною. Після цього дається поняття електромагнітних коливань і обумовлюється, що ці коливання є вільними. Потім підбиваються результати і дається домашнє завдання [18, c. 33].

2. Аналогія між механічними і електромагнітними коливаннями.

Спочатку для повторення і закріплення знань ще раз продемонструвати динамічну модель ідеального коливального контуру. Для пояснення суті й докази аналогії між електромагнітними коливаннями і коливаннями пружинного маятника використовуються динамічна коливальна модель «Аналогія між механічними і електромагнітними коливаннями» і презентацій PowerPoint [9, c. 65]. Як механічну коливальну систему 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 зроблено на минулому занятті, потрібно ще раз нагадати учням про умовність руху електронів по провідника, після чого їхня увага звертається на правий верхній кут екрана, де знаходиться коливальна система «сполучені посудини». Обговорюється, кожна частка робить коливання близько стану рівноваги, тому коливання рідини в сполучених посудинах також можуть гідно служити аналогією електромагнітних коливань [20, c. 41].

Далі складається таблиця відповідності між механічними і електричними величинами при коливальних процесах:

Механічні величини	Електричні величини
Координата	Заряд
Швидкість	Сила струму
Маса	Індуктивність
Потенціальна енергія	Енергія електричного поля
Жорсткість пружини	Величина, обернена ємності
Кінетична енергія	Енергія магнітного поля

Таблиця відповідності між механічними і електричними величинами при коливальних процесах.

Коли наприкінці уроку залишився час, можна докладніше зупинитися на демонстрації моделі, розібрати всі основні моменти із застосуванням попередньо вивченого матеріалу.

3. Рівняння вільних гармонійних коливань в контурі.

Спочатку уроку демонструються динамічні моделі коливального контурів і аналогії механічних і електромагнітних коливань, повторюється поняття електромагнітних коливань, коливального контуру, відповідність механічних і електромагнітних величин при коливальних процесах.

Новий матеріал необхідно розпочати з того, що якщо коливальний контур ідеальний, його повна енергія з часом залишається постійною, тобто. її похідна за часом постійна, отже, і похідні за часом від енергій магнітного і електричного полів теж постійні [20, c. 52]. Потім, після низки математичних перетворень дійшли висновку, що рівняння електромагнітних коливань аналогічно рівнянню коливань пружинного маятника.

Посилаючись на динамічну модель, учням нагадують, що заряд в конденсаторі змінюється періодично, після чого поставлено завдання - з'ясувати, як залежить від часу заряд, сила струму у подальшому ланцюгу і непередбачувану напругу на конденсаторі.

Дані залежності перебувають по традиційної методиці. Потому, як знайдено рівняння коливань заряду конденсатора, учням демонструється картинка, де зображені графіки залежності заряду конденсатора і усунення вантажу від часу, які становлять косинусоїду.

Під час з'ясування рівняння коливань заряду конденсатора вводяться поняття періоду коливань, циклічною і власної частот коливань. Потім виводиться формула Томсона [12, c. 46].

Далі отримують рівняння коливань сили струму у ланцюзі і напругу на конденсаторі, після чого демонструється картинка з графіками залежності трьох електричних величин від часу. Увага учнів звертається на відхилення фаз між коливаннями сили струму і напругою та її відсутністю між коливаннями напруги і заряду.

Потім, як виведені всі три рівняння, вводиться поняття затухаючі коливання і демонструється картинка, де зображені ці коливання.

На наступному уроці підбиваються стислі підсумки з повторенням основних понять і вирішуються завдання на перебування періоду, циклічною і власної частот коливань, досліджуються залежності q(t), U(t), I(t), а як і різні якісні і графічні завдання [20, c. 89].

Висновки

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 10 класі;

широке застосування фізичного експерименту.

2. 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.

3. Розроблена нами методика вивчення електроколивальних 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 використаної 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/

Размещено на Allbest.ru