Іноваційні методи навчання при викладанні фізики

 

 

 

 

«Методика застосування новітніх технологій навчання

під час організації навчання з фізики»

 

 

 

 

Любчак Діана Андріївна,

викладач фізики

Новоград-Волинського

промислово-економічного технікуму      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2020 н. р.

 

ЗМІСТ

1. Вступ                                                                                          
2. Основна частина – застосування новітніх технологій на приклади лабораторних робіт
   1. Механіка                                                                         
   2. Молекулярна фізика                                                      
   3. Електрика                                                                        
   4. Приклад онлайн тестів                                                                                                                  
3. Висновок                                                                                    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВСТУП

Найвищим рівнем освітнього процесу є самоосвіта. Вона ідеально поєднує індивідуальні особливості та здібності, розвиває активну пізнавальну діяльність, яка продукує знання і вміння, що безпосередньо пов’язані з практичною діяльністю. Використання сучасних інформаційних технологій прискорює досягнення мети, дає відчуття успіху, що пробуджує бажання до навчання. Мета викладача не лише використовувати інформативні та дослідницькі методи, а саме «підштовхнути» до самостійного пошуку істини. У цій роботі розглянемо поєднання традиційних технологій та технологій інформатики на заняттях з фізики для студентів закладів фахової перед вищої освіти спеціальності «Обслуговування комп’ютерних систем та мереж».

Експериментальні роботи викликають велику зацікавленість під час в пізнавальному процесі. Простота експерименту, очікування його результату та й сам результат розвивають зацікавленість до буденних речей, яка підсвідомо формує вміння і навички, сприяє засвоєнню основних законів.

 1) Механіка. Похила площина

Певно, немає у світі людини, у якої б не перехоплювало подих при катанні на схилах – чи то в дитинстві на прибудинковому майданчику, чи то пізніше – на горах у Буковелі. У фізиці цей процес описують рухом по похилій площині. Розглянемо його на прикладі лабораторної роботи (за спрощеною схемою).

 Зауважуємо на початку роботи:  похила площина – це прямокутний трикутник з ідеальною гіпотенузою. В природі таких ідеальних площин не існує, але це є найпростіша модель, яка дає змогу зрозуміти метод дослідження.

 

Обладнання: Дерев’яна рейка, дерев’яні бруски, лінійка, секундомір.                                     

Теоретичні відомості.                                                             

Фізична модель лабораторної роботи являє        

 собою рух тіла по похилій площині АВС                                                                            

                              

Коефіцієнт тертя розраховуватимемо за формулою . Прискорення вільного падіння прийняти рівним g=9,81м/с².       

Виконання роботи

Дослід №1. 1. Складаю установку у вигляді похилої площини. Вимірюю лінійкою відстані:  ₁=___________м;  S₁ = _________ м; h₁=__________ м.         

2. Розміщую вантаж в точці , вимірюю час його ковзання до точки А. Дослід повторюю п’ять разів:

 ;  ;  ;  ;   .       

3. Визначаю середнє значення часу руху

4. Абсолютна похибка вимірювань

с.  5.Визначаю відносну похибку досліду:             6. Вираховую коефіцієнт тертя:

  Дана лабораторна робота є одним із варіантів виконання обов’язкової програми Міністерства освіти і науки. Її легко виконати як в аудиторії, так і в домашніх умовах. Але вона навряд чи є особливо цікавою. Даний рух ми описуємо як одну із експериментальних задач на лекційному занятті, а саму лабораторну роботу проводимо за межами навчальної аудиторії на прикладі реального схилу. І от саме там виникають перші  питання: як визначити висоту, довжину основи, яким має бути трикутник, якщо гіпотенуза не є частинкою прямої? Відповіді на ці запитання вимагають активізації пошукової діяльності, творчої ініціативи, предметних дискусій. Але будь-яка дискусія має мати наукове підґрунтя. З даної теми студент повинен уміти розв’язувати такі задачі:

 

 

Модель № 1     (рух по похилій площині)

                                                                           

                                   

                                      

                                             

                                

 

 

                                                

                         

                             

                      

 

 

                

 

        

1. По похилій площині, довжина якої 2 м, а висота 1 м, зісковзує тіло, коефіцієнт тертя якого об поверхню площини дорівнює 0,1. З яким прискоренням тіло рухається вниз? g=10м/с². а) 4,45 м/с²; б) 4,13 м/с²; в) 3,15 м/с²; г) 2,15 м/с²

2. ЗНО. Край дошки підняли на 1,5 м над підлогою. Яку найменшу швидкість необхідно надати невеликому тілу в нижній точці дошки, щоб воно, ковзаючи по ній, змогло досягти верхньої точки? Довжина дошки 2,5м, коефіцієнт тертя ковзання становить 0,15; g=10 м/с².

3. На похилій площині довжина якої 4 м, а висота 2 м, лежить тіло масою 2 кг. Коефіцієнт тертя тіла об поверхню площини дорівнює 0,5. Яку силу треба прикласти до тіла паралельно площині, щоб тіло втримати на похилій площині? g=l 0 м/с².       

а) 1,34 Н; б) 2,34 Н; в) 3,24 Н; г) 2 Н

                                                   

 

       4. ЗНО. Дерев’яний брусок рівномірно ковзає вниз

похилою площиною 60,30,15 (довжина, похилої площини, довжина основи, висота). Визначте коефіцієнт тертя.                                                           

А	Б	В	Г
0,25	0,3	0,35	0,4

Домашнє завдання передбачає вільний вибір об’єкту досліджень. Вища оцінка – відео робота, найвища – створення віртуальної моделі. Такі роботи в подальшому можуть бути використані як фрагменти курсових і дипломних робіт.

 2) Молекулярна фізика. Поверхневий натяг.

Існує декілька способів визначення коефіцієнта поверхневого натягу. Запропоную один із традиційних, який розглядаємо як експериментальну задачу.

Обладнання: 1)терези, 2) набір переважків, 3)досліджувані контури,

4) посудина з піском, 5) досліджувана  рідина, 6)лінійка.

Теоретичні відомості

На контур, що відривають від рідини, діють сили:

F_тяги = 2 F_натягу + F_{тяжіння контуру.}                                                         

 

 

Силу поверхневого натягу виражають F_H= ϭπd             

Сила тяжіння контуру

Сила тяги рівна силі тяжіння піску         

 

Отже,  коефіцієнт поверхневого натягу рахуватимемо за формулою:

       

 

 

 

 

 

Виконання роботи

Дослід №1.

1. За допомогою терезів визначаю масу контуру . 

2.За допомогою лінійки визначаю діаметр контуру .

3.Дотикаєм контур до поверхні рідини. 

4.

Підсипаємо пісок на іншу шальку терезів до моменту відриву контуру від рідини.               

5. Визначаємо масу піску.                  

6.За формулою  вираховуємо коефіцієнт поверхневого натягу

σ₁=--------------------------------------------=____________Н/м

   Робота не складна, цікава, якщо змінювати рідини. Але отримання більш точного значення коефіцієнта вимагає п’яти дослідів, а це повторення – зникає зацікавленість. Враховуючи вікові особливості (15 - 16 років), у експерименті замало динаміки. Тому у вигляді домашньої роботи задаємо дослідження руху частинки звичайного сірника, що викликаний зміною хімічного складу поверхні рідини.

 

                          х

                   

 

Даний варіант не враховує сил опору, але дає достатньо якісну оцінку сил натягу у поверхневому шарі . Механічний рух, можливість швидко змінювати хімічний склад викликають певне захоплення, яке перейде у дослідницьку роботу. Зроблені в подальшому висновки залежності коефіцієнта поверхневого натягу від фізико-хімічних властивостей речовини встановлюють зв’язок з життєвим досвідом. І знову вільний вибір об’єкту досліджень: вища оцінка – відео робота, найвища – створення віртуальної моделі.

 

3) Навчальна діяльність студентів електротехнічного відділення від самого початку навчання тісно пов’язана з електровимірювальними приладами. За результатами проходження практики вони отримують кваліфікацію електрика і кожен має власний універсальний прилад типу М890G. Виконання лабораторно-дослідницьких робіт з врахуванням даного аспекту виходить далеко за межі державної програми. Розглянемо приклад.

Обладнання:

1.Джерело струму. 2. Реостат( 6-10Ом) 3. Амперметр. 4. Вольтметр. 5. Вимикач. 6. З’єднувальні провідники.

Виконання роботи

Дослід №1  1.Визначаю ціну поділки шкали амперметра і вольтметра:

       

 2. Збираю електричне коло за схемою

 3 . Вимірюю напруги і сили струмів при двох різних

  положеннях реостата:                                 ;                           ; 

4. Визначаю внутрішній опір та ЕРС джерела:

;

  Робота передбачає використання амперметра і вольтметра для визначення опору. Сучасні, універсальні прилади дають можливість визначити будь-який параметр без зайвих розрахунків. Та постає запитання – де інтрига? І тут важливо акцентувати увагу на загальновідомій ситуації, а саме: зарядні пристрої, що мають однакову напругу на виході, «заряджають» телефон за різні проміжки часу. У чому ж причина? І тут ми плавно повертаємось до теорії: струм, опір, напруга, коефіцієнт корисної дії.

1.Джерела електричної енергії характеризують двома параметрами: електрорушійною силою та внутрішнім опором. Електрорушійною силою називають скалярну фізичну величину, яка показує роботу сторонніх сил по переміщенню одиничного заряду по замкненому контуру    (позначається літерою – Е, одиниця вимірювання – вольт (В))                        

 

 

 

 

2.Внутрішній опір – фізична величина, яка визначається активним опором джерела електричної енергії (позначається літерою – R₀, одиниця вимірювання – ом (Ом))

3.Джерела ЕРС з’єднують у батареї – послідовно або паралельно. При послідовному з’єднанні:  Е=Е₁+Е₂+……..  При паралельному з’єднанні - Е=const/

4.Повним електричним колом називають  електричне коло, яке містить        джерело електричної енергії , споживачі та з’єднувальні   провідники. В електричне коло R вмикають вимірювальні прилади: наприклад – амперметр і вольтметр.

5.Для повного електричного кола є справедливим закон , який називають законом Ома і формулюють так: Сила струму у повному колі прямо пропорційна електрорушійній силі джерела і обернено пропорційна повному опору кола.                   

 Повним опором електричного кола називають суму опорів ( R+R₀) зовнішньої ділянки R  та внутрішнього опору R₀. 

6.Робота електричного струму у повному колі буде рівною роботі сторонніх сил у джерелі (внаслідок закону збереження і перетворення енергії) . Виразимо її так           

 де - робота електричного струму у зовнішній ділянці електричного кола, а - робота електричного струму у внутрішній ділянці (джерелі) електричного кола.

7. На споживачах з активним опором при проходженні електричного струму виділяється теплота. Кількість теплоти, яка виділиться на споживачі з активним опором буде рівною роботі електричного струму у даному споживачі.  

8.Вираз називають законом Джоуля – Ленца і формулюють так: Кількість теплоти, яка виділиться на споживачі з активним опором прямо пропорційна величині цього опору, квадрату сили струму, що проходить через споживач, та часу його проходження

9. Скориставшись законом Ома для ділянки кола отримують наступні вирази для визначення роботи електричного струму:          (позначається літерою – А, одиниця вимірювання – джоуль ( Дж))

10. Потужністю називають фізичну величину, яка визначається роботою, що виконана за одиницю часу   (позначається літерою – Р, одиниця вимірювання – ват ( Вт))

11.Коефіцієнт корисної дії джерела струму визначають відношенням корисної потужності до загальної потужності джерела .  Оптимальний опір навантаження джерела -

12. Коротким замиканням називають режим роботи джерела струму за умови, що опір зовнішньої ділянки кола прямує до нуля ( ). За такої умови різко зростає сила струму, а відповідно кількість виділеної теплоти, що призводить до руйнування джерела та провідників. Щоб запобігти режиму короткого замикання в коло вмикають легкоплавкі запобіжники.

Для студентів електротехнічних спеціальностей дана «проблема» - це досить дискусійний момент. І тільки практичні дослідження самого пристрою дають перші натяки на причину . А потім виникають перші рішення: виходячи із і враховуючи, що оптимальний опір навантаження джерела - послідовно переходимо:

  Послідовне                                               Паралельне    

         для збільшення опору                        для зменшення опору

 R₁      I₁ R₂      I₂                  R₁        I₁  

                       I             I

   U₁         U₂              R₂      I₂

   U                      U                                                           

  R_1,2 = R₁+R₂                                                            

                                                                          

                                                                                 

 І, розв’язуючи типову для своєї спеціальності задачу, іде процес засвоєння основних законів, вироблення практичних навичок, формування професійних компетентностей, виникає розуміння роботи інженерів-конструкторів електротехнічних пристроїв.

4) У кожній навчальній групі є незначна частина студентів, які не впевнені у правильному виборі своєї майбутньої професії. А відповідно на даному етапі навчання вони не виявляють особливої активності та творчої ініціативи. Та це не має виштовхувати їх на узбіччя навчального процесу. Для них доречно організувати тестові онлайн завдання з кожної практичної роботи.  В додатках представлені  створені мною тести у форматі pdf.

 

 Захист лабораторної роботи "Визначення коефіцієнта тертя ковзання" (рівень 4-6 балів)

1. Сила тяги двигуна автомобіля 4000 Н, а сила опору під час руху автомобіля напрямлена в протилежну сторону і дорівнює 1500Н. Яким є модуль (абсолютне значення) рівнодійної сили?

 а) 5500 Н б) 2500 Н

в) 2000 Н г) 3000 Н

2. Коли зовнішня сила дорівнює, або перевищує за модулем максимальну силу тертя спокою, виникає сила тертя

а) ковзання

б) кочення

в) спокою

3. Сила тертя ковзання залежить від

а) площі стичних поверхонь

б) матеріалу поверхонь

в) маси

г) шорсткості поверхонь

4. Щоб збільшити силу тертя:

а) збільшують вагу тіла

б) покращують якість обробки стичних поверхонь

в) використовують підшипники

г) на стичних поверхнях створюють рельєфні малюнки

5. Сила реакції опори завжди напрямлена

а) вертикально вниз

б) перпендикулярно до сили тяжіння

в) перпендикулярно до поверхні

6. Сила, яка виникає під час руху одного тіла по поверхні іншого і перешкоджає цьому руху називається силою

 а) тяжіння

б) пружності

в) вагою

г) тертя

 

Захист лабораторної роботи "Визначення коефіцієнта поверхневого натягу" (рівень 4-6 балів)

1. Фізичне явище, суть якого полягає в прагненні рідини скоротити площу своєї поверхні при незмінному об'ємі називається

 а) капілярністю

 б) змочуванням

в) поверхневим натягом

2. Сили, які діють уздовж поверхні рідини і викликають зменшення її площі, називають силами

а) пружності

б) тертя

в) поверхневого натягу

3. Коефіцієнт поверхневого натягу залежить від

 а) площі поверхні

б) поверхневої енергії

в) температури

 г) домішок

4. Виберіть речовини, які на вашу думку мають малий коефіцієнт поверхневого натягу

а) чиста вода

б) мильний розчин

в) солодка вода

г) спирт

5. Висота підняття рідини в капілярі збільшиться, якщо

 а) зменшити густину речовини

 б) збільшити густину речовини

в) збільшити коефіцієнт поверхневого натягу

г) зменшити радіус капіляра

6. Одиниця вимірювання коефіцієнта поверхневого натягу

а) Н/м

б) м/Н

в) Дж/м²

 

Захист лабораторної роботи "Визначення питомого опору провідника" (рівень 4-6 балів)

1. Електричним струмом у металах називають напрямлений рух .... під дією електричного поля

а) іонів

б) іонів і електронів

в) термоелектронів

г) вільних електронів

2. Якщо при проходженні електричного струму через провідник на ньому виділяється тепло, то опір такого провідника називають ... Одиниця вимірювання ...

а) реактивним, Ом

б) активним, Ом

в) питомим Ом·м

г) активним, Ом·м

3. Фізична величина, яка показує опір провідника довжиною один метр та площею поперечного перерізу один метр квадратний , виготовленого із заданої речовини називається... опором

а) питомим

б) активним

в) реактивним

4. Оберіть, від яких величин залежить активний опір

 а) напруги

б) довжини провідника

в) сили струму

г) матеріалу провідника

д) площі поперечного перерізу провідника

5. Якщо силу струму, що тече по провіднику зменшиться у 2 рази. Як зміниться активний опір провідника?

а) зменшиться у двічі

б) збільшиться у двічі

в) не зміниться

6. Як зміниться опір провідника, якщо його площу поперечного перерізу збільшити?

а) збільшиться

б) зменшиться

в) не зміниться

 

ВИСНОВОК

Акцентування уваги на дослідження звичних речей оточуючого світу змінює ставлення до них – надає їм певної краси і магічності, формує дбайливе ставлення. Право вибору об’єкту досліджень, складності розрахункового завдання, створює змагальний процес. Задані критерії оцінювання дають можливість вибору обсягу роботи. Такий підхід автоматично створює диференціювання освітнього процесу, стимулює до лідерства і, найголовніше, визначає місце особистості в суспільстві.