“Архімед” і эксперымент, або Выкарыстанне лічбавай лабараторыі на занятках па фізіцы

У сучасным адукацыйным працэсе выкарыстоўваюцца і сучасныя сродкі навучання, асноўнае прызначэнне якіх — дапамагаць школьнікам успрымаць і разумець вучэбную інфармацыю. Натуральна, у арсенале кожнага педагога ёсць цэлы шэраг самых розных сродкаў навучання, але разам з тым яны не спыняюцца на дасягнутым і пастаянна звяртаюцца да навінак. Таму наша новая рубрыка “Сродкі навучання” будзе прысвечана галоўным дапаможнікам настаўнікаў, і гаворка ў ёй пойдзе пра методыку іх прымянення на сучасным школьным уроку.

Сёння на старонках нашага выдання дэбютуе новая рубрыка — “Сродкі навучання”, дзе мы будзем гаварыць пра самыя розныя віды сродкаў навучання, іх значэнне ў вучэбным працэсе і, безумоўна, методыку іх прымянення на ўроках. Кожнаму прадмету і кожнаму настаўніку ўласцівы свае сродкі навучання, таму мы пастараемся ахапіць усе “аб’екты, створаныя чалавекам, а таксама прадметы натуральнай прыроды, якія выкарыстоўваюцца ў адукацыйным працэсе ў якасці носьбітаў вучэбнай інфармацыі і прылад дзейнасці педагога і вучняў для дасягнення пастаўленых мэт навучання, выхавання і развіцця” (Вікіпедыя, раздзел “Сродкі навучання”).

А калі гаварыць больш дакладна і па сутнасці, то трэба звярнуцца да тыпалогіі сучасных сродкаў навучання, якімі карыстаюцца ў школах. Матэрыялы рубрыкі будуць прысвячацца:
— друкаваным (падручнікі і вучэбныя дапаможнікі, кнігі для чытання, хрэстаматыі, працоўныя сшыткі, атласы, раздатачны матэрыял і г.д.);
— аўдыявізуальным (слайды, слайд-фільмы, адукацыйныя відэафільмы, вучэбныя кінафільмы, вучэбныя фільмы на лічбавых носьбітах);
— наглядным плоскасным (плакаты, карты насценныя, ілюстрацыі насценныя, магнітныя дошкі);
— дэманстрацыйным (гербарыі, муляжы, макеты, стэнды, мадэлі ў разрэзе, мадэлі дэманстрацыйныя);
— вучэбным (компас, барометр, колбы і г.д) сродкам навучання.

Натуральна, гаворка будзе весціся і пра сучасныя тэхнічныя сродкі навучання: электронны лічбавы мікраскоп, інтэрактыўную дошку, лічбавую лабараторыю, дакумент-камеру.

З мэтай больш высокай адаптацыі і сацыяльнай самарэалізацыі

Наша першая старонка прысвечана методыцы работы з лічбавай лабараторыяй “Архімед” на ўроках і факультатывах па фізіцы. Людміла Мікалаеўна Пірштук, настаўніца фізікі гімназіі № 31 Мінска, прадставіла яе ў сваім праекце “Актывізацыя пазнавальнай даследчай дзейнасці навучэнцаў па прадмеце “Фізіка” з дапамогай сучасных сродкаў навучання”. За гэты праект педагог атрымала грант Мінгарвыканкама.

“На жаль, не ўсе вучні сярэдняй школы могуць аналізаваць інфармацыю цэласна, граматна выконваць даследчыя заданні, што патрабуе сфарміраванасці пэўных навыкаў і ўменняў. Не заўсёды могуць вызначыць праблему і вырашаць яе. У нестандартных сітуацыях, асабліва там, дзе патрабуецца прымяненне ведаў з некалькіх галін, дзеці адчуваюць цяжкасці. Тым не менш сучасны выпускнік школы павінен валодаць здольнасцю бачыць структуру матэрыялу, які вывучаецца, ставіць праблемы і вырашаць іх, хутка вылучаючы галоўнае, свабодна выходзіць за межы засвоенага, дэманструючы пры гэтым розныя спосабы вырашэння праблемы, умець рабіць абагульненні на аснове назіранняў, фармуляваць гіпотэзы і правяраць іх эксперыментальна. І ўсяму гэтаму трэба вучыць.



Як паказвае практыка, фізіка ў вучняў не карыстаецца вялікай папулярнасцю. Школьнікі лічаць гэты прадмет складаным, не могуць прымяніць тэарэтычныя веды на практыцы. Гэта звязана перш за ўсё з тым, што рашэнне задач, правядзенне фізічных эксперыментаў і даследаванняў патрабуе ад вучняў добра развітога ўяўлення, даследчых навыкаў, графічнай культуры. Акрамя таго, невялікая колькасць вучэбных гадзін пры вялікай колькасці тэарэтычнага матэрыялу не дае магчымасці паўнацэнна разбіраць тэарэтычны матэрыял і рашаць задачы.
Самым важным для настаўніка заўсёды лічылася пытанне “Як?”:
— Як выклікаць цікавасць да вучобы?
— Як захаваць і ўмацаваць здароўе дзіцяці пры арганізацыі яго вучэбнай дзейнасці?
— Як павысіць матывацыю?
— Як дасягнуць актыўнасці на ўроку?
— Як забяспечыць паспяховасць кожнага вучня ў навучанні?
— Як эфектыўна выкарыстоўваць у рабоце новыя метады і новыя педагагічныя тэхналогіі, якія спрыяюць павышэнню якасці адукацыі?

Гэта значыць, настаўнік павінен знаходзіцца ў пастаянным пошуку шляхоў удасканальвання вучэбна-выхаваўчага працэсу, таму мэтай майго праекта і стала садзейнічанне актывізацыі пазнавальнай і даследчай дзейнасці вучняў з дапамогай сучасных сродкаў навучання”, — адзначыла Людміла Мікалаеўна.

Пасля правядзення дыягностыкі на першым этапе работы над праектам, у ходзе якой настаўніца выявіла, што найбольш ведаў па фізіцы хочуць атрымаць у 7 класе 51,4% школьнікаў, а ў 11 ужо толькі 32,6%, яна прааналізавала шэраг крыніц псіхолага-педагагічнай і навукова-метадычнай літаратуры, дзе на аснове тэарэтычнага даследавання і аналізу педагагічнага вопыту раскрываюцца дыдактычныя і метадычныя асновы актывізацыі пазнавальнай дзейнасці вучняў на ўроках фізікі. “Я таксама згодна са сцвярджэннем, што сам характар дзейнасці, які патрабуе штодня ад настаўніка варыятыўнага вырашэння педагагічных задач, носіць творчы характар. У мяне з’явілася сваё бачанне праблемы, і я паспрабавала актывізаваць пазнавальную цікавасць школьнікаў з дапамогай даследчай дзейнасці. Я ўпэўнена: кожнаму дзіцяці ад прыроды дадзена схільнасць да пазнання і даследавання навакольнага свету. Эфектыўнасць даследчай дзейнасці залежыць і ад ступені захопленасці вучня гэтай дзейнасцю, і ад умення яе выконваць.

Прывіваючы вучням густ да даследавання, тым самым узбройваю іх метадамі навукова-даследчай дзейнасці, якія будуць карыснымі ў будучыні, нягледзячы на тое, якую прафесійную нішу зойме вучань. Навізна маёй работы заключаецца ў разуменні фарміравання і развіцця даследчай і пазнавальнай кампетэнтнасці школьнікаў з мэтай іх больш высокай адаптацыі і сацыяльнай самарэалізацыі”, — зазначыла настаўніца.

MultiLab — “вітамін” цікавасці

У працэсе навучання Людміла Мікалаеўна звяртаецца да сучасных сродкаў навучання, такіх як лічбавая лабараторыя “Архімед”, электронны мікраскоп, дакумент-камера. Нямногія школы маюць лічбавую лабараторыю “Архімед”, і настаўнікі фізікі сутыкаюцца з праблемамі ў рабоце з ёй, бо механізмы даследаванняў недастаткова адпрацаваны і не да канца раскрыты. Не заўсёды атрымліваецца жаданы вынік. Тым не менш лабараторыя дае ўнікальныя магчымасці лічбавай апрацоўкі даных.

Лічбавая лабараторыя — гэта абсталяванне новага пакалення. У камплект уваходзяць розныя датчыкі: напружання, току, мікрафонны датчык, датчык асветленасці, ціску, сілы, датчык індукцыі магнітнага поля, датчык адлегласці, тэмпературы.

“Апрацоўка інфармацыі па выніках даследаванняў і эксперыментаў праводзіцца з дапамогай праграмы MultiLab. З гэтай праграмай можна:
• збіраць даныя і адлюстроўваць іх у ходзе эксперымента;
• выбіраць розныя спосабы адлюстравання даных — у выглядзе графікаў, табліц, табло вымяральных прыбораў;
• апрацоўваць і аналізаваць даныя з дапамогай “майстра аналізу”;
• імпартаваць/экспартаваць даныя тэкставага фармату;
• весці запіс эксперыментаў;
• праглядаць відэазапісы папярэдніх эксперыментаў і многае іншае.

У сучасным свеце няма вучня, якому не падабаўся б камп’ютар, таму выкарыстанне лабараторыі “Архімед” выклікае жывую цікавасць да навучання (больш за ўсе прыёмы, накіраваныя на актывізацыю пазнавальнай дзейнасці). Выкарыстанне лічбавай лабараторыі можна ўводзіць на розных тыпах урока:
— на ўроках набыцця новых ведаў на этапе тлумачэння новага матэрыялу;
— на ўроках паўтарэння і абагульнення матэрыялу ў залежнасці ад характару работы, ступені падрыхтаванасці, бюджэту вучэбнага часу і іншых акалічнасцей.

Мэтазгоднасць прымянення на ўроках ЛЛ “Архімед” у многім залежыць ад аб’ектыўных умоў: агульнага ўзроўню падрыхтаванасці вучняў пэўнага класа, узроўню засваення тых пытанняў, веданне якіх неабходна для выканання работы, узроўню практычных уменняў, наяўнасці неабходных датчыкаў.

Паколькі правядзенне эксперыментаў і даследаванняў з дапамогай лічбавай лабараторыі “Архімед” займае шмат часу, то мэтазгодна выкарыстоўваць яе ў пазаўрочнай дзейнасці і на факультатыўных занятках. Гэта можа быць як апераджальнае навучанне і выступаць у якасці праектнай дзейнасці вучняў і ў якасці дамашняга задання.

Факультатыўныя заняткі, праведзеныя з прымяненнем лабараторыі “Архімед”, дазволяць фарміраваць наступныя веды і ўменні:

1. Карыстацца ЛЛ “Архімед”.

2. Карыстацца праграмай MultiLab:
— ствараць Даследчыка;
— ствараць Новы вопыт;
— выбіраць адпаведны эксперыменту датчык;
— рабіць прагляд датчыкаў і заўваг да іх;
— рабіць выбар каналаў датчыкаў;
— задаваць параметры замераў;
— задаваць працягласць вымярэнняў у адпаведнасці з эксперыментам;
— мяняць спосаб прадстаўлення даных у рэжыме папярэдняга прагляду;
— па неабходнасці змяняць маштаб восі Y для аднаго і двух датчыкаў;
— умець ажыццяўляць прагляд запісу даных (графік, пастаронкава, асобныя кропкі графіка);
— умець павялічваць і памяншаць малюнак графіка.

3. Разумець, што асноўная апрацоўка даных робіцца ў праграме MultiLab. Разумець, што залежнасць паміж доследнымі велічынямі можа быць прадстаўлена ў розным выглядзе: графік, табліца, гістаграма, дыяграма.

4. Карыстацца праграмай MultiLab як асноўным інструментам апрацоўкі даных доследу:
- ведаць, разумець і ўмець карыстацца асноўнымі інструментамі і панэлямі;
- пры графічным адлюстраванні даных умець змяняць значэнне восі X у адпаведнасці з данымі эксперымента;
- вучыцца працаваць з курсорам пры рабоце ў акне графікаў;
- вучыцца змяняць выгляд графікаў, рэдагаваць графікі, задаваць імя графіку, вучыцца аналізаваць даныя графікаў (для 7 класа — згладжванне і лінейнае набліжэнне).

5. Падводзіць вынікі работы, рабіць кароткую справаздачу.

Даследаванне з дапамогай лічбавай лабараторыі “Архімед” уключае наступныя этапы:
1 этап — тэма заняткаў; актуалізацыя ведаў або ўводная гутарка настаўніка;
2 этап — азнаямленне з камплектам абсталявання і тэхнічнымі асаблівасцямі датчыкаў, якія выкарыстоўваюцца ў эксперыменце;
3 этап — каліброўка датчыкаў (па неабходнасці); мантаж эксперыментальнай устаноўкі, устаноўка параметраў вымярэнняў у праграме MultiLab;
4 этап — эксперымент (у залежнасці ад працягласці доследу);
5 этап — захаванне вынікаў доследу;
6 этап — аналіз вынікаў і апрацоўка даных; стварэнне справаздачы”, — расказала настаўніца фізікі гімназіі № 31.

Трэба адзначыць, што кола даследаванняў вучняў Л.М.Пірштук даволі шырокае. Гэта “Вывучэнне руху цел па нахіленай плоскасці. Графічнае ўяўленне роўнапаскоранага руху”, “Вывучэнне сілы трэння”, “Магнітнае поле Зямлі”, “Даследаванне залежнасці асветленасці ад адлегласці да крыніцы святла”, “Даследаванне залежнасці сілы току паўправадніковага дыёда ад напружання”, “Вывучэнне святлоадбівальных флікераў”.

Ярка і калярова

Як адзначыла Людміла Мікалаеўна, даследаванне на тэму “Вывучэнне святлоадбівальных флікераў” — яркі прыклад прымянення лічбавай лабараторыі “Архімед” і электроннага лічбавага мікраскопа ў правядзенні даследаванняў па фізіцы. З дапамогай электроннага мікраскопа былі зроблены фатаграфіі ўнутранай будовы флікераў.

“На фотаздымках выразна відаць, што на адбіваючай паверхні выкарыстаны вугалковыя прызмы. Святло ад крыніцы падае на паверхню мікрапрызм і шарыкаў, праламляецца, адбіваецца ад унутранай паверхні і вяртаецца да крыніцы (выкарыстоўваецца з’ява поўнага ўнутранага адбіцця).

Эфектыўнасць святлоадбівальных элементаў вызначаецца законамі фізікі. Калі прамень святла праходзіць з аднаго асяроддзя (паветра, шкло ці вада) у іншае, якое адрозніваецца ад папярэдняга, ён мяняе напрамак — “праламляецца”. Вугал праламлення промня залежыць ад уласцівасці асяроддзя, якое называецца “паказчыкам праламлення”. Калі прамень святла, які падае пад вуглом, трапляе з асяроддзя з вялікім паказчыкам праламлення ў асяроддзе з меншым паказчыкам праламлення, ён перасякае мяжу двух асяроддзяў (калі вугал падзення не перавышае нейкага крытычнага значэння). Пры дасягненні крытычнага значэння вугла ўсё святло будзе адбіта ў асяроддзе з вялікім паказчыкам праламлення.

Гэтая з’ява называецца “поўным унутраным адбіваннем святла”, а крытычнае значэнне вугла — “вуглом поўнага ўнутранага адбівання”. Выкарыстанне гэтай з’явы ляжыць у аснове падыходу, які прымяняецца для распрацоўкі найбольш эфектыўнага святлоадбівальнага элемента.

Работа выклікала пэўную цікавасць у вучняў. У ёй знайшлі прымяненне такія метады, як назіранне, параўнанне і аналіз вынікаў даследаванняў. У выніку гэтага даследавання было выяўлена, што найбольшымі святлоадбівальнымі ўласцівасцямі валодаюць жоўтыя флікеры. Блакітныя флікеры адлюстроўваюць святло амаль у два разы слабей, чым чырвоныя, а палосныя флікеры і тасьмы значна саступаюць па сваіх уласцівасцях звычайным флікерам круглай і квадратнай формы, параўнальнымі з’яўляюцца толькі жоўты палосны флікер з чырвоным непалосным.

Гэтая работа была паспяхова абаронена і адзначана дыпломамі на раённай і гарадской навукова-практычнай канферэнцыі па фізіцы”, — расказала настаўніца.

Па меркаванні Людмілы Мікалаеўны, знаёміць дзяцей з элементамі вучэбна-даследчай работы трэба ўжо ў 6—7 класе. Для гэтага вучні могуць выконваць работы па інструкцыі і з дапамогай настаўніка. Вучням з дапамогай лічбавай лабараторыі “Архімед” можна прапанаваць міні-даследаванні навучальнага характару. Педагог прапаноўвае наступныя тэмы:
• Вымярэнне адлегласцей.
• Вывучэнне раўнамернага руху.
• Даследаванне змены каардынаты цела з часам.
• Даследаванне залежнасці сілы цяжару ад масы.
• Залежнасць падаўжэння спружыны ад сілы расцяжэння.
• Вызначэнне паражніны ўнутры цела.
• Вывучэнне сілы трэння.
• Даследаванне залежнасці атмасфернага ціску ад вышыні.
• Вылічэнне ўмоў раўнавагі нерухомага блока.

У старшых класах гэты пералік можна працягнуць больш складанымі даследаваннямі:
• Вывучэнне роўнапаскоранага руху.
• Даследаванне магнітнага поля саленоіда.
• Даследаванне магнітнага поля Зямлі.
• Вывучэнне работы пераменнай сілы.
• Даследаванне залежнасці сілы нацяжэння падвеса ад вугла адхілення.
• Даследаванне транспартных шумаў.
• Вывучэнне механічных ваганняў спружыннага маятніка.
• Вывучэнне каэфіцыента цвёрдасці спружыны.
• Залежнасць асветленасці ад адлегласці да крыніцы святла.

Вольга Дубоўская, Настаўніцкая газета