Задание № 1. - Сургутский государственный педагогический

О ПРОВЕДЕНИИ ИНТЕГРИРОВАННЫХ УРОКОВ ДЛЯ
ШКОЛЬНИКОВ НА БАЗЕ ДИСЦИПЛИН «МАТЕМАТИКА» И
«ФИЗИКА» С ПРИМЕНЕНИЕМ КОМПЬЮТЕРНОЙ ПРОГРАММЫ
«ELECTRONICS WORKBENCH»
Попов Николай Иванович
кандидат физико-математических наук, доцент
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Марийский государственный университет»
Курилева Наталья Леонидовна
кандидат педагогических наук
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Марийский государственный университет»,
учитель физики
Государственное автономное образовательное учреждение
Республики Марий Эл «Лицей Бауманский», г. Йошкар-Ола
Аннотация: В статье описан методический подход, использованный на
интегрированных уроках, проводимых для школьников на базе дисциплин
«Математика»
и
«Физика»
с
применением
компьютерной
программы
«Electronics Workbench» (EWB). Предложенный подход апробирован на
практике при работе с учащимися в очно-заочной физико-математической
школе (ОЗФМШ) при ФГБОУ ВО «Марийский государственный университет»
и ГАОУ РМЭ «Лицей Бауманский» г. Йошкар-Ола.
Ключевые слова: интегрированный урок, компьютерная программа.
1
Федеральный государственный образовательный стандарт среднего
(полного) общего образования предполагает проектирование развивающей
образовательной среды для обучающихся и активную учебно-познавательную
деятельность школьников. В средних общеобразовательных школах еще на
ранней стадии обучения выделяют математическое, естественнонаучное,
гуманитарное направления подготовки, которые позволяют в последующем
сформировать профильные физико-математические, естественнонаучные и
социально-гуманитарные классы.
Использование новых форм и средств обучения в образовательном
процессе привносит свои коррективы в организацию школьных уроков. Перед
педагогом возникает проблема выработки у школьников умений и навыков
применения полученных знаний по одному учебному предмету при изучении
других, в том числе с использованием информационных технологий.
Анализируя способы применения компьютерных средств обучения на уроках
физики и математики с учащимися, можно отметить следующее: компьютер в
основном используется учителем для демонстрации различных презентаций и
видеофрагментов, а школьниками ‒ при изложении материала рефератов и
защите различных проектов. При изучении нового материала, выполнении
лабораторных и практических заданий
компьютерные программы для
моделирования физических процессов и явлений применяются крайне редко.
Любопытен следующий факт: на вопрос анкеты «Хотите ли Вы использовать
компьютерное моделирование при изучении нового учебного материала или
при
выполнении
лабораторных
и
практических
работ?»
более
80%
респондентов – учащихся 8-х классов ГАОУ РМЭ «Лицей Бауманский»
г. Йошкар-Ола и слушателей 10-го класса ОЗФМШ при ФГБОУ ВО
«Марийский
государственный
университет»,
ответили
положительно.
Следовательно, позитивная мотивированность учащихся к применению
компьютера и прикладных программ в учебном процессе, при выполнении
практических заданий на уроках математики и физики достаточно высокая.
2
Рассмотрим методические особенности проведения интегрированного
урока на базе дисциплин «Математика» и «Физика» с использованием
компьютерных программ на этапе изучения школьниками темы «Закон Ома для
участка цепи». В таблице 1 представлена структурная часть урока с указанием
временных
интервалов.
Цель
занятия
заключается в
анализе
работы
электрической цепи, состоящей из источника тока с переменным напряжением,
резисторов разного сопротивления, амперметра и вольтметра. В практике
работы учителя организация такого занятия подразумевает демонстрационный
эксперимент, проводимый педагогом. В действительности, часто получается
так, что на уроке в основном работают не ученики, а учитель. Возможность
вовлечения в образовательную деятельность всех учащихся подразумевает
разумное
сочетание
наглядного
демонстрационного
эксперимента
с
использованием компьютерного моделирования. Для проведения урока нами
была выбрана программа «Electronics Workbench», так как она проста в
обращении и не требует глубоких знаний школьников по информатике,
обладает
стандартным,
интуитивно
понятным
интерфейсом.
Внешний
интерфейс EWB представлен на рисунке 1.
Рисунок 1. Внешний интерфейс программы «Electronics Workbench» и электрическая
схема для изучения закона Ома для участка цепи
3
С помощью таких компьютерных программ нетрудно организовать
самостоятельную работу учащихся, при этом школьники не только расширяют
свои представления о современных средствах обучения, но и развивают свой
творческий потенциал [1, 2].
Таблица 1. План урока по теме «Вывод закона Ома для участка цепи»
Временной
интервал
урока
Первая
часть
(30 минут)
Вторая
часть
(30 минут)
Третья
часть
(30 минут)
Цель этапа
Содержание этапа
Результат этапа
Актуализация
знаний по
математике
и физике
Свойства и графики функций
1
y = кx и у = х (х>0) [3].
Сила тока, напряжение и
сопротивление
проводника [4].
Заполнение таблицы с
использованием
статистических данных,
анализ графиков.
Получение обобщенной
схемы по основным
характеристикам
электрического тока.
Построение электрической
цепи в EWB, фиксирование
показаний амперметра и
вольтметра.
Оформление полученных
экспериментальных
данных в таблице.
Изучение нового Задание № 1. Исследовать
материала
зависимость силы тока от
напряжения при постоянном
значении сопротивления
(пункты 1-4).
Задание № 2. Исследовать
зависимость силы тока от
сопротивления при
постоянном значении
напряжения (пункты 1-4).
Использование Задание № 1 (пункты 5-6).
знаний по
Задание № 2 (пункты 5-6).
математике и
физике для
анализа
полученных
результатов
Построение графиков
функций по полученным
числовым показаниям
амперметра и вольтметра.
Анализ полученных
графиков.
Отметим, что в учебном заведении «Лицей Бауманский» г. Йошкар-Ола
реализуется модель образовательного процесса «30х30х30», т.е. один урок
разделяется
на
три
временных
промежутка,
каждый
из
которых
продолжительностью по тридцать минут (см. табл.1). Методический подход,
опирающийся на структуру приведенной таблицы 1, использован одним из
авторов статьи при проведении интегрированного урока, целью которого было
исследование зависимости силы тока от напряжения и сопротивления, вывод
4
закон Ома для участка электрической цепи. Приведем подробное описание
заданий №1 и №2, частично отраженных в таблице 1.
Задание № 1. Исследовать зависимость силы тока от напряжения при
постоянном значении сопротивления. Числовые значения сопротивлений
выбрать в соответствии с приведенными номерами вариантов.
Номер
варианта
1
2
3
4
5
R1,
Ом
10
15
20
25
30
R2,
Ом
45
50
55
60
65
Номер
варианта
6
7
8
9
10
R3,
Ом
70
75
80
85
95
R1 ,
Ом
35
40
15
30
10
R2,
Ом
60
55
30
65
55
R3,
Ом
100
80
50
90
80
Ход выполнения задания:
1.
Соберите электрическую схему в программе EWB (см. рис.1),
состоящую из источника постоянного тока, резистора и приборов для
измерения силы тока и напряжения на данном резисторе.
2.
Установите значение сопротивления R1 по выбранному номеру
варианта.
3.
Изменяя напряжение на источнике постоянного тока от 0 B до
100 В с шагом в 10 В, фиксируйте показания амперметра и занесите числовые
значения в таблицу 2.
Таблица 2
U,B 0
R1=
I1,А
R2=
I2,А
R3=
I3,А
10
20
30
40
50
60
70
80
4.
Повторите опыт по аналогии для сопротивлений R2 и R3.
5.
Проиллюстрируйте
графически
зависимость
силы
90
тока
100
от
напряжения (I=f(U)) при заданных значениях сопротивлений.
5
6.
Проведите анализ таблицы 2 и графиков функций. Запишите вывод,
объяснив:
- как зависит сила тока от напряжения при постоянном значении
сопротивления;
- как изменяется график функции, отражающий зависимость силы тока от
напряжения при изменении сопротивления;
- предложите математическую запись исследуемых зависимостей.
Задание № 2. Исследовать зависимость силы тока от сопротивления при
постоянном значении напряжения. Числовые значения напряжений выбрать в
соответствии с приведенными номерами вариантов.
Номер
варианта
1
2
3
4
5
U1, В U2, В U3, В
10
20
30
40
15
45
55
65
75
30
Номер U1,
варианта В
6
25
7
35
8
45
9
10
10
25
80
90
100
95
85
U2,
В
40
50
60
55
75
U3,
В
75
90
80
75
100
Ход выполнения задания:
1.
Соберите электрическую схему в программе EWB , состоящую из
источника постоянного тока, резистора и приборов для измерения напряжения
и силы тока на данном резисторе.
2.
Установите значение напряжения U1.
3.
Изменяя сопротивление от 100 Ом до 1000 Ом с шагом в 100 Ом,
фиксируйте показания амперметра и занесите числовые значения в таблицу 3.
Таблица 3
R,
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Ом
U1=
I1
U2=
I2
U3=
I3
6
4.
Повторите опыт по аналогии для напряжений U2 и U3.
5.
Проиллюстрируйте
графически
зависимость
силы
тока
от
сопротивления (I=f(R)) при заданных значениях напряжений.
6.
Проведите анализ таблицы 3 и графиков функций. Запишите вывод,
объяснив:
- как зависит сила тока от сопротивления при постоянном значении
напряжения;
- как изменяется график функции, отражающий зависимость силы тока от
сопротивления при изменении напряжения;
- предложите математическую запись исследуемых зависимостей.
Выделим кратко требования к оформлению конечных результатов
проведенной практической работы школьниками:
1.
Представление электрических схем для заданий № 1 и № 2 в
программе EWB.
2.
Заполнение таблиц 2 и 3 (с возможным использованием программы
Excel, программы «Наглядная геометрия» или математических приложений к
IPad).
3.
Представление графиков функций
I=f(U) и I=f(R) (разрешено
применение программы Excel).
4.
Оформление выводов по заданиям № 1 и № 2 (формулировка закона
Ома для участка цепи).
В заключение отметим, что в статье [5] приведено описание физического
практикума по теме «Постоянный электрический ток» для учащихся 8 класса с
использованием компьютерной программы EWB.
Список использованных источников
1.
Работа с Electronics Workbench // Электронный ресурс. – http://mini-
soft.ru/it/ewb.php.
2.
Марков, Б.Г. Моделирование электронных схем в программе
"Electronics Workbench": Учебно-методическое пособие / Б.Г. Марков. –
Волгоград: Перемена, 2006.
7
3.
Алгебра. 8 класс: учеб. для общеобразоват. организаций /
С.М. Никольский, М.К. Потапов, Н.Н. Решетников, А.В. Шевкин. – М.:
Просвещение, 2014. – 301 с.
4.
Перышкин А.В. Физика. 8 класс: учеб. для общеобразоват.
организаций /А.В. Перышкин. – М.: Дрофа, 2010. – 191 с.
5.
Курилева Н.Л., Никитин А.Ю. Применение программы «Electronics
Workbench» на уроках физики в 8 классе / Н.Л. Курилева, А.Ю. Никитин //
Настоящее и будущее физико-математического образования: Материалы
докладов III Всероссийской научно-практической конференции. – Киров: ООО
«Типография «Старая Вятка», 2012. – С. 78 – 84.
8