26 сентябрь ФИЗИКА 2011

э к с п е р и м е н т

Компьютеризированный эксперимент как средство формирования исследовательских уменийКЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: X Московский педагогический марафон учебных предметов, методы обучения, формирование исследовательских умений, виртуальный эксперимент

С.В. ЛОЗОВЕНКО sergeyloz@rambler.ru, МПГУ, ГОУ многопрофильный технический лицей № 1501, г. Москва

Полемика о месте и роли компьютерного эксперимента в учебном процессе возникает, по нашему мнению, из-за неясности по-нимания его функции. А они определяются ролью информационных технологий в жизни вообще и в физическом эксперименте, в частности.

Во-первых, компьютер играет роль средства численного моделирования в реальной научной и инженерно-технической практике (процессы в звёздных системах, испытание блоков самолётов, корпусов автомобилей). Во-вторых, он использу-ется для автоматизации процесса получения и об-работки информации, полученной в эксперименте, что даёт больше времени для осмысления получен-ных данных, для проведения дополнительных из-мерений, для постановки эксперимента в новых условиях.

Исходя из этих функций, компьютерный экс-перимент можно разделить на модельный и авто-матизированный (компьютеризированный) и рас-сматривать как метод обучения в составе методов организации учебного исследования.

К сожалению, модельный компьютерный экспе-римент стал использоваться не только как сред-ство наглядности, но и как объект активной позна-вательной деятельности учащихся, цели которой не всегда адекватны содержанию. Например, уча-щимся предлагаются такие задания для работы с моделями: «… доказать справедливость закона Ома для участка цепи», «… проверить выполнение зако-на Ампера». Правильнее, на наш взгляд, было бы предложить «… исследовать работу модели “Закон Ома для участка цепи”» или «… познакомиться с за-коном Ампера, используя модель “Опыт Ампера”». Мы считаем, что модельный эксперимент должен не заменять, а дополнять традиционный натурный эксперимент. Например, при изучении механики в лабораторную работу «Исследование зависимос-ти дальности полёта тела от угла бросания» можно

Печатается в сокращении. Полный текст доклада и презентацию см. на диске. – Ред.

добавить задания, в которых используется модель Движение тела, брошенного под углом к гори-зонту; в лабораторную работу по электродинами-ке «Явление резонанса в цепи переменного тока» можно добавить задания по исследованию модели Вынужденные колебания в RLC-контуре [1].

Можно предложить задания на: моделирова-ние физической ситуации для случая прицельного броска с заданной скоростью с последующей про-веркой результата в натурном эксперименте ис-пользование модели в качестве экспертной систе-мы при решении задач типа: Начальная скорость броска составляет... Максимальная дальность полё-та достигается при... Рассчитайте дальность полёта при... исследование поведения модели при изме-нении циклической частоты свободных незатухаю-щих электромагнитных колебаний в электрическом контуре и значений параметров цепи, а также опре-деление резонансной частоты.

Что касается компьютеризированного (авто-матизированного) эксперимента, то он возможен, если школьная лабораторная установка снабжена системой датчиков. Данные эксперимента обраба-тываются и выводятся на экран в реальном масшта-бе времени – в рациональной графической форме, в виде последовательности чисел, диаграмм, гра-фиков и таблиц. Основное внимание учащихся при этом сосредотачивается не на сборке и настройке

2011 ФИЗИКА сентябрь 27

экспериментальной установки, а на проектирова-нии различных вариантов проведения эксперимен-та, накоплении данных, их анализе и интерпрета-ции, формулировке выводов.

Приведём пример использования компьютерных технологий при изучении темы «Звуковые волны». Звуковые волны можно визуализировать с помо-щью учебной установки «Волновой портрет» (ООО «Научные развлечения») (фото а). На низкочастот-ном динамике смонтировано зеркало, которое при возвратно-поступательном движении диффузора изменяет угол наклона по отношению к падающему на него лучу лазера. Это вызывает колебания отра-жённого луча в вертикальной плоскости. Горизон-тальная развёртка лазерного луча осуществляется с помощью восьмигранной зеркальной призмы, вра-щающейся на валу шагового электродвигателя.

Параметры входного электрического сигнала, по-ступающего на динамик, измеряют с помощью ком-пьютерного измерительного блока, подключённого к мини-ноутбуку (фото б). Одновременно соответ-ствующий звуковой сигнал можно услышать и за-регистрировать с помощью датчика звука (микро-фона). Выходной электрический сигнал поступает в систему сбора данных, предназначенной для ав-томатизации учебных демонстрационных экспери-ментов, либо в устройство измерения и обработки данных (фото в). На экране отображается график звуковых колебаний.

Мы используем лабораторный программно-аппаратный комплекс (ЛабПАК), поставляе-

мый Производственно-консультационной груп-пой «Развитие образовательных систем» (РОС, http://www.afsedu.ru/, торговая марка AFS – All For School).

Школьники строят графическое изображение звуковой волны, определяют её период, частоту и амплитуду, изменение амплитуды при удалении от источника звука, изучают форму и частоту зву-ковых колебаний, соответствующих нотам первой октавы клавишного инструмента.

Можно предложить домашнюю исследователь-скую работу по изучению различных шумов – ведь термин «цвет шума» широко используется в акус-тике, электронике и так далее. Бывают белый, розовый, красный, синий, фиолетовый, серый, оранжевый, зелёный и чёрный шумы, со своими спектральными характеристиками. Конечно, для выполнения задания придётся изучить дополни-тельную литературу, порыться в Интернете, осво-ить компьютерную программу AudioTester V1.4g. (это сразу генератор, анализатор и двухполосный осциллограф).

Ещё одна посильная для школьников задача – разобраться, как работает пульт дистанционного управления бытовыми приборами, собрать уста-новку, провести эксперимент и сделать выводы.

Л и т е р а т у р а1. Открытая физика 2.6. В 2 ч. [Электронный ре-

сурс] / Под ред. С.М. Козела. М.: ООО Физикон, 2005–2008. (CD-ROM)

Основание

Экран

Низкочастотный динамик

Источник света (полупроводниковый лазер)

Генератор ФГ-100

Блок управления электродвигателем

Вращающаяся восьмигранная призма

Общий вид установки «Звуковой портрет» (а), рабочий момент выполнения лабораторной работы (б) и устройство измерения и обработки данных (в)

Сергей Владимирович Лозовенко – к. п. н., учитель физики высшей квалификационной категории, почётный работник об-щего образования, окончил физфак МГПИ им. В.И. Ленина в 1990 г., педагогический стаж 22 года. Работал учителем физики и заместителем директора по научной работе в ГОУ СОШ № 148, сейчас доцент МПГУ и учитель физики ГОУ многопрофильного технического лицея № 1501. Педагогическое кредо: слушать и помогать. Женат, трое детей. Хобби: чтение книг.

а б

в

X М о с к о в с к и й п е д а г о г и ч е с к и й м а р а ф о н : Д е н ь ф и з и к и