Физика

2011

ISSN 0130-5522

Современные тенденции в использовании  информационных технологий О российских нобелевских лауреатах  Экспериментальная работа учителя  по апробации новых учебников физики

Внимание!

Проводится открытый педагогический Форум «Новая школа» Сроки проведения с 1 января 2011 г. по 1 января 2012 г.

• Участвуют: учителя, воспитатели, методисты, учащиеся, а также дошкольники, родители

• Все ваши идеи, размышления, творческие находки будут обязательно опубликованы

Участие в Форуме:

• позволит опубликовать ваши педагогические разработки; • поможет внедрению инновационных технологий обучения и воспитания; • будет способствовать модернизации обучения и воспитания; • пополнит ваше портфолио; • окажет помощь педагогам и образовательным учреждениям при прохождении аттестации, а учащимся — при поступлении в учебные заведения; • повысит ваш педагогический профессионализм; • усилит собственную образовательную активность и мотивацию к достижению высоких результатов в обучении; • предоставит родителям возможность быть в курсе успехов и достижений ребенка

• Каждый участник Форума получит:  персональный Диплом  компакт-диск с работами всех участников Форума

Присылайте заявку на участие в Форуме (это вас ни к чему не обязывает) и вы получите комплект документов, где подробно изложены условия участия. Заявку направляйте по адресу: 127254, Москва, ул. Руставели, д. 10, корп. 3, издательство «Школьная Пресса»; по электронной почте: forum@schoolpress.ru; в режиме on-line на сайте forum.schoolpress.ru Все вопросы — по тел.: (8-495) 619-83-80, 619-52-87

64 Подробную информацию и форму заявки смотрите на 3 и 4 полосах обложки и на ______ странице.

№ 1

2011 НАУЧНОМЕТОДИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ

ИЗДАЕТСЯ С МАЯ 1934 г.

ФИЗИКА В ШКОЛЕ Образован в 1934 году Наркомпросом РСФСР. Учредитель — ООО «Школьная Пресса». Журнал выходит 8 раз в год

Выдающиеся ученые XX Ю. А. Королев

Он заслужил высокое уважение в ученом мире . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

XX Ф. М. Сабирова

О российских физиках и нобелевских премиях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ XX Г. В. Гордон

Использование компьютерных моделей при проведении факультативных занятий по физике . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

XX О. Ю. Морозова, Е. П. Суханькова

Роль учителя при обучении физике с применением информационнокоммуникационных технологий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

XX О. В. Насс

Опыт создания компьютерного средства для уроков физики в средней школе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

XX О. С. Шумилова

Использование информационного пространства в практике преподавания предметов естественного цикла. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

XX О. А. Кулясова

Предпрофильная и профильная подготовка по физике средствами информационных ресурсов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

XX Р. Алиев, М. Насиров, Б. Туланова, А. Базаров

Изучение электрического поля на компьютере с использованием анимации и численных методов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

XX Р. В. Гурина

Исследовательские лабораторные работы с использованием компьютера.

43

Учебники физики XX Г. В. Любимова

Личностно-ориентированный учебник физики для основной школы . . . . . . 47

ФИЗИКА В ШКОЛЕ ЭКСПЕРИМЕНТ XX Р. Р. Закиров

Занимательный опыт по теплофизике . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

XX А. А. Солодушко, А. Д. Солодушко

Демонстрация зависимости архимедовой силы от объема погруженного в жидкость тела . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

Предложения и советы XX И. Д. Зуев

Лампочку можно отремонтировать . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

XX В. В. Николаев

Прибор для демонстрации невесомости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

Астрономия XX В. В. Вахрушев

Из опыта работы астрономического кружка «Юный астроном. . . . . . . . . . . 61

Из Портфеля редакции XX О. А. Крамнистая

К вопросу об изучении элективных курсов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

Главный редактор C. В. Третьякова Зам. главного редактора Е. Б. Петрова Редакторы отделов: Э. М. Браверман, Г. П. Мансветова, Г. И. Сурикова, И. К. Лапина Зав. редакцией Е. Н. Стояновская

Редколлегия: М. Ю. Демидова, А. В. Засов, В. А. Коровин, А. Н. Мансуров, В. В. Майер, Г. Г. Никифоров, В. А. Орлов, В. Г. Разумовский, Г. Н. Степанова, Н. К. Ханнанов

Адрес редакции: Москва, ул. Добролюбова, 16, стр. 2, тел.: 6190840, 6398992, 6398993, доб. 101 Адрес для переписки: 127254, Москва, ул. Руставели, д. 10, корп. 3. ООО «Школьная Пресса», тел.: 6195287, 6195289. Интернет http: // www.школьнаяпресса.рф Email: fizika@schoolpress.ru Формат 84 ×108/16. Тираж 6000 экз. Изд. № 2010. Заказ Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия, свидетельство о регистрации ПИ № ФС 7738550 от 21.12.09. Охраняется Законом РФ об авторском праве. Запрещается воспроизведение любой журнальной статьи без пись менного разрешения издателя. Любая попытка нарушения закона будет преследоваться в судебном порядке. Отпечатано в ОАО ордена Трудового Красного Знамени «Чеховский полиграфический комбинат» 142300, Московская область, г. Чехов, ул. Полиграфистов, д. 1. Сайт: www.chpk.ru. Email: marketing@chpk.ru. Телефон 8 (498) 9886387, факс: 8 (496) 7265410. © ООО «Школьная Пресса», © «Физика в школе», 2011, № 1

Выдающиеся ученые

Он заслужил высокое уважение в ученом мире Ключевые слова: пондермоторное действие волн на резонаторы, давление света. Ю. А. Королев, г. Тамбов В статье рассказано о жизни и работе выдающегося русского физика Петра Николаевича Лебедева. «Я считал его одним из первых и лучших физиков нашего времени …» Г. А. Лоренц, творец электронной теории, лауреат Нобелевской премии, член АН СССР [1, c. 107] «Имя Лебедева будет неизменно сиять в области физики и астроно мии, к славе его времени и родины» Сванте Аррениус, лауреат Нобелевской премии, член АН СССР [2, c. 98]

П

етр Николаевич Лебедев родился 8 мар та 1866 г. в Москве в семье служащего московской фирмы чаеторговцев Боткиных. Его отец Николай Всеволодович решил дать сыну начальное образование дома. Первой учительницей Петра стала сестра отца — Елизавета Всеволодовна. После завершения домашнего образования П. Н. Лебедев был направлен в Петропавловское коммерческое училище, где главным образом учились де ти немецкой буржуазии. За время учебы в коммерческом училище он овладел немец ким языком. Но профессия коммерсанта не привлекала его. Он серьезно увлекся нау кой, а поэтому перешел учиться в реальное училище Хайновского. Отец П. Н. Лебедева решил привлечь внимание сына к коммер ческим делам, решил побаловать его ро скошной жизнью, дал ему право свободно распоряжаться денежными средствами, по дарил спортивную лодку, скаковую лошадь. Но Петр твердо стоял на своем. После двух летней учебы в реальном училище он при 1*

нимает решение поступить в Московское высшее техническое училище. В 1883 г. он не смог поступить, и был принят в следую щем году. Здесь он главным образом работал в мастерских. В училище он в совершенстве овладел столярным, токарным и слесарным делом, что в будущем ему помогло в его уни кальных экспериментах. Вскоре П. Н. Лебедев понял, что получа емые в училище знания по физике не рас крывают всех глубин теорий. «Наряду с работами в мастерских, П. Н. Ле­­бе­дев с увлечением предавался спорту и гимнастике, благодаря чему из хрупкого мальчика превратился в крепко го юношу. Но, вместе с этим, неумеренное увлечение спортом, быть может, послужило причиной развития в нем сердечной болез ни… Первый сердечный припадок случил ся с ним во время тренировки на лодке, второй — благодаря его увлечению аль пинизмом, — во время спуска с горы, так что сопровождавший его проводник даже

4

заявил ему, что у него сердечная болезнь и что на горы взбираться ему не следует» [3, c. 97–98]. Петр Лебедев увлекался искусством. К нему он приобщился в семьях своих дру зей — Коли Кочетова, сына известной тогда певицы Александровой-Кочетовой, и Саши Эйхенвальда, мать которого играла на арфе в Большом театре. В период обучения в коммерческом учи лище П. Н. Лебедев делал записи в аль боме, в котором содержались вопросы, по могавшие оценить культурный кругозор отвечавшего на них и определить духовное кредо. Отвечая на вопрос «Твои любимые писатели?», он в 1880 г. записал: «Пушкин, Тургенев». Ответ на вопрос «Твои любимые художники?» был такой: «Рафаэль, Тициан, Анжело, Айвазовский». На вопрос «Твои лю бимые композиторы?» он ответил так: «Рос сини, Верди». В 1882 г. к числу любимых писателей, художников и композиторов он отнес Гоголя, Пушкина, Некрасова, Лер монтова, Шиллера, Маковского, Бетховена, Моцарта, Гайдна. К четвертому курсу П. Н. Лебедев понял, что кончать Техническое училище не следу ет, поскольку инженерное образование не для него, а чтобы получить хорошее физи ческое образование, стать исследователем, ученым, необходимо учиться за границей. Такой совет подал ему профессор В. С. Ще гляев, который в это время заведовал ка федрой физики в Техническом училище и преподавал у Лебедева. П. Н. Лебедев принял решение продол жить образование в Страсбурге у извест ного немецкого физика-экспериментатора и руководителя созданной им большой фи зической школы Августа Кундта. В связи со смертью отца Петр Николаевич смог при быть в Страсбург лишь в октябре 1887 г. «С каждым днем я влюбляюсь в физику все более и более, — пишет он в своих пись мах в Москву. — Скоро, кажется, я утрачу образ человеческий. Я уже теперь перестал понимать, как можно существовать без фи

Физика в школе 1/2011

зики. Коллоквиум, который мне еще так не давно казался не симпатичнее апокалипси ческого зверя, теперь обратился в источник наслаждения». Впечатление о своем учителе Лебедев с восторгом передал следующими словами: «Я удивлен, я поражен, я восхищен, я оча рован — конечно, Кундтом» [4, c. 75]. В то время у Кундта учился еще один русский физик, будущий академик Борис Борисович Голицын. «Молодые люди под ружились, старались помочь друг другу. Их жизнь была подчинена строжайшему рас порядку, приходилось экономить каждый час… Даже обеденное время они исполь зовали рационально: пока обедал один, второй вслух реферировал прочитанное за день, потом менялись ролями. Во время загородных прогулок они тоже беседовали о своих учебных делах» [5, c. 104]. В 1888 г. Кундт перешел работать в Бер линский университет и П. Н. Лебедев по следовал за ним. Здесь Лебедев слушал лекции Гельмгольца, Кона и других фи зиков, познакомился с такими молодыми выдающимися учеными, как Макс Планк и Генрих Рубенс. Из-за незнания латыни, которая требо валась в Берлинском университете при по лучении степени доктора, П. Н. Лебедеву пришлось вернуться в Страсбург. Здесь в лаборатории Кольрауша он подготовил докторскую диссертацию на тему «Об изме рении диэлектрических постоянных паров и о теории диэлектриков Моссотти-Клау зиуса» и летом 1891 г. защитил ее. Эта дис сертация стала подтверждением указанной теории, основанной на предположении, что действие электрического поля на вещество объясняется электрическими свойствами молекул. Профессор Кольрауш предложил Лебеде ву должность ассистента на своей кафедре, но Петр Николаевич отказался, а в августе 1891 г. вернулся в Москву и по приглаше нию А. Г. Столетова начал работать у него в лаборатории.

Выдающиеся ученые

В это время Лебедев знакомится с таки ми замечательными учеными, как К. А. Ти мирязев, И. М. Сеченов, Н. А. Умов, ока завшими на Петра Николаевича огромное влияние. К. А. Тимирязев так пишет о Лебедеве: «Я не встречал человека, в котором глубо кий и творческий ум так гармонически со четался бы с изумительной выносливостью в труде, а физическая сила и красота слива лись с таким искрящимся остроумием и за разительной веселостью» [6, c. 316]. Создав лабораторию, П. Н. Лебедев все свое время посвящает опытам и лишь из редка читает лекции о новейших открытиях в физике. В 1891–1897 гг. он работает над изучением действия волн на резонаторы. Им были опубликованы три части этого исследо вания. Он объединил их под общим названи ем «Экспериментальное исследование понде ромоторного действия волн на резонаторы». Эти исследования были связаны с выяс нением природы сил, действующих между молекулами под воздействием электромаг нитных, звуковых и гидродинамических волн. «Значение опубликованных работ Лебедева было так велико, что он по хода тайству факультета без магистерских экза менов и представления магистерской дис сертации получил степень доктора Москов ского университета» [7, c. 57]. 28 февраля 1900 г. П. Н. Лебедев был утвержден экс траординарным профессором Московского университета. В это же время он работал над изучением электромагнитных волн. Он получил очень короткие электромагнитные волны (с дли ной волны 3–6 мм). Результаты исследова ний были изложены им в работе «О двойном преломлении лучей электрической силы». В этой работе он показал, что электромаг нитные волны подобно световым лучам об ладают свойствами двойного лучепреломле ния в кристаллах. П. Н. Лебедев исследовал и другие свойства миллиметровых электро магнитных волн: отражение, преломление, интерференцию и дифракцию.

5

«Пишущему эти строки удалось получить и при помощи термоэлемента наблюдать электромагнитные волны в 6 мм; с этими волнами можно было обнаружить двойное преломление в кристаллах серы и построить из них призму Николя. Еще уменьшая ви братор, делая его из двух цилиндриков в 0,3 мм толщины и 0,8 мм длины, я обнаружил слабые, но несомненные следы колебания при длине волны 3 мм. До настоящего вре мени это самые короткие электромагнитные волны, которые когда-либо наблюдались при искровом разряде проводников» [8, c. 59]. Чтобы оценить значение этих опытов П. Н. Лебедева, следует сказать, что элек тромагнитные волны, с которыми экспе риментировал Г. Герц, имели длину 1 м и более, а длина световых волн измерялась тысячными долями миллиметра. «Разрыв между теми и другими волнами был, как раз, заполнен открытием Лебеде ва. Его изящные, построенные им самим для этого исследования приборы в противо вес громадным и неуклюжим весом в десят ки килограммов приборам Герца явились буквально научной сенсацией» [7, c. 58]. К. А. Тимирязев вспоминал: «…Волны Герца требовали больших помещений для их обнаружения, целых металлических ширм в качестве зеркал для их отражения, чудовищных, в несколько пудов весом, смо ляных призм для их преломления. Лебе дев со свойственным ему неподражаемым искусством превращает все это в изящный маленький набор каких-то физических би рюлек и с этой коллекцией инструментов, помещающихся в кармане сюртука, объез жает всю Европу, вызывая восторг своих ученых коллег» [5, c. 111]. После того как В. К. Рентген открыл икслучи, Лебедев прочитал в Московском уни верситете лекцию «Об открытых Рентгеном икс-лучах». Она сопровождалась рентгено граммами, полученными Лебедевым. В это время Петр Николаевич высказал гипоте зу о том, что рентгеновские лучи являются ультрафиолетовыми лучами.

6

Наконец П. Н. Лебедев завершил подго товку к решению главной задачи — опреде лению давления света на твердые тела и на молекулы газа. В 1899 г. он создал прибор, который по зволял избавиться от влияния побочных факторов — радиометрического эффекта и конвекции при измерении светового дав ления. Экспериментальное определение значения светового давления служило бы подтверждением теории Максвелла о су ществовании давления электромагнитных волн. Прибор был достаточно прост. Свет от вольтовой дуги направлялся на легкое платиновое крылышко, которое было подве шено на тонкой нити в баллоне, из которого откачивался воздух. По закручиванию ни ти можно было судить о значении светового давления. Применив очень тонкие металли ческие крылышки с большой теплопровод­ ностью и используя газ в баллоне с высо ким разрежением, ученый почти полностью исключил действие радиометрических сил. П. Н. Лебедев в установке приспособился направлять лучи на крылышки поперемен но то с одной стороны, то с другой. В обоих случаях конвекция была одной и той же, поэтому разница получаемых отклонений не зависела от конвекции. В мае 1899 г. П. Н. Лебедев на заседании швейцарского научного общества сделал сообщение о положительных результатах в опытах по световому давлению. Правле ние общества так охарактеризовало выступ­ ление Петра Николаевича: «Г-н Лебедев, профессор физики Московского университе та, сообщает обществу о результатах своих первых исследований, относящихся к дав лению света. Существование давления, оказываемого пучком световых лучей на поглощающую и отражающую поверхность, является следствием электромагнитной тео рии света, на него было указано Максвел лом. Значение этого давления, согласно теории, должно быть весьма малым: 0,3 мг на метр квадратный черной поверхности. Г-ну Лебедеву удалось осуществить прибор,

Физика в школе 1/2011

при помощи которого можно его измерить, и результаты первых опытов согласуются с предсказанием теории…» [9, c. 138]. В 1900 г. на Международном конгрессе физиков в Париже П. Н. Лебедев высту пил с докладом об измерении светового давления. Этот доклад вызвал всеобщее восхищение. Знаменитый английский фи зик Вильям Томсон (лорд Кельвин) сказал К. А. Тимирязеву: «Вы, может быть, знаете, что я всю жизнь воевал с Максвеллом, не признавая его светового давления, и вот ваш Лебедев заставил меня сдаться перед его опытами» [5, c. 117]. Немецкий физик-экспериментатор Ф. Па шен в письме к Лебедеву писал: «Я считаю Ваш результат одним из важнейших дости жений за последние годы и не знаю, чем восхищаться больше — Вашим эксперимен таторским искусством или выводами Мак свелла и Бартоли» [2, c. 82]. В мае 1905 г. «ввиду выдающихся на учных достоинств… экспериментальных исследований по вопросу о световом давле нии» Российская академия наук присудила П. Н. Лебедеву премию и избрала его чле ном-корреспондентом. В 1906 г. он получил звание ординарного профессора. Наряду с научно-исследовательской и преподавательской работой Петр Никола евич много внимания уделяет вопросу соз дания в университете научной физической школы. В его лаборатории с ним вместе ра ботают наиболее способные и наиболее под готовленные студенты старших курсов. Но эта большая трудоемкая работа не находит поддержки у некоторой части профессоров университета, которые считали эту работу пустой тратой времени. Но первая физиче ская школа, созданная Лебедевым, росла и развивалась. Если сначала в ней было 3 ученика, то к 1910 г. их стало 28. В январе 1909 г. Петр Николаевич за вершил многолетний труд по определению давления света на газы. В том же году он доложил результаты своего исследования на съезде естествоиспытателей в Москве.

7

Выдающиеся ученые

Эта работа получила высокую оценку миро вой научной общественности. Британский Королевский институт избрал П. Н. Лебе дева своим почетным членом. Такой чести был удостоен прежде лишь один русский ученый — Дмитрий Иванович Менделеев. «Блестящий физик-экспериментатор В. Вин в письме русскому физику В. А. Ми­ хель­сону писал, что П. Н. Ле­бе­дев владел «искусством экспериментирования в такой мере, как едва ли кто другой в наше время» [10, c. 281]. В последние годы жизни П. Н. Лебедев пытался выяснить природу земного магне тизма и стремился создать такую исследо вательскую лабораторию, в которой можно было бы проводить коллективные исследо вания. Но ситуация сложилась так, что он с большой группой преподавателей был вы нужден покинуть Московский университет в знак протеста против реакционной поли тики правительства. Известие об уходе П. Н. Лебедева из университета стало достоянием мировой научной общественности. Директор физи ко-химической лаборатории Нобелевского института в Стокгольме лауреат Нобелев ской премии Сванте Аррениус писал Лебе деву: «Естественно, что для Нобелевского института было бы большой честью, если бы Вы пожелали там устроиться работать, и мы, без сомнения, предоставили бы Вам все необходимые средства, чтобы Вы имели возможность дальше работать… Вы, разу меется, получили бы совершенно свободное положение, как это соответствует Вашему рангу в науке» [2, c. 94]. П. Н. Лебедев по лучил ряд заманчивых предложений о ра боте из Варшавского, Киевского, Харьков ского университетов. Он получил пригла шение от Директора Главной палаты мер и весов из Петербурга. Но Лебедев сделал выбор в пользу сохранения созданной им научной школы. Научное общество имени Х. Леденцова выделило для продолжения исследований 15 тыс. рублей, что позволи ло организовать новую лабораторию, где

Петр Николаевич смог со своими ученика ми продолжить исследования. «Из нее все чаще выходил ряд хороших работ, на мно гих из которых чувствовалась мастерская рука учителя. П. Н. Лебедев стал пионером замечательного и для России совсем нового дела — большой коллективной исследова тельской работы» [10, c. 282]. На частные пожертвования в Москве начали строить специально для школы Ле бедева физический институт, но 14 марта 1912 г. Петра Николаевича не стало. Из школы Лебедева вышли такие уче ные, как академик П. П. Лазарев, профес сор А. Р. Ролли, профессор Н. П. Кастерин, профессор В. Д. Зернов и другие. На смерть Петра Николаевича Лебедева откликнулись многие выдающиеся физики мира: В. Рентген, С. Аррениус, Дж. Дж. Том сон, У. Крукс, М. Кюри, А. Риги, В. Нернст и многие другие. Прах П. Н. Лебедева покоится на Ново девичьем кладбище. В 1934 г. на базе лебедевской физиче ской лаборатории был создан Физический институт им. П. Н. Лебедева АН СССР. Литература 1. Кляус Е., Франкфурт У. Гендрик Антон Ло ренц. — М.: Наука, 1974.

2. Сердюков А. Петр Николаевич Лебедев. — М.: Наука, 1974.

3. П. Н. Лебедев // Научное обозрение. — 1912. — № 4.

4. Елисеев А. П. Н. Лебедев // Вестник знаний. — 1937. — № 3.

5. Кляус Е. Поиски и открытия. — М.: Наука, 1984.

6. Тимирязев К.: Соч. — М.: Сельхозгиз, 1939.

7. Елисеев А. П. Н. Лебедев // Наука и жизнь. — 1937. — № 3.

8. Лебедев П. Скала электромагнитных волн в эфире// Физическое обозрение. Т. 2, 1901.

9. Хрестоматия по физике. — М.: Просвещение, 1982.

10. Люди русской науки: Сб. — М.: Физматлит, 1961.

8

Физика в школе 1/2011

О российских физиках и Нобелевских премиях Ключевые слова: Нобелевская премия по физике, Нобелевские лауреаты по физике, российские физики. Ф. М. Сабирова, к. ф.-м. н., доцент, Елабужский государственный педагогический университет

В

Пятого октября 2010 года двое российских физиков получили Нобелевскую премию. Андрей Гейм и Константин Новоселов разделят 1 млн евро, присужденный за создание нового материала — графена, который может произвести революцию в электронике. Однако оба лауреата давно не живут в России, а работают в Манчестерском университете в Великобритании. Это событие вновь привлекает внимание к вопросу об истории номинирований российских ученых-физиков на столь престижную премию.

1900 г., ровно 110 лет назад, была учреждена Нобелевская премия, выс шая международная научная награда. Премия получила название в честь своего основателя, крупного ученого Альфреда Нобеля, изобретателя динамита. В заве щании Нобеля, учредившего фонд, первая из пяти частей предназначалась лицам, совершившим «наиболее важное открытие или изобретение в области физики». Пра во выбора лауреатов Нобелевской премии в области физики принадлежит Шведской королевской академии наук, которая рас сматривает кандидатуры, представленные Нобелевским комитетом по физике. Основ ная работа по выбору лауреатов ложится на Нобелевские комитеты, в данном случае на Нобелевский комитет по физике, который выбирается Шведской королевской акаде мией наук и состоит из пяти членов Ака демии и секретаря. Ежегодно в сентябре Нобелевский комитет по физике посылает большому числу физиков во всем мире пись ма с предложением номинировать кандида та или кандидатов на премию следующего года. Таким образом, правом выдвижения представителей обладают не только члены Шведской королевской академии наук, но и Нобелевские лауреаты, профессора уни верситетов «северных стран» (Швеции, Да нии и т.д.), о чем было упомянуто в завеща нии Нобеля, и известные ученые по всему миру, получившие особые приглашения от Шведской королевской академии наук. Ко

личество приглашенных к выдвижению до стигает двух-трех тысяч ученых. Как показывают данные о работе Нобе левского комитета [1, 2], в первое пятидеся тилетие истории Нобелевских премий кан дидаты были выдвинуты из относительно небольшого числа стран: Германии, США, Франции, Великобритании, Нидерландов и Италии (чтобы избежать конфликтных ситуаций, данные о работе Нобелевского комитета являются закрытыми и становят ся доступными общественности через пять десят лет после принятия соответствующих решений). Кандидатами на Нобелевскую премию в области физики были выдвину ты лишь шесть российских физиков. Одним из первых претендентов был выдвинут соз датель первой российской физической шко лы, первооткрыватель светового давления на твердые тела и газы Петр Николаевич Лебедев (1866–1912). Другим кандидатом на премию был основатель российской шко лы спектроскопии Григорий Самуилович Ландсберг (1890–1957), положивший нача ло изучению в СССР внутри- и межмолеку лярных взаимодействий в газах, жидкостях и твердых телах. Еще одним кандидатом на премию в то время был основатель россий ской школы радиофизики Леонид Исаако вич Мандельштам (1879–1944). В 1928 г. он открыл (совместно с Г. С. Ландсбергом и независимо от Ч. Рамана и К. Кришна на) комбинационное рассеяние света. Ин дийский ученый Чандрассекар Раман за

Выдающиеся ученые

это открытие в 1930 г. был удостоен Нобе левской премии. На премию по физике вы двигались также биолог Александр Гаври лович Гурвич (1874–1954) за создание тео рии биологического поля. Дважды только иностранными физиками номинировался на премию Владимир Иосифович Векслер (1907–1966), который независимо от Э. Мак миллана открыл важный для дальнейшего развития и прогресса ускорительной тех ники принцип автофазировки и, исходя из него, предложил ряд новых типов ускори телей. Исследователь явлений, происходя щих при сверхнизких температурах, Петр Леонидович Капица (1894–1984) также вы двигался только иностранными физиками и был единственным из этого списка, удо стоенным Нобелевской премии в 1978 г. За этот же период 15 российских ученыхфизиков выдвинули 33 иностранных уче ных из 12 стран, 13 из которых были удо стоены Нобелевскими премиями. Первым российским физиком, который был пригла шен Нобелевским комитетом для выдвиже ния кандидатов в 1904 г., был профессор Московского университета Николай Алек сеевич Умов (1846–1915), работы которого в области магнетизма, квантовой теории и теории относительности были в то вре мя широко известны. Последним — Борис Владимирович Ильин (1888–1964), также профессор Московского университета, спе циалист в области молекулярной физики, который получил право представлять кан дидатов в 1941 г. Они оба номинировали на Нобелевскую премию только западно европейских физиков. Н. А. Умов выдви нул Дж. Дьюара (Англия), В. Кауфмана (Германия), К. Ольшевского (Польша), Дж. Дж. Томсона (Англия), а Б. В. Ильин — О. Гана (Германия). Дольше всех, с 1905 по 1930 г., правом представления канди датов пользовался профессор Санкт-Петер бургского университета Орест Даниилович Хвольсон (1852–1934), автор знаменитого в те годы пятитомного «Курса физики». За эти годы он произвел 20 номинаций, из 2 Физика в школе № 1

9

которых только три касались российских физиков — Г. С. Ландсберга, П. Н. Лебеде ва и Л. И. Мандельштама. Приглашенные в качестве номинаторов профессора Казан ского университета Дмитрий Александро вич Гольдгаммер (1860–1922) и Всеволод Александрович Ульянин (1863–1931) но минировали на премию немецкого физикатеоретика М. Планка, а Д. А. Гольдгаммер еще и голландского ученого Й. Д. Ван-дерВаальса. Видно, что российские ученые, выдви гавшие кандидатов на премию, хорошо по нимали уровень физических исследований того периода и достаточно точно оценива ли значение самих исследований. Однако тот факт, что российские физики уделяли малое внимание своим коллегам, сыграл определенную роль в решениях Нобелев ского комитета. Например, неприсужде ние премии Ландсбергу и Мандельштаму в 1930 г. явилось не результатом антисо ветских настроений членов Нобелевского комитета, как считали многие ученые [3, 4]. После опубликования материалов Но белевского комитета выяснилось, что глав ную роль сыграло невнимание или непо нимание со стороны советских физиков, не предложивших кандидатур Ландсберга и Мандельштама [5]. Тем не менее, одна их номинация (со стороны О. Д. Хвольсона) все же имела место и ее, в принципе, было достаточно, поэтому частично вина за это лежит и на Нобелевском комитете. Однако грубые ошибки совершаются Нобелевским комитетом очень редко. Присуждение Нобе левских премий привлекает к себе огромное внимание и в Швеции к нему (и в Норве гии, где присуждается премия за мир) от носятся очень ответственно. По правилам, Нобелевская премия может присуждаться каждый год не более, чем троим, и их вы бор среди многих крайне труден (например, известно, что в 1930 г. по физике был но минирован 21 человек, в 1950 г. — 27, а в 2002 г. — 275 человек). Но и в целом участие России в Нобелев

10

ском движении, которое в период 1901– 1950 г. охватывало 28 стран, было весьма незначительным. Число номинаций от рос сийских ученых составило менее 2%, в то время как совокупное число номинаций от Германии, Франции, США и Швеции со ставило почти 66%. Очевидно, что такое положение не соответствовало реальному вкладу российских ученых в мировую на уку. Не последнюю роль здесь играло и то обстоятельство, что западные исследовате ли были в целом плохо знакомы с работа ми российских и советских ученых. Даже в 1965 г. в период расцвета советской нау ки, обеспечивающей более 20% мирового информационного потока, уровень цити рования в западной научной литературе работ, выполненных в СССР, не превышал 3–4%, в то время как, например работы, вы полненные в США и Великобритании, ци тировались на уровне 68–88%. Решающую роль в этом сыграла общая обстановка в мире и в СССР, приводящая к изоляции и самоизоляции СССР от Нобе левского движения. В частности, в период с 1942 по 1953 г. никто из советских уче ных не участвовал в представлении кан дидатов на Нобелевскую премию. По этим же причинам ряд выдающихся российских физиков не только не получили Нобелев ские пре­мии, но даже и не рассматрива лись Нобелевским комитетом (во всяком случае до 1950 г.). Среди них следует на звать автора пионерских работ по иссле дованию полупроводников А. Ф. Иоффе (1880–1960), основоположника современной космологии А. А. Фридмана (1888–1925), автора фундаментальных работ в области люминесценции, первооткрывателя эффек та «Вавилова—Черенкова» С. И. Вавилова (1891–1951), создателя экситонной теории кристаллов Я. И. Френкеля (1894–1952), одного из создателей квантовой механики академика В. А. Фока (1898–1974), перво открывателя явления элект­ронного па рамагнитного резонанса Е. К. Завойского (1907–1976), авторов классических работ

Физика в школе 1/2011

в области ядерной физики Я. Б. Зельдовича (1914–1987) и Ю. Б. Харитона (1904–1996), автора гипотезы о строении атомного ядра из протонов и нейтронов Д. Д. Иваненко (1904–1994), создателей первых в истории человечества искусственных спутников Земли и космических аппаратов, обеспе чивших выход первого человека в космос С. П. Королева (1906–1966) и М. В. Келды ша (1911–1978). Возможно, что часть из этих имен можно будет увидеть в составе номинантов на премию после того, как бу дут обнародованы документы Нобелевского комитета второй половины XX века. Нужно иметь также в виду, что посмер тно Нобелевские премии не присуждают ся. Поэтому не успел получить премию П. Н. Лебедев. Его за открытие давления света номинировал еще в 1905 г. тот же О. Д. Хвольсон, а затем его номинировали и на премию в 1912 г., но он в том же году скончался сравнительно молодым (в возрас те 46 лет). Премию, несомненно, должен был бы получить и Е. К. Завойский за открытый им в 1944 г. электронный парамагнитный резонанс. Его несколько раз выдвигали, но в 1976 г. он скончался в возрасте 69 лет. Не успел получить премию и С. И. Вавилов, ко торый, по мнению многих видных ученых, был «первым номером» среди авторов, от крывших и объяснивших эффект Вавило ва—Черенкова [5]. Но С. И. Вавилов скон чался в 1951 г., немного не дожив и до 60 лет, а Нобелевская премия за эти работы была присуждена И. Е. Тамму, И. М. Фран ку и П. А. Черенкову только в 1958 г. Первая премия в области естествозна ния, полученная российским ученым в об ласти естествознания, была присуждена в 1908 г. Илье Ильичу Мечникову (1845– 1916) премии по физиологии или медицине за труды по иммунитету. Следующая была лишь в 1956 г., когда российский ученый академик Николай Николаевич Семенов (1896–1986) получил Нобелевскую премию по химии за исследования в области цепных химических реакций. Первая же премия в

11

Выдающиеся ученые

области физики была присуждена в 1958 г. академикам Игорю Евгеньевичу Тамму (1895–1971), Илье Михайловичу Франку (1908–1990) и Павлу Алексеевичу Черен кову (1904–1990) за открытие и объяснение «эффекта Вавилова—Черенкова». В 1962 г. за создание теории сверхтекучести жидкого гелия Нобелевскую премию по физике по лучил Лев Давидович Ландау (1908–1968). Ученые-физики Александр Михайлович Прохоров (1916–2002) и Николай Геннадье вич Басов (1922–2000) в начале 50-х годов предложили метод использования индуци рованного излучения, на основе которого был создан молекулярный генератор — мазер, что привело к образованию новой области, получившей название квантовой электроники. За это открытие в 1964 г. они, совместно с американским ученым Ч. Таун сом, были удостоены Нобелевской премии. В 1978 г. выбор Нобелевского комитета пал на советского ученого Петра Леонидовича Капицу. Премия была присуждена за ба зовые исследования и открытия в физике низких температур, в частности, за откры тие сверхтекучести жидкого гелия. В 2000 г. за открытие многослойных полупроводни ковых структур была присуждена премия Жоресу Ивановичу Алферову (р. 1930). Он разделил ее с американским физиком Дж. Килби и немецким ученым Г. Кремером. За объяснение двух феноменов квантовой фи зики: сверхтекучести и сверхпроводимости Нобелевской премии 2003 г. были удостое ны Алексей Алексеевич Абрикосов (р. 1923) и Виталий Лазаревич Гинзбург (1916–2009) (совместно с британцем Э. Легеттом). Таким образом, по состоянию на 2009 г. десять наших соотечественников получи ли шесть Нобелевских премий по физике. Физика — самая успешная для российских ученых номинация Нобелевской премии, поскольку лишь 19 россиян и граждан СССР получили 15 Нобелевских премий —

2*

значительно меньше, чем представители США (304), Великобритании (114), Герма нии (100) или Франции (54). Шведская королевская академия наук удостоила двух воспитанников российской научной школы Андрея Константиновича Гейма (р. 1958) и Константина Сергееви ча Новоселова (р. 1974), работающих в Ве ликобритании, Нобелевской премии в об ласти физики за 2010 г. Так отмечена их заслуга в создании самого тонкого в мире углеродного материала — графена. Андрей Гейм уехал из России в 1990 г., работает в Манчестерском университете, является гражданином Нидерландов. У Константи на Новоселова двойное гражданство — рос сийское и британское, он уехал из России в 1999 г. к своему учителю А. Гейму в Ни дерланды, а затем в 2001 г. в Манчестер, где и были выполнены основные работы, приведшие к награде. Эти данные выяви ли еще одну проблему в нашей стране — начавшуюся в 90-е годы «утечку мозгов». Но это свидетельствует и том, что Россия открыта миру, и ее представители достой ны и способны претендовать на высшую международную научную награду — Но белевскую премию. Литература 1. Финкельштейн A. M., Ноздрачев А. Д., Поляков Е. Л., Зеленин К. Н. Нобелевские лауреаты по физике: 1901–2004. — СПб.: Изд-во «Гуманистика», 2005.

2. Ларина О. В., Гитун Т. В., Пивоваров И. А., Щеглов А. В. Лауреаты Нобелевской премии. — М.: ООО «Дом славянской книги», 2006.

3. Блох A. M. Советский Союз в интерьере Нобе левских премий. — М.: Физматлит, 2005.

4. Фабелинский И. Л. Открытие комбинацион ного рассеяния света в России и в Индии// УФН. — 2003. — Т. 173. — С. 1137.

5. Гинзбург В. Л. Несколько замечаний о Нобелев ских премиях // http://ufn.ru/tribune/trib120404.pdf

Информационные технологии

Использование компьютерных моделей при проведении факультативных занятий по физике Ключевые слова: ЕГЭ по физике, компьютерное моделирование, повышение мотивации учащихся. Г. В. Гордон, Бийский педагогический государственный университет имени В. М. Шукшина, Алтайский край, г. Бийск; ggv87@yandex.ru В статье описано одно из направлений использования информационных технологий в физическом образовании — компьютерное моделирование. Его использование дает возможность учителю более наглядно представить изучаемый материал, способствует повышению мотивации к занятиям. Автором представлены компьютерные модели, используемые им на факультативных занятиях по физике.

О

дним из наиболее перспективных на правлений использования информа ционных технологий в физическом обра зовании является компьютерное модели рование физических явлений и процессов. Используя учебные компьютерные модели, учитель может продемонстрировать его но вые и неожиданные стороны неизвестным ранее способом, что, в свою очередь, повы шает интерес учащихся к изучаемому пред мету и способствует углублению понимания учебного материала [1]. В основном курсе физики изучить на достаточном уровне физические явления и процессы (например геометрической оптики) не представляется возможным изза недостатка учебных часов. Поэтому фа культативные занятия являются хорошей возможностью дополнить знания учащихся о свете и световых явлениях. Вместе с тем многие задачи, представленные на факуль тативных занятиях, позволяют глубже усво ить теоретический материал, а также под готовиться к сдаче ЕГЭ. Основными целями разработанного факультативного курса по

теме «Геометрическая оптика» являются повторение и углубление знаний учащихся по теме «Геометрическая оптика» (основ ной теоретический материал); закрепление у учащихся умений решения задач темы с помощью компьютерных моделей. Курс рассчитан на 15 учебных часов. Наиболее целесообразно его изучение в первом полу годии IX класса, но также его можно про водить и в старших классах как повторение изученного материала. Компьютерные модели на факультатив ных занятиях по физике удобно было ис пользовать, прежде всего, в демонстрацион ном варианте при объяснении нового мате риала и при решении практических задач. Также некоторые из компьютерных моделей позволяли одновременно с проведением экс периментов наблюдать характер изменения соответствующих физических величин, на пример изменения угла преломления при прохождении оптической среды. Кроме того, учащимся предлагалось са мостоятельно (это не исключало контроля и помощи учащимся на этапах планирова

13

Информационные технологии

Рис. 1

Рис. 2

ния и проведения экспериментов со сторо ны учителя) провести небольшие исследо вания, используя компьютерные модели, и получить необходимые результаты. Тем более, что многие модели позволяют прове сти такое исследование буквально за счи танные минуты. Компьютерные модели были разработа ны с учетом основных требований к элек тронным изданиям, а также с учетом воз растных особенностей учащихся. Они вклю чают следующие темы: «Образования тени и полутени от одного и от двух независимых источников света», «Явления отражения и преломления», «Плоское зеркало», «Ход луча в треугольной призме и плоскопарал лельной пластинке», «Линза как оптический прибор». Все модели написаны на языке программирования Borland Delphi 7. Рассмотрим особенности данных компью терных моделей, описания и предлагаемые учащимся задания к этим моделям. Модель «Образование тени и по лутени от источника света» позволяет демонстрировать образование тени и полу тени от одного источника света, доказывая закон прямолинейного распространения света (рис. 1). В этой модели можно менять все основные параметры, включая выбор источника света (точечного или протяжен ного), и его размер, размер и положение препятствия, положение экрана. Все эти

параметры для удобства разбиты на ин формационные блоки. Происходящие из менения параметров модели фиксируются так называемыми индикаторами, которые предназначены для отображения числен ных значений изменяющихся параметров. Например, показывают размер источника света и препятствия, положение препят ствия и экрана. Изменяя соответствующие параметры, можно получать на экране тени или полутени. Для того чтобы анализиро вать отношения размеров тени и полутени, в программу включен «Дополнительный экран», который можно перемещать. Он по зволяет более детально рассмотреть особен ности поведения объектов (рис. 2). Учащимся при рассмотрении данной те мы предлагалось решить практические за дачи и проверить правильность их решения на компьютерной модели. Рассмотрим одну их этих задач. Задача. Источник света диаметром D = 20 см расположен на расстоянии L = 2 м от экрана. На каком наименьшем расстоя нии x от экрана нужно поместить мячик диаметра d = 8 см, чтобы он не отбрасывал тени на экран, а давал только полутень? Прямая, проходящая через центры источ ника света и мячика, перпендикулярна плоскости экрана. При решении данной задачи необходимо было применить знания из курса математи

14

Физика в школе 1/2011

A C

O

P

M

D B

Рис. 3

ки. На рисунке 3 представлен тот случай, когда мы на экране можем получить только полутень от источника. Здесь AB = D,CD = d, OM = L и PM = x, где x является как раз то, что нам необходимо найти. Рассмотрим два треугольника ABM и CDM. Они являются подобными, имеющими общую вершину и две стороны. Для них выполняется сле PM OM = . Исходя дующее соотношение: CD AB x L L⋅d из этого, получаем, что = ⇒x= . d D D Теперь подставляем все известные нам дан ные и получаем, что x = 0,8 м или 80 см. Затем по компьютерной модели прове ряем полученный результат и убеждаемся, что решили правильно. Также учащимся предлагалось самостоятельно провести нес­ колько исследований: как зависит изобра жение на экране от размера препятствия и источника света; как зависит изображе ние на экране от положения препятствия, если источник является точечным, и т. д. По итогам работы с данной моделью уча щиеся делают соответствующие выводы. Модель «Образование тени и полу тени от двух независимых источников света» демонстрирует образование тени и полутени от двух независимых источни ков света. Как и первая модель доказы вает закон прямолинейного распростране ния света, а также независимость свето вых пучков (рис. 4). В этой модели можно менять все основные параметры, как и в первой модели, кроме размера источников света, они даются по умолчанию как то чечные. Отметим, что положение источни

Рис. 4

ков света определяется параметрами по ложения и поворота относительно препят ствия. Кроме этого, как и в предыдущей модели, имеется дополнительный экран для наблюдения соотношения теней и по лутеней. Сначала учащиеся проводят исследо вание зависимости вида изображения на экране от положения источников света. Де лают соответствующие выводы. После того как учащиеся познакомились с данной моделью, им предлагается выпол нить несколько заданий по построению изо бражения препятствия, которое освещается двумя источниками света. Задание 1. Сделайте чертеж (рис. 5) и изобразите на нем тени и полутени от мя ча, освещенного двумя источниками света S1 и S2. Задание 2. Сделайте чертеж (рис. 6) и изобразите на нем тени и полутени от мя S1

S2

S1

S2

Рис. 5 Рис. 6

15

Информационные технологии

Рис. 7

Рис. 8

ча, освещенного двумя источниками света S1 и S2. Модель «Закон отражения» демон стрирует доказательства закона отражения от плоского зеркала. Для более качествен ного понимания закона в модели предусмо трено изменения угла поворота зеркала (рис. 7). Сначала учащиеся проводят знакомство с данной моделью и по ходу знакомства ис следуют зависимость углов A и B от изме нения угла поворота зеркала F. К этой модели учащимся предлагается решить задачи с проверкой на компьютер ной модели. Задача 1. Чему равен угол падения лу ча на плоское зеркало, если угол между падающим лучом и зеркалом 30°? (Ответ: 90° – 30° = 70°.) Задача 2. Чему равен угол падения луча на плоское зеркало, если угол между падаю щим лучом и отраженным 40°? (Ответ: 20°.) Задача 3. Плоское зеркало поворачивают на угол α = 35°. На какой угол β повернется при этом отраженный от зеркала луч? (От вет: 70°.) Задача 4. Угол падения луча, падающий на плоское зеркало, равен 30°, плоское зер кало повернули на 20°, чему будет равен угол отражения луча? (Ответ: 70°.) Модель «Плоское зеркало» демонстри рует получение изображения с помощью

плоского зеркала, что, в свою очередь, до казывает закон отражения. В данной моде ли можно выбрать в качестве предмета как точку, так и стрелку (рис. 8). В начале изучения темы «Плоское зер кало» учащимся предлагается провести ряд исследований с моделью: зависимости рас стояния между предметом и изображением от изменения положения предмета относи тельно зеркала, зависимости размера изо бражения при изменении высоты предмета и т. п. К данной модели учащимся предлагает ся решить следующие задачи с проверкой на компьютерной модели. Задача 1. Расстояние от предмета до его изображения в плоском зеркале равно 80 см. Чему равно расстояние от предмета до зеркала? (Ответ: 40 см.) Задача 2. Как изменится расстояние между предметом и изображением в пло ском зеркале, если зеркало переместить в то место, где было изображение? (Ответ: увеличится вдвое.) Задача 3. Постройте изображение пред мета AB в плоском зеркале (рис. 9). Модель «Закон преломления» демон стрирует один из фундаментальных за конов геометрической оптики, а именно: закон преломления. Модель помогает рас считать не только угол преломления луча, но и устанавливает значения предельного

16

Физика в школе 1/2011

A

B

Рис. 9

угла, при котором возможно наблюдение полного внутреннего отражения. Кроме это го, в модель входит дополнительная инфор мация, включающая в себя сведения о ско рости света в средах относительно вакуума (рис. 10). По сравнению с существующими компьютерными моделями, демонстрирую щими закон преломления, описываемая мо дель содержит более полную информацию о данном явлении. С помощью нее можно наблюдать, при каких значениях угла па дения и показателей сред наступает пол ное внутреннее отражение, разработать ряд практических задач. В модель включена таблица с основными значениями показа телей преломления различных сред. Учащиеся при знакомстве с данной мо делью проводят исследования зависимостей угла преломления от показателей сред, уг

Рис. 10

ла преломления от угла падения при не изменном показателе преломления второй оптической среды. Делают соответствующие выводы. Далее учащиеся решают задачи, которые проверяют на модели. Задача 1. Определите скорость света υ в некоторой жидкости, если при падении лу ча на поверхность жидкости из воздуха под углом α = 45° угол преломления равен sin α c β = 30°. (Ответ: n2 = , n2 = , sin β υ (с = 299792458 м/с; υ ~ 212017297 м/с.) Задача 2. Луч света падает на плоскую границу раздела двух сред. Угол падения равен 40°, угол между отраженным лучом и преломленным 110°. Чему равен угол преломления? (Ответ: 40° + 110° = 150° — угол между перпендикуляром и углом пре ломления, 180° – 150° = 30° — угол прелом ления.) Задача 3. Угол падения светового луча на границу раздела двух сред равен 60°. Преломленный луч составляет с нормалью угол 35°. Определите в градусах угол между отраженным и преломленным лучами. (От вет: 30° — угол между отраженным лучом и поверхностью среды, 55° — угол между преломленным лучом и поверхностью, 30° + 55° = 85° — угол между отраженным и преломленным лучами). Задача 4. Световой луч падает под углом 65° на границу раздела воздух–стекло, а преломленный луч составляет угол 33° с нормалью. Определите показатель пре ломления стекла. (Ответ: n = 1,66 (по за кону преломления).) Задача 5. Угол падения светового луча на границу раздела воздух — среда равен 60°. При этом угол между отраженным и пре ломленным лучами равен 90°. Определи те показатель преломления среды. (Ответ: n = 1,73 (по закону преломления).) Задача 6. Предельный угол полного вну треннего отражения на границе двух сред равен 30°. Определите отношение показате

17

Информационные технологии

ля преломления первой среды к показате лю преломления второй среды.   n2 = 0,5.   Ответ: n1   Модель «Преломление света в пло скопараллельной пластинке» демонстри рует ход лучей сквозь плоскопараллельную пластинку определенной толщины. Она по зволяет также находить смещение луча от носительно угла падения (рис. 11). Данная модель является продолжением изучения темы «Закон преломления». Эта одна из самых интересных компьютерных моделей, разработанных автором. Благодаря измене нию угла падания луча света и толщины пластинки можно наблюдать, и это доказы вается экспериментально, что угол выходя щего луча будет иметь то же значение, что и угол падения. Учащиеся проводят исследование за висимости выходящего угла от изменения показателя преломления пластинки и ее толщины. Делают выводы. Также учащие ся наблюдают данное явление и в реаль ности, когда им предлагается провести небольшой эксперимент: учащиеся берут призму, имеющую форму трапеции, и на верхнюю грань призмы направляют луч лазера под определенным углом, в резуль тате чего они наблюдают, что луч вышел из призмы под тем же углом, под каким

Рис. 11 3 Физика в школе № 1

Рис. 12

его и направляли. Также данная модель может являться помощником при выполне нии лабораторной работы по нахождению показателя преломления плоскопарал лельной пластинки. Модель «Преломление света в тре­ угольной призме» демонстрирует ход лу чей сквозь треугольную призму. Модель по зволяет менять угол призмы и угол падения луча, а также позволяет проследить, при ка ких условиях возникает в призме явление полного внутреннего отражения (рис. 12). Кроме этого, модель автоматически считает значения угла отклонения луча. Основны ми параметрами данной модели являются угол призмы и угол входящего луча. Учащимся предлагается провести иссле дование зависимостей смещения луча от значения входящего луча и угла призмы и смещения луча от показателя преломле ния призмы. Модель «Линза как оптический при бор» демонстрирует ход лучей в линзе. Кро ме этого, демонстрирует построение изобра жения. Также данную модель можно при менять и как виртуальную лабораторную установку для нахождения фокусного рас стояния линзы при заданных определен ных параметрах (рис. 13). В этой модели можно выбирать вид линзы: рассеивающую или собирающую. В модель входят три основных блока: 1) из

18

Физика в школе 1/2011 Действи Прямое. Увеличенное. тельное. Перевер Уменьшен Мнимое нутое ное d > 2F d = 2F F < d < 2 F d = F d<F

Рис. 13

менения параметров линзы, 2) изменения параметров предмета, 3) вывода некоторых результатов. Модель автоматически вычис ляет значения оптической силы, линейного увеличения и размер изображения. Сначала учащиеся проводят исследова ния зависимостей размера изображения от расстояния предмета до линзы; оптической силы линзы от фокусного расстояния; зна чений расстояния предмета от линзы, при которых лучи, направленные от предмета, будут идти из бесконечности. Учащимся также предлагается решить на качественном уровне несколько задач. Задача 1. Высота предмета h равна 1 см, высота изображения Н — 3 см. Чему равно увеличение? (Ответ: 3.) Задача 2. Какова высота изображения, если оно находится на расстоянии 12 см от линзы, высота предмета — 2 см и он рас H f положен в 8 см от линзы? (Ответ: = , h d fh H= , H = 3 см.) d Задача 3. На каком расстоянии от линзы получено изображение, если оно в 4 раза больше предмета и расстояние от предмета до линзы равно 5 см. (Ответ: 20 см.) Задача 4. Постройте изображение в со бирающей линзе, опишите изображение, заполнив таблицу.

В данной статье, возможно, рассмотрены не все описания возможностей данных ком пьютерных моделей, но уделено внимание основным особенностям данных моделей. Рассмотренные компьютерные модели могут легко вписываться, кроме факультативных занятий, также в обычный урок, позволяя учителю организовывать новые виды учеб ной деятельности учащихся. Прежде всего, чрезвычайно удобно ис пользовать компьютерные модели в демон страционном варианте при объяснении но вого материала и при решении задач. Конечно, такие демонстрации будут иметь успех, если учитель работает с не большой группой учащихся, которых мож но рассадить вблизи монитора компьютера или, если в кабинете имеется проекционная техника, позволяющая отобразить экран компьютера на стенной экран большого раз мера. В противном случае учитель может предложить учащимся самостоятельно по работать с моделями в компьютерном клас се или в домашних условиях, что иногда бывает более реально [2]. Литература 1. Кавтрев А. Ф. Опыт использования компьютер ных моделей на уроках физики в школе «Дипломат», Сб. РГПУ им. А. И. Герцена «Физика в школе и вузе», Санкт-Петербург, Образование, 1998. [Электронный ресурс]: http://www.eduhmao.ru/info/1/3697/23186/.

2. Использование компьютера при изучении физики [Электронный ресурс]: http://www.uroki.net/ docfiz/docfiz27.htm, ИП «Уроки.нет».

19

Информационные технологии

Роль учителя при обучении физике с применением информационно- коммуникационных технологий Ключевые слова: информационно-коммуникационные технологии (ИКТ), активизация познавательной деятельности учащихся. О. Ю. Морозова, Управление информации и общественных связей, г. Орел; Е. П. Суханькова, МОУ СОШ № 12, г. Орел; elena517@mail.ru В статье описан опыт региональной экспериментальной площадки «Информационно- коммуникационные технологии в образовании», функционирующей под руководством лаборатории информационных технологий Орловского филиала ИСМО РАО на базе школы № 12 г. Орла, который оказывался полезным для учителей, интересующихся современной методикой учебной работы с учащимися по предмету на уроке и во внеурочное время.

С

тремление учителя к проведению уро ка на уровне современных требований приводит его к использованию в учебном процессе информационно-коммуникацион ных технологий (ИКТ). Методика урока при внедрении ИКТ существенно отличается от классической. Поэтому учителю приходит ся разрабатывать новые структурно-логи ческие схемы, готовить электронные прило жения к урокам, учиться отбирать нужные лицензионные компьютерные продукты, готовить самому и использовать рекомен дованные методические ИКТ-материалы, создавать материально-техническую базу (компьютер, мультимедийный проектор, интерактивная доска, компьютерные датчи ки, др.). Нелегко учителю преодолеть пси хологический барьер отхода от привычной, проверенной десятилетиями, классической методики преподавания. Как показывает практика, наибольшие трудности у учителя вызывает сочетание необходимых реальных элементов учебного процесса с виртуальны ми. На практике это сочетание необходимо: ИКТ изучается в процессе образовательной деятельности учащихся, а не изолированно. На уроке физики, например, большую по знавательную ценность имеет методический прием сочетания реального и виртуального эксперимента, переход от наблюдаемого на опыте процесса к его компьютерной модели для исследования с изменением характери 3*

зующих параметров. В ходе графического вычислительного эксперимента исследуют ся взаимозависимости физических величин с построением графиков зависимостей на экране компьютера: Е(t), S(t), а(t), v(t), р(t), Р(V), Р(T), I(U), др. (на рис. 1 представлен фрагмент исследования по теме «Энергия связи атомных ядер» из образовательной коллекции «Открытая физика. 1.1» под ре дакцией профессора МФТИ С. М. Козела. «Физикон»). В левом нижнем углу пред ставленного окна — черный экран, на ко тором появляется анимация распада ядра на нуклоны при окончательной установке чисел протонов Z и нейтронов N и нажатии учащимся кнопки «старт». В чем преимуще

Рис. 1

20

ство компьютерного исследования на дан ном этапе? Не лучше ли ученику построить графики Z(A) и Есв.(А) в тетради, затратив 10–15 минут, а ядерную реакцию пред ставить мысленно? Да, ученик XI класса может успешно справиться с построением предложенных графиков, повторив навыки математики V класса построения точки по ее координатам и соединению полученных точек, эти навыки к XI классу уже отрабо таны до автоматизма, как таблица умноже ния. Сэкономленное с помощью компьютера время эффективнее использовать на разви тие умений сравнения и обобщения полу ченных результатов, так как: 1) этот навык необходим в современной жизни — повсюду (на производстве, в управлении, в быту) тре буется что-то с чем-то сравнить и оператив но сделать выбор; 2) это элементы развития мышления, более высокий уровень сложно сти обучения, чем простое повторение давно изученного и хорошо отработанного в тече ние нескольких лет навыка. Эффективность обучения с применением ИКТ налицо: ком пьютер сообщает информацию, оставляя че ловеку приоритет в высшей мыслительной деятельности. Не надо забывать, что про грамму по объективной оценке и контролю мыслительной деятельности тоже создает человек. Один из основных критериев ее объективности — в одинаковом подходе ко всем оцениваемым. Учителям физики не составляет труда освоить новый «прибор» — компьютер, им свойственна адекватная реакция на быстро совершенствующиеся программные продук ты, постоянно появляющиеся технические новинки, а в связи с этим возникающая необходимость постоянного изучения и по гружения в мир компьютерной техники. Разумеется, подготовка к урокам с исполь зованием ИКТ по силам только квалифи цированному учителю, хорошо знающему предмет и методику его преподавания. Внедрение ИКТ в практику преподавания осуществляется учителем поэтапно. Начи ная разработку структурно-логической схе

Физика в школе 1/2011

мы учебного занятия (урока, факультатива, кружка, элективного курса, др.), необходи мо определить научные основы изучаемой темы, объемы элементов информации и их взаимосвязи. В соответствии со структурнологической схемой занятия учителем созда ются электронные приложения, подбирают ся фрагменты из компьютерных лицензион ных продуктов, например: Физика в школе. Электронные уроки и тесты (ЗАО «Новый диск», ЗАО «Просвещение-МЕДИА»), Фи зика. Практикум. 7–11 (Физикон, НФПК — Национальный фонд подготовки кадров. — 2 диска); Образовательная коллекция «От крытая физика». Полный интерактивный курс физики (Физикон. — 2 диска); Уроки физики Кирилла и Мефодия. 7–11 (Вир туальная школа Кирилла и Мефодия. — 5 дисков); Л. Л. Боревский. Курс физики ХХI века (МедиаХауз. — 3 диска); Физика в школе. Электронные уроки. (ЗАО «Но вый диск», ЗАО «Просвещение-МЕДИА»), Лабораторные работы по физике 10–11 кл. (Дрофа. — 2 диска); Подготовка к ЕГЭ (Физика. — Физикон), др. Для получения наилучших результатов в работе с рекомен дованными программными продуктами и в подготовке авторских приложений к урокам на этом этапе учителю необходимо наличие пользовательских навыков работы в Micro soft Word, Microsoft PowerPoint, Microsoft Excel. ИКТ предоставляет возможности органи зации активной самостоятельной работы на занятии для каждого ученика. При этом, как и прежде, ученик получает знания по теме, добывая их самостоятельно в индивидуаль ном темпе. Поэтому к учителю предъявляют ся новые требования в вопросе организации самостоятельной активной деятельности каждого учащегося в зависимости от его спо собностей. Более индивидуальное обучение и повышение роли самостоятельной работы приводят к увеличению объема усваивае мой информации, более способные ученики усваивают материал быстрее и глубже. Из урока в урок дифференциация полученных

Информационные технологии

знаний возрастает, что побуждает учителя отказаться от принципа построения урока с ориентировкой на «среднего» ученика, не имеет смысла и пересказывать параграф учебника. Роль учителя все более смещает ся в направлении организации активной са мостоятельной учебной деятельности обуча емых с применением ИКТ. Эти особенности вступают в противоречие с авторитарным стилем преподавания, предполагающим передачу готовых знаний учащимся с по зволением задать вопрос учителю в конце изложения нового материала, изучением спланированного учителем эксперимента, так как на обширное исследование явления с изменением характеризующих параметров времени не предусмотрено, да и не всем уча щимся класса это интересно. Применение ИКТ создает условия для эффективной са мостоятельной работы, поэтому нередки слу чаи самостоятельного опережающего изуче ния нового материала учащимися. В этой ситуации учитель должен уметь перестро иться, изменив первоначальный план заня тия, оперативно решить, какую часть мате риала повторить. Такие решения на уроке, на основе оперативной оценки конкретной ситуации, под силу только высококвалифи цированному педагогу. При использовании ИКТ в обучении возрастает роль учителя как воспитателя, ведь компьютер сообща ет информацию, помогает ее переработать, структурировать, дает объективную оценку знаниям ученика. При использовании ИКТ приобретает иные формы общение, поэтому учителю необходимо обратить внимание на развитие устной и письменной речи учени ков, чаще интересоваться ходом их само стоятельной деятельности, практиковать устные отчеты о выполнении заданий с при менением ИКТ, оформление полученных данных и самого хода работы на бумажных и электронных носителях, чтобы формали зация ответов не привела к оскудению язы ка. Время, затрачиваемое на закрепление материала и контроль знаний, уменьшает ся, но эффективность его возрастает.

21

Планируя для учащихся задания с при менением ИКТ, учителю необходимо учиты вать время его выполнения непосредственно за компьютером. Учитель должен знать но вые нормы работы с компьютерами и соблю дать их в процессе учебных занятий с уча щимися на уроках и во внеурочное время. Площадь одного рабочего места для поль зователя ПЭВМ с жидкокристаллическим или плазменным монитором должна состав лять не менее 4,5 м2. Помещение должно быть оборудовано защитным заземлением. Корпус компьютера должен быть окрашен в спокойные тона. Поверхности клавиату ры, корпуса и прочих устройств — матовые. В помещении для работы с компьютером должно быть искусственное и естественное освещение с преимущественной ориента цией окон на север или северо-восток. Свет из окна должен падать на дисплей слева. Равномерный свет люминесцентных ламп и светильников с лампами накаливания (или галогенными) необходим при работе с документами. Светильники без рассеива телей и экранирующих решеток не приме няются. Один раз в час кабинет надо про ветривать, ежедневно проводить влажную уборку. Расстояние между рабочими сто лами, на которых стоят мониторы, должно быть не менее 2 м, а между боковыми по верхностями мониторов — не менее 1,2 м. Смотреть на экран лучше с расстояния 60–70 см, но не ближе 50 см. Предъявля ются определенные требования и к мебели в классах с компьютерами, например «стул должен быть подъемно-поворотным, регу лируемым по высоте и углам наклона сиде нья и спинки, а также расстоянию спинки от переднего края сиденья, при этом регу лировка каждого параметра должна быть независимой, легкоосуществляемой и иметь надежную фиксацию. Поверхность сиденья, спинки и других элементов стула должна быть полумягкой с нескользящим слабоэ лектризующимся и воздухопроницаемым покрытием, обеспечивающим легкую очист ку от загрязнений.

22

Физика в школе 1/2011

Рис. 2

Организация институтом усовершенство вания учителей на базе школы семинаров для учителей физики области способствует обмену опытом внедрения ИКТ в препода вание физики и освоению современных пе дагогических технологий. Кроме семинаров на курсах повышения квалификации ОИ УУ (как правило, раз в пять лет) учителю необходимо постоянно или периодически получать методические консультации по использованию компьютера в повседнев ной деятельности. Ведь процесс внедрения новых средств ИКТ, их непрерывного со вершенствования характеризуется высоки ми темпами, а учителю физики необходимо быть на высоте в вопросе использования но вых технологий. Выход из ситуации — в совершенство вании педагогического мастерства на базе школьного методического объединения учи телей: организация семинаров «Методика применения программы Microsoft Power Point», «круглых столов» по эргономическим проблемам в использовании компьютерной техники с приглашением специалистов, от

крытых уроков по всем предметам с при менением ИКТ, например «Активизация познавательной деятельности учащихся на уроке физики и повышение ее эффективно сти в процессе применения интерактивной доски», педагогических советов по пробле мам внедрения ИКТ в процесс обучения, проведения мастер-классов, конференций, конкурсов электронных приложений к уро кам (нами разработаны электронные при ложения к каждому уроку физики с VII по XI класс), формирование медиатеки. На основе обобщения накопленного опыта в ре зультате деятельности по внедрению ИКТ в образовательный процесс у учителя по является возможность создания авторских программ. Деятельность в нашей школе осущест вляется по пяти авторским программам: «Информационные технологии в обучении», «Научно-исследовательская деятельность с применением информационно-коммуни кационных технологий», «ИКТ — в твоей будущей профессии», «Физика и компьютер в повседневной жизни человека», «Методи ка применения ИКТ в учебно-воспитатель ном процессе средней общеобразовательной школы» (на рис. 2: учителя школы № 12 г. Орла на занятии по авторской програм ме совершенствования педагогического мастерства «Методика применения ИКТ в учебно-воспитательном процессе средней общеобразовательной школы» на базе Ре гионального Центра Федерации Интернетобразования ОрелГТУ). Как видно из опы та работы экспериментальной площадки, одной из важных характеристик современ ного учителя физики являются информа ционная грамотность и информационная культура в целом, умение передать их сво им ученикам.

23

Информационные технологии

Опыт создания компьютерного средства для уроков физики в средней школе Ключевые слова: трехмерная графика, анимация, свободно распространяемые программные продукты. О. В. Насс, доцент Западно-Казахстанского государственного университета им. М. Утемисова, г. Уральск, nass55@mail.ru В статье показано, что в условиях информатизации образования появляется необходимость в насыщении компьютерными средствами современных образовательных технологий. Исходя из этого, был представлен опыт создания управляемой анимации, с помощью свободно распространяемого редактора трехмерной графики и анимации Blender.

В

условиях информатизации образования встает потребность в компьютерных средствах для каждого обучающегося, в том числе в компьютерных тестах по каждой учебной дисциплине. Компьютерные средства применяются для: — повышения эффективности самостоя тельной работы обучающегося: выбором пе дагогом интегрированных, информацион но-справочных и расчетно-аналитических систем; посредством встроенных справок компьютерных программ; — создания условий для максималь ной индивидуализации обучения, которые реализуются разработкой компьютерных программ различных уровней сложности, включающих системы контроля правиль ности выполнения заданий; — усиления роли и эффективности само стоятельной работы обучающихся реализу ются: подготовкой педагогом перечня тем для самостоятельного изучения, списка кон трольных работ, коллоквиумов, рефератов и форм отчетов в виде документов Microsoft Word на электронных носителях: Flash, магнитных и лазерных дисках; предостав лением обучающимся учебно-методической литературы и рекомендаций в электронном виде; отбором педагогом электронных учеб ников, обучающих и игровых программ, тренажеров для каждого обучающегося; подготовкой контролирующих систем, для

проверки самостоятельного освоения ими учебного материала; — систематического, пошагового контро ля знаний и умений обучающихся реализу ется посредством: подготовки обучающими ся рефератов, портфолио, заданий с приме нением компьютерных средств; разработкой педагогом компьютерных тестов по каждой учебной дисциплине, позволяющих опера тивно и объективно выявлять уровень зна ний и умений обучающихся.

Основные типы программных продуктов

Коробочный программный продукт. Это лицензионное программное обеспече ние, которое является объектом интеллек туальной собственности, где исходный код программы рассматривается как произведе ние, объект применения авторского права. На него автоматически распространяются как законы научных инновационных разра боток, так и законы продажи товаров. Им, так же, как и материальными предметами, можно торговать и обмениваться. Право владения и использования данного про граммного обеспечения охраняется законо дательно. Чтобы защитить свои интересы, его производители используют лицензии — вид договора между обладателем автор ских прав и пользователем (покупателем) компьютерной программы. Использование данного программного обеспечения для це

24

лей обучения достаточно затруднительно. Обычно оно имеет ограниченное количество инсталляций (установок), тогда как неиз бежные при обучении ошибки предполага ют достаточно частую его переустановку. Условно-бесплатное программное обеспечение [1]. Это такое программное обеспечение, которое предоставляется во временное безвозмездное использование, в единичном экземпляре и без извлечения прибыли. Как правило, это программы для ознакомления, имеющие или ограниченное время использования, или ограниченный набор опций, предполагающий последую щую покупку программы. Например, есть графический редактор, но созданные ри сунки не сохраняются; есть антивирусная программа, но она только информирует о наличии вирусов, а не лечит; есть игра, но она запускается не более 20 раз. Данное программное обеспечение не предназначе но для серьезных целей обучения. Свободно распространяемое программное обеспечение [2]. Его использо вание в каком-то смысле похоже на суще ствующую практику использования науч ных публикаций. Понятно, что для разра ботчика каждая программа — это научное исследование. Однако только данное про граммное обеспечение позволяет не толь ко использовать без согласия авторов саму программу (как бы читать публикацию), но и делает доступным исходный код про граммы, т. е. программу можно копировать с обязательным указанием источника (ци тирование статьи), модифицировать, допол нять. Продукт, выполненный с помощью дан ного обеспечения, становится свободно распространяемым программным обеспе чением. Например, создали мультфильм с помощью свободно распространяемого ре дактора — укажите в титрах об этом, адрес данного редактора в Интернете. Не ждите за мультфильм оплаты и не сердитесь, если у него изменят концовку или сюжет, раз работают новые серии.

Физика в школе 1/2011

Пиратские копии. Сколько бы средств не было вложено в разработку программно го обеспечения, процедура его копирования (переписывания с одного носителя на дру гой) резко отличается от процедуры воспро изведения материальных предметов. Она не требует согласия или участия авторов про граммы. Единственные затраты — это цена носителя данных, износ устройства копиро вания и время оператора. Нет необходимо сти покупать саму программу или искать более дешевый, например, отечественный аналог. Однако «упущенная выгода» разра ботчиков программ препятствует развитию данной отрасли в Республике Казахстан, тем более экспорту нашей программной продукции за рубеж, переводит разработку в академическое занятие. Руководители подразделений, системные администраторы, инженеры обычно хорошо информированы о том, какое программное обеспечение используется на компьютерах учебного заведения. Систематизировать эту информацию помогает и внедрение систе мы менеджмента качества (СМК). Как видим, у свободно распространяемо го программного обеспечения имеется зна чительный потенциал для использования в образовательном процессе. Для примера создадим управляемую анимацию с помо щью свободно распространяемого редактора трехмерной графики и анимации Blender [3] для изучения физики «Свободного па дения» и «Движения тела под углом к го ризонту (сопротивление воздуха отсутству ет)». Создание компьютерного средства с использованием физических зако номерностей (Physics Engine) в ани мации реального времени 1) Запустим программу Blender. Удалим куб (задан по умолчанию). Правая клавиша мыши (ПКМ) выделит куб, и нажмем кла вишу «Delete» (см. рис. 1).

2) Создадим сферу для анимации. На жать на клавишу «Пробел» (см. рис. 2).

25

Информационные технологии

Рис. 1

Рис. 2

Рис. 3

Рис. 4

Рис. 5 4 Физика в школе № 1

3) Цифрами на малой цифровой клавиатуре можно переключать режимы просмо тра: «7» — вид сверху, «1» — вид спереди, «3» — вид с боку, «0» — трехмерное изо бражение (3D окно), «+» и «–» — изменение масштаба (см. рис. 3).

4) Сохраним работу «File», «Save As…», «Имя файла». Не забывайте сохранять ее и далее.

5) Придадим сфере материал для ани мации. Изменим набор пиктограмм, на жмем кнопки редактирования материала «Shading» и «Material buttons», выберем «Add New». Появятся новые опции, выберем «DYN» — в динамике (см. рис. 4).

6) Добавим гравитацию в виртуальный мир, окружающий сферу. Нажмем «World buttons» для редактирования окружения. На вкладке «Mist/Stars/Physics» выбе рем «Sumo», обычно именно этот режим использу­ется для создания игр, настроим гравитацию с помощью бегунка «Gravity» (см. рис. 5).

7) Выберите сферу и перейдите к кноп кам игры. Сделаем сферу «актером» игровой анимации: «Actor», появятся новые опции, «Dynamic» (см. рис. 6). Придадим сфере физические свойства, например, «Damp» (торможение): 0.4, «Mass» (масса): 1.00, «RotDamp» (торможение при вращении): 0.800, другие (см. рис. 7).

8) Поместите курсор в 3D окно и на

Рис. 6

Рис. 7

26

Физика в школе 1/2011

Рис. 8

жмите латинскую «P» для запуска анима ции: «Сфера в свободном падении в бес конечность». В финале ее нажмите кнопку «ESC».

9) Добавим поверхность: «Пробел», «Add», «Mesh», «Plane». Нажмем «Р». Если сфера находится над поверхностью — она упадет на нее (см. рис. 8).

10) Выделите сферу. Нажмите кнопки «Add» в панелях Sensors, Controllers и Ac tuators, это игровой движок — основа игры. Измените тип «Always» (вкладка Sensors) на тип «Keyboard». В поле Key нажмите кнопку, которая придаст начальную ско рость сфере, например «Стрелочка вправо». Добавьте ей силу, например: 10 по оси Y. Затем, соедините все блоки. Запустите «Р» (см. рис. 9). Сфера падает на поверхность, затем по нажатию «Стрелочки вправо» начинает движение направо к ее краю и падает в бес конечность.

11) Чтобы при нажатии на кнопку «Стре лочка вверх» сфера двигалась вверх, сно ва «Add» во вкладках Sensors, Controllers и Actuators. «Always» на «Keyboard». В по

Рис. 9

ле Key «Стрелочка вверх» настройте дей ствие для кнопки — сила: 10 по оси Z, соедините логические блоки. Проиграйте анимации. После падения сферы на по верхность попробуйте «Стрелочкой вверх» ее поднять.

12) Присвоим действия сферы анимаци онным кривым (IPO). Для этого зайдите в верхнее меню «Game» и в выпадающем списке выберите опцию «Record Game Physics to IPO». Нажмите кнопку «P» для запуска ани мации. В финале ее нажмите «Esc». После этого анимация записывается в виде графи ка (IPO кривых) объекта. Вызовем график кнопкой «Выбора пиктограмм» и теперь его можно изучить. В последующем можно многократно экс периментировать со значениями физиче ских параметров, настраивая желаемое движение объекта. Выводы: в современных условиях пере хода на позиции вариативности образова тельных программ и многообразия типов учебных заведений для поддержки обра зовательного процесса уже недостаточно условно-бесплатного учебного программного обеспечения, недостаточно просто покупки необходимого количества готового лицензи онного программного продукта. Необходима оперативность в создании компьютерных средств, мобильность их изменения с при менением свободно распространяемого про граммного обеспечения. Литература 1. Полезные программы // CD-приложения к жур налу «Компьютер Пресс». — Лазерные компакт-ди ски.

2. Пожарина Г. Ю., Поносов А. М. Стратегия внедрения свободного программного обеспечения в учреждениях образования. — М.: Бином. Лабора тория знаний, 2008.

3. Сайт свободно распространяемого редактора трехмерной (3D) графики и анимации Blender’a: про грамма, уроки и примеры использования (http://www. blender.org/).

27

Информационные технологии

Использование информационного пространства в практике преподавания предметов естественного цикла Ключевые слова: информационное пространство, средства информатизации, дистанционное обучение, мультимедийный урок. О. С. Шумилова, учитель физики, гимназия № 1552, Москва; shumil-olga@yandex.ru Информационное пространство повышает мотивацию обучения, экономит учебное время, способствуют лучшему представлению информации и, как следствие, лучшему усвоению учебного материала. А как его можно использовать на уроке физики?

С

овременный мир характеризуется такой интересной тенденцией, как постоянное повышение роли информации. Даже можно сказать, что мир находится на таком этапе своего развития, когда целиком и полно стью зависит от информационных ресурсов и технологий, от их качества и их защищен ности. Интенсивное внедрение информаци онных технологий во все сферы жизни и деятельности современного общества, рост удельного веса информационной без опасности в обеспечении целостности го сударства привели к тому, что информа ционные ресурсы стали считаться таким же богатством страны, как и ее полезные ископаемые, производственные мощности и интеллектуальный потенциал. На сегод няшний день некоторые виды информации ценятся намного больше, чем материаль ные блага. Уровень развития информационного пространства общества решающим образом влияет на экономику, обороноспособность и политику. От этого уровня в значитель ной степени зависят поведение людей, фор мирование общественно-политических дви жений и социальная стабильность. Целя ми информатизации во всем мире и, в том числе, в России являются наиболее полное удовлетворение информационных потреб ностей общества во всех сферах деятельно сти, улучшение условий жизни населения, 4*

повышение эффективности общественного производства, содействие стабилизации со циально-политических отношений в госу дарстве на основе внедрения средств вычис лительной техники и телекоммуникации*. Современное образование немыслимо без современной информационной техники и технологии. Реализация Концепции мо дернизации образования до 2010 г. пред усматривает широкое применение новых информационных технологий и использова ние Интернет-ресурсов для формирования информационной компетентности учащих ся и учителя. Средства информатизации сегодня ис пользуются образовательным учреждением практически во всех сферах своей деятель ности. Они используются учителями для подготовки и проведения уроков, поддерж ки внеклассных мероприятий, стали техно логической основой процесса управления. Более того, информационные технологии (ИТ) различного уровня позволяют сегодня серьезно говорить о таких вещах, как ин дивидуализация обучения и дистанционное сопровождение образования. Информатизация системы образования является одной из важнейших компонент * Концепция формирования и развития единого информационного пространства России и соответству ющих государственных информационных ресурсов от 23.11.95 N ПР-1694.

28

современных образовательных систем всех ступеней и уровней. Благодаря внедрению ИТ в образовательный процесс создаются новые возможности для всех его участни ков. Это характеризуется как сокращением времени на поиск и доступ к необходимой информации, ускорения обновления содер жания образования до повышения уровня индивидуализации образования, так и его личностной ориентацией. В такой отрасли, как среднее общее об разование, развитие информационных тех нологий идет как «сверху», так и «снизу». Нужно принимать во внимание оба этих направления, так как они дополняют друг друга. В современном мире становится вос требовано важное умение: культура работы не только с компьютером, но и в компьютер ной сети, в первую очередь в глобальной се ти. Развитие информационных технологий «снизу» — это формирование такой культу ры, без чего компьютер в школе остался бы «печатной машинкой». К счастью, многие понимают, что уме ние и навык общения с компьютером, коллективной работы в сети лучше всего формировать именно в школе. В идеале школьное информационное пространство должно быть изначально сформирова но так, чтобы прочно заложить эти уме ния и навыки и не только у учащихся, но и у педагогов и администрации. Значит, полноценное школьное информационное пространство — это не только система ма териально-хозяйственного учета для адми нистрации и система составления расписа ния для завуча*. Очень важно понимать, что информа ционное пространство школы — это сово купность множества элементов, таких, как: информационные ресурсы, средства инфор мационного взаимодействия и информаци онная инфраструктура, информационные телекоммуникационные системы и т. д. * http://www.npstoik.ru/vio/inside.php?ind=articles& article_key=49.

Физика в школе 1/2011

Свойство мобильности, т. е. распростране ние в пространстве, является для информа ционного пространства системообразующим фактором, рост во времени обусловил все большую сложность в его развитии и одно временно, в соответствии со вторым законом диалектики, при увеличении количества способствующих появлению новых качеств. Одним из главных свойств информационно го пространства можно считать его структу рированность. Информационное пространство возника ет только в процессе коммуникации и яв ляется ее результатом. Информация как элемент деятельности обладает такими сущностными свойствами, как вспомога тельность и инструментальность. Человек создает информационные модели выбороч но, отражая только те явления, которые имеют для него ценность. Таким свойством, как выборочность отражения мира субъек том, объясняются еще два атрибутивных свойства информации — ее селективность и оценочность. Три года назад гимназия № 1552 стала участником программы «Школа информа тизации». Интеграция информационных технологий в преподавание предметов — один из важнейших «кирпичиков» здания информатизации школы. Приоритетными направлениями деятельности по созданию единого информационного пространства школы стали: • повышение качества образования за счет эффективного использования совре менных ИКТ технологий; • повышение компьютерной грамотности учителей-предметников; • накопление и обновление на электрон ных носителях информации, необходимой для решения задач, поставленных перед педагогическим коллективом школы; • организация электронной библиотеки учебных материалов и обеспечение доступа к ней учителей и учащихся; • подготовка учащихся к жизни в усло виях информационного общества.

Информационные технологии

Поэтому необходимо было создать единое информационное пространство школы, т. е. решить следующие задачи: • создать единую для всей школы базу данных, содержащую информацию о раз личных аспектах учебно-воспитательного процесса: сведения о сотрудниках, учащих ся и родителях, учебный план, электронный классный журнал, расписание, разнообраз ные отчеты и т. п.; • предоставить пользователям возмож ность общения между собой и доступа к об щим ресурсам; • обеспечить использование в учебном процессе разнообразных учебных курсов: как готовых, распространяемых на ком пакт-дисках, так и курсов собственной раз работки; а также интегрирование всех кур сов в единую среду и связь с электронным классным журналом; • построить среду, в которой сотрудники школы и учащиеся осваивали бы новые ин формационные технологии и т. п. Одним из главных вопросов стало при менение информационных технологий (ИТ) в ходе образовательного процесса, т. е. не посредственное применение ИТ на уроках. Преподавателями гимназии были разрабо таны и структурированы собственные под ходы. В частности, итогами такой работы на уроках физики и других предметов есте ственного цикла можно считать: • создание мультимедийных уроков или фрагментов уроков; • использование цифровой лаборатории «Архимед» для демонстрационных опытов и в рамках исследовательских работ; • применение компьютерных трена жеров для организации контроля знаний и подготовки к экзаменам; • создание и использование своего «Ин формационного пространства», создание ав торских курсов. Мультимедийные уроки стали основой практического применения информаци онных технологий в учебном процессе. На сегодняшний день они используются при

29

изучении всех дисциплин, представленных в гимназии. Что собой представляет мультимедий ный урок? Это фактически конспект урока, создан ный в виде презентаций с применением программы PowerPoint, входящей в состав пакета программ Microsoft Office и пред ставляющей авторское мультимедийное со провождение преподаваемого предмета. Такие презентации используются в про ведении уроков физики с VII по XI клас сы. Слайды презентаций содержат иллю стративный материал, основные формулы, фрагменты видеофильмов, задачи, тестовые задания, анимации. Визуализация пред мета помогает учащимся лучше понять его и углубить свои знания необычным спосо бом. Презентации используются при объ яснении нового и при повторении пройден ного материала, при организации текущего контроля знаний. Также они могут исполь зоваться и при работе с интерактивной до ской. Причем в отличие от обычной презен тации, каждая страница Notebook в ходе образовательного процесса интерактивна, с ней могут работать учитель и ученики од новременно, изменяя ее содержание, внося любые изменения, перемещая, удаляя или добавляя различные объекты с помощью набора предоставленных инструментов. Примечательно то, что все это доступно преподавателю непосредственно на рабочем месте, у доски! Доска позволяет показывать слайды, видео, делать пометки, рисовать, чертить различные схемы, как на обычной доске, в реальном времени наносить на про ецируемое изображение пометки, вносить любые изменения и сохранять их в виде компьютерных файлов для дальнейшего редактирования или печати на принтере. Второе направление работы, которое используют учителя естественного цик ла, — цифровые лаборатории «Архимед». Они представляют собой новое поколение оборудования для проведения широко го спектра исследований, демонстраций,

30

Физика в школе 1/2011

Рис. 1–2. Устройство Nova5000

лабораторных работ по физике, биологии и химии. В гимназии создан межпредмет ный кабинет, где учителя могут проводить уроки и выполнять экспериментальные за дания. В нем кроме цифровой лаборатории «Архимед» присутствуют 30 стационарно установленных компьютеров, что расши ряет возможности использования данного кабинета. Задачи кабинета для предметов есте ственного цикла: • проведение лабораторных работ по фи зике, химии и биологии;

• проведение научно-исследовательских работ; • проведение исследовательских и про ектных работ. Преимущества кабинета: • стационарность установленного обору дования; • возможность одновременного выполне ния работ от 1 до 30 человек; • доступ к школьной сети (разрешенным администратором ресурсам школьной сети, таким, как сетевые папки, содержащие по лезные учебные материалы, или другие компьютеры); • доступ учащихся к заданиям, находя щимся на компьютере преподавателя; • связь класса из Nova5000* позволяет коллективно работать над заданиями. С помощью портативной цифровой лабо ратории лабораторные работы проводятся намного быстрее, результаты определяют ся точнее, можно сохранить учебные работы для их последующего анализа. Третий вид работы — применение ком пьютерных тренажеров для организации контроля знаний. В настоящее время в гимназии широ ко используется технология «Teaching & Training & Testing» (T3™) — это програм­ мная среда, позволяющая работать с ком плектами цифровых материалов учебного, энциклопедического, познавательного ха рактера. Единое школьное пространство позволяет пользоваться системой тестиро вания из любого кабинета, широко исполь зовать мобильные классы. В практику ра боты вошло создание тестовых заданий по * Устройство Nova5000 — это специализированный портативный компьютер компании Fourier Systems, предназначенный для учебно-исследовательской дея тельности. Программа MultiLab CE является интер фейсом, посредством которого Nova5000 обрабатывает экспериментальные данные, получаемые от встроен ного регистратора данных (в частности полученных с помощью датчиков цифровой лаборатории «Архи мед»).

Информационные технологии

всем дисциплинам, используются готовые тестовые задания для подготовки к ЕГЭ, применяется система единых школьных мониторингов. Также воспользоваться этой программой возможно в режиме он-лайн, доступ обеспе чивается со специально созданного сайта гимназии. Учащиеся могут пройти трени ровочное тестирование в любое удобное для них время при подготовке к предстоящему контрольному тесту дома. Программа «Teaching & Training & Testing» сочетает в себе несколько моду лей: • модуль «T3-Student» поддерживает функции поиска и просмотра документов, обучения и самоконтроля; • модуль «T3-Tutor» позволяет публико вать учебные материалы для групп поль зователей, а также просматривать сводный журнал успеваемости по группам и стати стику выполненных заданий; «T3-Constructor» предназначен для до бавления, компоновки, разметки материа лов, создания учебных курсов на базе имею щихся проектов; • в модуле «T3-Admin» можно регистри ровать пользователей и создавать группы пользователей (учебные группы, классы). Результаты тестирования учитель от слеживает сразу после выполнения рабо ты. Ученик может посмотреть количество и качество выполненных заданий, сразу же сделать работу над ошибками или получить индивидуальное домашнее задание. Одно из главных направлений рабо ты в этом году — использование оболочки Moodle («Modular Object-Oriented Dynamic Learning Environment» — Модульная объ ектно-ориентированная динамическая обу чающая оболочка) (http://www.moodle.org/). Техническое оснащение наши препода ватели осуществляют посредством портала, предоставленным московским Центром ин формационных технологий и учебного обо рудования (http://learning.9151394.ru). На сайте Лаборатории дистанционного

31

повышения квалификации педагогов 39 учителей гимназии имеют свое личное про странство. Каждый учитель разрабатывает свой собственный курс по своему предмету, структурирует ход занятий и разрабатыва ет систему подачи материала на свое соб ственное усмотрение. Более детальное представление о работе в информационном пространстве на приме ре курсов можно получить в сети по ссыл кам: • «Природоведение. 5 класс» (http://learn­ ing.9151394.ru/course/view.php?id=727); • «Физика. 9 класс» (http://learning.

9151394.ru/course/view.php?id=1613&topic= 0#section-31). Курсы созданы для учеников и их роди телей. Материалами может воспользоваться любая из сторон при наличии кодового сло ва. Пространство дает возможность родите лям и детям познакомиться с планировани ем работы, с заданиями и дополнительным материалом. При отсутствии ребенка на уроке (к примеру, по болезни), он может са мостоятельно ознакомиться с ходом урока, который он пропустил. Каждый блок посвящен одному уроку или одной теме в соответствии с програм мой. Учитель создает свою web-страницу, размещает презентацию, лекцию, ссылки на сайты, где ученик может ознакомиться с необходимой информацией по теме. После каждого урока предлагается материал для тестирования. Для создания тестов исполь зуются оболочка Moodle или программа Hot Potatoes. Учитывая, что, в основном, учителя-пред метники являются «пользователями», а не программистами, эта программа облегчает подготовку к уроку и помогает при создание своих тестовых заданий.

Hot Potatoes — универсальная програм ма-оболочка, позволяющая преподавателям самостоятельно создавать интерактивные тестовые упражнения в формате HTML. С помощью программы можно создать 10 ти пов упражнений на различных языках по

32

Физика в школе 1/2011

● JCloze — заполнение пропусков. Уча щиеся могут попросить подсказку и уви деть первые буквы пропущенного слова. Ведется также автоматический подсчет очков. Можно «пропускать» определенные слова, а можно, например, каждое пятое; ● JMatch — установление соответствий (3 типа заданий); ● JCross — кроссворд; ● JMix — восстановление последователь ности. Преподаватели гимназии используют упражнения в различных режимах (трени ровки или тестирования). Таким образом, широкое использование информационных технологий в нашей школе позволяет ре шать основную задачу — формирование информационной компетентности учащих ся, что предполагает наличие высокого уровня информационной культуры, и как следствие, изменение образовательного пространства школы. Литература Рис. 3–4

различным дисциплинам с использованием текстовой, графической, аудио- и видеоин формации. Упражнения создаются с помо щью 5 блоков программы (каждый блок мо жет рассматриваться как самостоятельная программа): ● JQuiz — Викторина — вопросы с мно жественным выбором ответа (4 типа зада ний). Учитель имеет возможность заложить в упражнение комментарии ко всем вари антам ответов;

1. Концепция формирования и развития единого информационного пространства России и соответству ющих государственных информационных ресурсов.

1995 год.

2. Философский энциклопедический словарь. 2-е изд. — М.: Сов. Энцикл., 1989.

Интернет-ресурсы: 3. Филиппова И. Я. «Информационные техноло гии в преподавании физики». www.school.ort.spb.ru/ library/physics/itech.

4. Z. ONE. KZ http://z.one.kz/2007/02/13/hot_ potatoes_v6205.html.

33

Информационные технологии

Предпрофильная и профильная подготовка по физике средствами информационных ресурсов Ключевые слова: предпрофильная подготовка, профильное обучение, информационные технологии, использование информационных ресурсов. О. А. Кулясова, к. физ.-мат. н., учитель физики ГОУ ЦО № 1428, Москва; olga225@mail.ru В рамках предпрофильной, а тем более профильной подготовки каждый учащийся должен получать необходимую ему личностно значимую информацию, которая поможет ему в раскрытии внутреннего потенциала, в его движении по пути самореализации. Поэтому одной из основных задач учителя является необходимость научить школьников справляться с растущим объемом знаний, накопленных человечеством, правильно использовать различные информационные массивы, в том числе и Интернет.

П

рофильное обучение — это систе ма специализированной подготовки в старших классах, ориентированная на индивидуализацию обучения, при которой создаются условия для максимального раз вития учащихся в соответствии с их позна вательными намерениями. Профильному обучению предшествует предпрофильное, основной задачей которого является выяв ление интересов и склонностей школьников в различных сферах познавательной дея тельности, ориентированной на выбор про филя в старшей школе. Как в первом, так и во втором случае речь не идет о подготов ке к профессии, а о подготовке к деятель ности, связанной с использованием знаний в предметной области. Следовательно, современное образова ние должно создавать условия, когда каж дый учащийся смог бы получать необходи мую ему личностно значимую информацию и помощь в раскрытии его внутреннего по тенциала, в его движении по пути самореа лизации. Создавая условия для получения ин формации каждым школьником, нельзя допускать ее беспорядочного поглощения. Необходимо развивать у них способность критически анализировать и продуктивно использовать эту информацию, научить их

понимать, какая информация обогащает возможности человека, а какая больше от влекает от работы, чем помогает. Поэтому основной задачей учителя на данном этапе глобальной информатизации общества является необходимость научить справляться с растущим объемом знаний, накопленных человечеством, правильно использовать различные информационные массивы, в том числе и Интернет. Учитель сегодня должен иметь возможность исполь зовать ресурсы глобальной сети не только при подготовке к уроку, но и непосредствен но на уроке, адресовать к образовательным ресурсам учащихся во время выполнения домашнего задания, выполнения творче ских работ, организации тестирования. Основными критериями использования Интернет-ресурсов на уроке являются: • педагогическая целесообразность; • качественное содержание ресурса; • продуманная методика использования ресурса; • возможность обращения к используе мым ресурсам других учителей и учащихся (банк данных Интернет-ресурсов). Формы использования информационных ресурсов на уроках различны и определя ются творческим потенциалом учителя, его ИКТ-компетентностью (рис. 1).

34

Физика в школе 1/2011

Информационные ресурсы

Элективные курсы

Интернет-уроки

Подготовка сообщений

Проектная деятельность

Подготовка к ЕГЭ Рис. 1

Интернет-уроки

Проведение Интернет-уроков в процессе обучения физике позволяет учителю: • раскрыть творческий потенциал каж дого школьника и повысить мотивацию к изучению предмета; • расширить рамки школьного курса фи зики; • сформировать у учащихся общеучеб ные умения работы с информацией науч ного содержания; • интегрировать ИКТ-технологии в пред метное обучение и способствовать формиро ванию ИКТ-компетентности как учителя, так и ученика. Интернет-урок проводится в компьютер ном классе и предполагает обязательную работу учащихся с ресурсами сети. Состав ление аннотированного списка ссылок на ресурсы и заданий к ним составляют важ ную часть работы учителя по подготовке урока. Урок проходит по четкому плану, обозначенному учителем. В течение урока учащиеся имеют возможность не только проработать базовые знания, но и выпол нить творческие задания, пользуясь анно тированным списком ссылок в соответствии со своими собственными интересами.

Рис. 2. Интернет-урок «Изменение агрегатных состояний вещества» (http://teplo82007.narod.ru/)

Так, например, при проведении обоб щающего Интернет-урока по теме: «Из менение агрегатных состояний вещества» в VIII классе (рис. 2), учащимся пред лагаются три вида творческих заданий (составление тематической презентации, проведение эксперимента или составле ние иллюстрации к физической задаче). Лучшие работы размещаются на отдель ной страничке урока в электронном виде и, с одной стороны, пополняют методиче скую копилку учителя, а с другой, повы шают рейтинг учащегося. Хочется отме тить, что Интернет-урок является ресур сом, который постоянно пополняется но выми тематическими ссылками и может использоваться для подготовки докладов и сообщений. Существующий опыт разработки и про ведения Интернет-уроков (рис. 3–7), по зволяет отметить, что несмотря на то, что такой вид занятий требует от учителя спе циальной подготовки, творческих затрат и времени, возникающая позитивная мо тивация, интерес к учебно-познавательной деятельности ставят учащихся в состояние успеха и создают условия для их дальней шего развития. Размещение уроков в Ин тернете дает возможность обращения к ним

35

Информационные технологии

учащихся и учителей-предметников из дру гих школ.

Элективные курсы

Рис. 3. Интернет-урок по теме «Искусственная радиоактивность. Ядерное оружие» (http:// kulyasova23.narod.ru/index11.html)

Основная задача элективных курсов за ключается: • в поддержании (расширении, углубле нии) изучения профильных предметов (на старшей степени обучения); • в развитии познавательного интереса, способствующего самоопределению учащих ся (на средней ступени обучения). Элективный курс «Занимательные опы ты по электричеству и магнетизму» являет ся предпрофильным курсом для учащихся IX классов. Основной задачей этого курса является развитие познавательных интере

Рис. 4–7. Примеры слайдов из презентаций учащихся

36

Физика в школе 1/2011

учителя вызывает у них не только удо влетворение, но и самоуважение, побуж дает желание учиться.

Подготовка кратких сообщений

Рис. 8. Организация элективных курсов (http:// proekt903.narod.ru/index19.html)

сов, интеллектуальных и творческих способ ностей учащихся в процессе самостоятель ного приобретения знаний и умений по фи зике с использованием Интернет-ресурсов (рис. 8). Учащимся предлагается самостоятель но выбрать один из аннотированного спи ска физических экспериментов и осуще ствить его постановку. Необходимая для этого теоретическая подготовка выпол няется учащимися самостоятельно, а вот собственно эксперимент — в физическом кабинете под руководством учителя на занятиях элективного курса. У ребят по является возможность более детально разобраться в физике протекающих про цессов, самостоятельной деятельности, продемонстрировать свои способности на чинающего физика-экспериментатора. Са мые интересные эксперименты снимаются на камеру и размещаются на отдельной страничке сайта, тем самым пополняя коллекцию видеоэкспериментов. Кроме аннотированного списка занимательных экспериментов, на страничке этого курса расположены ссылки на учебные сайты и тренажеры, позволяющие вспомнить и закрепить основные знания умения из этого раздела физики. Достижение цели учащимися без принуждения со стороны

Современное общество ставит перед школой задачу подготовки выпускников, которые способны работать с информаци ей: собирать необходимые для решения определенной проблемы факты, анализи ровать их, делать необходимые обобщения, аргументированные выводы, применять по лученный опыт для выявления и решения новых проблем. Поэтому, решая эту задачу и формируя информационную грамотность учащегося, учитель должен развивать у уча щихся умение осуществлять поиск в Интер нете, классифицировать информацию, кри тически подходить к ней и выкристаллизо вывать самое главное. Такую возможность дает опыт в подготовке кратких сообщений (рис. 9–11). Учащимся предлагается задание под готовить сообщение по одной из тем, на пример «Современная космонавтика» или «Альтернативные источники энергии», и, используя аннотированный список Интер нет-ресурсов по этой теме, представленной на сайте, подготовить в формате А4 нагляд ное, информативное сообщение.

Рис. 9. Подготовка кратких сообщений (http://proekt903.narod.ru/index1.html)

37

Информационные технологии

Рис. 10–11. Примеры сообщений учащихся

Таким образом, сужая поиск информа ции готовым списком ссылок, мы даем воз можность учащемуся обращаться к учебным и научно-популярным сайтам, формируя и развивая его умения находить нужную информацию и кратко излагать суть про блемы, выбирая самое важное. Все эти со общения прослушиваются на уроке, а самые лучшие вывешиваются на стенде в кабине те физики.

Проектная деятельность

Одной из проблем современного образо вания являются ослабление мотивации и, как следствие, снижение результативности обучения. Поэтому вопрос, как сделать учеб ный процесс увлекательным и интересным, волнует каждого учителя. Одним из эффективных методов обуче ния, позволяющих решить эту проблему, является метод проектов. Это комплексный метод обучения, позволяющий строить учеб ный процесс, исходя из интересов учащихся, дающий возможность учащемуся проявить самостоятельность в планировании, орга

низации и контроле своей учебно-познава тельной деятельности. Проектная деятель ность позволяет добиться решения основной задачи: развития познавательных умений учащихся, умений самостоятельно кон струировать свои знания, ориентироваться в информационном пространстве, развития критического и творческого мышления, что в принципе согласуется с задачей как про фильной, так и предпрофильной подготов ки и может использоваться на всех этапах обучения. Использование информационных техно логий создает самые благоприятные усло вия для организации такой деятельности. Большую пользу приносит использование обучающих программ, ресурсов Интернета и электронных энциклопедий для расши рения кругозора учащихся, получения до полнительного материала, выходящего за рамки учебника. Над проектом работают обычно один уче ник или небольшая группа (2–3 человека), конечным результатом проекта является соз дание тематического сайта в сети или пре

38

зентации. На последнем этапе обязательно проводится защита проектов в классе. Суть защиты сводится к следующему: создается экспертная комиссия — жюри из числа желающих (обычно весь класс). Каж дый член комиссии получает протокол за щиты для оценки работы по определенным критериям (доступность изложения, ди зайн, мастерство настройки анимации и ги перссылок и т. п.), согласно которым нужно оценить защищаемую работу. На этом этапе проектной работы учащийся должен пока зать знание цели, задач проекта, области его применения, уметь рассказать о назна чении объектов и гипертекста на каждом слайде, а также ответить на вопросы, зада ваемые членами комиссии. Наиболее интересные учебные, иссле довательские, информационные и игровые проекты могут составить школьную медиа теку, которую каждый год можно исполь зовать, начиная работу с новой группой учащихся, показывая в качестве примера работы предшествующих лет. Но на этот процесс затрачивается огромное количество времени. В качестве более эффективной формы накопления результатов лучше разрабо тать сайт, на страницах которого предста вить технологию проектной деятельности, существующие типы проектов, основные требования к ним и примеры работ учащих ся (рис. 12). Создание сайта — это, с одной стороны, обобщение опыта, доступность к различным видам проектов, а, с другой стороны — наглядная иллюстрация резуль тативности технологии проектной деятель ности. Кроме этого, на предметной страничке сайта размещаются Интернет-ресурсы, ко торые могут быть востребованы учащимися при работе над проектами. Важно следить за обновлением и пополнением ссылок для того, чтобы сделать сайт доступным, ин тересным и полезным для учащихся. Для координации проектной деятельности учи тель должен размещать на сайте списки ре

Физика в школе 1/2011

Рис. 12. Проектная деятельность (http://proekt903.narod.ru)

комендуемых для учащихся тем проектов, итоги и фоторепортажи с конкурсов. По согласованию с коллегами по работе такой сайт по проектной деятельности мо жет стать общешкольным, если дополнить его страничками по другим предметам (гео графия, химия, история, математика, и др.), на которых будут размещены аналогичные материалы. В этом случае одна из страниц сайта должна отражать организацию, проведение и итоги школьных межпредметных кон курсов, например, «Игровые проекты» (для основной школы) и «Научно-исследователь ские и познавательные проекты» (старшая школа). Немаловажен тот факт, что конкурс ные работы по мере поступления тоже распо лагаются на сайте и становятся доступными для просмотра и оценки (рис. 13–14). Такая форма организации и проведения конкурса обеспечивает привлечение к проектным ра ботам не только учащихся, но и их родите лей, что в значительной степени повышает заинтересованность в изучении предметов и, как следствие, мотивацию обучения.

Подготовка к ЕГЭ

Профильное обучение физике предпола гает наличие постоянного контроля пред метных знаний учащихся в соответствии со

39

Информационные технологии

Рис. 13–14. Организация конкурсов (http://proekt903.narod.ru/index15.html)

Стандартом по физике для средней школы (профильный уровень). Этот контроль осу ществляется на школьном, окружном, го родском и федеральном уровнях (ЕГЭ). Для подготовки учащихся к государ ственной итоговой аттестации, т. е. ЕГЭ, можно использовать печатные методиче ские разработки, мультимедийные диски, возможности и потенциал официальных об разовательных порталов. Ссылки на все ре сурсы можно располагать на этом же сайте (рис. 15), в том числе на тесты в интерактив ном режиме. Но, к сожалению, все представ ленные примеры даны лишь в единствен

Рис. 15. Подготовка к ЕГЭ (http://proekt903. narod.ru/index21.html)

ном варианте и дают возможность только ознакомиться с примерами контрольных измерительных материалов и с формой про ведения экзамена. Городских проектов по созданию базы тестовых заданий по физи ке в формате ЕГЭ на сегодняшний день не существует. Однако возможность проводить тематические и контрольные тестирования on-line в условиях компьютерного класса в школе или с использованием домашних компьютеров представляется весьма пер спективной. Так, в рамках Виртуальной школы ме тодического центра Южного округа Москвы группа учителей физики начала работу по составлению базы тестовых заданий по фи зике в формате ЕГЭ. Тестирующая оболочка (программа Moolde) позволяет учителю по полнять базу новыми заданиями, формиро вать группы учащихся, через электронный журнал отслеживать конкретные ошибки каждого тестируемого и в конечном счете дает надежду учителю на качественную и успешную подготовку учащихся к ЕГЭ (рис. 16–17). Все представленные выше формы ис пользования Интернет-ресурсов на уроке физики представлены и объединены на ав торском сайте proekt903.narod.ru. На нем также размещены странички других обще образовательных предметов (математика,

40

Физика в школе 1/2011

Рис. 16–17. Виртуальная школа

химия, география, биология, астрономия, русский язык), что дает возможность обра щения к этим ресурсам других учителейпредметников и учащихся. В заключение хочется отметить, что со временные педагогические технологии в со четании с современными информационными технологиями могут существенно повысить

эффективность образовательного процесса, решить стоящие перед профильной школой задачи воспитания всесторонне развитой, творчески свободной личности и создания максимально благоприятных условий для самоопределения старшеклассников в от ношении их будущей профессиональной деятельности.

Изучение электрического поля на компьютере с использованием анимации и численных методов Ключевые слова: численные методы, анимация, информационно- коммуникационные технологии. Р. Алиев, М. Насиров, Б. Туланова, А. Базаров Андижанский государственный университет, Республика Узбекистан Моделирование физических процессов, решение сложных теоретических задач, управление движением элементарных частиц в ускорителях, проведение различных тончайших и высокоскоростных экспериментов, а также обработка экспериментальных данных являются основными функциями информационных технологий в наукоемких отраслях. Создание виртуальных лабораторных стендов, электронных учебников и мультимедийных программ, средств дистанционного обучения и систем, тестирующих знаний учащихся, являются основными направлениями широкого использования информационно- коммуникационной технологии в образовании.

П

ри использовании информационнокоммуникационных технологий (ИКТ) в образовании особое место занимает ре шение физических задач на компьютере

и их широкое использование при препо давании физики. Как известно, в соответ ствии с дидактическим требованиям обра зования в курсах физики задачи подобраны

Информационные технологии

так, чтобы их можно было решить анали тическим путем, и физические величины даются с округленными значениями. Для приобретения первых навыков решения задач по физике такой подход совершенно необходим. Однако в реальной жизни мы сталкиваемся с такими задачами, которые невозможно решить аналитическим путем. Например, если учитывать сопротивление воздуха, движение тела под действием си лы тяжести, брошенного под определенным углом к горизонту, не решается аналитичес­ ким путем. Поэтому современному физику и осо бенно педагогу целесообразно обладать знаниями и навыками самостоятельного решения физических задач при помощи компьютера с использованием числен ных методов. Освоение и использова ние каждым физиком высокоскоростных, графичес­ких, мультимедийных и других возможностей современных ПК в препо давании физики является одним из ак туальных проблем подготовки педагогиче ских кад­ров. В данной работе рассматриваются дидак тические и методические аспекты данной проблемы и приводятся примеры решения физических задач с использованием ком пьютера. В результате проведенного авторами данной работы экспериментально-педаго гического исследования предлагается сле дующий алгоритм при решении задач по физике.

1. Приведение физических величин в одинаковую систему измерения.

2. Наблюдение анимации данного физи ческого процесса.

3. Нахождение подразумевающих основ ных законов формул.

4. Получение окончательной формулы или уравнения.

5. Выбор численного метода.

6. Введение обозначений.

7. Составление программы.

8. Проведение расчетов.

41

9. Проверка результатов.

10. Заключение. По численным методам, используемым при решении, физические задачи можно классифицировать следующим образом.

1. Задачи с использованием неоднократ ного вычисления по одной и той же форму ле.

2. Задачи с построением графиков.

3. Задачи по нахождению корней транс цендентных уравнений.

4. Задачи по решению алгебраических уравнений.

5. Задачи на вычисление определенных интегралов.

6. Задачи по решению дифференциаль ных уравнений.

7. Задачи на спектральный анализ.

8. Задачи на нахождение величин с ис пользованием метода наименьших квадра тов. В задачниках по физике наиболее часто встречаются задачи 1 и 2 типов. В случае реальных задач наиболее часто встречают ся задачи на решение дифференциальных уравнений. Нами разработан программный продукт для моделирования электрического поля, при помощи которого можно наглядно на блюдать физические процессы и решать зада­чи, связанные с исследованием элек трических полей. Как известно, моделирование физичес­ ких явлений и процессов на компьютере вызывает большой интерес учащихся и спо собствует более глубокому пониманию фи зических закономерностей. Рассмотрим пример изучения электри ческого поля с помощью компьютера, ко торый позволяет наблюдать ученикам не видимый человеческому глазу физический процесс. Особое преимущество созданной программы заключается в том, что ученик может запускать ее столько раз, сколько захочет, а также наблюдать, изменять па раметры, делать соответствующие выводы и т. п.

42

Физика в школе 1/2011

Как известно, вокруг любого электриче ского заряда возникает электрическое поле и оно действует на другой заряд по закону Кулона: (1)

F = k q1 q2 r–3 r. Для количественного описания электри ческого поля используются физические по нятия, такие, как напряженность, потенци ал, силовые линии и т. д. Напряженностью электрического поля называется сила, дей ствующая на положительный единичный заряд со стороны поля: (2)

E = F q–1. Суммарное электрическое поле несколь ких зарядов определяется по принципу су перпозиции: (3)

E = Σ Ei . Потенциалом электрического поля на зывается энергия, необходимая для переме щения единичного положительного заряда из любой точки поля в бесконечность (или наоборот): W ϕ= .

(4)

q Суммарный потенциал нескольких за рядов определяется алгебраической суммой потенциалов отдельных зарядов:

ϕ=

∑ ϕi .

(5)

Силовыми линиями электрического поля называются линии, касательные к которым показывают направление силы, действую щей на положительный единичный заряд со стороны поля. Поэтому силовые линии определяются из уравнения dy E y (6)

. = dx Ex Программа для решения вышеуказан ных уравнений разработана с помощью Visual Basic 6.0, в которой использованы циклические операторы и графические воз можности бейсика. При запуске программы экран принимает вид (рис. 1). Он состоит из краткой справки, окна для анимации и специальных окон для

Рис. 1

ввода и изменения параметров электри ческого поля. Пользователь может изме нить количества, значения и знак каж дого заряда а также расстояния между ними и наблюдать картины появления электрического поля (силовых линий на пряженности). Например, при N = 2, q1 = 8 нКл, q2 = 2 нКл электрическое поле принимает вид, изображенный на рисунке 2. При N = 4, q1 = 8 нКл, q2 = 2 нКл, q3 = –2 нКл, q4 = 4 нКл электрическое поле принимает вид, изображенный на рисун ке 3. Изменение количества, значения, знак заряда и расстояния между зарядами,

Рис. 2

43

Информационные технологии

му развитию самостоятельного творческого мышления учеников, В заключение можно отметить, что пред ставленная программа может быть полез ной как учителям школ и колледжей, так и ученикам при самостоятельном изучении электромагнитных процессов, при состав лении и решении различных задач, при проведении лабораторных работ, а так же в разработке электронных учебников и мультимедийных систем по электроди намике. Рис. 3

а также количество точечных зарядов и их взаиморасположение в пространстве по зволяют наблюдать резко отличающийся друг от друга характер изменения электри ческих полей. В процессе педагогического эксперимента установлено, что студентами и учащимися выбраны и изучены весьма разнообразные задачи с использованием разработанной программы. Такая поста новка задачи способствовала существенно

Литература 1. Зисман Г. А., Тодес О. М. Курс общей физи ки. — М., 1969.

2. Бурсиан Э. В. Задачи по физике для компью тера. — М.: Просвещение, 1991.

3. Дьяконов В. П. Справочник по алгоритмам и программам на языке Бейсик для персональных ЭВМ. — М.: Наука, 1987.

4. Насиров М., Туланова Б., Алиев С. Использова ние новых информационных технологий при изуче нии эффекта Холла в полупроводниках//Физика. Ма тематика. Информатика. — Ташкент, 2007. — № 5. — С. 42–45.

Исследовательские лабораторные работы с использованием компьютера Ключевые слова: виртуальный эксперимент, обработка результатов эксперимента, физический практикум. Р. В. Гурина, д. п. н., профессор Ульяновского государственного университета, roza-gurina@yandex.ru Статья посвящена актуальной проблеме — определению места виртуального эксперимента в учебном процессе. У этой формы работы есть как свои сторонники, так и противники. По мнению многих специалистов, только разумное сочетание натурного и виртуального эксперимента позволяет достичь повышения качества обучения.

В

связи с активным внедрением в учеб ный процесс виртуальных лабораторных работ по физике, выполняемых на компью тере, среди учителей физики ведутся споры о плюсах и минусах натурного и виртуаль ного экспериментов. Целесообразно разум­

ное сочетание того и другого. В качестве примера рассматривается опыт проведения физического практикума с использованием компьютера в X и XI профильных физикоматематических классах (ФМК) с углублен ным изучением физики в МОУ «Лицей фи

44

зики, математики и информатики № 40» при Ульяновском государственном универ ситете (УлГУ). На физпрактикуме учащие ся работают еженедельно по подгруппам. Сначала подгруппа выполняет лаборатор ные работы (ЛР) в лаборатории физики в течение одной пары (натурный экспери мент), на следующем уроке в компьютер ном классе обрабатывает эксперимент при поддержке преподавателя информатики или инженера. Результаты ЛР полностью обрабатываются и оформляются на компью тере с помощью широкодоступного пакета Excel: схемы установок, рисунки, таблицы результатов, вычисления, расчет погрешно стей измерений, построение графиков и их аппроксимация. Использование библиотеки функций осуществляется с помощью масте ра функций, графики строятся с помощью мастера диаграмм. Преподавателю физики сдается полный отчет, распечатанный на принтере. Физпрактикум предполагает два уров ня сложности компьютерной обработки: 1) обработку результатов ЛР, в которых по измеренным экспериментальным физи ческим параметрам требуется по формуле вычислить искомую величину (или по их значениям построить график исследуемой зависимости), произвести расчет погреш ностей; 2) обработку результатов ЛР, в ко торых кроме вышеописанных операций требуется аппроксимировать полученную экспериментальную зависимость к матема тической функции (т. е. определить, какой формуле подчиняется экспериментальная кривая), произвести расчет погрешностей. Последние работы относятся к категории исследовательских, так как построение и аппроксимация зависимости, ее анализ несут в себе элементы методологии научно го исследования. Ниже приведены графики, построенные и выполненные учащимися на компьютере по экспериментальным данным. На рисун ке 1 приводится график зависимости ин дукции магнитного поля в ферромагнети

Физика в школе 1/2011

ке В от индукции магнитного поля в ва кууме В0 в относительных единицах из ЛР «Изучение ферромагнетиков» (снятый по координатам острия петли гистерезиса на осциллограмме). Рисунок 2 иллюстрирует зависимость относительной магнитной проницаемости µ от индукции магнитного поля В0 в вакууме, построенную с исполь зованием графика рисунка 1 как отноше ние значений В к В0 в каждой точке  B  = µ.   B0  B 14 12 10 8 6 4 2 0

0

5

10

15

20

25

Bo 30

ysr Рис. 1.— График зависимости В = f(В0) μ 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0

M (Bo)

0

5

10

15

20

25

30

Bo

m Рис. 2.—График зависимости магнитной проницаемости µ от индукции магнитного поля В0

Наиболее сложны и интересны работы второй группы, в которых содержится зада ние не только построить эксперименталь ную зависимость, но и выяснить математи ческий вид этой зависимости. В таких ра ботах надо аппроксимировать полученную экспериментальную кривую к математи ческому выражению методом спрямления.

45

Информационные технологии

Компьютер существенно упрощает эту зада чу: обработка результатов и время оформ ления отчета сокращаются в несколько раз. На рисунке 3 а, б, представлены графики из отчета лабораторной работы «Изучение температурной зависимости сопротивления полупроводников», полученные с помощью компьютера. Рисунок 3 а иллюстрирует за висимость сопротивления полупроводника R от температуры Т в обычных координа тах R(Т):  E  (1)

R = R0 exp   ,  2kT  где k = 8,6∙10–5 эВ/К — постоянная Больцма на, Т — температура, Е — энергия актива ции полупроводника — энергия, необходи мая для образования электронно-дырочной пары. Чтобы придать этой зависимости вид прямой линии, прологарифмируем (1): E (2) .

2kT Зависимость (2) представляет собой ли нейную функцию y = c + bx, в которой E 1 y = lnR, c = lnR0, b = , x = . Значит, 2k T 1 в координатах ln R = f   . зависимость (2) T  будет иметь вид прямой линии, причем по ее наклону можно определить энергию ак тивации Е, так как тангенс угла наклона прямой равен постоянной b. Тогда из гра фика определим tgα, а затем вычислим Е: ln R1 − ln R2 E = b = tg α = , 1 1 2k − T1 T2 где E = 2kb = 0,08 эВ. (3) На рисунке 3 б представлен график «спрямленной» температурной зависимости 1 в координатах ln R = f   . T  Типичные задания содержатся в других лабораторных работах физпрактикума. На пример, в работе «Исследование поляриза ции света» учащиеся проверяют закон Ма люса I = I0 cos2 ϕ, «спрямляя» зависимость

ln R = ln R0 +

интенсивности света, выходящего из ана лизатора от косинуса угла ϕ между осями поляризатора и анализатора I(cos ϕ), в ко ординатах I = f(cos2 ϕ) и др. Последним заданием, завершающим все лабораторные работы, является расчет по грешностей измерений, которые учащиеся выполняют также с помощью компьютера. Анкетный опрос учащихся в конце 1-й четверти (2005/06 уч.г.) показал: интерес к эксперименту с ручной обработкой прояв ляли лишь 16,7%. После внедрения инфор мационных технологий в физпрактикум во R,Oм 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 300

310

320

330

340

T,K 350

а

ln R 3,25

3,15 3,05 0,0029

0,003

0,0031

0,0032

1/T

б Рис. 3 а, б. Температурная зависимость сопротивления полупроводникового термистора: а) в координатах R(T); б) в координатах

1 ln R = f   . T 

46

Физика в школе 1/2011

второй четверти опрос в том же классе в кон це учебного года показал, что интерес к фи зическому эксперименту с компьютерной об работкой результатов возрос в 4 раза — его стали проявлять 66,7% учащихся. Таким образом, применение пакета Ex cel при обработке и анализе эксперимен тальных данных позволяет учащимся бо лее детально исследовать поставленную преподавателем проблему, в несколько раз

сокращает время обработки результатов и оформления отчета, повышает интерес к физическому эксперименту, инициирует творчество, приучает их оформлять лабора торную работу в виде маленького, но логи чески завершенного исследования, в кото ром присутствуют все компоненты исследо вательской работы: от постановки задачи до анализа результатов с указанием степени их достоверности.

из портфеля редакции

К вопросу об изучении элективных курсов Ключевые слова: элективные курсы, развитие творческих способностей, профильное обучение. О. А. Крамнистая, учитель физики, МОУ СОШ № 6, г. Вязьмы, Смоленская обл.; vzm_olgakr@mail.ru Проблема развития творческих способностей была и остается одной из важнейших проблем человеческого общества. Попытки ее решения сформировали целое направление научных исследований. Автор данной статьи считает, что эту задачу можно решить за счет расширения числа элективных курсов.

Современная общеобразовательная шко ла за счет значительного увеличения числа элективных курсов предоставляет учащим ся возможность реализовать индивидуаль ные образовательные траектории, которые способствуют не только усвоению прочных знаний, но и развивают творческие способ ности учащихся. Элективный курс «Физика и биология», подробно описанный в журнале «Физика в школе» (№ 5, 2010, с. 59), дает учащимся представление о физико-биологической со ставляющей выбранной ими профессии — врача, инженера, фармацевта, эколога, а также других профессий, предполагаю щих знание этих предметов. При изучении курса «Физика и биология» учащиеся моделируют процесс проведения

исследований и анализируют их результа ты, самостоятельно проводят эксперименты, учатся пользоваться физическими прибора ми, проводят измерения, изучают научную и справочную литературу. Курс заканчива ется защитой творческих работ с использо ванием ИКТ. Опыт пятилетнего преподавания данного курса в МОУСОШ № 6 г. Вязьмы показыва ет, что данный курс является привлекатель ной и оригинальной формой работы для уча щихся, способствует развитию их творческих способностей и формирует положительную мотивацию учебной деятельности при вы полнении исследовательских заданий про граммы, а также учит мобилизовать, обоб щать и интегрировать свои знания и умения применительно к новой ситуации.

Учебники физики

Личностно-ориентированный учебник физики для основной школы Ключевые слова: апробация учебника физики, личностно-ориентированное обучение, личностные результаты обучения. Г. В. Любимова, учитель физики, школа № 82, г. Черноголовка, Московская обл.; lgv2003@mail.ru Как сделать урок более продуктивным и интересным? Как научить учеников думать? Как повысить активность ребят в учебной деятельности? Каждый учитель не раз задумывался над этими вопросами. А может, все дело в учебнике физики? Апробация нового учебника физики для основной школы в г. Черноголовке Московской обл. показала результаты, о которых стоит рассказать подробно*. Что нового содержит учебник и предлагаемый метод преподавания? Почему его считают личностно- ориентированным?

В

есь курс физики для основной школы автора Кабардина О. Ф. состоит из трех книг — VII,VIII и IX классов. Каждая кни га имеет формат А4 и, что сразу кажется странным и удивительным, состоит всего из 35 параграфов. Это означает, что парагра фов в два раза меньше, чем число уроков за год при двух часах физики в неделю. В два раза сокращен материал? Нет, весь обяза тельный программный материал в кни ге присутствует, но все содержание книги структурировано особым образом. Каждый параграф занимает ровно два развор­ота учебника: один разворот основной, обяза тельный для изучения учениками, второй разворот дополнительный, для углубленно го или самостоятельного освоения. Основной разворот содержит все сведения, необходи мые ученику для изучения темы, по теме программы, задачи и экспериментальные задания.* Дополнительная часть параграфа более вариативна: она может содержать материал * Полный отчет об эксперименте можно прочесть по адресу http://inim-rao.ru/mode.7635-item.7656-type. html.

для углубленного изучения данной темы, исторические сведения, дополнительные задачи повышенного уровня сложности или дополнительные экспериментальные за дания. Основная и дополнительная части обозначаются разным цветом, а вся книга оформлена цветными рисунками и фото графиями, которые иллюстрируют и дела ют наглядным большинство элементов со держания. Такая структура учебника сразу позво ляет учителю сконцентрировать внимание учеников на главном и избежать той спеш ки «галопом по Европам», которая неизбеж но возникает при необходимости изучать новый материал на каждом уроке. Появля ется возможность более неспешного изуче ния материала: повторения важного, прора ботки непонятого, обсуждения интересных вопросов. А ученик, открыв такой учебник, держит в поле своего зрения весь тот мате риал, который ему предстоит освоить. «Золотой ключик» учебника — экспери ментальные задания. Конечно, лаборатор ные работы можно найти в любом учебнике физики. Но в этом экспериментальные за дания не ограничиваются дополнительной

48

Физика в школе 1/2011

Рис. 1. Учебники нового поколения

Рис. 2. Разворот для обязательного изучения

функцией проиллюстрировать или закре пить знания той или иной темы, они не яв ляются эпизодом учебного процесса, а при сутствуют практически во всех параграфах и служат основой для организации само стоятельной работы учеников на каждом уроке. Так, учебник VII класса содержит 29 экспериментальных заданий в обязатель ной для изучения части учебника и 25 за даний в его дополнительной части, учебник VIII класса — 30 и 26 заданий, учебник IX класса — 18 и 6 заданий, соответственно, в основной и дополнительной части книги. Всего за три года ученик имеет возможность выполнить от 77 до 134 экспериментальных заданий! Да разве такое возможно? — ска жет любой учитель. Да, возможно, и вот по чему. Проведенный эксперимент по апробации учебника подтверждает, что основное время урока должно расходоваться не на выступ­ ление учителя и не на ответы учеников перед классом (как правило, скучающим), а на самостоятельную деятельность каж дого ученика. Экспериментальные работы позволяют организовать познавательную, поисковую деятельность ученика на уроке, в результате которой он сам получит или подтвердит необходимые знания, в про цессе познавательной деятельности освоит изучаемый материал и не понаслышке по знакомится с методом научного познания. Экспериментальные задания учебника про

Рис. 3. Разворот для дополнительного чтения

сты, наглядны, доступны для понимания учеников и самостоятельного выполнения. Приведем для примера темы эксперимен тальных заданий первых страниц учебника VII класса: «Наблюдение явления падения тел», «Измерение длины», «Измерение вре мени между двумя ударами пульса», «Из мерение скорости модели автомобиля». По добные задания выполняются учениками систематически. Второй «конек» учебника и метода — про блемный подход. Автор убеждает учителя, что акцент учительского диалога с ученика ми должен ставиться не на самих знаниях, как таковых, а на смыслах и проблемах, ко торые эти знания порождают. Постановка вопросов, выдвижение гипотез, нахождение аргументов для доказательства предполо жений — вот тот арсенал средств, при по мощи которых учитель ведет урок. И зна ния становятся не самоцелью, а средством для развития учеников, для активизации их мыслительной деятельности, для овла дения инструментарием познания нового. Данный подход не предлагает отказаться от получения знаний, он предлагает сменить приоритеты: получение в школе знаний — средство, а цель школьной деятельности — развитие ученика. «Что мешает движению тел?», «Что про исходит с телами при нагревании?», «Чем отличаются друг от друга вещества различ ной плотности?» — из урока в урок ставятся

49

Учебники физики

проблемы, высказываются гипотезы, дела ются экспериментальные проверки… И наконец, самое главное — обучение для ученика обязательно должно быть успешным! Чтобы осуществить этот прин цип, учителю, возможно, придется пере строить свою внутреннюю позицию. Несе ние тяжелого подвига борьбы с незнанием учеников автор предлагает заменить по зицией сорадования успехам ребят. Чему радоваться? Хорошему вопросу, интересной гипотезе, сделанной модели, решенной за даче. Нам надо научиться искренне, от всей души, радоваться всему хорошему, что про исходит с детьми на наших уроках. А как быть с халтурой, ленью, бездельем, неже ланием учиться? Тут существуют два правила. Первое правило: на уроке все работают, бездельни чать нельзя, причем работать надо хорошо, плохой результат не принимается. Не мо жет существовать оценка «2» за сделанную работу. Если ученик получил «2» — работа должна быть обязательно доведена до по ложительного результата. Второе правило: для ученика всегда существует возможность сделать задание лучше и повысить свою оценку — такое желание учитель только приветствует и охотно идет ему навстречу. При большом объеме самостоятельной ра боты на уроках у ученика есть возможность и стимул получать хорошие оценки, а у учи теля наблюдать и контролировать учебный процесс, а также осуществлять обратную связь. При таком отношении к результатам обучения мотивация ребят растет, атмосфе ра урока становится доброжелательной, за интересованной и, главное, рабочей. Все мы знаем, что «благими намеренья ми вымощена дорога в ад». Не окажется ли при таких ориентирах учителя, что школа станет развлечением, а главное дело школь ника, учеба, уйдет на задний план, и оста нется невыполненной школьная программа, не освоенными знания, которыми мы, учи теля, обязаны вооружить наших детей для выхода в жизнь? Ученики на уроках заняты

выполнением экспериментов, обсуждением интересных проблем, радуются по любому поводу. Это все хорошо, конечно, но с каки ми знаниями мы придем к концу IX класса в результате таких уроков? В получении ответов на эти вопросы и состояла суть трехлетнего эксперимента по проверке новых учебников, организо ванного институтом научной информации и мониторинга РАО и проводимого с 2007 по 2010 гг. в школе № 82 г. Черноголовки. Для проведения эксперимента один из че тырех седьмых классов школы был выбран в качестве экспериментальной группы уча щихся, остальные три класса параллели на протяжении трех лет эксперимента служи ли контрольной группой. Ученики экспериментального класса на протяжении трех лет обучения в основной школе изучали физику по новому учебни ку О. Ф. Кабардина в соответствии с его методикой и приоритетами. Но при этом результаты их деятельности сравнивались с результатами контрольных классов, ко торые проходили обучение физике по уже ставшей традиционной схеме*. Вопрос о доступности содержания учебника восприятию ученика проверялся следующим образом: ученикам предлага лось самостоятельно изучить текст мате риала предложенного параграфа учебника и ответить на несколько предлагаемых во просов. На диаграммах 1–4 приводятся во 80% 60%

до 5 мин

40%

до 5 –10 мин

20%

до 10 – 20 мин

0% Диаграмма 1. Время, затраченное на самостоятельное чтение параграфа * Перышкин А. В. Учебник физики «Физика. 7–9 классы».

50

Физика в школе 1/2011

60% ничего не понятно

40%

почти все понятно мало понятно

20%

все понятно

0% Диаграмма 2. Оценка учащимися трудности текста

60% 40% 20%

„5” „4” „3” „2”

0% Диаграмма 3. Выделение учащимися главных мыслей текста

80% 60% 40% 20%

„5” „4” „3” „2”

0% Диаграмма 4. Ответы учеников на вопросы учебника

просы и результаты ответов учеников, пред ставленные в графической форме. Полученные данные показывают, что у большинства учащихся (65%) самостоя тельное ознакомление (чтение) с учебным материалом занимает 5–10 мин времени (диагр. 1). При этом 70% учеников оцени вают текст учебника как «полностью по нятный» или «почти полностью понятный» (диагр. 2). 78% учеников класса справляют ся с выделением основных мыслей текста на «хорошо» и «отлично» (диагр. 3), и 87% ребят на «хорошо» и «отлично» отвечают на вопросы к тексту (диагр. 4).

Результаты ясно показывают: материал учебника доступен ученикам для самостоя тельного изучения, практически весь класс справился с предложенным заданием. От метим, что эти результаты получены при опросе учеников IX класса (третий год экс перимента). Результаты самостоятельной работы с учебником в VII и в VIII классах принципиально не отличались. Второй вопрос эксперимента касался об разовательных результатов, полученных при обучении учащихся по новому учебни ку, соответствуют ли они требованиям об разовательных стандартов? Для ответа на этот вопрос систематически осуществлялся контроль знаний учащихся с помощью тестовых заданий. Результаты экспериментального класса сравнивались с результатами контрольных классов. В те чение учебного года все учащиеся писали по 3–4 тематических проверочных теста и один итоговый тест по всему пройденному материалу. Содержание тематических те стов соответствовало содержанию экспери ментального учебника с учетом требований образовательных стандартов. Полученные результаты сравнивались на протяжении всех трех лет обучения. Поскольку привести результаты всех тестовых заданий в рамках данной статьи не представляется возможным, приведем усредненные данные результаты тестов за весь период обучения школьников, которые позволяют сделать вывод о том, что: ● в экспериментальном классе в каче ственном плане класс, в среднем, перешел с удовлетворительного уровня усвоения программы на уровень оценки «хорошо». По результатам в контрольных классах можно заключить, что средние годовые результа ты оставались примерно на одном и том же уровне; ● существует еще одно различие в ре зультатах проверочных тестов между экспе риментальным и контрольными классами. Оно касается заданий части В, направлен ных на дифференцированную проверку вла

Учебники физики

дения материалом на повышенном уровне (маркировка задач по стандартам государ ственной итоговой аттестации учащихся ГИА). В задачах части А, направленных на проверку базовой подготовки школьников, доля верно выполненных задач в экспери ментальном классе на 25% или в 1,5 раза выше, чем в контрольных классах. В зада ниях части В это различие увеличивается до 38%, и доля верно выполненных задач в экспериментальном классе оказывается почти в 4 раза больше, чем в контроль ных. Полученные данные показывают, что обучение по новому учебнику дает хорошие образовательные результаты. Однако суще ствуют еще два немаловажных фактора, ко торые нельзя не учитывать, поскольку они оказывают большое влияние на процесс обучения. Эти факторы — личность учите ля и уровень возможностей класса к обу чению. Очевидно, что полученные резуль таты должны зависеть от профессиональ ных и личных качеств педагога, а также от уровня способностей и образовательной подготовки учащихся класса. Для выявления влияний качества нового учебника и личности учителя на результаты обучения был организован параллельный педагогический эксперимент по сравнению результатов обучения по разным учебникам у одного и того же, но уже другого учителя физики этой же школы при обучении. Из результатов теста при обучении уча щихся по новому учебнику у двух разных учителей физики (Любимова Г. В. — 2007 и Шульга Н. Г. — 2008) для всех заданий теста выше, чем результаты контрольных классов. Если рассчитать среднее количе ство верно выполненных заданий по всему тесту, окажется, что экспериментальный класс 2007 г. (Любимова Г. В.) выполнил 56%, а экспериментальный класс 2008 г. (Шульга Н. Г.) — 55% всех заданий теста. Контрольные классы 2007 г. выполнили 33% тестовых заданий. Другими словами — изучение физики по экспериментальному

51

учебнику дает более высокий результат (приблизительно на 20%), чем по традици онному даже при работе разных учителей. Сравнение среднего уровня общих спо собностей школьников к обучению прово дилось по двум критериям: до начала экс перимента сравнивались средние значения оценок по математике, а также относитель ная доля отличников, хорошистов и троеч ников экспериментального и контрольных классов. По окончании эксперимента срав нивались средние результаты выполнения заданий ГИА по математике при выпуске из IX класса в 2010 г. Такой выбор пред ставляется возможным по нескольким при чинам. Во-первых, способности к изучению физики тесно связаны со способностями к изучению математики. Без овладения основными знаниями из школьного курса математики и умениями применять их на практике нельзя добиться хороших резуль татов при изучении физики. Во-вторых, тот факт, что изучение математики в экс периментальной и контрольной группах учащихся происходило с использованием одинаковых учебников и одинаковых ме тодов обучения, позволяет по средним ре зультатам обучения математике судить о среднем уровне способностей школьников к обучению математике в этих группах. В‑третьих, объективные результаты ГИА по математике получены с применением оди наковых стандартных измерителей, никак не связанных с проводимым экспериментом по изучению физики. В таблице 1 представлены показатели классов до начала эксперимента. Из данных таблицы видно, что до начала эксперимента учебные показатели экспери ментального класса оказываются несколько ниже, чем контрольных классов — на 0,1 ниже средний балл по математике, меньше доля отличников и больше доля учеников, имеющих тройки. Те же результаты давали и отзывы учителей об учебных способностях классов. По окончании эксперимента среднее

52

Физика в школе 1/2011 Т абл ица 1

Усредненные учебные показатели экспериментального и контрольных классов по окончании VI класса Средний балл по математике

Доля отлич ников, %

Доля хоро шистов, %

Доля троеч ников, %

Экспериментальный класс, 23 человека

3,8

5

48

52

Контрольные классы, 68 человек

3,9

10

46

44

Показатели

значение экзаменационного балла по ре зультатам выполнения заданий ГИА по математике в экспериментальном классе оказалось равным 16,7, а в контрольных классах — 18,3. Таким образом, учащиеся экспериментального класса и по второму критерию оказываются в среднем несколько слабее учащихся контрольных классов. Казалось бы, при одинаковом методе обу чения физике с довольно большой степенью уверенности можно было бы ожидать, что в экспериментальном классе результаты обучения будут несколько ниже, чем в кон трольных классах. Поэтому повышение ре зультатов обучения физике в эксперимен тальном классе по сравнению с контроль ными классами можно расценивать как свидетельство эффективности эксперимен тальной методики обучения и более высоко го качества экспериментального учебника. Следующая проблема, которая проверя лась в проводимом эксперименте — опре деление уровня интереса учащихся к изучению физики. Проводили это ис следование методом анкетирования. Уча щимся экспериментального и контрольных классов предлагалось ответить на вопросы двух анкет. Первая анкета содержала вопро сы, с помощью которых делалась попытка выявить влияние экспериментального учеб ника на интерес учеников к новому для них предмету физика, вторая анкета содержала вопросы непосредственно об учебнике. Анкетирование проводилось школьным психологом для того, чтобы учащиеся никак не связывали процедуру анкетирования с экспериментальным учебником. Резуль

таты анкетирования учащихся VII классов показывают, что учащиеся эксперименталь ного класса обнаруживают более высокий интерес к изучению физики, испытывают меньшие трудности при изучении физики, чем учащиеся контрольных классов. При этом обнаруженное в экспериментальном классе более положительное отношение к физике как учебному предмету, чем в кон трольных классах, оказывается связанным с более положительным отношением к экс периментальному учебнику. Анализ ответов показал, что уровень интереса к предмету физика и к учебнику нового типа выше, чем в традиционных классах. Еще один вопрос эксперимента касался того, эффективна ли новая методика обу чения физике в области формирования обобщенных учебных умений, таких, как умение применять свои знания в но вой неучебной ситуации, умение самостоя тельно получать новые знания в процессе обучения. Для получения данных по это му вопросу ученикам экспериментального и контрольных классов была предложе ны выборка заданий из тестов PISA 2003* и TIMSS 2003**, разработанных для оцен * Основные результаты международного исследо вания образовательных достижений учащихся ПИ ЗА-2003, НАЦИОНАЛЬНЫЙ ФОНД ПОДГОТОВКИ КАДРОВ, РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ ОБРАЗОВА НИЯ, ИНСТИТУТ СОДЕРЖАНИЯ И МЕТОДОВ ОБ УЧЕНИЯ, Центр оценки качества образования. — М., 2004. ** Основные результаты международного исследо вания качества математического и естественнонауч

53

Учебники физики Задания из тестов PISA-2003 и TIMSS-2003 Тест

PISA-2003

Число уча щихся

Классы

TIMSS-2003

Доля пра вильных Pm1 Pm1 Pm5.1 Pm5.2 Pk1 Pk2 Pk6 ответов

T1

T2

T3

T4

24

%

38

58

83

54

42

25

33

54

58

88

71

Контрольные классы

24

%

74

74

75

44

52

13

35

70

69

96

11

Средний результат по России

PISA-5974 уч., TIMSS-4867 уч.

%

55

45

63

12

46

19

23

15

45

82

11

экспериментальный класс средний результат по России контрольные классы

75

45

54

44 42 46

Рk1

Рm5.2

Рm5.1

12

33 19

45

35 25

13

Рk2

25

71

69 58

54

52

82

15

1111

Т4

58

70

96

Т3

63

Т2

38

83

Т1

55

74

88

Рk6

74

Рm2

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Рm1

% учащихся, выбравших предмет

Эксперимен тальный класс

Диаграмма 5. Сравнительные результаты выполнения заданий тестов PISA-2003 и TIMSS-2003

ки функциональной грамотности учащихся 15-летнего возраста в области математики и естествознания. Сравнение доли правильных решений при выполнении заданий учащимися экспе риментального класса со средними резуль татами выполнения этих заданий россий скими школьниками в представительной ного образования TIMSS-2003, НАЦИОНАЛЬНЫЙ ФОНД ПОДГОТОВКИ КАДРОВ, РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ ОБРАЗОВАНИЯ, ИНСТИТУТ СОДЕР ЖАНИЯ И МЕТОДОВ ОБУЧЕНИЯ, Центр оценки качества образования. — М., 2004.

выборке показывает, что 9 из 11 заданий PISA-2003 и TIMSS-2003 учащиеся экспе риментального класса выполнили успеш нее, чем российские школьники в предста вительной выборке. Такое же соотношение показывают и контрольные классы — 9 заданий из 11 выполнены лучше среднего результата российских школьников. При сравнении экспериментального и контроль ных классов между собой оказывается, что 6 заданий с лучшим результатом выполнили учащиеся контрольных классов, в 4 задани ях выше результат у экспериментального класса. Среднее значение успешного выпол

54

нения заданий учащимися эксперименталь ного класса составляет 55%, контрольных классов — 56%, среднее значение успеш ного выполнения заданий российскими школьниками в представительной выборке 38%. Таким образом, наблюдается значимое различие уровней учащихся г. Черноголов ки и российских школьников, однако сре ди первых — разница между результатами экспериментального и контрольных классов не является существенной. Изложены все полученные результаты трехлетнего эксперимента. Какие же выво ды можно сделать на основе приведенных данных? Сформулируем их: новый учебник и метод обучения показывают, что возмож на такая организация учебных материа лов и учебного процесса, что, во-первых, учебные материалы являются понятными пониманию учащихся и доступными для самостоятельного изучения; во-вторых, по вышается образовательный результат обу чения физике; в-третьих, повышается ин терес учащихся как к учебнику, так и к изучению предмета. В рамках эксперимен та также выдвигалась гипотеза, что метод личностно-ориентированного обучения по ложительно скажется на творческих спо собностях учащихся, разовьет их умение ре шать нестандартные задачи. Количествен но эта гипотеза не была подтверждена, уча щиеся экспериментального класса решали незнакомые задачи, в которых нужно было бы применять полученные знания, так же как и контрольные классы. Но наблюдения преподавателя за ходом учебного процесса, сравнение учеников класса не с другими учениками, а с самими собой на протяжении трех лет обучения — все же говорит в пользу того, что положи тельные сдвиги в этом направлении про изошли. Ученики класса стали проявлять интерес, активность, инициативу именно к процессу понимания того, что изучалось на уроках. Обучение с каждым годом экспе

Физика в школе 1/2011

римента становилось все более осознанным, ответственным. Развитие учеников происхо дило, но не на том уровне, чтобы его можно было измерить. Чтобы эффект «обучения с пониманием» был измерим, проявился не как тенденция, а в качестве содержания образования, то, во-первых, начинать такое обучение нужно уже в начальной школе; во-вторых, вся си стема школьного образования должна быть проникнута духом «знания с пониманием». Два урока в неделю не могут существенно перестроить системы репродуктивного обу чения. Зададим последний вопрос: почему метод обучения, используемый в новом учебном пособии, называется личностно-ориентиро ванным? В чем состоит личностная компо нента такого преподавания? И здесь стоит вспомнить о «дополнительном развороте учебника» и спросить, а заглядывали ли ученики на необязательные для изучения страницы? У учителя не было специальной задачи проверять этот вопрос, ответ на него проявлялся самостоятельно. Ребята делали доклады и презентации по предложенным учебником дополнительным темам — науч ным, историческим, техническим. В домаш них условиях изготавливались самодельные приборы и проводились дополнительные эксперименты. Разгорались дискуссии на мировоззренческие и экологические темы. А в заключение всего курса класс азартно сыграл в игру по дополнительному материа лу учебника «Строение Вселенной», изучив этот материал вдоль и поперек. Наверное, личностная компонента заключалась и в том образовательном духе, который зарож дался в классе благодаря описанным под ходам. Это дух самостоятельной работы, дух возрастания собственной ответственности за результаты выполненной работы, дух поис ка учебного пути. Разве эти факторы не яв ляются составляющими роста человеческой ЛИЧНОСТИ?

Эксперимент

Занимательный опыт по теплофизике Ключевые слова: тепловые явления, водяной пар, вода — конденсат вместе с паром, необычное поведение воды. Р. Р. Закиров, Башкортостан, Дюртюлинский р-н, д. Тамаково В статье рассказано об эксперименте по теплофизике, который позволяет организовать на его основе исследовательскую деятельность учащихся. Но где ж, натура, твой закон? М. В. Ломоносов (1743 г.)

И

зложение учебного материала в VIII классе по темам «Кипение» и «Удель ная теплота парообразования и конденса ции» обычно сопровождается показом опы тов с водой, нагреваемой в колбе. Картина испарения (кипения) жидкости и конден сации пара проста. Соответственно, ви зуализирующие эксперименты в общем-то несложные, очевидные. Фактически с та кими явлениями учащиеся так или иначе встречаются в окружающей повседневности, а потому на уроке эмоциональный фактор оказывается задействованным минималь но. Созерцательность «телевоспитанной» аудитории усугубляется еще и тем, что с «информацией к размышлению» при хре стоматийном наглядном сопровождении те плофизики тоже, мягко говоря, «не густо». С этой точки зрения, возможно, даже са мому учителю-предметнику показываемые опыты порой могут представляться (чего греха таить) если и не излишними, то все равно сродни с неким дежурным мероприя тием. Цель настоящей заметки — не столь ко в констатации общеизвестного факта дефицита поводов к поиску истины на за нятиях по физике (в данном случае на при мере из VIII класса), сколько в том, чтобы предложить конкретный вариант показа

тепловых явлений, позволяющий оживить эксперимент и, главное, организовать на его основе исследовательскую деятельность учащихся. Сразу же следует подчеркнуть, что какихлибо существенных радикальных трансфор маций реквизита и режиссуры исходного урока-прототипа в новой версии не пред полагается. Единственное «оборудование», которое потребуется дополнительно (не считая резиновой трубки), — это открытый стеклянный сосуд. Лучше всего подойдет химический стакан вместимостью 800 мл. Его заполняют холодной водой примерно на ¾ объема (высоты). Желательно воду слегка подкрасить, лучше всего — раствором мед ного купороса. Эксперимент с использованием вспомо гательного сосуда (стакана) будет завер шающим «штрихом» в демонстрационной части урока, посвященного теме «Удельная теплота парообразования и конденсации». По существу же он выступает как естествен ное логическое продолжение опыта по на блюдению конденсации пара, но в данном случае в качестве конденсирующего веще ства используется не холодное твердое тело, а непосредственно та же самая вода, нахо дящаяся в стакане. В нее будет погружать ся стеклянная трубка паропровода (опыт должен выполняться при слабо кипящей воде в колбе!).

56

Физика в школе 1/2011

Сначала учитель «взбадривает» внима ние учеников, ориентируя их на новую си туацию в эксперименте: «А теперь давайте посмотрим, как ведет себя водяной пар по отношению к холодной жидкости — той же самой воде; вот она рядом в химическом ста кане. Как вы думаете: если опустить трубку с паром прямо в воду (стакан), то будет ли наблюдаться «пробулькивание» пузырьков пара?». Далее учитель заслушивает мнения учащихся по вопросу. Из всех рассуждений поощряется то, в котором учитывается, что подводимый по трубке пар — это не воздух и, следовательно, пузырьков из-за конден сации быть не должно. Затем стеклянную трубку погружают в стакан до самого дня. Учитель говорит следующее: «Итак, в данном опыте мы фактически контролируем уровни жидкости в двух со общающихся сосудах: в трубке (где нахо дится вода — конденсат вместе с паром) и в смежном стакане (там холодная вода). В колбе в пространстве над кипящей водой есть только пар. Воздух из нее полностью вытеснен, иначе в стакане наблюдались бы всплывающие пузырьки, а таковые от

сутствуют. Пар, поступающий в трубку, конденсируется, но так как вода-конденсат перетекает в стакан, то на уровне жидкости в ней этот процесс не сказывается. Мениск, как вы видите (рис. 1), не выходит за преде лы стеклянной трубки, а это означает, что в сообщающихся сосудах давления одина ковые». На основании опыта делают вывод: при температуре 100 оС давление пара в колбе равно по своему значению атмосферному. Переходят к завершающей части опыта. Учитель спрашивает: «Как вы считаете: со хранится ли равновесие в сообщающихся сосудах, если перестать нагревать колбу?». Мнения, как всегда, оказываются разные, но какое из них соответствует реальной действительности, покажет опыт, который предлагается проделать, продолжая наблю дение за поведением воды в трубке. (Нагре ватель колбы выключают либо отодвигают в сторону.) Спустя короткий промежуток времени видно, что равновесие нарушается: мениск начинает быстро подниматься, а вслед за ним вода из стакана бурной струей устрем ляется в колбу, которая вскоре оказывает

Рис. 1

Рис. 2

57

Эксперимент

ся заполненной целиком под самую пробку (рис. 2 и 3). Явление неожиданное, впечат ляющее. Проблемная ситуация налицо. (Примечание. Так как «перекачка» воды протекает очень быстро — менее 30 с, то незамеченным для наблюдающих это явле ние учеников может оказаться один весьма существенный нюанс: под действием холод ной струи вода в колбе… вновь закипает. Данную фазу процесса целесообразно по казать в замедленном режиме. Для этого подводящую резиновую трубку просто сжи мают пальцами, и переток воды становит ся управляемым. На конечном результате эта процедура вторжения «в ход событий» никак не сказывается; разве только что ис ключается гидродинамический удар на за вершающей стадии.) Вместе с классом обсуждают по мере воз можностей наблюдавшийся феномен. Вы ясняется, что главной причиной в данном опыте, безусловно, служит насыщенный пар. Это наиболее интересное состояние газа. С понижением температуры его дав ление в колбе резко уменьшается, а внеш нее, атмосферное давление, передаваемое через воду в стакане (она выступает одно

Рис. 3

временно в роли поршня и «катализатора» конденсации), делает этот процесс лавино­ образным. Заметим, что в VIII классе понятие «на сыщенный пар» только едва-едва начинает вводиться в физический обиход пестуемых «собственных Платонов». Детально же дан ный «пункт» программы изучается позднее, в Х классе. Поэтому на первых порах при ближение к осмыслению «природы вещей» можно считать вполне состоявшимся, если ученики, наблюдавшие эксперимент, хотя бы обнаружат взаимосвязь эффекта в фи нальной части проведенного опыта с опы тами Э. Торричелли, известными из курса VII класса. Подытоживающий комментарий учителя может быть следующим. «Необычное поведение воды, которое наблюдалось после прекращения нагрева колбы, действительно связано с давлением атмосферы. Но проявиться это давление смогло только вследствие конденсации во дяного пара в колбе и трубке. Дело в том, что отмечавшееся нами равенство давлений в сообщающихся сосудах — атмосферного и пара при 100оС в кипящей колбе — даже при незначительном ее охлаждении оказа лось нарушенным (пар сконденсировался, давление его упало), что и обусловило пе ретекание воды из стакана, находящегося на столе, в колбу, расположенную выше на штативе. Фактически мы пронаблюда ли как бы обращенный опыт Торричелли. Практически явление конденсации пара в герметичном варьируемом объеме — ци линдре с поршнем — было использовано теплотехником И. И. Ползуновым в соз данной им самой первой паровой машине (в 1763–1765 гг.). Однако тогда поддерж ки техническое новшество не получило. В России в то время еще только начинал ся «блестящий век Екатерины», и востре бованы были таланты совсем иного рода… О тепловых двигателях мы с вами будем вести детальный разговор на следующем уроке».

58

Физика в школе 1/2011

Демонстрация зависимости архимедовой силы от объема погруженного в жидкость тела Ключевые слова: тело переменного объема, выталкивающая сила, условия плавания тел. А. А. Солодушко, А. Д. Солодушко, Малиновская СШ, Алтайский край, Завьяловский р-н В статье обращается внимание на важность экспериментальных исследований при изучении школьного курса физики, в частности рассказано о возможности изготовления учителем простых приборов, с помощью которых можно провести демонстрационный эксперимент, иллюстрирующий закон Архимеда.

Н

а начальном этапе (VII–IX классы) обучения физике в силу возрастных особенностей и уровня подготовленности школьников при изучении физических за конов дидактика диктует правило: экспе римент → выводы по результатам экспе римента → формула. Так, в VII классе при выведении формулы силы тяжести Fт = gm сначала экспериментально устанавлива ется зависимость между массой тела и дей ствующей на него силой тяжести. Ускоре ние свободного падения g выступает в роли коэффициента пропорциональности и изме ряется в Н/кг. По такой же схеме учащиеся знакомятся с законом Гука (Fупр = kx). Уровень теоретической подготовленно сти школьников X–XI классов позволяет им выдвинуть гипотезу, построить теорию физического процесса или явления. Поэто му в старших классах используется сле дующий дидактический прием: гипотеза → теория → выводы → экспериментальное подтверждение хотя бы одного из выводов. Примером может служить изучение деся тиклассниками молекулярно-кинетической теории (МКТ), подтверждением истинности полученных результатов которой является только опыт Штерна. Однако при изучении темы «Архимедо ва сила» в VII классе экспериментально не устанавливается зависимость архимедовой силы (FA = gρжVт) от объема тела и от плот ности жидкости. Опыт с использованием ведерка Архимеда помогает вывести фор

мулу архимедовой силы, но не демонстри рует зависимость FА(Vт) и FА(ρж). Несколько позже, при выполнении лабораторной ра боты «Определение выталкивающей силы, действующей на погруженное в жидкость тело», учащиеся устанавливают связь меж ду архимедовой силой и плотностью жидко сти. А вот зависимость архимедовой силы от объема погруженного в жидкость тела экспериментально никак не подтверждает ся. Формула архимедовой силы выводится теоретически (как в старших классах), на рушается дидактический принцип нагляд ности, на котором базируется изучение фи зических законов на начальном этапе изу чения физики. Это не может способствовать достаточно хорошему усвоению учениками изучаемой темы. А ведь принцип измене ния выталкивающей силы при изменении объема тела нередко наблюдается в приро де (например, на уроках биологии школьни ки, изучая строение рыб, знакомятся с на значением воздушного пузыря). В то же время эксперимент, демонстрирующий за висимость выталкивающей силы от объема тела, нетрудно провести, если изготовить тело, объем которого можно изменять. При этом масса тела должна оставаться неиз менной. Ниже приводится описание двух прибо ров (тел переменного объема), с помощью которых можно выполнить демонстрацион ный эксперимент, на основе которого уча щиеся без труда сделают правильный вы вод о зависимости выталкивающей силы от

59

Эксперимент

объема погруженного в жидкость тела. При боры просты в изготовлении и делаются из подручного материала. Их изготовление не требует никаких финансовых затрат.

1. Устройство первого прибора представ лено на рис. 1 (где 1 — колпачок, 2 — шай ба, 3 — гофрированный шланг, 4 — спица, 5 — балласт, 6 — фиксатор). Прибор изго товлен из куска резинового гофрированно го шланга (от детского противогаза длиной 60–70 мм, подойдет любой гофрированный шланг, если при небольшом сжатии он спо собен уменьшить свою длину в 1,5–2 раза). Понадобятся две круглые стальные пласти ны малой толщины (шайбы) диаметром 31 мм, кусок проволоки длиной 100 мм и диа метром 2 мм, колпачок от футляра для губ ной помады высотой 27 мм (желательно яр кого цвета), фиксатор в виде втулки с вин товым зажимом, дополнительный балласт (последний подбирается опытным путем, при этом необходимо добиться, чтобы тело плавало в воде вертикально и не погру жалось слишком глубоко). Роль фиксатора может выполнить держатель датчика дав ления от прибора для демонстрации давле ния в жидкости (только необходимо сточить прикрепленную к втулке стальную скобку). Обе круглые стальные пластины надо про сверлить в центре. К одной из них нужно припаять конец спицы, изготовленной из проволоки. После того как будет продемонстрирова но плавание этого тела в жидкости, при бор извлекают из воды, гофры сжимают и фиксируют винтовым зажимом, обращая внимание учащихся на уменьшении объе ма тела при неизменной его массе (и силе тяжести). Опущенный во второй раз в воду прибор тонет, так как выталкивающая сила стала меньше.

2. Второй прибор (его устройство пред ставлено на рис. 2, где 1 и 3 — соответствен но верхняя и нижняя пробирки, 2 — кольцо из скотча, 4 — балласт) является аналогом первого, проще в изготовлении (но по эф фективности использования не уступает

первому прибору). Для его изготовления требуются два цилиндрических сосуда, по форме похожие на пробирки. При этом необ ходимо, чтобы внутренний диаметр верхней пробирки был несколько больше наружного диаметра нижней. Пробирка меньшего диа метра должна быть длиннее (для удобства ее извлечения из пробирки большего диа метра). В качестве пробирок можно исполь зовать цветные колпачки от губной пома ды (длина 50–60 мм), одноразовые шприцы и т. п. Если колпачки прозрачные и пото му малозаметные, используя скотч, их об клеивают цветной бумагой. Для того чтобы нижняя пробирка удерживалась в верхней, сверху на нее наматывают узкую полоску скотча. В нижнюю пробирку в качестве балласта помещают несколько дробинок и заливают небольшим количеством расплав ленного парафина. Вместо дробинок можно использовать мелкие гайки, болтики, шай бы. Массу балласта подбирают опытным пу тем. Желательно, чтобы при максимальном объеме конструкция вертикально плавала 1

2

3

4 2 5 6

Рис. 1

60

Физика в школе 1/2011

в воде, выступая из нее на 15–20 мм. Объ ем тела уменьшается посредством введения одной пробирки в другую. Для удобства извлечения из воды к пер вому прибору привязана прочная нить, ко второму она крепится с помощью скотча. Демонстрационный эксперимент с телом переменного объема будет уместен при из учении темы «Условия плавания тела». Из меняя объем тела, без труда можно добить ся того, чтобы тело в жидкости всплывало, плавало, тонуло.

1

2

3 4

Рис. 2

Предложения и советы И. Д. Зуев, г. Нефтекамск

Лампочку можно отремонтировать Как известно, цена новых люминесцентных энергосберегающих ламп очень большая, но если их сделать двойными, такие лампы выгодно будет применять. От того, что из- за самоиндукции перегорает маленькая спиралька, играющая роль катода, приходится выбрасывать всю лампу. А ведь в ней можно, убрав только трубку, использовать электронную часть с другой трубкой. Это нетрудно сделать в домашних условиях. Из восьми ламп у меня через два месяца одна вышла из строя. Ее электронную часть я подсоединил к двенадцатирублевой люминесцентной трубочке. Преимущество таких ламп заключается не только в том, что квартиросъемщикам придется меньше платить за электроэнергию, но и в том, что уменьшается вероятность пожара при

перегреве проводов (а это очень важно в старых домах и в тех, где проводку проводили неспециалисты). В энергосберегающей лампе содержится 20– 30 мг ртути, что примерно в 900 раз меньше, чем в медицинском термометре, но все равно с такими лампами нужно обращаться очень осторожно. Если лампа разобъется в квартире (или классе), надо собрать осколки стекла и маленькие шарики ртути, диаметр которых меньше 1 мм. Помещение нужно тщательно проветрить. Вероятность разбиения трубочек новых ламп намного меньше, чем колб ламп накаливания, и почти такая же, как у медицинских термометров и кинескопов телевизоров. Осторожность нужно проявлять во всем, а не только в обращении с энергосберегающими лампами.

Астрономия

Из опыта работы астрономического кружка «Юный астроном» В. В. Вахрушев, МОУ СОШ № 11, г. Ижевск

В

проведении занятий астрономическо го кружка игровой момент — это один из важных мотивов, побуждающих интерес к окружающему миру и к Вселенной в це лом. Занятия кружка «Юный астроном» проводились с учащимися IV—V классов, где были рассмотрены темы: «Сокровища звездного неба» и «Большая семья нашего Солнца». По итогам была проведена ди дактическая игра под условным названием «Полет к Сатурну». Члены кружка (было три группы по 15— 20 человек) делились на команды-экипажи. В команду входили 3—4 человека. Чтобы успешно стартовать, каждому экипажу нужно было по «немому» рисунку угадать созвездие. Прибыв на Луну, экипажи должны были за определенное время разгадать астроно мические загадки. Если экипаж с заданием справлялся не полностью, то он стартовал далее со штрафными баллами (один балл за один неверный ответ). Но стартовали экипажи одновременно. Побеждал тот эки паж, который набирал наибольшее число баллов. Весь маршрут выглядел следующим об разом. Земля — старт № 1 (по «немому» рисун ку, на котором было изображено созвездие Ориона, надо было угадать, какое это со звездие, и кратко описать его). Луна — старт № 2 (астрономические за гадки). Марс — старт № 3 (астрономический кроссворд).

Юпитер — старт № 4 (астрономический бой). Сатурн — финиш (подведение итогов). Вся игра проводилась в течение несколь ких занятий. Ученикам предлагались следующие астрономические загадки.

1. Из какого ковша не пьют, не едят, а только на него глядят. (Ответ: из ковша Б. Медведицы.)

2. По какому пути нельзя пройти? (Ответ: по Млечному Пути.)

3. Днем спит, ночью глядит. (Ответ: Лу на.)

4. Летит Жар-птица, хвостом гордится. (Ответ: комета.)

5. Вся дорожка усыпана горошком. (Ответ: звезды на небе.)

6. Что без огня горит? (Ответ: Солнце.)

7. Никого не родила, а все Матушкой зо вут. (Ответ: Земля.)

8. Что выше леса? (Ответ: солнышко.)

9. Что краше света? (Ответ: солныш ко.)

10. По заре зарянской катится шар верт лянский, никому его ни обойти, ни объе хать. (Ответ: Солнце.)

11. Без крыльев летит, без кореньев рас тет. (Ответ: Луна.)

12. Поле не меряно, овцы не считаны, пастух рогатый. (Ответ: небо, звезды, Лу на.)

13. Полна печь пирогов, посреди кара вай. (Ответ: звезды и Луна.)

14. Шли козы по мосту, увидели зарю, попрятались в воду. (Ответ: звезды.)

62

Физика в школе 1/2011

Учащиеся получали и такое задание: придумайте сами загадку по всему марш руту «Земля — Сатурн» и вы получите до полнительно 5 баллов. Вот одна из загадок, придуманная ребятами: «Мы его ждем, мы его любим, а оно иногда нас бьет». (Ответ: Солнце, тепловой удар.) В астрономическом кроссворде (см. рис.) были следующие задания. По горизонтали: 1. Воронка от удара ме теорита. 2. Итальянский астроном. З. «Хво статая звезда». 4. Прибор для астрономи ческих наблюдений. 5. Яркая звезда в со звездии Льва. 6. Яркая звезда в созвездии Ориона. 7. Созвездие, названное в честь земноводных. 8. Спутник Земли. (Ответы: 1. Кратер. 2. Бруно. 3. Коме та. 4. Телескоп. 5. Регул. 6. Ригель. 7. Змея.

8. Луна.) По вертикали: 9. Древнегреческий уче ный. 10. Планета гигант. 11. Четвертая планета от Солнца. 12. Околополярное со звездие. 13. Сооружение для астрономиче ских наблюдений. 14. Английский астро ном. 15. Экваториальное созвездие.

10 13

1 9 2

3

12

15

4 6

14

5

7

11

8

(Ответы: 9. Аристотель. 10. Сатурн.

11. Марс. 12. Кассиопея. 13. Обсерватория.

14. Гершель. 15. Орел.) В «Астрономический бой» входили сле дующие задания. Часть А 1. Какая самая яркая звезда в Северном полушарии? а) Арктур; б) Вега; в) Сириус; г) Поляр ная.

2. Какое самое большое созвездие в Се верном полушарии? а) Цефей; б) Орион; в) Пегас; г) Большая Медведица.

3. Какие звезды образуют «Зимний треу гольник»? а) Бетельгейзе, Сириус, Процион; б) Ар ктур, Регул, Спика; в) Альтаир, Вега, Де неб; г) Альферац, Альдебаран, Кастор.

4. Какое созвездие не существует на небе? а) Кассеопея; б) Дуб Карла Великого; в) Секстант; г) Столовая гора.

5. Какое из следующих созвездий нахо дится на небесном экваторе? а) Лебедь; б) Орел; в) Андромеда; г) Се верная Корона.

6. Какая звезда является ближайшей к нам? а) Проксима; б) Сириус; в) Поллукс; г) Вега.

7. Чем является следующий объект: рас каленный гигантский газовый шар? а) Астероидом; б) кометой; в) галактикой; г) звездой.

8. Кто первый разделил звезды по ярко сти на отдельные группы? а) Аристотель; б) Гиппарх; в) Птолемей; г) Коперник.

9. Во сколько раз звезда первой звездной величины ярче звезды шестой звездной ве личины? а) В 100 раз; б) в 6 раз; в) в 50 раз; г) в 10 раз.

10. Какой прибор используется для изу чения небесных тел? а) Спидометр; б) хронометр; в) микро скоп; г) телескоп.

63

Астрономия

Часть Б 11. Почему башни телескопов окрашива ют в белый цвет?

12. Вот спор двух путешественников (Де нежкин камень, Урал, вечер, начало сен тября). Яркая точка, мигая, повисла в тем ноте. Один путешественник говорит: «Это Сириус восходит». Другой возражает: «Ка кой же Сириус! Он на Западе!» Могла ли эта точка быть Сириусом?

13. С помощью карты звездного неба определите, можно ли 20 мая наблюдать звезду Альдебаран (Альфа Тельца) в 2 ч ночи?

14. Как называется общая звезда созвез дий Пегаса и Андромеды?

15. Через сколько приблизительно минут луч Солнца достигает поверхности Плутона, если Плутон находится от Солнца в 40 раз дальше, чем Земля. Расстояние от Земли до Солнца 150 000 000 км. Скорость света 300 000 км/с. (Ответы: Часть А: 1. Сириус. 2. Большая Медведица. 3. Бетельгейзе, Сириус, Процион.

4. Дуб Карла Великого. 5. Орел. 6. Проксима.

7. Звезда. 8. Гиппарх. 9. В 100 раз. 10. Теле скоп. Часть Б: 11. Белый цвет предотвра щает нагрев башен телескопов, отражает солнечный свет. 12. Нет, в это время Сириус восходит ранним утром. 12. Нет, в это время Альдебаран уже находится за горизонтом.

14. Альферац. 15. Примерно 5 ч 30 мин.)

Предложения и советы В. В. Николаев, Республика Татарстан, Спасский р-н, Бураковская СОШ

Прибор для демонстрации невесомости Для демонстрации невесомости промышленность выпускала матовый пластиковый шар, состоявший из двух полушарий, внутри крепилась панель с батареей типа 3336Л (для демонстрации раз в год — ежегодно покупать дорогостоящую батарею). Для показа опыта прибор надо было подбрасывать на высоту не менее 0,5 м (есть риск не поймать). Можно сделать более простое и надежное устройство (см. рис.). За 20 лет его эксплуатации не было ни одного отказа или поломки. Прибор состоит из доски-основания 1 (размером 250 × 200 × 40) и вертикально прикрепленного к ней железного штыря 4 (10 × 400). На штырь надеваются две шайбы: деревянная нижняя 2 и железная верхняя 3 (массой 120 г от прибора по кинематике и динамике). В обеих шайбах нужно просверлить осевые отверстия так, чтобы они свободно скользили по штырю. К железной шайбе провод припаивается, а к верхней плос­ кости деревянной прикручивается саморезом 5. Таким образом, шайбы служат электрическим

контактом цепи, состоящей из источника тока 6 и низковольтной лампы 7. В покое верхняя шайба собственным весом замыкает цепь, и лампа горит. При свободном падении обеих шайб по штырю лампа гаснет, что является доказательством исчезновения веса.

4

3 1

2

6 7

Заявка на участие в открытом педагогическом Форуме «Новая школа» учителя, воспитателя, методиста, работника образовательного учреждения

Ф.И.О. автора (полностью): Место работы: Должность: Домашний адрес: Телефон:

(код города)

(номер)

Электронный адрес:

(e-mail)

Заявка на участие принимается до 1 сентября 2011 года

Заявка на участие в открытом педагогическом Форуме «Новая школа» дошкольника, школьника и его руководителя

Ф.И.О. руководителя (полностью): Место работы: Должность: Домашний адрес: Телефон:

(код города)

Ф.И.О. ребенка (полностью):

(номер)

Электронный адрес:

(e-mail)

Номер и адрес образовательного учреждения: Домашний адрес: Заявка на участие принимается до 1 сентября 2011 года

Если вы являетесь Подписчикам подписчиком одного скидка! из журналов издательства «Школьная Пресса», приложите к заявке копию квитанции о подписке, чтобы получить скидку в 70% при оплате оргвзноса и 40% при оплате за публикацию материалов

Как подать заявку? по почтовому адресу: 127254, Москва, ул. Руставели, д. 10. корп. 3, издательство «Школьная Пресса» по электронной почте: forum@schoolpress.ru на сайте Издательства: forum.schoolpress.ru в режиме on-line. В ответ вы получите на указанный вами адрес пакет документов для участия в Форуме и публикации материалов

Открытый педагогический Форум «Новая школа» для учителей России и ближнего зарубежья Уважаемые коллеги! Многим из вас знакомо чувство со­ жаления, когда интересно продуманный урок, удачно спланированное изложение темы, захватывающий сценарий пред­ метной недели или праздника, на подго­ товку которых затрачены значительные усилия, оказываются «одноразовыми». А ведь творческие решения и методиче­ ские новации даются далеко не каждо­ му. Издательство «Школьная Пресса» приглашает учителей, воспитателей и ме­тодистов поделиться опытом, ори­ гинальными инновационными идеями с широ­кой читательской аудиторией и стать участником открытого педагоги­ ческого Форума «Новая школа». В Фору­ ме могут принять участие и дети самого разного возраста под руководством и при непосредственном участии воспи­ тателей, учителей, родителей. Привет­ ствуется участие в Форуме педагогов изза рубежа. Каждый участник Форума сможет вы­ сказаться и будет услышан, потому что все присланные статьи, заметки, кон­ спекты, подборки практических мате­ риалов (рисунки, задачи и т.д.) будут опу­ бликованы. Присылайте то, что вам кажется инте­ ресным и важным в области педагогики, методики воспитания, в преподавании любимого предмета, развития и созда­ ния «Новой школы». Поделитесь опытом, размышлениями и идеями, они станут известны тысячам ваших коллег в России и за рубежом.

Каждый участник Форума получит персональный Диплом, подтверж­ дающий факт публикации его работы, и компакт-диск с материалами всех участников. Диплом и компакт-диск станут прекрасным дополнением к вашему портфолио! Кроме того, будет издана книга, со­ держащая аннотации всех присланных статей с указанием авторов. Книгу вы сможете получить по желанию. Наиболее интересные работы участ­ ников Форума будут опубликованы в со­ ответствующем предметном журнале из­ дательства «Школьная Пресса». Напоминаем, что издательство выпу­ скает 20 предметных методических жур­ налов, в т.ч. практические журналы для дошкольников и школьников, с годовым тиражом около 1 000 000 экз. В перечне документов, характеризу­ ющих достижения и успехи каждого из вас, достойное место может занять портфолио. Большинство учащихся, родителей и педагогов, безусловно, заинтересует возможность пополнить портфолио, ко­ торое оказывает существенную помощь педагогам и образовательным учреж­ дениям, при прохождении аттестации, а учащимся — при поступлении в выс­ шие учебные заведения и устройстве на работу в дальнейшем. Присылайте заявку на участие в Фо­ руме, которая ни к чему вас не обязывает, и вы получите комплект докумен­ тов для участия в Форуме.

Бланк заявки смотрите на последних страницах журналов издательства. Порядок участия в Форуме смотрите на обложке журналов.

Порядок участия в Форуме 1. Организация и сбор заявок издательством «Школьная Пресса», регистрация участников Форума, рассылка пакета документов, публикация материалов требуют определенных затрат, которые оплачивает участник Форума.

2. Для участия в Форуме необходимо подать заявку, бланк которой опубликован на последних страницах журналов издательства «Школьная Пресса» и размещен на сайте издательства. Заявку подает каждый участник, даже в том случае, если у работы несколько авторов. Заявку следует направлять:  по почте, адрес: 127254, Москва, ул. Руставели, д. 10, корп. 3, издательство «Школьная Пресса»;  по электронной почте: forum@schoolpress.ru;  в режиме on-line на сайте forum.schoolpress.ru. Заявки принимаются до 1 сентября 2011 г.

3. Каждый участник Форума получит персональный Диплом и компактдиск с материалами всех участников. Желающие смогут получить книгу «Открытый педагогический Форум “Новая Школа”» с аннотациями всех присланных работ и перечнем авторов.

Подписной индекс 71019 Подписка осуществляется по каталогу «Газеты. Журналы» агентства «Роспечать» Физика в школе, 2011, № 1, 1–64

ISSN 0130-5522