XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

Аннотация. В статье предлагается использование моделей компьютерных демонстраций и лабораторных работ для формирования познавательного интереса учащегося, для его развития и становления в учебном процессе. Формирование познавательного интереса будет проходить более эффективно, если при проведении урока будет проектироваться работа с компьютерными моделями изучаемых физических процессов и явлений. Рассматривается бланк организации компьютерной демонстрации закона идеального газа. Бланк включает краткие сведения из теории, контрольные вопросы для проверки готовности учащихся к выполнению работы, ознакомительные задания с компьютерной моделью и различные виды задачи, которые могут быть выполнены на данной модели.

В настоящее время модернизация образования и переход на новые образовательные стандарты требует реализации в школах инновационных технологий обучения. В этих условиях главным направлением развития средней школы является повышение качества образования, создание условий для развития личности каждого ученика через совершенствование системы преподавания. Активизация познавательной деятельности, формирование и развитие устойчивого познавательного интереса к изучаемому предмету является основным условием в решении задач, поставленных перед учителем. Повышение активности познания изучаемого материала и формирование познавательных интересов – процессы взаимообусловленные. Познавательный интерес порождает активность, но в свою очередь, повышение активности укрепляет и углубляет познавательный интерес.

Развитие познавательной активности учащихся относится к числу наиболее актуальных проблем современной педагогической науки и практики. Реализация принципа активности познания в обучении формирует личность, умеющую самостоятельно организовать свою деятельность и свободно ориентироваться в информационном пространстве.

Анализ собственной педагогической деятельности показывает, что у большинтсва обучающихся низкий уровень познавательного интереса к физике. У учащихся формируется привычка к заучиванию правильных ответов на тестовые задания, к списыванию, к ответам по подсказке и шпаргалкам. Знания обучающихся, как правило отрывочны и поверхностны. Следовательно, обостряются противоречия между:

– природной любознательностью ребенка и его фактической пассивностью на уроках;

– новыми требованиями к выпускникам школ и традиционной системой образования.

Эффективное решение указанных противоречий можно осуществлять за счёт использования новых образовательных технологий. С учетом своего педагогического опыта могу отметить, что особую значимость при этом на уроках физики приобретает использование компьютерных моделей физических явлений на уроках физики. Это позволяет решать ряд важных задач в процессе обучения школьников:

– сформировать познавательный интерес и активность обучающихся на уроках физики с использованием технологий, отвечающих принципам деятельностного подхода;

– развить личностные качества учащихся;

– реализовать исследовательский подход в обучении;

– использовать в обучении проектную деятельность с элементами исследования.

Таким образом, использование ИКТ технологий на уроках физики способствует продуктивному протеканию познавательной деятельности школьника, а также развивает навыки их исследовательской деятельности программными средствами компьютера.

Слабое использование в процессе преподавания физики компьютерных моделей физических явлений обусловлено недостаточным практическим умением преподавателей школ. Недостаточная подготовленность учителей к использованию компьютерной техники в учебно-воспитательном процессе, а так же неразработанность форм, методов и условий применения средств информационных технологий в обучении тормозят информатизацию образования. Темой нашей статьи является использование компьютерных моделей физических процессов в процессе обучения физике.

Активизировать познавательную деятельность учащихся на уроках физики, несомненно, можно и с помощью организации компьютерных лабораторных работ. Большое внимание следует уделять работе с компьютерными моделями на разных этапах урока и с различной целью: при постановке проблемы, закреплений знаний, проверке усвоения теоретического материала. Работу с компьютерными моделями можно включить и в домашние задания, что помогает школьникам самостоятельно пополнять знания. Это один из самых педагогически эффективных и интересных для учащихся приемов самостоятельной работы. Он способствует осознанному изучению курса, воспитывает самостоятельность и находчивость, развивает индивидуальные творческие способности, мыслительную деятельность, интерес к предмету.

Мощным средством обучения физике, по мнению многих отечественных и зарубежных специалистов является продукция компании «Физикон» [1]. Используя этот ресурс, нами разработана модель бланка [2,3] организации компьютерной лабораторной работы по исследованию изохорического процесса в газах.

Модель бланка организации компьютерной лабораторной работы по исследованию изохорического процесса (газовые законы).

Тема работы: Исследование изохорического процесса в газах на компьютерной модели.

Цель работы: Определение уравнения изохорического процесса, теплоты внутренней энергии и работы газа.

Класс...................ФИО..................................................

Краткие сведения из теории.

Состояние газа описывается тремя макроскопическими параметрами: температурой (), давлением ( ) и объемом ( ). Уравнение, связывающее эти три параметра называется уравнением состояния. Уравнением состояния идеального газа является уравнение Менделееева – Клапейрона

, (1)

где – количество молей газа, = 8,31 Дж/(К∙моль) – универсальная газовая постоянная. Если при переходе газа из одного состояния в другое один из макропараметров остается постоянным, то данный процесс называется изопроцессом. Например, процесс, происходящий в газе при постоянном объеме ( = const), называется изохорическим. Уравнение состояния идеального газа для изопроцесса называется газовым законом. Для изохорического процесса уравнение состояния идеального газа примет вид

, (2)

т.е. при неизменном объеме отношение давления данной массы газа к его температуре является величиной постоянной. Математическая зависимость (2) между параметрами этого процесса была установлена ученым Шарлем, поэтому уравнение (2) носит название газового закона Шарля. Из закона Шарля следует, что при постоянном объеме газа его давление прямо пропорционально температуре. Для двух состояний газа можно записать выражение

. (3)

Количество теплоты, полученное при изохорическом процессе, определяется выражением

. (4)

Здесь – молярная теплоемкость газа при постоянном объеме, – число степеней свободы молекулы газа. Работа газа при изохорическом процессе равна нулю. Тогда согласно первому началу термодинамики изменение внутренней энергии идеального газа равно количеству получаемого тепла

.

Контрольные вопросы для проверки готовности учащихся к выполнению работы.

Напишите уравнения для различных изопроцессов. Ответы: ......................

Напишите выражения для изменения внутренней энергии газа при различных изопроцессах. Ответы: ......................

Напишите выражения для работы газа при различных изопроцессах. Ответы: ......................

Напишите выражения для теплоты, получаемого газом при различных изопроцессах. Ответы: ......................

1. Ознакомительные задания с компьютерной моделью (Рис.1).

Чтобы реализовать на диаграмме ( , ) функциональную зависимость необходимо сначала выбрать объем газа (например, на рис.1 ) и нажать кнопку «Старт». На компьютере задано первоначальное значение температуры (в правом углу под графиком). По значениям температуры ( ) и объема ( ) находится значение давления ( ). Легко видеть, что величина = 1 молю. Нажав кнопку «Стоп» получите значения температуры и давления для второй точки (Рис.2).

Рисунок 1. Компьютерная модель: Изохорический процесс.

1.1. Реализуйте прямую зависимость ( ) на компьютерной модели для различных значениях объема газа. Найдите отношение для заданного объема газа. Ответы: ...............

Проверьте равенство (3).

Найдите отношение для любых двух точек графика при заданном объеме газа. Ответы: ...............

Покажите, что

для данного объема газа.

Поскольку объем газа меняет от 10 дм³ до 40 дм³ и выбор точек на графике безграничен, таких задач можно составить бесчисленное множество.

2. Задачи с последующей компьютерной проверкой.

2.1. Температура газа при постоянном объеме увеличивается от до . Определите начальное и конечное значение давления, если количество молей газа равно единице ( = 1 моль). Ответы: ...............

Меняя объем и конечную температуру можно составить неограниченное число задач.

3. Экспериментальные задания

3.1. Газ при постоянном объеме вследствие нагревания изменил свое давление от = 21 кПа до = 63 кПа. Определите начальное и конечное значение температуры, поглощенное тепло и изменение внутренней энергии, если молекула газа является двухатомной. Найдите цену деления на рисунке для величин и . Ответы: ...............

Меняя объем и конечную температуру , а также выбирая число степеней (многоатомность молекул газа) можно составить неограниченное число задач.

4. Исследовательские задания.

4.1. Газ, находящийся при постоянном объеме , вследствие нагревания увеличивает температуру от до . Определите какими параметров определяется максимальная работа газа?

5. Творческие задания.

5.1. В рамках данной компьютерной модели учащемуся предлагается самостоятельно составить задания с учетом ее возможностей.

5.2. Учащемуся предлагается разработать свою компьютерную модель изохорического процесса (написать алгоритм модели, ввести другие параметры и т.п.)

Как видим, заданий, составленных для данной модели, очень много. Обучающемуся необязательно все их выполнять. Преподаватель может выбрать и подобрать ученику задания с учетом его возможностей или предложить другие подобные. В заданиях, предусматривающих последующую компьютерную проверку, ученик письменно решает задания с предоставлением хода решения и полученного ответа вместе с бланком. В конце урока ученик должен заполненный бланк сдать преподавателю или отправить его по электронной почте своему преподавателю. Предлагаемая модель бланка апробирована в ряде школ г. Шымкент ЮКО РК: Назарбаев интеллектуальная школа физико-математического направления, областная школа «Дарын» для одаренных детей.

Организация учебной деятельности с использованием компьютерных моделей физических процессов на уроках физики является одним из основных источников, влияющих на становление интереса ребят к учению. Оно подразумевает:

– включение в занятия различных форм самостоятельных работ учащихся;

– проблемное обучение;

– постановку исследовательских и творческих работ.

Подчеркнем, что формирование и развитие интереса к предмету и познавательной активности учащихся определяется, прежде всего, деятельностью преподавателя. Учитель может по своему усмотрению, с учетом конкретных условий может использовать на уроке именно те модели, которые отражают содержание изучаемого параграфа учебника.

Таким образом, в статье приведен пример, подтверждающий эффективность использования компьютерных моделей на всех этапах педагогического процесса: при предъявлении учебной информации, при усвоении учебного материала в процессе интерактивного взаимодействия с компьютером, при повторении, закреплении, во время контроля и коррекции процесса обучения и его результатов.

Литература

1. CD диск компании ОАО «Физикон». «Открытая физика 1.1».2001.

2. Кабылбеков К.А., Саидахметов П.А., Арысбаева А.С Оқушылардың өз бетінше атқаратын компьютерлік зерханалық жұмыс бланкісінің үлгісі. Известия НАН РК, серия физ.мат., Алматы, 2013, №6, С 82 – 89.

3. Кабылбеков К.А., Саидахметов П.А.,.Турганова Т.К., Нуруллаев М.А., Байдуллаева Л.Е. Жинағыш және шашыратқыш линзаларды үлгілеу тақырыбына сабақ өткізу үлгісі. Известия НАН РК, серия физ-мат. Алматы, 2014, №2, С 286 – 294.

Код для цитирования: Скопировать