МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГООБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра ОТД
Методика преподавания темы “Электромагнитные колебания” в средней школе с использованием компьютерных технологий
Исполнитель:
студентка 5 курса
Хренова Е. В.
Научный руководитель:
Профессор, доктор тех-нических наук, зав. кафед-
рой ОТД Красноперов Г.В.
Екатеринбург
1999г.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение................................................................................................................................................................................. 3
Глава 1 Дидактические принципы изучения темы “Электромагнитные колебания” в курсе физики средней школы................................................................................................... 6
1.1Методика изучения темы “Электромагнитные колебания” в курсе физики средней школы 6
1.2Развитие познавательного интереса к физике при использовании компьютерных технологий...................................................................................................................................................................................... 10
Глава 2 Компьютерное моделирование электромагнитных колебаний 11
2.1 Возможности применения графических пакетов при изучении электромагнитных колебаний в курсе физики средней школы............................................................................................................... 11
2.1.2 Возможности использования графической оболочки Corel................................................. 11
2.2 Разработка методики изучения темы “Электромагнитные колебания”................... 12
1.Колебательный контур. Превращения энергии при электромагнитных колебаниях.. 12
2.Аналогия между механическими и электромагнитными колебаниями................................. 13
3.3 Методическая разработка трех уроков............................................................................................................ 13
Библиографический список........................................................................................................................ 25
Одним из главных аспектов воспитания и развития подрастающего поколения в процессе обучения является интеллектуальное развитие школьников. В настоящее время объем и уровень сложности информации, предлагаемой школьникам для усвоения, постоянно увеличивается, поэтому процесс интеллектуального развития учащихся требует интенсификации. Одним из путей повышения интенсивности обучения является использование компьютерных технологий обучения[1](ИТО). При правильном их использовании они обеспечивают целый ряд преимуществ перед обычным способом обучения:
1. индивидуализация учебного процесса по содержанию, объему и темпам усвоения учебного материала;
2. активизация учащихся при усвоении учебной информации;
3. повышение эффективности использования учебного времени;
4. положительная мотивация обучения за счет комфортных психологических условий работы учащегося, объективности оценки;
5. изменение характера труда преподавателя (сокращение рутинной работы и усиление творческой составляющей его деятельности).
Особую роль играет применение компьютерных технологий при обучении физике в средней и высшей школе. Как показывает педагогический опыт, наибольшее количество трудностей возникает при изучении тех разделов курса физики, которые связаны с электричеством и магнетизмом. Между тем методика изучения различных тем в этих разделах не разработана в должной мере. В связи с этим нами была сделана попытка обоснования целесообразности использования ИТО при изучении в частности темы “Электромагнитные колебания” и разработаны некоторые методические моменты, которые, в зависимости от принятой технологии учебного процесса, его целей и задач, а так же от компьютерной оснащенности школы, могут быть использованы преподавателями физики как для изучения всей темы целиком, так и для изучения ее отдельных вопросов.
Разработка нестандартного способа изложения темы говорит об актуальности исследования и заключает в себе элемент новизны и практической значимости.
Цель исследования – разработать методику изучения электроколебательных процессов с помощью компьютера.
Объектом исследования является организация учебного процесса на различных этапах урока физики.
Предметом является поиск содержания, форм и методов обучения, обеспечивающих достижение поставленной цели.
В основу работы была положена гипотеза: использование компьютерных технологий, а в частности некоторых прикладных пакетов, повышает эффективность учебного процесса и позволяет добиться более глубокого понимания данной темы учащимися.
Исходя из поставленной цели и сформулированной гипотезы, следуют задачи:
- разработать методику изложения темы “Электромагнитные колебания” с использованием ЭВМ.
- выяснить, с какими трудностями сталкиваются учащиеся в процессе изучения данной темы и, следовательно, каким вопросам и понятиям следует уделить особое внимание.
Для решения поставленных задач использованы следующие методы:
- изучение методической, психологической и справочной литературы по данной теме.
- знакомство с уже имеющимися разработками в области данной темы.
- проведение анкетирования среди учащихся 11-х классов и беседа по интересующей проблеме.
- проведение уроков по изучению электромагнитных колебаний в 11-х классах.
- обсуждение результатов эксперимента с преподавателями и психологами.
Эксперимент проводился в средней общеобразовательной школе N 64 г. Екатеринбурга с учащимися 11-х классов при изучении темы “Электромагнитные колебания”.
1.1 Методика изучения темы “Электромагнитные колебания” в курсе физики средней школы
При определении содержания и методов изучения данного раздела необходимо руководствоваться такими основными факторами, как научной значимостью отобранного для изучения материала и важностью его практических приложений.
Колебательные процессы – одни из самых распространенных процессов в природе. Изучение колебаний – это универсальный ключ ко многим тайнам мира.
Колебательные процессы, а именно электромагнитные колебания являются основой действия всех электро- и радиотехнических устройств.
В процессе изучения темы “Электромагнитные колебания” рассматриваются свободные электромагнитные колебания и автоколебания в колебательных контурах, а также вынужденные колебания в электрических цепях под действием синусоидальной ЭДС. Все эти вопросы имеют очень большое значение, так как на их основе затем изучаются электромагнитные волны с их научно-практическими приложениями.
При изложении данной темы в курсе физики средней школы учитель должен опираться на следующие основные положения:
- использование аналогий механических и электромагнитных колебаний;
- изучение и объяснение явлений и процессов на основе знаний об электрическом и магнитном полях и электромагнитной индукции, полученных в X классе;
- широкое применение физического эксперимента.
Содержание материала и последовательность его изложений отражены в ниже следующем примерном поурочном планировании[2]:
1-й и 2-й уроки. Повторение материала об электромагнитной индукции. Свободные и вынужденные электрические колебания.
3-й урок. Колебательный контур. Превращение энергии при ЭМК.
4-й урок. Аналогия между механическими и электромагнитными колебаниями.
5-й урок. Уравнения гармонических колебаний в контуре. Упражнения.
Первые пять уроков отводятся на изучение процессов в колебательном контуре. Центральными являются уроки, на которых рассматривается колебательный контур, раскрывается сущность происходящих в нем процессов и устанавливается, что свободные электромагнитные колебания в идеальном контуре гармонические. С колебательным контуром учащиеся знакомятся, наблюдая электромагнитные колебания низкой частоты, возникающие в цепи, состоящей из последовательного соединенных конденсатора и катушки индуктивности.
Электромагнитные колебания вначале представляются как периодическое (в идеале - гармоническое) изменение физических величин (заряда, тока, напряжения), характеризующих состояние системы проводников. Затем показывается, что при этом происходит периодическое изменение энергий электрического поля конденсатора и магнитного поля катушки с током.
Очень важно при этом отметить, что эти изменения неразрывно связаны друг с другом, что выражается в сохранении полной энергии в идеальном колебательном контуре.
Необходимо показать, что колебательный контур – это система, у которой есть состояние устойчивого равновесия, характеризуемое состоянием с минимальной потенциальной энергией (конденсатор не заряжен), в которое система приходит сама собою (разрядка конденсатора) и через которое она может проходить “по инерции” (явление самоиндукции). Это следует подчеркнуть при количественном изучении процессов в контуре и получении формулы Томсона, так как только для колебательной системы имеет смысл понятие “собственная частота”.
Чтобы доказать, что в идеальном контуре происходят гармонические колебания, необходимо получить основное уравнение, описывающее процессы в контуре и показать его аналогичность уравнению гармонических механических колебаний.
Для получения основного уравнения, описывающего процессы в контуре, лучше использовать закон Ома для участка цепи, содержащего э.д.с. Это позволяет снять возможный вопрос о допустимости применения закона, установленного для постоянного тока, для описания процессов в колебательном контуре, кроме того, при этом отпадает необходимость оговаривать отсутствие гальванического элемента. В этом случае роль разности потенциалов играет напряжение на конденсаторе, равное Q/C. Записав