Цифровой кабинет физики

Введение
Актуальность
При переходе на Федеральные Государственные Образовательные
Стандарты нового поколения выдвигается одна из важнейших задач
образования – научить учиться. «Новые» ФГОС ставят перед учителями
реализацию деятельностного и личностно- ориентированного подходов.
Физика как предмет имеет широкий круг возможностей организации
исследовательской и проектной деятельности учащихся, но типовые
комплекты лабораторного оборудования требуют дополнения и
усовершенствования. Проблема оформления, оснащения и оборудования
школьного кабинета физики всегда остается в поле зрения методистов
и учителей. Несмотря на то, что в недалеком прошлом,
изданы
методические рекомендации министерства, в которых представлены нормы
типового кабинета физики и вопросы оснащения кабинетов необходимым
оборудованием, время вносит свои коррективы. В настоящее время проблема
внедрения
новых
педагогических
технологий
сталкивается
с
необходимостью некоторой корректировки взглядов на вопрос об
оборудовании и оснащении кабинета физики. Ученики должны не только
освоить практические умения, но и участвовать в исследовательской,
экспериментальной и проектной деятельности. Значение такой деятельности
по физике заключается в том, что у учащихся формируются представления о
роли и месте эксперимента в познании. Основная идея проекта состоит в
том, чтобы обеспечить оптимальные условия для учащихся при изучении
физики на основе метода естественнонаучного познания.
Время требует совсем других инновационных подходов к технологии
эксперимента и фронтальных лабораторных работ. Необходимо не только
классическое оборудование, но и оборудования, основанного на применении
цифровых методов измерения и компьютерных измерительных систем.
В чем отличие современного учебного оборудования от классического? В
наглядности и удобстве проведения экспериментов и лабораторных работ.
Непосредственное наблюдение эксперимента многократно повышает
качество усвоения учебного материала. Классическое учебное оборудование
не способно выполнить проведение ряда важных физических экспериментов,
и учащиеся вынуждены принимать их описание на веру с листа учебников.
1
Проблема: несоответствие имеющихся ресурсов оборудования кабинета
физики высоким требованиям интенсификации процесса изучения физики.
Цель работы– создание модели цифрового кабинета физики для реализации
инновационных подходов к освоению учащимися метода научного познания.
Задачи:
-исследовать состояние материально-технической базы кабинета;
-исследовать
физики;
рынок предложений цифрового оборудования кабинета
-расчет бюджета проекта;
-проектирование зоны учителя и учащихся;
-создание и апробация цифрового кабинета;
- совершенствование методики работы с цифровым инструментарием.
Методы, использованные в работе над проектом.
Теоретические:
-анализ и синтез источников информации;
-классификация.
Эмпирические:
-конструирование;
-проектирование.
Тип проекта: прикладной
Этапы формирование цифровой базы кабинета
Этап
Предполагаемый итог
Iэтапподготовительный.
Исследование
состояния материальнотехнической
базы
кабинета,
разработка
механизма
её
обновления, изучение
2
Предполагаемые сроки
реализации
Февраль - май 2014г
методики
работы
с
цифровым
оборудованием (курсы
повышения
квалификации)
IIэтап
IIIэтап
IVэтапвнедренческий (1)
Vэтапвнедренческий ( 2)
Проектирование зоны
учителя и учащихся
Исследование
рынка
предложений цифрового
оборудования,
планирование
необходимых
приобретений
составление
сметы
проекта
Оснащение
учебных
кабинетов
школы
автоматизированными
рабочими
местами
учителей
и
обучающихся
Создание
цифровых
лабораторий кабинета
физики,
апробация
работы
кабинета
и
совершенствование
методики
работы
с
цифровым
инструментарием
Август-октябрь 2014г
Ноябрь 2014г-май 2015г
Сентябрь2015гмай2016г
Сентябрь2016гмай2017г
Финансовое обеспечение проекта
Внебюджетные средства
Конкурсы, гранты различных уровней (муниципальные, региональные,
российские, международные)
Возможные риски:
недостаточное финансирование
3
Глава 1. Состояние материально-технической базы кабинета.
При любом уровне изучения физики проводятся демонстрационный и
фронтальный эксперименты . При реализации углублённого изучения физики
проводится и лабораторный практикум.
Кабинет физики нашего лицея представляет собой классную комнату
площадью 64 м2.Он снабжен необходимым демонстрационным
оборудованием для реализации программы , как для базового так и для
углубленного уровня. Основу фронтального оборудования составляют
тематические комплекты по механике, молекулярной физике,
электродинамике и оптике. Имеются в наличие и оборудование для
проведение практикума .
Автоматизированное рабочее место учителя в нашем лицее состоит :
доска стальная, интерактивная доска, ПК (с выходом в Интернет),
мультимедиа-проектор, принтер, сканер, звуковые колонки, наушники,
микрофон. На фронтальной стене кабинета традиционно размещаются
таблицы: шкала электромагнитных волн, таблица приставок и единиц СИ.
Рядом с доской располагаются щит комплекта электроснабжения.
Рабочая зона ученика представляет собой ученические столы,
обеспеченные электробезопасным напряжением с действующим значением
36–42 В.В кабинете находятся достаточно шкафов, где хранится, по
принципу оптимальной доступности для учащихся,лабораторное
оборудование.
Следует учитывать, что по ряду разделов примерных программ ФГОС без
перехода на современные методы измерения в принципе нельзя
сформировать оптимальную систему оборудования. Например, в разделе
«Механика» только цифровые или компьютерные средства позволяют
исследовать кинематические закономерности, иллюстрировать
количественно второй закон Ньютона и законы сохранения.
Модернизированное классическое и новое оборудование эргономичны в
такой степени, что часто исключают затраты времени на подготовку
демонстраций.
4
Вывод: необходимо обновления материально-технической базы кабинета
цифровым оборудованием.(Приложение, Рис 1.0)
Глава 2.Преимущества цифрового оборудования.
Функции, возлагаемые на демонстрационный эксперимент (обеспечение в
соответствии с научным методом познания наблюдения явлений,
формирование понятий, измерение физических величин, установление
функциональных зависимостей, исследование процессов,
экспериментальную проверку физических законов, гипотез и теоретических
выводов), могут быть реализованы при оптимальном сочетании цифровых
средств измерений , компьютерных измерительных систем с классическими.
Только на их основе можно исследовать кинематические закономерности,
иллюстрировать количественно II закон Ньютона и законы сохранения;
пронаблюдать броуновское движение, графически исследовать тепловые
явления[2].
Классическое учебное оборудование не способно выполнить проведение ряда
важных физических экспериментов Вот некоторые примеры: колебания
физического, математического и пружинного маятников ( как показать
наглядно, что гармонические колебания описываются по закону косинуса
или синуса?)процесс плавления и кристаллизации расплава. Эффект
перенагревания и переохлаждения (современный цифровой датчик
температуры может показать все нюансы температурной кривой прямо из
центра расплава)магнитное поле в области обычной катушки, в катушках
Гельмгольца (Датчиком магнитного поля можно измерить силу магнитного
поля в любой точке пространства, изучить зависимость от расстояния и
степень его равномерности)адиабатический процесс в газе
(высокочувствительный и быстродейственный датчик давления отобразит
адиабату на экране компьютера в реальном времени)[3]
Сегодня современная система образования активно принимает на
вооружение цифровые датчики. Компьютерный измерительный комплекс
дополняется цифровыми измерителями, применение которых для решения
ряда педагогических задач имеет преимущества по сравнению с
компьютером. Информация может подаваться на компьютер с двух датчиков
одновременно, она автоматически обрабатывается и результат
демонстрируется на экране в виде цифровой информации или уже готового
графика. Применяя цифровые лаборатории на уроках физики, учащиеся
5
смогут выполнить множество фронтальных лабораторных работ и работ
физического практикума. Чтобы цикл познания при этом реализовался
полностью, эффективно пользоваться технологией совместных
исследований, когда на одном занятии объединяются и демонстрационный,
и лабораторный эксперименты в коллективной работе в духе научной
лаборатории. При совместном исследовании выдвигается гипотеза , которую
проверяет учитель в демонстрационном исследовании. Затем обсуждается
обоснованность гипотезы, которую ученики проверяют в своём
лабораторном исследовании.
6
Глава3 Проектирование зоны учителя и учащихся
Кабинет физики должен быть оснащён автоматизированным рабочим
местом (АРМ) учителя, имеющим выход в Интернет. Для учителя должны
быть созданы системные
эргономические условия для применения
демонстрационного оборудования, в том числе и с использованием
цифровых и компьютерных технологий.
Рабочая зона учителя в кабинете физики делится на две части.
К первой из них относится часть кабинета, ограниченная демонстрационным
столом и сопрягаемым с ним рабочим местом учителя, на котором
располагается компьютер. К демонстрационному
столу от щита
комплекта электроснабжения подводится напряжение 42 В и 220 В. В торце
стола размещается тумба с раковиной и краном. Типовой демонстрационный
комплекс вместе с рабочим местом учителя имеет длину 4 м. [2]
Комплектации рабочего места учителя
(выделено оборудование, которым необходимо дополнить кабинет)
Интерактивная доска.
Графопроектор
Компьютер учителя.
Мультимедийный короткофокусный проектор.
Крепление проекторное.
Компьютерный измерительный блок (Приложение, рис2)
Цифровой микроскоп (Приложение, рис1)
Веб-камера (Приложение, рис4)
Видеокамера для работы с оптическими приборами (Приложение, рис3)
Аппаратные средства (цифровые измерительные модули и пр.)
Программное обеспечение
Принтер
Сканер
7
Инструктивно-методические материалы
Полный комплекс ТСО преподавателя физики предназначен для :
- повышения эффективности учебно-воспитательного процесса на основе
рационального использования современных технических средств обучения;
- автоматизации управления учебно-воспитательным процессом;
- осуществления оперативного доступа к информации об успеваемости
учащихся (электронный журнал);
- ведения индивидуального и группового обучения с использованием
электронных учебников, электронных справочников, электронных
методических пособий;
-повышения мотивации учащихся к обучению;
- увеличения
возможности постановки учебных задач и управление
процессом их решения, так как есть возможность строить и анализировать
модели различных предметов, ситуаций, явлений;
- изменения контроля деятельности учащихся, обеспечивая при этом
гибкость управления учебным процессом;
Рабочая зона учащегося.
Организация рабочей зоны учащихся должна отвечать деятельностному
подходу в
обучении
и предполагает оснащение необходимым
оборудованием для её реализации: ученический лабораторный стол с
ящиками для размещения нетбука, цифровой лаборатории, мультиметра и
калькулятора. К лабораторным столам, неподвижно закреплённым на полу
кабинета,
подводится
переменное
напряжение
42В
от щита комплекта электроснабжения .
Акустический шум и электромагнитные излучения при работе технических
средств
не
должны
превышать санитарно-гигиенических
норм,
установленных
Департаментом
государственного
санитарноэпидемиологического надзора Министерства здравоохранения Российской
Федерации.
Оборудование должно быть работоспособным и подготовленным к запуску в
эксплуатацию.
Система
электропитания
должна
соответствовать
европейскому стандарту подключения, обеспечивающему заземление.
8
Глава 4.Определение необходимых ресурсов и смета расходов
4.1.Демонстрационные приборы общего назначения:
Название
Веб-камера
На подвижном
штативе
Видеокамера для
работы с
оптическими
приборами 3
Мпикс.
Компьютерный
измерительный
блок
Назначение
Для видеосъемки,
оцифровки, сжатия и
передачи цифрового
видео по
компьютерной сети.
Цифровая камеранасадка для работы с
микроскопом
используется для
получения
исследуемого
объекта на экране
компьютера.
Компьютерный
измерительный блок
предназначен для
работы с цифровыми
датчиками, а также
для осуществления
сбора данных и
управления
учебными
экспериментальными
установками. В
комплект поставки
входит диск с
программным
обеспечением для
проведения и
анализа
эксперимента.
Специализированная
9
Количество
1
Стоимость
4 800.00 Руб
1
8100р
1
3 590 руб
программа,
позволяет проводить
эксперименты с
помощью
интерактивной доски
и персонального
компьютера.
Микроскоп
1
предназначен для
Микроскоп
наблюдения
демонстрационный
различных
физических явлений,
например
броуновского
движения
Микроскоп имеет
возможность
подключения
цифровой
видеокамеры для
вывода изображения
на компьютер или
интерактивную
доску.
8.500р
4.2 Демонстрационное оборудование по физике
Учебное демонстрационное оборудование по физике и специальное
программное обеспечение предназначены для проведения демонстрационных
экспериментов с использованием интерактивной доски. Демонстрационный
модуль цифровой лаборатории « Научные развлечения» построен по схеме,
когда каждой теме посвящен набор, включающий в себя наряду с датчиками
специальное оборудование, методическое руководство по проведению
определенных работ по заранее подготовленному сценарию, программное
обеспечение для демонстрационного эксперимента. При этом интерфейс
программы специально разработан для возможности работы с интерактивной
доской. Особое внимание уделяется возможности использования веб-камеры
для визуализации эксперимента, происходящего на столе и одновременной
записи измерений. Программа позволяет фиксировать не только показания
датчиков, но и геометрические параметры эксперимента.
10
Демонстрационный модуль базового уровня предполагает проведение
экспериментов, иллюстрирующих основополагающие понятия по механике,
тепловым явлениям, электрическим и электромагнитным явлениям,
квантовой и атомной физике.
Название
Назначение
Количество
Предназначен для
1
выполнения более
Набор
10
демонстрационный
демонстрационных
"Постоянный ток"
экспериментов по
исследованию
электрических
цепей постоянного
тока. Набор
совместим с
цифровыми
демонстрационными
измерителями
и датчиками тока и
напряжения
1
Цифровые
Измерение силы
измерители тока и постоянного и
напряжения на
переменного тока и
магнитных
напряжения при
держателях
проведении
(Приложение,
демонстрационных
рис5)
экспериментов по
всем темам раздела
«Электродинамика».
Стоимость
5300р
7500р
4.3 Цифровые лаборатории
Цифровая лаборатория «Научные развлечения» предназначена для работы
школьников по схеме «один ученик – один компьютер». (Приложение,
рис6).Использование нетбука Сlassmate РС позволяет расширить
экспериментальные возможности школьника как в проведении опытов и в
обработке результатов, так и в написании отчета. Прямое включение
11
датчиков в компьютер значительно снижает общую стоимость лаборатории и
упрощает работу с ней. Учебно-лабораторное оборудование по физике от
компании "Научные развлечения" - это современное школьное лабораторное
оборудование нового поколения, предназначенное для проведения
лабораторных работ по темам:




законы постоянного тока
электромагнитные явления
механика
оптика
Перечень работ может быть скорректирован и расширен в зависимости от
потребностей и требований индивидуальной учебной программы.
Оборудование, датчики и программа могут быть также использованы для
организации исследовательских работ учащихся, проектной деятельности .
Цифровая лаборатория состоит из комплектов базового и профильного
уровня.
Наш лицей с углубленным изучением физики, поэтому считаю, что
необходим комплект профильного уровня.
Профильный уровень
с нетбуком
Комплектность:







Цифровой датчик
температуры
100°С
Цифровой датчик
температуры (-40
- +180°С)
Цифровой датчик
температуры
термопарный
Цифровой датчик
абсолютного
давления
Цифровой датчик
давления
дифференциальн
ый
Цифровой датчик
тока
Цифровой датчик
напряжения
Назначение
Количество
Стоимость
Базовый
комплект
обеспечивает
выполнение
лабораторных
работ в 7-9
классах
основной
школы.
Рекомендуемые
эксперименты
соответствуют
программам
ГИА.
15
125 450.00
рубх15=1.881.760р
12






Цифровой
осциллографичес
кий датчик
напряжения
Цифровой датчик
магнитного поля
Цифровой датчик
освещенности
Цифровой датчик
света
(кремниевый)
Цифровой датчик
ионизирующего
излучения
Цифровой датчик
влажности
Программное обеспечение, поставляемое в составе цифровой лаборатории,
устанавливается на все нетбуки учащихся и содержит сценарии
лабораторных работ по всем разделам курса, а также позволяет учителю
самостоятельно создавать сценарии лабораторных и демонстрационных
экспериментов. Учащиеся оформляют отчеты и ведут журналы
лабораторных работ в электронном виде.
Специализированное место ученика:
-лабораторный стол компании «Мегук» 3.480рх15=52.200р
-мультиметр цифровой (Приложение, рис7)
используется для контроля постоянного и переменного напряжения,
постоянного тока, сопротивления и проверки диодов.270рх15=4050р
Итого бюджет проекта:1.975.800руб.
.
13
Заключение
Достижение личностных, метапредметных и предметных результатов
освоения основной образовательной программы невозможно без
комплексного использования в образовательном процессе всей совокупности
существующих средств обучения — как традиционных, так и средств
обучения, функционирующих на базе цифровых технологий.
Создание цифрового кабинета
- позволит, при экономии времени, проводить на более высоком уровне
познания демонстрационные эксперименты и лабораторные работы;
-повысит мотивацию учащихся ;
- позволит во внеурочное время проведение индивидуальных
исследовательских работ учащимися;
-повысит результаты учащихся в ГИА и ЕГЭ.
Ожидаемые результаты
реализации проекта
Расширение материально –
технической базы кабинета
Повышение мотивации к изучению
физики
Увеличения количество уроков,
сопряженных с исследовательской
проектной деятельностью
Критерии оценки
Рост возможностей самореализации
талантливых учащихся:
-участие в олимпиадах, конкурсах,
НП конференциях
Экономия времени на уроках
Повышение качества образования
не менее на 10%
не менее 40%
не менее на 80%
не менее на 30%
не менее 30%
не менее на 30%
14
Проект представлен на согласование администрации МБОУ Одинцовский
лицей№10 и в случае утверждения будет включен в программу развития
материально-технической базы лицея сроком на 5 лет.
Используемая литература
1.Песоцкий Ю.С., Желтухина Н.Н., Никифоров Г.Г. Обновление
материально-технической базы кабинетов физики не только необходимо, но
и возможно. – Вестник школьной прессы, 2005, № 2.
2. Современный кабинет физики. Никифоров Г.Г.Песоцкий Ю.С. Царьков
Дрофа, 2008, 208с.
3.. Разумовский В.Г., Майер В.В. Физика в школе. Научный метод познания
и обучение. – М.: Гуманитарный изд.центр ВЛАДОС, 2004.С.
Электронные ресурсы
1september.ru Никифоров Г.Г. ,Рекомендации по оснащению кабинета
физики в основной школе для обеспечения учебного процесса
http://www.nau-ra.ru Портал научных образований
http://fiz.1september.ru- Оборудование кабинетов и технология обучения
15
Приложение
Рис 1.0 Цифровой кабинет физики.
16
Рис 1 .Микроскоп цифровой
Рис 2. Компьютерный измерительный блок
Рис 3. Видеокамера
Рис4. Веб-камера
Рис5 Цифровые измерители тока и напряжения
17
Рис6 Цифровая лаборатория с нетбуком
Рис 7.Мультиметр цифровой
18