Поиск по сайту

Лабораторные работы по физике в компьютерном классе


Авторcтво: Иванова Н.П.; Николаева Н.Ю.; Стрельцова М.Д.


Н.П. Иванова
Н.Ю. Николаева
М.Д. Стрельцова


Лабораторные и практические занятия представляют собой неотъемлемую часть любой учебной дисциплины по разделу естествознания. Без них невозможно добиться и устойчивых знаний, и умения использовать полученные знания. Кроме того, результаты практических занятий можно закрепить в процессе выполнении домашних заданий, для лабораторных работ такой возможности нет. Учащиеся выполняют лабораторные работы только в классе и только под наблюдением учителя. По этой причине лабораторные работы, проведенные в младших классах, к моменту итоговой аттестации в 9-м или в 11-м классах могут быть основательно забыты, а даже самые простые навыки - частично или полностью утрачены.

Целью данной работы было создание современного программно-аппаратного комплекса, позволяющего ученикам 8 – 11 классов самостоятельно или под руководством учителя выполнить экспериментальные работы по разделу «Электричество» курса физики. Задача была поставлена двояко:

  1. Воспроизвести лабораторные работы, предусмотренные учебной программой курса физики;

  2. Предоставить ученику и учителю возможность поставить свой собственный эксперимент, например, для проверки результатов решения задач по физике.

Одновременно была поставлена цель активизировать знания и навыки учащихся не только из области физики, но и из области математики, информатики, компьютерных технологий. При создании комплекса учитывались требования техники безопасности.

Для решения поставленной задачи в ГОУ СОШ № 18 был разработан лабораторный комплекс «Универсал». Комплекс «Универсал» содержит:

  1. персональный компьютер (ПК);

  2. стационарный лабораторный модуль, подключаемый к ПК через USB порт;

  3. набор съемных модулей, содержащих элементы электрической схемы;

  4. набор электромонтажных проводов и электроизмерительных щупов;

  5. программное обеспечение, выполненное в компьютерной технологии «Виртуальные приборы» на основе программных средств LabView, фирмы NI, USA

Схема лабораторного комплекса «Универсал» представлена на рис.1.

рис.1

Рис.1

Использование комплекса «Универсал» для проведения лабораторных работ

При проведении лабораторной работы (ЛР) ученику предоставляются методические материалы, расположенные на специальных вкладках виртуального прибора:

  • Текст методических указаний по выполнению ЛР;

  • Схема расположения элементов на наборном поле лабораторного модуля;

  • Схема расположения монтажных проводов и измерительных щупов;

Для проведения измерений предназначен виртуальный прибор (ВП), на лицевой панели которого размещены все необходимые устройства ввода данных, средства управления экспериментом и устройства отображения результатов эксперимента. Ученик, проводящий ЛР, может математически обработать результаты измерений и отобразить графически теоретические, опытные и аппроксимированные данные. Специальные программные средства созданы для того, чтобы экспортировать результаты эксперимента в электронные таблицы Excel для оформления отчета в соответствии с установленными правилами. Для некоторых ЛР, с целью обучения, созданы демоверсии ЛР, не требующие подключения приборного модуля. Работая с демоверсией, учащийся отрабатывает навыки работы с электрической схемой: монтаж схемы, включение источников электропитания, изменение уровня и формы входных сигналов, включение измерительных приборов.

К настоящему времени разработано свыше сорока ЛР. В таблице показано количество разработанных ЛР, а также определено их место в учебной программе

Лабораторные работы по физике

Класс

Количество ЛР по программе

Количество ЛР по программе, разработанных на комплексе «Универсал»

Разделы программы, по которым разработаны ЛР на комплексе «Универсал» (дополнительно к программе)

8

10

7

Электромагнитная индукция

9

6

4

Звук

10

5

4

Полупроводниковые приборы

11

5

3

Электро- радио- элементы,

колебания, волны, спектры


Использование комплекса «Универсал» для проведения самостоятельных экспериментов

Для проведения самостоятельных экспериментальных работ в комплексе разработаны виртуальные приборы универсального назначения: мультиметр, осциллограф, лабораторный источник питания, термометр и др. На рис.2 показан пример использования ВП.

рис.2

Рис.2

Задачу самостоятельного эксперимента, как правило, ставит учитель, но может её поставить и сам ученик. Планируя эксперимент, учащийся должен продумать и решить следующие задачи.

  1. Разработать электрическую схему, выбрать измеряемые величины и форму представления результатов эксперимента.

  2. Выбрать методы и средства математической и графической обработки результатов измерения.

  3. Разработать лицевую панель виртуального прибора.

  4. Разработать программные средства для управления экспериментом.


На рисунке показана электрическая схема эксперимента по исследованию способов соединения проводников.

На рис.4 представлены лицевые панели виртуальных приборов, созданных для выполнения двух экспериментов: на рис. 4 а представлена лицевая панель виртуального прибора для исследования последовательно-параллельного соединения сопротивлений; на рис. 4 б представлена лицевая панель виртуального термометра.








Рис 4 а

б



Рис. 4 б




На рис. 5 показан один из основныхэлементов программного графического интерфейса: элемент “Formula Node”, с помощью которого могут быть написаны математические формулы.

Рис. 5




Рис.6

С точки зрения обучения, важно то, что расчетные формулы можно быстро корректировать и исправлять, если результаты эксперимента этого требуют. Математическая библиотека «LabView» предоставляет исследователю все виды математических преобразований. Но, если этих средств недостаточно, пользователь может написать свою программу, на языках программирования Си, Паскаль, Бейсик.

Использование комплекса «Универсал» предоставляет пользователю широкие возможности для графического отображения, результатов измерения и аппроксимации опытных данных в соответствии с известными законами физики. На рис. 6 показано отображение на графиках исследование заряда конденсатора.


Исполнители:

Работа выполнена в ГОУ СОШ №18 с углубленным изучением математики Василеостровского района г. Санкт-Петербурга.

    • Директор школы, учитель математики Иванова Наталья Петровна

    • Зам. директора по УВР, учитель физики Николаева Наталья Юрьевна

    • Учитель информатики Стрельцова Марина Давидовна

В создании комплекса принимали участие:

    • Ведущий научный сотрудник ФГУП «ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова» Стрельцов Николай Николаевич.

    • ООО «Система» при ФГУП «ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова».

    • ООО «ВиТэк» - измерительные приборы / системы управления (“ViTek” – Virtual Instrumentation).


Поделиться: