Pomoce dydaktyczne do nauki fizyki
w środowisku Logomocji, polskiej wersji Imagine

Wstęp

 

Uwaga Opracowanie zawiera projekty wykonane w Logomocji polskiej edycji Imagine i zapisane do postaci HTML. Aby można było je otworzyć, należy mieć zainstalowany odpowiedni program, tak zwany plugin Imagine. Jeśli nie masz jeszcze zainstalowanego pluginu, możesz go pobrać z http://logo.oeiizk.waw.pl/plugin i zainstalować na swoim komputerze.

 

Jednym z ważnych zadań nauczyciela jest, dążenie do wysokich wyników w nauczaniu, a one w dużym stopniu zależą od aktywności uczniów na lekcji. Z kolei aktywność uczniów związana jest z ich zainteresowaniem. Uczeń skupia uwagę na przedmiotach interesujących, na ćwiczeniach, pokazach, które go zaciekawiają. Poza tym w procesie nauczenia ważną rolę odgrywa wyobraźnia. Nie każde dziecko jest w stanie wyobrazić sobie jakieś zjawisko, w sytuacji braku wizualnego obrazu - modelu.
Obecnie, odpowiednim narzędziem do zainteresowania uczniów nauką jest komputer. Samodzielna praca uczniów z komputerem, czy też wykorzystanie go do pokazu i demonstracji, uatrakcyjnia i wzbogaca proces uczenia się i nauczania. Nauka staje się przyjemnością a zdobywana wiedza i umiejętności dłużej pozostają.
Zakres materiału z fizyki są niezwykle trudne do poznania, zrozumienia i przyswojenia dla przeciętnego gimnazjalisty. Dlatego właśnie, aby ułatwić proces nauczania wykonałam w środowisku znanym i przyjaznym dla ucznia – Logomocji programy (symulacje komputerowe). Mają one szczególne zastosowanie w sytuacji ograniczonych możliwości pracowni fizycznej, bądź też szybkiego przebiegu zachodzącego procesu, nie pozwalającego na zademonstrowanie zjawiska w formie eksperymentu fizycznego. Czasami też bezpośrednia obserwacja zachodzącego zjawiska jest niemożliwa lub też zakłócana z przyczyn niezależnych od nauczyciela. Dużą zaletą tych programów jest to, że dane zjawisko można powtarzać dowolną ilość razy, zadając te same lub zmienione warunki początkowe. Ponadto wykorzystanie komputera na lekcji jest atrakcyjną dla ucznia formą przyswajania wiedzy o otaczającym go świecie.
Propozycje zastosowań swoich symulacji umieściłam w dalszej części pracy, wskazałam również sposób w jaki ich wykorzystuję na lekcjach fizyki w gimnazjum.

Proponowane programy to:

 

Instrukcje dla użytkowników

Ruch prostoliniowy jednostajny

Korzystając z powyższego programu możesz doświadczalnie zbadać zależność drogi od czasu dla ruchu ciała - kolarza.
Uruchom doświadczenie, naciśnij przycisk Start. Kiedy kolarz przejedzie zadaną przez ciebie drogę, naciśnij przycisk Stop. Odczytaj czas ruchu kolarza i naciśnij przycisk Tabelka Wykres. Wpisz swoje dane pomiarowe - klikaj w odpowiednie pole za zerem. Naciśnij przycisk Powrót, celem wykonania kolejnych pomiarów.
Przycisk Na start powoduje powrót kolarza na miejsce startu.
Po wpisaniu wszystkich wyników pomiarowych, naciśnij przycisk Licz w celu obliczenia średniego czasu ruchu kolarza, zaś dla zobrazowania pomiarów za pomocą wykresu zależności przebytej drogi przez kolarza od czasu jego ruchu s(t) naciśnij przycisk Wykres. Dwukrotne naciśnięcie tego przycisku wyczyści obszar wykresu.
W celu wyczyszczenia danych w tabeli naciśnij przycisk Czyść tabelkę.

Ruch jednostajnie przyspieszony prostoliniowy

Korzystając z programu możesz doświadczalnie zbadać zależność prędkości od czasu dla ruchu jednostajnie przyspieszonego prostoliniowego.
Wybierz przy pomocy suwaka przyrost szybkości kolarza i kliknij przycisk Start. Kiedy kolarz przejedzie zadaną przez ciebie drogę, naciśnij przycisk Stop. Odczytaj czas ruchu kolarza i naciśnij przycisk Tabelka Wykres, aby wpisać swoje dane pomiarowe - klikaj w odpowiednie pole za zerem.
Naciśnij przycisk Powrót, celem wykonania kolejnych pomiarów.
Jeżeli chcesz aby kolarz wrócił na miejsce startu, naciśnij przycisk Na start.
Po wykonaniu doświadczenia i wpisaniu wszystkich swoich wyników, naciśnij przycisk Licz, który obliczy średni czasu oraz średnią prędkość ruchu kolarza.
W sytuacji gdy chcesz zobrazować swoje pomiary, naciśnij na przycisk Wykres. Otrzymasz wówczas wykres zależności prędkości od czasu v(t) dla poruszającego się kolarza. Gdy naciśniesz jeszcze raz ten przycisk, to wyczyścisz obszar wykresu.
Po naciśnięciu przycisku Droga, pokaże Ci się sposób obliczania drogi kolarza, w sytuacji gdy znasz zależność v(t).
Przycisk Czyść tabelę, czyści twoje dane zawarte w tabeli.

II zasada dynamiki Newtona

Korzystając z tego programu, możesz doświadczalnie sprawdzić słuszność II zasady dynamiki Newtona.
Naciskając na przycisk Doświadczenie 1 – badasz zależność przyspieszenia ciała od działającej na to ciało siły wypadkowej (przy stałej masie układu). Masz do wyboru trzy sytuacje.
Jeśli chcesz przeprowadzić obserwację, ustaw kursor na wybranym przycisku np: F, kliknij na nim raz, lewym klawiszem myszy, wówczas zobaczysz schemat doświadczenia. Kliknij na nim drugi raz i obserwuj zachowanie się tych ciał!
Przycisk Nowy pomiar umożliwi Ci ponownie wybór.
Naciskając na przycisk Doświadczenie 2 – badasz zależność przyspieszenia ciała od jego masy (przy stałej sile). Masz do wyboru trzy sytuacje.
Ustaw kursor na wybranym ciele, kliknij na nim raz lewym klawiszem myszy, a wówczas zobaczysz schemat doświadczenia. Kliknij na wybranym ciele drugi raz i obserwuj, co się dzieje na ekranie.
Przycisk Nowy pozwoli Ci na wybranie nowego zestawu doświadczalnego.

Warunek pływania ciał

Korzystając z tego programu, możesz doświadczalnie zbadać siłę wyporu, działającą na ciało zanurzone w cieczy.
Po uruchomieniu doświadczenia masz do wyboru trzy ciała o różnej objętości, ale tej samej masie (tym samym ciężarze). Ustaw kursor myszy na wybranym ciele i kliknij na nim lewym klawiszem myszy. Nie zwalniając klawisza, przenieś ciało do naczynia z cieczą. Połóż je na powierzchni cieczy i obserwuj co dzieje się dalej.
Jeśli chcesz rozpocząć obserwację od początku, naciśnij przycisk Nowa symulacja.

Izochronizm wahadła

Korzystając z tego programu, możesz zbadać pewną zależność dla wahadła matematycznego – izochronizm.
Po uruchomieniu programu, wybierz przy pomocy suwaków wartości dwóch wielkości fizycznych: kąta wychylenia i liczby drgań wahadła. Następnie uruchom symulację naciskając przycisk Start.
Po zakończeniu pomiaru czasu naciśnij przycisk Tabela i umieść swoje dane w przygotowanej już tabeli - klikaj w odpowiednie pole za zerem.
Wróć do symulacji, aby przeprowadzić kolejne pomiary poprzez przycisk Powrót.
Po wykonaniu całego doświadczenia i wpisaniu wszystkich pomiarów, naciśnij przycisk Wykres, w celu zobrazowania swoich wyników.

Pobierz wszystkie projekty (ZIP 292 KB)

 

Wykorzystanie programów w szkole

Programy te proponuję zastosować na następujących zajęciach:

  • Program Ruch prostoliniowy jednostajny – na zajęciach Badanie ruchu jednostajnego prostoliniowego.
  • Program Ruch jednostajnie przyspieszony prostoliniowy na zajęciach - Droga w ruchu jednostajnie przyspieszonym prostoliniowym oraz Prędkość i przyspieszenie w ruchu jednostajnie przyspieszonym prostoliniowym.
  • Program II zasada dynamiki Newtona na zajęciach - Ruch ciała pod działaniem stałej siły oraz II zasada dynamiki.
  • Program Warunek pływania ciał na zajęciach - Prawo Archimedesa dla cieczy.
  • Program Izochronizm wahadła na zajęciach - Wahadło matematyczne.

 

Przykład wykorzystania programu Warunek pływania ciał

Temat lekcji: Prawo Archimedesa dla cieczy

Przebieg lekcji:

  1. Faza wprowadzająca:
    • sprawy organizacyjne (np: sprawdzenie obecności),
    • podanie tematu lekcji i zapoznanie uczniów z celami lekcji,
    • przypomnienie wiadomości o masie, gęstości ciał (wzór na gęstość) oraz wiadomości dotyczących obliczania ciężaru ciała (w sytuacji gdy znana jest jego masa).

      Chętni, zgłaszający się uczniowie, odpowiadając ustnie na pytania, za poprawną odpowiedź dostają plusy.
  2. Faza realizacyjna:
    • pomiar siły wyporu dla ciał o takiej samej objętości oraz badanie od czego zależy siła wyporu (kształt ciała i objętość),
    • zapis obserwacji i wyciągnięcie wniosków,
    • sformułowanie na podstawie powyższych obserwacji Prawa Archimedesa dla cieczy,
    • uruchomienie i przeprowadzenie programu Warunek pływania ciał,
    • zapis obserwacji i wyciągnięcie wniosków z przeprowadzonej symulacji.
  3. Faza podsumowująca:
    • określenie cech siły wyporu oraz wskazanie sposobów wyznaczania i obliczania siły wyporu,
    • określenie warunków: kiedy ciało pływa częściowo zanurzone, całkowicie zanurzone albo tonie,
  4. praca domowa:
    Uzupełnienie ćwiczeń w zeszycie ćwiczeń.
    • To ważne, czyli fizyka w pigułce,
    • Domowe laboratorium.

Zakończenie pracy poprzez uporządkowanie stanowisk pracy i wyłączenie komputerów.

 

Przykład wykorzystania programu Izochronizm wahadła

Temat lekcji: Wahadło matematyczne

Przebieg lekcji:

  1. Faza wprowadzająca:
    • sprawy organizacyjne (np: sprawdzenie obecności),
    • podanie tematu lekcji i zapoznanie uczniów z celami lekcji,
    • przypomnienie pojęć, służących do opisu ruchu drgającego oraz ich jednostek (drgania, położenie równowagi, amplituda, okres, częstotliwość), osoby chętne za poprawną odpowiedź otrzymują plusy.
    • wprowadzenie pojęcia wahadła matematycznego,
    • podział klasy na 2 osobowe grupy, zajęcie miejsc i uruchomienie komputerów.
  2. Faza realizacyjna:
    • uruchomienie przez uczniów programu Izochronizm wahadła i odczyt opisu doświadczenia komputerowego, zamieszczonego w tym programie,
    • przeprowadzenie doświadczenia i wyciągnięcie wniosków.
  3. Faza podsumowująca:
    • odczytanie przez przedstawicieli poszczególnych grup wniosków oraz ich zapis na tablicy,
    • omówienie wykresów,
    • zapoznanie uczniów z pojęciem izochronizmu,
  4. praca domowa:

Uzupełnij w zeszycie ćwiczeń z tematu Wahadło matematyczne rozdziały:

  • To ważne, czyli fizyka w pigułce,
  • “ Rozrywkowa” fizyka.

Zakończenie pracy poprzez uporządkowanie stanowisk pracy i wyłączenie komputerów.

 

Podsumowanie
Przedstawione programy (symulacje) mogą służyć jako pomoce dydaktyczne w nauczaniu fizyki i są przykładem wykorzystania komputera do nauczania tego przedmiotu w gimnazjum. Umożliwiają samodzielne odkrywanie wiedzy oraz pozwalają nauczycielom na uzupełnienie tradycyjnych metod nauczania. Zawierają wiele ciekawych elementów
i dlatego uczeń pracujący z tymi programami nie powinien się nudzić. W odróżnieniu od podręcznika młody człowiek znajdzie tu elementy ruchu, na ekranie będzie obserwować zmieniające się obrazy i w miarę możliwości ingerencji w ich przebieg. Programy te mają jeszcze inne zalety – uczeń zainteresuje się narzędziem, za pomocą którego powstały. Dlatego można je wykorzystać do nauki samego środowiska Logomocji. Nauka ta może odbywać się za pośrednictwem gotowych procedur. Proces edukacyjny może polegać na wykorzystaniu tych programów do innych bądź ich rozbudowywanie.
Myślę, ze uczeń zdolny, po zapoznaniu się z tymi symulacjami, zechce je dokładniej poznać i przeanalizować. Takie działanie może zachęcić uczniów do realizowania własnych pomysłów i rozwijania swoich zainteresowań.
Po zajęciach z wykorzystaniem powyższych symulacji przeprowadzałam rozmowy z uczniami. Informacje zwrotne były źródłem satysfakcji i sprowadzały się do wniosku o potrzebie korelacji “trudnej fizyki” z przyjazną dla ucznia LOGOMOCJĄ.

Literatura:

  1. Jochemczyk W., Materiały z kursów Logomocja, OEIiZK
  2. Walat A., Wprowadzenie do Logomocji, OEIiZK, Warszawa 2003
  3. Borowiecka A., Edytor postaci Logomocji, OEIiZK, Warszawa 2003
  4. Jochemczyk W. Krajewska-Kranas I. Kranas W. Wyczółkowski M.,
  5. Poradnik dla nauczyciela Lekcje z komputerem, WSiP, Warszawa 2003
  6. Logomocja, polska edycja Imagine obiektowe środowisko programistyczne
  7. Poznańska J. Rowińska M. Zając E. Podręcznik dla gimnazjalisty Ciekawa fizyka, WSiP, Warszawa 2003
  8. Francuz-Ornat G. Kulawik T. Kutajczyk T., Poradnik metodyczny Fizyka i astronomia dla gimnazjum, Nowa Era 2001

Webgrafia:

http://imagine.oeiizk.waw.pl
http://www.wsip.com.pl
http://zamkor.com.pl