На чтение: ≈ 12 мин.За последние годы появился целый арсенал дополнительных средств обучения, о которых еще 10 лет назад нельзя было и мечтать. К ним относятся и видеовозможности при проведении урока по физике. Приведем несколько примеров использования ИКТ на занятиях, реализованных нами на практике.
Наиболее простым считается применение на уроках готовых видеороликов экспериментов. Благодаря реализации программы информатизации школ учителю сейчас доступны видеоролики, которые в школы поступили на мультимедийных дисках. Кроме того, богатые коллекции сюжетов можно найти в Интернете. Так, кафедра общей физики МГУ записала и разместила подборку видеоэкспериментов по адресу http://genphys.phys.msu.ru. Из CD наиболее полные коллекции видеороликов представлены на электронных библиотеках наглядных пособий разных производителей – 1С, «Дрофа», «Физикон», «Кирилл и Мефодий». Их демонстрация особенно ценна для учителя в случае, когда проведение какого-то эксперимента в конкретной школе затруднено или просто невозможно в силу каких-либо причин.
Во внеурочной деятельности можно использовать домашние экспериментальные задачи и видеозадачи. В частности, очень интересные диски с большим набором такого рода заданий созданы коллективом педагогов Казанского университета. Видеозадача включает видеоролик, во время просмотра которого формулируется задача для учеников. Например, в столичном лицее №1502 проводятся обсуждения решения видеозадач в рамках тематического раздела лицейского форума. Решение домашних экспериментальных задач мы предлагаем детям фиксировать на цифровом фотоаппарате или видеокамере в виде коротких роликов и сопровождать комментарием.
Для расширения поля зрения учеников, особенно во время экспериментов, для правильного восприятия которых нужно сосредоточить внимание на предметах небольшого размера, во время урока может быть использована видеокамера. Школьный осциллограф, как известно, имеет небольшие габариты, а зрение большинства учеников, увы, не отличается остротой. Поэтому регистрация физических процессов осциллографом при проведении лабораторных работ весьма наглядна, но в демонстрационных опытах, увы, мало информативна.
Однако если перед экраном осциллографа разместить web-камеру, ситуацию можно кардинально изменить (фото 1).
Картинка с web-камеры через USB-кабель подается на учительский компьютер и отображается в специальном окне программы, управляющей работой этого устройства (фото 2). Мультимедийный проектор, который выводит изображение экрана компьютера на настенный экран в классе, может дополнительно увеличить изображение экрана осциллографа, так как в меню проектора заложена возможность вырезания части изображения экрана компьютера и растяжения выбранной нами части на всю площадь проекции. Достаточно несложными манипуляциями в меню настроек можно добиться, чтобы изображение монитора осциллографа полностью совпадало с границами настенного экрана.
Но использование web-камеры не всегда дает качественное изображение, так как не позволяет получить зачастую хорошее разрешение экрана и частоту кадров, необходимую для отражения эксперимента в режиме on-line. И тут можно предложить новое оборудование, разработанное для физического эксперимента компанией «Школьный мир» под торговой маркой L-micro.
Компания предлагает оборудование, включающее видеокамеру Webbers, которая проста в эксплуатации и использует для получения изображения программу Scopephoto. Адаптированную видеокамеру мы подключаем к мини-ноутбуку Asustek (фото 3). Камера Webbers позволяет вести как микро-, так и макросъемку физических экспериментов. Ее можно рассматривать как приставку к спектроскопу и как составную часть микроскопа, что дает возможность использовать изделие в демонстрационных экспериментах и учебно-исследовательской работе школьников.
Видеокамеры помогают расширить представления детей о наблюдаемых явлениях. Это особенно наглядно проявляется при изучении разделов молекулярной физики (можно наблюдать броуновское движение, капиллярные эффекты и искривление поверхности вследствие действия сил поверхностного натяжения), электрического тока в различных средах (газовый разряд в трубках), волновой оптики (интерференция, дифракция, дисперсия), строения атома и атомного ядра (элементы спектроскопии) и так далее.
Диапазон применения подобного комплекта в исследовательских проектах достаточно велик и может включать в себя почти все разделы курса физики. Возможности программы видеокамеры таковы, что позволяют получать фото или видеоролик эксперимента, редактировать его, применять встроенную программу графической коррекции изображения, сохранять и импортировать результаты эксперимента в файл формата .bmp.
Следующая обширная область применения видео на уроках физики в современной школе – это появившиеся в последнее время возможности видеоанализа изображения. Это позволяет, например, программа Multilab, входящая в программное обеспечение цифровой лаборатории «Архимед»*. Она обладает мощным аппаратом оцифровки и последующего анализа движения произвольного объекта, зафиксированного в процессе видеосъемки. Видеофильм, демонстрирующий плоское движение, с ее помощью можно превратить в источник количественных данных об этом движении. Для успешного использования модуля видеоанализа программы Multilab результат видеозаписи должен быть представлен файлом видеоформата QuickTime (файлы .mov или соответствующим образом закодированные файлы .avi).
Видеоанализ был использован учителем физики питерской школы №138 Илзе Филипповой в проектной работе с учениками 10-го класса. Работа проводилась в первом полугодии учебного года параллельно с изучением законов механики. Для ее выполнения были организованы группы из 2-3 учеников, каждая из которых получила индивидуальное задание, включающее в себя несколько этапов:
видеосъемка короткого фильма, демонстрирующего плоское движение (например, движение по наклонной плоскости, движение тела, брошенного под углом к горизонту, отскоки шариков из разного материала от гладкой поверхности и так далее);
перевод отснятого цифровой видеокамерой материала в формат QuickTime на компьютере фирмы Apple с помощью программы iMovie или на PC с помощью программы QuickTime Pro. Особенность этого ПО в том, что оно позволяет управлять параметрами выходного файла. Мы выбирали частоту кадров 50 кадров в секунду;
обработка полученного видеофайла в программе Multilab, оцифровка траектории. Щелчком мыши на каждом кадре создается метка на предмете, движение которого изучается. Программа автоматически заполняет таблицу данных (две декартовые координаты метки и по номеру кадра – время от начала видеоролика) и строит графики движения. После этого выполняется математическая обработка данных. В зависимости от поставленной в конкретном видеопроекте задачи процедура математической обработки была разной. Сюда входили дифференцирование зависимости координат от времени для получения информации о скорости и ускорении, получение траектории движения, аппроксимация полученных графиков полиномами разных степеней, сглаживание и так далее;
анализ полученных графиков и решение поставленной физической задачи. Типичные темы проектов касались движения тела по мертвой петле, движения по наклонной плоскости, упругих и неупругих столкновений;
составление отчета, который требовалось представить в виде HTML-документа. Пример такого документа можно найти по адресу http://school.ort.spb.ru/library/physics/publ/pavlovitch/first.htm.
Применение подобного высокоинтеллектуального оборудования на уроках физики позволяет получить новые образовательные результаты, то есть приводит к высокому уровню сформированности мотивации к обучению, экспериментальных исследовательских, информационных и телекоммуникационных умений, познавательной самостоятельности, толерантности и коммуникативных качеств у подавляющего большинства учеников общеобразовательной школы.
Возможность размещения результатов своих исследований в цифровом формате на различных ресурсах в сети Интернет, а также участия в исследовательской работе с применением видеоанализа позволяет ребятам выполнять свои задачи в тесном сетевом контакте с учениками других школ и регионов России. А это, в свою очередь, помогает приблизиться при изучении физики к стандартам, принятым современными научными исследованиями.
Илзе ФИЛИППОВА, учитель физики школы №138, Санкт-Петербург;
Мария ПЕТРОВА, учитель физики лицея №1502, Москва
Выбор читателей
Комментарии