Компьютерный измерительный комплекс «Учебная лаборатория «ИТМ»

в демонстрационном физическом эксперименте

Ю.В.Литвинов

Демонстрационный эксперимент является неотъемлемой составляющей учебного процесса дисциплин естественнонаучного цикла. Развитие компьютерных технологий вызвало появление новых средств обучения, предназначенных для автоматизации эксперимента и обработки результатов измерений. Одним из таких средств является компьютерный измерительный комплекс «Учебная лаборатория« ИТМ ».

В комплект изделия входит электронный блок, подключаемый к компьютеру, набор датчиков измерения физических величин и программное обеспечение.

Компьютерный измерительный комплекс обеспечивает выполнение следующих функций:

- Одновременное измерение одной или нескольких физических величин;
- Отображение результатов измерений в виде цифрового табло, таблиц, графиков на экране компьютера или проекционном экране;
- Запись (сохранение) результатов измерений;
- Экспорт данных измерений в электронные таблицы Excel;
- Синхронная запись данных измерений, видеоизображений и звука в ходе эксперимента;
- Возможность изменения масштаба времени при изучении быстрых и длительных процессов;
- Активации процесса измерений по амплитуде измеряемого сигнала или импульсу внешней синхронизации
- Управление вспомогательными внешними приборами (нагреватели, электромагниты, двигатели и т.п.);
- Создание мультимедийного проекта эксперимента (в составе текстового файла описания, видеоролика, текстового файла с пояснениями сущности эксперимента, группы файлов с данными хода эксперимента) с возможностью последующего воспроизведения на любом компьютере.

Измерительный комплекс может использоваться как при постановке «живого» эксперимента, так и для создания самостоятельных электронных дидактических ресурсов. Традиционные средства измерения во многих случаях не обеспечивают изучение количественных характеристик явления, непосредственно во время проведения демонстрации. Это связано с тем, что осуществление измерений, вычисления и построение графиков требует затрат времени. С помощью измерительного комплекса решается проблема одновременного исследования физического явления и связей параметров. Исключение временного разрыва между зрительным восприятием явления и его количественных характеристик способствует экономии учебного времени и улучшает процесс восприятия материала. Изучение многих явлений осложняется из-за отсутствия зрительной информации об объектах исследования. Нестационарные процессы, происходящие в электрических цепях, невидимы, а связи между параметрами не очевидны. Несмотря на совершенство и простоту теоретического материала, ученики неуверенно объясняют сущность происходящего в реальных электрических цепях. Измерение параметров процессов, обработка результатов измерений и представление их в виде графиков значительно повышает эффективность восприятия и усвоения учебного материала. Рисунок 1

Рисунок 1. Затухающие электрические колебания в контуре (слева) и петля магнитного гистерезиса (справа).

Широкие возможности открывает учителю режим совместной работы измерительного комплекса с источником видеосигнала. Возможность подключения видеокамеры для получения увеличенного видеоизображения существенных деталей опыта или объекта исследования с одновременным отображением результатов измерений, позволяет увеличить содержательность и обеспечить видимость при проведении демонстрации. Большое количество изучаемых процессов – скоротечны, т.е. происходят в течение времени, которого недостаточно, чтобы ученик понял их сущность. Для установления причинно-следственных связей при изучении таких процессов, эксперимент можно записать и воспроизвести в замедленном темпе. Это поможет адаптировать скорость просмотра к физиологическим возможностям восприятия человека. К тому же запись можно останавливать, просматривать покадрово, чтобы сосредоточить внимание учеников на важных моментах обсудить их или дать пояснения. Длительные процессы занимают много времени и также представляют проблему экспериментального исследования в рамках урока. Демонстрация длительных процессов осуществляется с помощью воспроизведения их записей в ускоренном темпе.

Оборудование полностью совместимо с мультимедийными и интерактивными средствами обучения и может управляться непосредственно с помощью интерактивной доски. Рисунок 2.

Рисунок 2 Отображение исследуемого объекта и результатов измерений на интерактивной доске.

Записанный эксперимент может быть использован в целях создания;

- учебного средства замещения натурного эксперимента (когда проведение или подготовка демонстрации требует больших затрат времени, дорогостоящих, вредных, опасных материалов и т.п.);

- методического пособия для учителя по проведению демонстрации;

- инструкции для ученика при подготовке к проведению лабораторной работы;

- учебного средства для самостоятельной учебной деятельности ученика;

- библиотек электронных дидактических материалов (в том числе и для использования при дистанционном методе обучения).

Использование компьютерного измерительного комплекса «Учебная лаборатория «ИТМ» дает возможность расширить круг учебных демонстраций за счет автоматизации измерений и обработки их результатов. Наличие большого количества функциональных возможностей, позволяет повысить качественный уровень «живых» демонстраций, а также, создавать самостоятельные электронные дидактические ресурсы на основе данных реальных экспериментов. «Учебная лаборатория «ИТМ» способствует реализации творческого потенциала учителя в ходе планирования, подготовки и проведения демонстраций по физике.

Довідка про автора.

- Прізвище, ім’я, по батькові (повністю). Литвинов Юрій Вікторович

- Повна назва та поштова адреса організації, яку представляє автор.

Харківський Національний педагогічний Університет

ім. Г.С. Сковороди, м Харків, вул. Блюхера, буд.2.

- Посада - Доцент кафедри фізики ХНПУ

- E-mail. litvinov_uv@ukr.net