Публикации и видеосюжеты

"Использование смартфонов и планшетных компьютеров в учебном физическом эксперименте". Статья С.В. Лозовенко, А.А. Паутова

 

С.В. Лозовенко, к.п.н., доцент МПГУ, учитель физики лицея №1501 г. Москвы,

А.А. Паутова, аспирант МПГУ, учитель физики ГБОУ СОШ №1035 г. Москвы

Аннотация: рассмотрена проблема применения мобильных устройств в учебном физическом эксперименте.

Abstract: The paper considers the issue of mobile devices application in academic physical experiment.

Ключевые слова: мобильные устройства, учебный физический эксперимент.

Key words: mobile devices, academic physical experiment.

 

Мы живем в век стремительного развития цифровых технологий, когда компьютеры и другие технические средства связи становятся все более мобильными и общедоступными. Сложно представить современного школьника без телефона или планшетного компьютера, т.е. так называемых «гаджетов». Поэтому сегодня в педагогическом обществе все больше и больше обсуждается вопрос о пользе или вреде этих устройств. Все чаще и чаще мы сталкиваемся с ситуацией, когда ребенок на уроке увлечен не объяснением учителя или выполнением задания, а компьютерной игрой, социальной сетью и т.п. Не обращать внимания на это учитель не может, что, безусловно, ведет к конфликтным ситуациям, так как современные дети очень хорошо ориентируются в законах, особенно в тех, что «им на руку». Прогресс не остановить и учитель становится заложником ситуации. Можно конечно все запретить и лучше, если это будет сделано на законодательном уровне (как с ЕГЭ). Но можно пойти и другим путем, когда эти устройства, благодаря своим современным возможностям, станут еще одним инструментом или средством обучения на уроке.

Проанализировав опыт многих учителей, описанный в интернет-сообществах, можно выделить ряд обучающих функции мобильных устройств на уроках физики. Они могут использоваться в качестве:

  • калькулятора (с одной стороны конечно на физике (даже на ЕГЭ) разрешено использование калькулятора, но с другой стороны применение его в «мобильной» версии приводит к тому, что на ЕГЭ ученик не имеет других инструментов для расчетов);
  • таймера или секундомера при проведении экспериментов;
  • фотоаппарата или видеокамеры, для записи домашнего задания или демонстрационного эксперимента;
  • физического объекта при изучении тем «Электромагнитная индукция», «Электромагнитные волны», «Поляризация света»;
  • устройства быстрого выхода в Интернет для поиска той или иной информации.

Кроме этого, поскольку современные смартфоны и планшеты оснащаются все большим числом встроенных датчиков; это позволяет использовать их как мобильные цифровые лаборатории для проведения физических исследований, как на уроках, так и в проектно-исследовательской деятельности. Так, например, смартфон GALAXY S4 оснащен датчиками:

  • температуры и влажности для определения уровня температуры и влажности окружающей среды;
  • для измерения интенсивности света;
  • акселерометром для отслеживания движения смартфона и подсчета количества шагов, сделанных пользователем;
  • барометром для измерения атмосферного давления в текущем местоположении владельца смартфона и определения высоты над уровнем моря.

Использовать встроенные датчики в физическом эксперименте позволяет специальное программное обеспечение, которое распространяется бесплатно и может быть загружено с сервисов Google play для планшетов на базе системы Android и AppStore для устройств с системой iOs. Программы позволяют измерять различные величины, данные о которых поступают с датчиков, и строить графики их изменения со временем.

Таким образом, у учителя есть множество возможностей по организации обучения физике с помощью современных технологий, что может сделать его более интересным и привлекательным для учащихся.

Рассмотрим пример использования планшета на уроке физики в качестве самостоятельной системы сбора данных.

Для планшетов на базе системы Android существует программа Physics Toolbox Magnetometer, позволяющая измерять индукцию магнитного поля в данной точке пространства и наблюдать на графике её изменение  с течением времени относительно трёх координатных осей (рис. 1). Для планшетов на базе iOs существует аналогичная программа Teslameter 11th. Учащимся, имеющим устройства на базе Android или iOs, учитель предлагает заранее через интернет установить соответствующую программу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1

На уроке в процессе изучения темы «Индукция магнитного поля» в качестве фронтального эксперимента учащиеся с помощью данной программы измеряют индукцию магнитного поля в данной точке. Учащихся объединяют в группы так, чтобы у каждой группы был планшетный компьютер. Результаты измерений они записывают в тетради.

 

Фронтальный эксперимент «Изучение индукции магнитного поля»

1. Измерение индукции магнитного поля Земли

1.1. Откройте на своём планшете программу для изучения индукции магнитного поля: "Physics Toolbox Magnetometer" или "Teslameter 11th"

1.2. Запишите значение индукции магнитного поля в мкТл, которую измеряет ваш планшет.

1.3. Сравните значение, полученное в вашей группе, со значениями, полученными в других группах. Ответьте, почему они могут отличаться?

2. Изучение зависимости индукции магнитного поля от расстояния до источника поля.

2.1. Определите положение датчика магнитного поля в вашем устройстве. Постепенно обносите магнит по периметру планшетного компьютера. В том месте, где значение индукции магнитного поля будет максимальным, находится датчик. Помните, что длительный контакт планшета или смартфона с магнитом может привести к потере информации.

2.2. Расположите постоянный магнит на расстоянии 5 см от датчика магнитного поля.

2.3. Измерьте индукцию магнитного поля, создаваемую магнитом в точке нахождения датчика. Учитывайте, что магнитное поле Земли по-прежнему действует на датчик.

2.4. Постепенно увеличивайте расстояние между датчиком и постоянным магнитом. Измерьте индукцию магнитного поля на расстоянии 10 см и 15 см от датчика.

2.5. Сделайте вывод о зависимости индукции магнитного поля от расстояния.

Результатом проведения данного эксперимента будет более чёткое представление учащихся о понятии индукции магнитного поля и факторах, влияющих на её значение. В качестве домашнего задания учащимся можно предложить измерить индукцию магнитного поля у них дома, сравнить её с результатами, полученными в классе, и исследовать, влияют ли включенные электробытовые приборы, например, холодильник и компьютер, на её значение.

Отдельно хотелось бы остановиться на особой системе связи, позволяющей устройству измерения и обработки данных (УИОД) LabQuest 2 (см. рис.2) передавать в режиме реального времени данные измерений и экспериментов на мобильные устройства учащихся и управлять процессом измерения данных с этих устройств.

Рис.2

Это устройство выпускается американской компанией Vernier и поставляется в школы Производственно консультационной группой «Развитие образовательных систем». Возможности использования этого устройства в исследовательской деятельности учащихся описаны в работе «Цифровые лаборатории в исследовательской работе учащихся по физике» [1].

В LabQuest2 реализуется система (Connected Science System), позволяющая через сеть wi-fi наблюдать, собирать и анализировать экспериментальные данные на устройствах с совместимым браузером − iPad, мобильных устройствах на базе Android, iPhone и др.

Данная технология позволяет:

  • превратить любой эксперимент из демонстрационного в лабораторный, так как каждый ученик может следить за ходом эксперимента и анализировать данные со своего мобильного устройства;
  • экспериментальные данные по определенному адресу в локальной компьютерной сети по протоколу wi-fi, что позволяет через браузер с любого ноутбука (нетбука), подключенного в эту же сеть, наблюдать за ходом эксперимента;
  • реализовать в любом классе модель "1 ученик − 1 компьютер", используя личные планшеты и смартфоны учащихся;
  • организовать групповую работу учащихся по выполнению одного и того же задания, или разных заданий одного большого исследования, используя один LabQuest2 на группу и личные мобильные устройства (например, изучение силы трения: одна группа исследует независимость силы трения от площади соприкосновения, другая − измеряет силу трения скольжения, третья − находит силу трения качения);
  • передавать данные эксперимента по электронной почте (е-mail) учащимся для организации интерактивной домашней работы;
  • проводить исследования вне школы, потому что LabQuest2, будучи сам точкой "раздачи" wi-fi, позволяет организовать трансляцию экспериментов на мобильные устройства, присоединенные к этой сети.

Приведем пример демонстрации «Равноускоренное прямолинейное движение» с использованием LabQuest2 и планшетного компьютера [2]. В эксперименте данные о координате, скорости и ускорении тележки, движущейся вверх и вниз, получаем с помощью датчика расстояния (рис. 3), а графический вид этих величин, переданный по интернету, учащиеся получают на свои планшетные компьютеры или смартфоны (рис. 4).

Рис. 3

 

Рис.4

Далее учащиеся могут провести анализ графиков, получить функциональные зависимости, соответствующие реальному эксперименту, и сделать выводы (рис.5).

Рис.5.

Такое использование мобильных устройств не только повысит интерес учащихся к предмету, но и существенно модернизирует формы организации образовательного процесса. А также создаст новые возможности организации современного цифрового класса.

Литература:

  1. Лозовенко С.В. Цифровые лаборатории в исследовательской работе учащихся по физике. Физика в школе № 3, 2013, с. 28−33
  2. Физика с Vernier. Перевод с английского. ПКГ «Развитие образовательных систем», М., 2012. 240 с.
Facebook YouTube Вконтакт Flickr