Обучающий семинар-практикум для учителей физики «Применение виртуальной лаборатории Phet «Электрическая цепь постоянного тока» в процессе обучения физики»

Автор: Ожиганова Оксана Николаевна

Организация: БОУ «Нюксенская СОШ»

Населенный пункт: Вологодская область, Нюксенский район, с.Нюксеница

Семинар разработан для молодых учителей физики, работающих в основной школе.

Одной из современных форм обучения физике является виртуализация информационной среды с целью визуального моделирования физических явлений и процессов реального мира. Среди методов наиболее эффективным можно назвать виртуальный эксперимент, проводимый в рамках виртуальной лаборатории.

Основная часть семинара – это практические задания с использованием виртуальной лаборатории Phet «Электрическая цепь постоянного тока». В ходе семинара участники получат возможность разработать домашние практические работы для учеников 8 класса по темам «Закон Ома для участка цепи», «Изучение последовательного соединения проводников», «Изучение параллельного соединения проводников».

Регламент- 60 минут

Цель семинара: оказание практической методической помощи молодым педагогам по применению виртуальной лаборатории Phet «Электрическая цепь постоянного тока».

Задачи семинара:

- систематизировать знания по теме «Физический эксперимент как метод научного познания»;

- показать возможности применения виртуальной лаборатории Phet в процессе обучения физики по теме «Постоянный ток»;

- передать опыт конструирования практических работ с применением виртуальной лаборатории Phet.

Предварительная подготовка: разработка презентации к семинару, подготовка раздаточного материала.

Оборудование: мультимедийная установка (ноутбук, проектор, экран), компьютеры для каждой группы, раздаточный материал.

 

 

Ход семинара

 

1. Организационный этап

При входе в аудиторию на столе разложены портреты ученых физиков (Приложение 1). Учителя входят в аудиторию и выбирают один из портретов.

- Здравствуйте, участники семинара! Сегодня замечательный день, потому что… Продолжите, пожалуйста, фразу.

 

1. Мотивационный этап

-Коллеги, давайте перечислим этапы в порядке их последовательности:

1) наблюдение явления и установление закономерностей явления; 2) выдвижение гипотезы для объяснения закономерностей; 3) создание модели явления и экспериментальная проверка выдвинутой гипотезы; 4) открытие физических законов или создание физической теории; 5) объяснение других явлений на основе открытого закона или выдвинутой теории.

- Обучение школьников методам самостоятельного получения новых знаний, методам научного познания – это центральные элементы современной системы естественно-научного образования. Их роль, как системообразующих элементов, особенно возрастает в условиях реализации Федерального государственного образовательного стандарта основного общего образования, в условиях модернизации отечественного школьного физического образования, в условиях, создаваемых образовательными организациями для изучения физики на углублённом уровне уже в 7-9 классах.

3.Этап актуализации знаний

 

- Одной из важнейших особенностей физики, отличающей ее от других наук, является использование особого инструмента познания, называемого экспериментом (от лат. experimentum – наглядный довод, доказательство, основанное на опыте).

- Вставьте пропущенные слова (текст на слайде):

Школьный физический эксперимент – это воспроизведение физического … (явления) на уроке с помощью специальных …(приборов) в условиях, наиболее доступных для его проведения. Это отражение научного метода познания.

Школьный физический эксперимент выполняет функции: 1) служит источником … (физического знания), 2) является …(методом) обучения, 3) является одним из видов … (наглядности).

- Назовите виды школьных физических экспериментов:

1. Демонстрационные опыты (эксперименты);
2. Фронтальные лабораторные работы, опыты, наблюдения;
3. Физический практикум;
4. Внеклассные (домашние) опыты и наблюдения;
5. Экспериментальные задачи.
6. Виртуальный эксперимент (если участники семинара не называют виртуальный эксперимент, то ведущий демонстрирует «Короткое замыкание» с помощью симулятора PhET.

1. Этап усвоения новых знаний и способов действия

- Виртуальный эксперимент, появился недавно, его применение диктуется временем, т.к. цифровая грамотность является одной из важнейших компетенций современного учителя и ученика.

- Согласно ГОСТу Р 57721-2017 виртуальным называется эксперимент, основанный на технологиях мультимедиа, эмуляции, виртуализации и виртуальной реальности, способный полностью или частично заменить аналогичный традиционный натурный эксперимент.

- Одна из наиболее популярных виртуальных лабораторий — PhETInteractiveSimulations. В аббревиатуре проекта «PhET» заложены слова «технология физического образования». Однако PhET вскоре расширилась за счёт других естественно-научных дисциплин. В настоящее время создатели проекта разработали и выпустили более 150 бесплатных интерактивных симуляций по физике, химии, биологии, наукам о Земле и математике. По физике 54 интерактивные модели.

- Когда вы зашли в класс, то взяли один из портретов физиков. Эти портреты, подскажут вам, по какому разделу физики мы рассмотрим интерактивные модели (электрические явления, постоянный ток). Я прошу вас разделиться на группы по выбранным вами портретам.

- В виртуальной лаборатории PhET разработаны симуляторы по темам:

1.Электрическая цепь;
2. Сопротивление проводника;
3. Закон Ома для участка цепи;
4. Переменный ток;
5. Построение электрических схем. Переменный ток.

- В симуляторах PhET заложена великая возможность как не отбить окончательно интерес учеников, в том числе "слабых", к физике. Для визуалов - анимированные картины, для аудиалов - звуки, явления представлены на всевозможных кодах: и как макро, где надо - параллельно еще и как микро, и на феноменологическом уровне, и на языке энергии и импульса. А, главное, реализован образ физической науки как науки не математической, а экспериментальной. Наиболее частые слова в пояснениях и заданиях к симуляторам: смотри, наблюдай, выбери, включи, экспериментируй, исследуй и пр., такая физика входит в ребенка через его личные действия и ощущения природы, становится его физикой.

-Теперь возникает вопрос, когда целесообразнее использовать данные симуляции? Я в своей практике, использую их как домашнее задание перед выполнением реальных лабораторных работ. Получается, что ребенок сначала тренируется, используя виртуальную лабораторию, а затем применяет полученные навыки на уроке. Практика показывает, что ученики меньше допускают ошибок, увереннее себя чувствуют при выполнении лабораторной работы и значительно меньше тратят времени.

- Приступим к практической части семинара. Рассмотрим структуру и функционал виртуальной лаборатории «Электрическая цепь постоянного тока»

Стройте схемы с батарейками, лампочками, резисторами и переключателями. Исследуйте взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением.

Лаборатория

Экспериментируйте с проводниками и изоляторами, проводите измерения с помощью лабораторного оборудования.

 

 

Особенности управления

• Клавиша Delete может использоваться для удаления выбранного компонента схемы или вырезания выбранного соединения.

 

Допущения, принятые в модели

• Как электроны, так и обычные представления тока являются мультяшными и не идеально моделируют ток в цепи. Их скорость и плотность являются приближением, и их не следует понимать буквально. Течение анимации будет приостановлена во время перетаскивания элемента схемы.
• Появление огня обозначает короткое замыкание или очень высокий ток (более 15 ампер). Когда ток очень велик, моделирование не может должным образом анимировать ток, поэтому скорость моделирования будет уменьшена и на экране появится предупреждение.

Провода не идеальны (минимальное удельное сопротивление 10^-5 Ом⋅м), а длинные провода могут влиять на ток в цепи, так как сопротивление пропорционально длине. Чтобы найти сопротивление для любого отрезка провода в полной цепи, измерьте ток и напряжение и используйте закон Ома для вычисления сопротивления.

• Если короткое замыкание вводится параллельно, остальная часть цепи, скорее всего, будет продолжать иметь ненулевой ток (из-за удельного сопротивления провода), но электроны будут казаться замороженными (из-за снижения скорости анимации).
• Бесконтактные амперметры существуют, хотя обычно используются для измерения ~1- 1000 ампер. Для удобства зонд может считывать поверх всех элементов схемы, включая реалистичные границы батарей и лампочек. Виртуальная лабораторная версия этого симулятора не включает в себя бесконтактный амперметр.
• При значении тока (0 а, 0,02 а) к показаниям амперметра добавляется третий десятичный знак.

• Датчики вольтметра считывают данные в любом месте в пределах концов компонента.

Иногда это может создать иллюзию, что зонды не контактируют с проводящими частями компонента.

• Батареи с внутренним сопротивлением моделируются как батарея и последовательно соединённый резистор. Поэтому падение напряжения на батарее в полной цепи будет равно нулю (если только сопротивление провода не велико).
• Цветные полосы на резисторах точно представляют сопротивление в пределах ±5%, как указано золотой полосой допуска.
• Карандаш имеет сопротивление 25 ом, которое учитывает его грифель (графит/глина), а не деревянный корпус.
• Электрическая лампочка ведет себя Омически, хотя более реалистичная неомическая лампа будет добавлена позже.
• Яркость лампочки пропорциональна мощности через лампочку (P=U²/R), а максимальная яркость достигается при 2000 Вт.

Когда предохранители соединены последовательно и ток внезапно превышает наивысшую номинальную мощность (например, увеличение напряжения при разомкнутом выключателе, а затем замыкание выключателя), один предохранитель будет случайным образом перегорать независимо от номинальной мощности тока.

- Сейчас каждая группа на своем компьютере должна выполнить обучающее задание 1, текст задания расположен на рабочем столе компьютера

Обучающие задание №1

1. Перейдите по ссылке https://phet.colorado.edu/sims/html/circuit-construction-kit-dc-virtual-lab/latest/circuit-construction-kit-dc-virtual-lab_ru.html в виртуальную лабораторию «Электрическая цепь постоянного тока».
2. Соберите электрическую цепь, состоящую из источника тока, резистора, лампы, амперметра, ключа, вольтметра.
3. Укажите силу тока и напряжение на лампе и резисторе.

-Предлагаю посмотреть работы детей, выполненные по аналогичному заданию

- Переходим к выполнению второго обучающего задания, текст задания расположен на рабочем столе компьютера.

Обучающие задание № 2

1. 1. Перейдите по ссылкеhttps://phet.colorado.edu/sims/html/resistance-in-a-wire/latest/resistance-in-a-wire_all.html?locale=ru в симулятор «Сопротивление проводника от его геометрических параметров»
2. Выполните практическую работ «Исследование зависимости сопротивления проводника».

Цель: выяснить зависимость сопротивления проводника от удельного сопротивления, длины и площади поперечного сечения.

Ход работы:

Заполните таблицы и сделайте вывод каждому эксперименту

	Удельное сопротивление	Длина проводника	Площадь поперечного сечения	Сопротивление
1	0,3	const	const
2	0,6	const	const

Вывод: при неизменной длине и площади поперечного сечения проводника, чем ________ удельное сопротивление, тем ____________ (или сопротивление проводника _____________ удельному сопротивлению)

	Удельное сопротивление	Длина проводника	Площадь поперечного сечения	Сопротивление
1	const	10	const
2	const	20	const

Вывод: при неизменном удельном сопротивлении и неизменной площади поперечного сечения проводника, чем ________ длина, тем ____________сопротивление (или сопротивление проводника _____________ длине)

	Удельное сопротивление	Длина проводника	Площадь поперечного сечения	Сопротивление
1	const	const	5
2	const	const	15

 

 

 

Вывод: при неизменном удельном сопротивлении и неизменной длине проводника, чем ________ площадь поперечного сечения проводника, тем ____________сопротивление (или сопротивление проводника _____________ длине)

Сделайте общий вывод по работе.

 

- Я вам предлагаю посмотреть, как данную практическую работу выполнила ученицы 8 класса.

 

 

 

 

 

 

 

1. Этап применения знаний на практике

- Сейчас я предлагаю каждой группе разработать практическую работу с применением виртуальной лаборатории «Электрическая цепь постоянного тока» для учеников 8 класса.

- 1 группа: практическая работа «Проверка закона Ома для участка цепи»;

- 2 группа: практическая работа «Изучение последовательного соединения проводников»;

- 3 группа: практическая работа «Изучение параллельного соединения проводников».

6. Этап представления усвоенных знаний

Участники групп представляют свои разработки. Другие участники становятся потенциальными «учениками».

Обсуждение работы групп.

- В завершении работы предлагаю рассмотреть достоинства и недостатки виртуального эксперимента. У каждой группы есть конверт с утверждениями.

Утверждения:

1. Пользователи могут проводить эксперименты и тренировки в безопасной виртуальной среде, не подвергая себя или окружающих реальным опасностям.
2. Не развивают практические навыки по измерению величин
3. Отсутствует предметная наглядность.
4. Виртуальные симуляторы и виртуальные лаборатории могут быть доступны в любое время и место через компьютеры или другие устройства с подключением к интернету.
5. Виртуальные симуляторы и виртуальные лаборатории могут ограничены в покрытии определенных тем и требовать компьютерного оборудования и доступа в Интернет.
6. Позволяют снизить затраты на оборудование, расходные материалы и обслуживание реальных лабораторий.
7. Нет тактильных ощущений.
8. Пользователи могут активно взаимодействовать с виртуальной средой, изменять параметры и условия эксперимента, анализировать результаты и получать обратную связь.
9. Ограниченный характер взаимодействия учащегося с исследуемым объектом.
10. Виртуальные симуляторы и виртуальные лаборатории позволяют обучаться и проводить эксперименты удаленно, что особенно актуально в случае дистанционного обучения.

 

Чтобы вы отнесете к достоинствам, недостаткам?

- Проверяем, что у вас получилось?

Вывод: использование виртуальных симуляторов и виртуальных лабораторий целесообразно для оценки образовательных достижений школьников разного возраста в области освоения методов научного познания и в процессе обучения, но реальный эксперимент все равно должен оставаться на первом месте.

7.Этап рефлексии

- Перед вами на чемодан, мясорубка, корзина

- Чемодан- всё это пригодится в дальнейшем; мясорубка - информацию переработаю; корзина все выброшу.

-Как вы поступите с информацией, полученной в ходе семинара? Выскажите своё мнение.

 

 

 

8. Заключительный этап

- Я хочу поблагодарить участников семинара за продуктивную работу. И завершить семинар хочется словами слова Леонард да Винчи «Знания, не рождённые опытом, матерью всякой достоверности, бесплодны и полны ошибок».

Список литературы:

1. Виртуальные эксперименты в обучении физике. Монография. –Уссурийск: Изд. Филиала ДВФУ в г. Уссурийске, 2012. –184 с.
2. Иванчук, О. В. Виртуальный эксперимент как метод активизации познавательной деятельности при изучении по физики / О. В. Иванчук, Е. В. Плащевая // Мир науки. Педагогика и психология. — 2023. — Т. 11. — № 2. — URL: https://mir-nauki.com/PDF/21PDMN223.pdf
3. Лысова Н. Н. Урок физики в современной школе: физический эксперимент // .2022. №50 (95). URL: https://scilead.ru/article/3502-urok-fiziki-v-sovremennoj-shkole-fizicheskij-
4. М.-Л.А. Чепа, Н.М. Бугаeва. Проблемы обеспечения валидности эксперимента в условиях виртуальной среды / Экспериментальный метод в структуре психологического знания. - М., 2012. - С. 82-86
5. Методические рекомендации к интерактивным виртуальным лабораторным и практическим работам по предметам, изучаемым на углубленном уровне основного общего образования. Физика. - М.: ИСРО РАО, 2021. – 55 с.

 

 

 

1. file0.docx (3,0 МБ)

Опубликовано: 23.11.2025