(800) 555-09-55
звонок по России бесплатно
(495) 640-63-41 тел. в Москве

"Новые видеовозможности на уроке физики"

Статья опубликована в журнале "ИКТ в образовании", № 15(27) от 5 августа 2008 г., тираж выпуска - 5000 экземпляров.
  • "ИКТ в образовании"


Авторы: Филиппова И.Я, к.ф.-м. наук, учитель физики школы №138, г. Санкт-Петербург
                Петрова М.А., к.п. наук, учитель физики Лицея №1502 при МЭИ, г. Москва

В настоящее время 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 видеовозможностей на уроке физики, реализованных авторами представленной работы в своей педагогической деятельности.

Наиболее простым является применение для проведения уроков готовых видеороликов экспериментов. Благодаря реализации программы информатизации школ учителю физики сейчас доступны видеоролики, которые в школы поступили на мультимедийных дисках. Кроме того, богатые коллекции видеороликов можно найти в сети Интернет. Приведем лишь один пример. Кафедра общей физики старейшего учебного учреждения страны Московского университета записала и разместила видео экспериментов по адресу http://genphys.phys.msu.ru. Из дисков наиболее полные коллекции видеороликов представлены на дисках – электронных библиотеках наглядных пособий разных производителей. Такие диски были созданы разными фирмами: «1С», «Дрофа», «Физикон», «Кирилл и Мефодий». Демонстрация таких видеороликов 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.Очень интересные диски с большим набором видеозадач созданы коллективом педагогов Казанского университета. Видеозадача включает видеоролик, во время просмотра которого формулируется задача для учеников. Петрова М.А. в Лицее №1502 проводила обсуждение решения видеозадач в рамках тематического раздела лицейского форума. Решение домашних экспериментальных задач мы предлагаем детям фиксировать на цифровом фотоаппарате или видеокамере в виде коротких видеороликов и сопровождать комментарием. Филиппова И.Я в школе №550 г. Санкт-Петербурга несколько лет проводила школьный конкурс видеороликов, отснятых во время выполнения экспериментальных заданий.

Видеокамера может быть использована во время урока для расширения поля зрения учеников, особенно во время экспериментов, для правильного восприятия которых нужно сосредоточить внимание на предметы небольшого размера, как, например, на экран осциллографа. Как правило, школьный осциллограф имеет небольшой размер, зрение большинства учеников, увы, не отличается большой остротой. Как следствие – регистрация физических процессов осциллографом наглядна при проведении лабораторных работ, но, как правило, мало информативна при демонстрационных опытах. Если же перед экраном осциллографа разместить хотя бы Web-камеру, ситуацию можно кардинально изменить. Пример использования Web-камеры во время урока физики, посвященного изучению принципов радиосвязи с использованием комплекта демонстрационного оборудования КДЭ-4, проиллюстрирован на следующих рисунках.

Вид экспериментальной установки

Web-камера перед осциллографом

Фото 1

Вид экрана учительского компьютера

Изображение, полученное Web-камерой

Фото 2

Картинка с Web-камеры через USB-кабель подается на учительский компьютер и отображается в специальном окне программы, управляющей работой Web-камеры. 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 весь настенный экран. Достаточно несложными манипуляциями в меню настроек проектора можно добиться, чтобы изображение экрана осциллографа полностью совпадало с границами настенного экрана.

Изображение экрана осциллографа на настенном экране

Полный вид экспериментальной установки

                                                                                    Фото 3


Последние фотографии позволяют сравнить размеры изображения на экране осциллографа с размером изображения на настенном экране (Фото 3).

Но не всегда использование Web-камеры 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, включающую видеокамеру Webbers, которая проста в эксплуатации и использует для получения изображения программу scopephoto. Компания «Школьный мир» предлагает применять эту адаптированную видеокамеру вместе с мини-ноутбуком ASUS. Комплект представлен на фотографии 4 и 5. Камера Webbers позволяет вести как микро, так и макросъемку физических экспериментов. Она может использоваться как приставка к спектроскопу и как составная часть микроскопа. Эти возможности открывают перспективы использования подобных видеокамер в демонстрационных экспериментах и в учебно-исследовательской работе учащихся.

Фото 4

Можно перечислить несколько важнейших разделов, использование в которых подобной видеокамеры приводит к расширению представлений о наблюдаемых явлениях. Это раздел - молекулярная физика (можно наблюдать броуновское движение, капиллярные эффекты и искривление поверхности вследствие действия сил поверхностного натяжения), электрический ток в различных средах (газовый разряд в трубках), волновая оптика (интерференция, дифракция, дисперсия), строение атома и атомного ядра (элементы спектроскопии). 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.


                                                                                     Фото 5

На фотографиях 6 и 7 приведены примеры сплошного спектра лампы накаливания и линейчатого спектра ртутной газоразрядной лампы.

Фото 6

Встроенная калибровочная шкала позволяет оценить длины волн любого набора спектральных линий.

Фото 7

Следующая большая область применения видео на уроках физики в современной школе – это появившиеся в последнее время возможности видеоанализа изображения. Такую возможность создает, например, программное обеспечение цифровой лаборатории «Архимед» - программа Multilab. Эта программа обладает мощным аппаратом оцифровки и последующего анализа движения произвольного объекта, зафиксированного в процессе видеосъемки. Видеофильм, демонстрирующий плоское движение, можно с помощью этой программы превратить в источник количественных данных об этом движении. Для успешного использования модуля видеоанализа программы Multilab результат видеозаписи должен быть представлен файлом видео формата QuickTime (файлы *.mov или соответствующим образом закодированные файлы *.avi). Видеоанализ был использован Филипповой И.Я. 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 группа получила индивидуальное задание, включающее в себя несколько этапов. Для каждой группы был составлен график его выполнения.

Этапы выполнения проектов:

  • 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 т. д.).

  • перевод отснятого цифровой видеокамерой материала в формат QuickTime на компьютере фирмы Apple с помощью программы iMovie или на компьютере PC с помощью программы QuickTime Pro. Особенность этих программ - они позволяют управлять параметрами выходного файла. Мы выбирали частоту кадров выходного файла 50 кадров в секунду.

  • обработка полученного видеофайла в программе Multilab, т.е. 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 - дифференцирование зависимости координат от времени для получения информации о скорости и ускорении, получение траектории движения, аппроксимация полученных графиков полиномами разных степеней, сглаживание и т. д.

  • анализ полученных графиков и решение поставленной физической задачи. Несколько тем проектов – движение тела по мертвой петле, движение по наклонной плоскости, упругие и неупругие столкновения.

  • составление отчета. Отчет требовалось представить в виде HTML-документа. Пример отчета можно найти по адресу: http://school.ort.spb.ru/library/physics/publ/pavlovitch/first.htm

Опыт работы авторов статьи позволяет утверждать, что применение подобного высоко интеллектуального 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 учащихся общеобразовательной школы. Возможность размещения результатов своих исследований в цифровом формате на различных ресурсах в сети Интернет, возможность выполнять исследовательскую работу с применением видеоанализа позволяет учащимся выполнять свои задачи в тесном сетевом контакте с учащимися других школ и регионов России и приблизиться при изучении физики к стандартам, принятым современными научными исследованиями.

Посмотреть видеоролик эксперимента по Дисперсии можно, пройдя по этой ссылке