Компьютерные эксперименты, в отличие от видеоматериалов, представленных на видеокассетах, позволяют воздействовать на ход проведения опыта. Такая возможность позволяет учителю значительно активизировать работу учащихся на уроке путем вовлечения их в процесс проведения эксперимента. Особенно эффективен такой прием при исследовании сложных явлений, демонстрация которых требует длительного времени и сложного оборудования, практически отсутствующего в школе. После краткого объяснения изучаемого явления, учитель предлагает каждому учащемуся ответить на вопрос: “Какие факторы, влияющие на данное явление, можно исследовать?” Все предложения и их авторы записываются на доске, проводится обсуждение плана и последовательности проведения эксперимента. Учащиеся, выдвинувшие одинаковые предложения, выбирают экспериментатора, который будет проводить конкретное исследование, и должны сформулировать вывод по результатам опыта. Учитель в ходе обсуждения должен помочь выбрать параметры, которые заложены в программе эксперимента. Непосредственно эксперимент проводят несколько учащихся из класса, остальные наблюдают за результатами работы по телевизионному монитору, однако необходимость подведения окончательного результата позволяет не снизить их активность.
Рассмотрим применение компьютерного эксперимента при изучении явления фотоэффекта и проверке законов, экспериментально полученных А.Г.Столетовым. После этапа актуализации знаний перед учащимися ставится цель урока – исследование фотоэффекта и его законов. Используя демонстрационные плакаты, учитель рассказывает историю открытия явления фотоэффекта Генрихом Герцем в 1887 году и формулирует определение явления внешнего фотоэффекта. В процессе обсуждения опыта Герца обращается внимание на исчезновение эффекта при введении стекла между цинковой пластинкой и источником света, на возможность возвращения вырванных электронов обратно и сложность обнаружения явления вырывания электронов.
На первом этапе учащимся ставится задача – предложить усовершенствовать установку для наблюдения явления внешнего фотоэффекта. Основной вопрос этого этапа – как получить из вырванных с поверхности пластины электронов электрический ток? В ходе беседы учащиеся предлагают поместить цинковую пластину в закрытый сосуд и создать электрическое поле. На этом этапе, который длится 5-7 минут, активное участие принимают, обычно, не более половины класса. Обсуждение прекращается, когда учащиеся предложат оценить количество электронов, вылетающих с поверхности цинковой пластинки. Первый этап заканчивается сообщением учителя об установке, предложенной русским ученым А.Г.Столетовым. Рассказ сопровождается показом плаката или схемы установки на компьютере.
На втором этапе учащимся ставится задача – исследовать явление фотоэффекта с помощью установки, предложенной Столетовым. На доске записывается вопрос,- какие исследования можно провести, чтобы изучить явление внешнего фотоэффекта? Каждый учащийся должен высказать одно предложение по методике исследования на конкретной установке. Если учащиеся хорошо поняли первый этап, то второй этап не требует много времени. Предложения учащихся можно разделить на три группы. Первая группа – изменять напряженность электрического поля между катодом и анодом, вторая группа – изменять освещенность катода и третья – изменять длину световой волны. Практика показывает, что после того, как основные факторы, влияющие на величину фототока, названы по два – три раза, учащиеся, выбирая для себя один вариант, так или иначе, обращают внимание и на оставшиеся предложения. Следует заметить, что вопрос, связанный с изменением направления напряженности электрического поля между катодом и анодом может быть решен как на этапе рассмотрения схемы установки, так и в процессе эксперимента. Продолжительность второго этапа не превышает 10 мин.
Третий этап начинается с формирования групп исследователей-теоретиков и выбора экспериментатора. Чаще всего экспериментатора приходится назначать учителю, так как желающих выполнить эту работу много. Перед каждым опытом все учащиеся знакомятся с органами управления компьютерной модели установки. Перед исследованием зависимости силы тока от напряжения необходимо объяснить, что график строится компьютером автоматически, а измеряемые точки на кривой отмечаются крестиком. На этом этапе обращается внимание учащихся на тот факт, что электрический ток в цепи существует при отсутствии напряжения между катодом и анодом. Группа теоретиков должна предложить способ уменьшения фототока до нуля. После получения экспериментальных точек на всей кривой первый экспериментатор заканчивает работу и идет в группу теоретиков. Для проведения первой части этого этапа требуется 5-7 мин, в зависимости от степени подготовленности класса.
Следующий экспериментатор начинает исследование влияния мощности лампы на величину силы фототока. Измерения проводится для фиксированных значений напряжения и силы тока, включая отрицательные, нулевые и максимальные значения напряжения. Экспериментаторы должны зарисовать в тетради две-три кривые для разных значений мощности. Эта часть третьего этапа проходит без особых затруднений и занимает 4-5 мин.
Опыт заканчивает третий экспериментатор, который исследует влияние длины волны на величину фототока. В ходе эксперимента проводится увеличение длины волны от 400 нм до 700 нм, фиксируя значения напряжения, при которых сила фототока равна нулю и максимальному значению. Учащиеся третьей группы рисуют в тетрадях несколько кривых, показывающих зависимость силы тока от напряжения для длины волны 400 нм и 550 нм. При проведении эксперимента необходимо обратить внимание на существование максимальной длины волны, при которой еще наблюдается фотоэффект. По времени эта часть исследования требует 3-5 мин.
После завершения эксперимента учащиеся продолжают работать в группах и должны сформулировать соответствующие выводы по результатам исследований. Для выполнения этой части работы требуется 3-5 мин.
В заключительной части представители каждой группы подводят итоги и зачитывают свой вывод. Сообщение представителя от каждой группы сопровождается показом на компьютере соответствующего этапа эксперимента и комментарием учителя.
Таким образом, учащиеся проводят закрепление нового материала.
Предлагаемая методика проведения компьютерных экспериментов применяется на протяжении четырех лет при изучении физики в старших классах как гуманитарной, так и естественнонаучной специализации в гимназии №108 г.Екатеринбурга. Практика показала, что предлагаемая методика значительно интенсифицирует учебный процесс и повышает активность учащихся на урок, а передача и восприятие информации по различным каналам способствует лучшему усвоению материала. Для проведения компьютерного эксперимента лучше всего подходят компьютерные курсы по физике “Открытая физика” и “Физика в картинках” производства ООО “Физикон”.