SCENARIUSZE ZAJĘĆ „ZASTOSOWANIE ARKUSZA KALKULACYJNEGO W NAUCZANIU FIZYKI W GIMNAZJUM” opracowanie mgr Zbigniew Tymkowski grudzień 2004 r. SPIS TREŚCI 1. Wstęp ................................................................................................. 3 2. Cele i zadania .................................................................................... 4 3. Scenariusze lekcji........................................................................ ....... 5 4. Szablony i wykresy............................................................................. 16 5. Wykaz plików do ćwiczeń.................................................................. 23 6. Zakończenie. ...................................................................................... 24 2 WSTĘP Nowa reforma szkolnictwa niesie ze sobą zmiany w metodach nauczania przedmiotów. Komputer staje się nieodzownym narzędziem w pracy pedagogicznej. Nauczyciele i uczniowie zaczynają korzystać z technologii informacyjnej. Obecnie wykorzystanie komputerów na lekcjach jest znikome. Powodów tego zjawiska jest dużo, a najważniejsze z nich to brak: - odpowiednich programów dla szkół; - pieniędzy na zakup sprzętu; - dostępu do komputerów i literatury fachowej; - przeszkolonej kadry pedagogicznej. Przedstawiony opracowanie może służyć jako pomoc dydaktyczna dla nauczyciela fizyki w gimnazjum. Wykorzystuje narzędzie informatyczne jakim jest arkusz kalkulacyjny. Obejmuje następujące zagadnienia z fizyki: KINEMATYKA, PROCESY CIEPLNE, PRĄD ELEKTRYCZNY. Zawiera gotowe scenariusze lekcji, szablony w postaci tabel i wykresów do określonych doświadczeń oraz dyskietkę z plikami zawierającymi dane potrzebne do zajęć. 3 CELE ZADANIA Głównym zastosowania komputera na lekcjach fizyki w gimnazjum jest korelacja przedmiotu informatyka z fizyką. Wynika to z faktu, że we współczesnym życiu znajomość różnych narzędzi informatycznych przez uczniów i nauczycieli jest niezbędna. Wybór narzędzia jakim jest arkusz kalkulacyjny nie jest przypadkowy. Jest on ogólnie dostępny w szkołach, umożliwia przeprowadzanie szybkich obliczeń według określonych wzorów oraz tworzenie różnorodnych wykresów. Scenariusze zajęć mogą być wykorzystane na lekcjach gdzie: 1. Wykonywanych jest dużo obliczeń lub są one powtarzane; 2. Przeprowadzane są doświadczenia, a wyniki notowane w tabelach; 3. Potrzebna jest analiza graficzna wyników (wykresy ); 4. Rozwiązywane są trudniejsze zadania; Wykorzystanie komputera na fizyce umożliwia zaoszczędzenie czasu na analizę przeprowadzonych doświadczeń oraz długie i żmudne obliczenia matematyczne (zadania). Przy jego pomocy uczniowie mogą przeanalizować większą liczbę przykładów, utrwalić zdobytą wiedzę oraz dokonać graficznej analizy badanych wielkości fizycznych na podstawie wykresów. Wprowadzenie komputera do nauczania fizyki powinno uatrakcyjnić metody werbalnego nauczania oraz pobudzić intelektualne możliwości uczniów. Wymaga to od nauczyciela ciągłego samokształcenia i przygotowywania się, gdyż komputer bez udziału człowieka ,,potrafi niewiele”. Uczniowie powinni być wcześniej zapoznani ze sprzętem i oprogramowaniem komputera, a zajęcia w pracowni informatycznej ograniczać się do korzystania z arkuszy kalkulacyjnych. Współczesne nauczanie fizyki powinno mieć ścisły związek z informatyką. Nie powinno ograniczać się tylko do ogólnych wiadomości i doświadczeń, lecz stwarzać możliwości samodzielnego docierania do wyników drogą szybkich obliczeń, korzystając z technologii informacyjnej. 4 SCENARIUSZE LEKCJI Przedstawione scenariusze zawierają niektóre tematy z fizyki, które wymagają użycia komputera. Dokładnie opisują komputerową analizę pomiarów, a mniej dokładnie opis przeprowadzanych doświadczeń praktycznych. Obejmują następujące zagadnienia i tematy: 1. Ruch jednostajny prostoliniowy; 2. Ruch jednostajnie przyspieszony; 3. Topnienie i krzepnięcie naftaliny lub lodu; 4. Prawo Ohma. 5 SCENARIUSZ 1 1.Temat:Badanie ruchu jednostajnie prostoliniowego. 2.Założenie wstępne: a)KLASA I GIMNAZJUM; b)CZAS TRWANIA-2 godz. lekcyjne; 3.Cele lekcji: - obserwacja ruchu jednostajnie prostoliniowego; - badanie zależności między drogą i czasem oraz między prędkością i czasem w tym ruchu; - sporządzenie przez uczniów wykresów S=f(t) oraz V=f(t) dla dwóch różnych położeń przyrządu w arkuszu kalkulacyjnym. 4.Metody zajęć: opis, metoda zadań stawianych do wykonania, eksperyment. 5.Formy zajęć: grupowa. 6.Pomoce dydaktyczne: przyrząd do badania ruchu jednostajnie prostoliniowego, stoper, arkusz kalkulacyjny 7.Schemat doświadczenia i przebieg lekcji: rys.1 przyrząd do badania ruchu jednostajnie prostoliniowego 6 L.P. PRZYKŁADY I ZADANIA DO REALIZACJI PLANOWANY CZAS [min] 5 Sprawdzanie obecności, pytania uczniów, odpowiedzi nauczyciela. Przygotowanie przyrządów do 2. badania ruchu jednostajnie prostoliniowego. 5 W grupach ćwiczeniowych. 3. Omówienie doświadczenia. 5 Zwrócenie uwagi na pomiar czasu oraz zaznaczanie drogi. 30 Uczniowie przeprowadzają doświadczenie w grupach, notują wyniki pomiarów " na brudno" i sprzątają stanowiska. 1. Sprawy organizacyjne, wspólna analiza zadań do wykonania. UWAGI O REALIZACJI Przeprowadzenie doświadczenia 4. w/g rys.1 5. Komputerowa analiza pomiarów: a) uruchom komputer i ARKUSZ KALKULACYJNY 2 otwierają istniejący plik: kin1. w katalogu ARKUSZE b) wpisz do przygotowanej tabeli (tab.1) wyniki swoich pomiarów. 5 wypełniają tabelę. c) wykresy: wykonaj wykresy drogi od czasu dla 2 położeń przyrządu 10 zaznaczają odpowiednie obszary tabeli myszką i wykonują 2 wykresy w arkuszu kalkulacyjnym. wykonaj wykresy prędkości od czasu dla 2 położeń przyrządu 10 jak wyżej. 10 zapamiętują zadanie, odpowiadają na pytania nauczyciela, podają def.ruchu jednostajnie prostoliniowego. zapisz efekt swojej pracy na dysku (ew.dyskietce) pod d) nazwą: ZAD2, wydrukuj otrzymane wykresy,wyłącz komputer. UCZNIOWIE: 7 o d c z y t a jz o t r z y m a n y c h w y k r e s ó w : e )p r ę d k o ś c ik r ą ż k a ; d r o g id la r ó ż n y c h c z a s ó w i o d w r o t n ie . 6 . P O D S U M O W A N I E I W N I O S K I 5 a n a liz u ją w y k r e s y r u c h u . d o k o ń c a le k c ji W n io s k iiw r a ż e n ia z le k c ji. 8 SCENARIUSZ 2 1.Temat:Badanie ruchu jednostajnie przyspieszonego. 2.Założenie wstępne: a)KLASA I GIMNAZJUM; b)CZAS TRWANIA-2 godz.lekcyjne; 3.Cele lekcji: - obserwacja ruchu jednostajnie przyspieszonego; - badanie zależności między drogą i czasem oraz między prędkością i czasem w tym ruchu; - sporządzenie przez uczniów wykresów S=f(t) oraz V=f(t) dla dwóch różnych położeń przyrządu w arkuszu kalkulacyjnym. 4.Metody zajęć: opis, metoda zadań stawianych do wykonania, eksperyment. 5.Formy zajęć: grupowa. 6.Pomoce dydaktyczne: przyrząd do badania ruchu jednostajnie przyspieszonego, stoper, arkusz kalkulacyjny 7.Schemat doświadczenia i przebieg lekcji: rys.2 przyrząd do badania ruchu jednostajnie przyspieszonego 9 L.P. 1. PRZYKŁADY I ZADANIA DO REALIZACJI Sprawy organizacyjne, wspólna analiza zadań do wykonania. Przygotowanie przyrządów do 2. badania ruchu jednostajnie przyspieszonego. 3. Omówienie doświadczenia. Przeprowadzenie doświadczenia 4. w/g rys.2 PLANOWANY CZAS [min] UWAGI O REALIZACJI 5 Sprawdzanie obecności, pytania uczniów, odpowiedzi nauczyciela. 5 W grupach ćwiczeniowych. 5 Zwrócenie uwagi na pomiar czasu oraz zaznaczanie drogi, ustawienie przyrządu. 30 Uczniowie przeprowadzają doświadczenie w grupach, notują wyniki pomiarów " na brudno" i sprzątają stanowiska. 5. Komputerowa analiza pomiarów: a) uruchom komputer i ARKUSZ KALKULACYJNY 2 otwierają istniejący plik: kin2 w katalogu ARKUSZE. b) wpisz do przygotowanej tabeli (tab.2) wyniki swoich pomiarów; 5 wypełniają tabelę. c) wykresy: wykonaj wykresy drogi od czasu dla dwóch położeń przyrządu; 10 zaznaczają odpowiedni obszar tabeli myszką i wykonują dwa wykresy w arkuszu kalkulacyjnym. wykonaj wykresy prędkości od czasu dla dwóch położeń przyrządu; 10 jak wyżej. 10 zapamiętują zadanie, odpowiadają na pytania nauczyciela, podają def.ruchu jednostajnie przyspieszonego. zapisz efekt swojej pracy na dysku (ew.dyskietce) pod d) nazwą: ZAD2, wydrukuj otrzymane wykresy,wyłącz komputer; UCZNIOWIE: 10 o d c z y t a jz o t r z y m a n y c h w y k r e s ó w : e )p r ę d k o ś c ik r ą ż k a ; d r o g id l a r ó ż n y c h c z a s ó w i o d w r o t n i e . 6 . P O D S U M O W A N I E I W N I O S K I 5 a n a l i z u j ą w y k r e s y r u c h u . d o k o ń c a l e k c j iW n i o s k iiw r a ż e n i a z l e k c j i . 11 SCENARIUSZ 3 1.Temat:Wyznaczanie temperatury topnienia naftaliny (ew.lodu). 2.Założenie wstępne: a)KLASA II LUB III GIMNAZJUM; b)CZAS TRWANIA-2 godz.lekcyjne; 3.Cele lekcji: - wyznaczanie temperatury topnienia naftaliny lub lodu przy pomocy kalorymetru; - zwrócenie uwagi na stałość temperatury topnienia i krzepnięcia; - sporządzenie przez uczniów wykresu zależności temperatury od czasu podczas nagrzewania i topnienia substancji 4.Metody zajęć: dyskusja, opis, metoda zadań stawianych do wykonania, eksperyment. 5.Formy zajęć: grupowa. 6.Pomoce dydaktyczne: kalorymetr, termometr, stoper, arkusz kalkulacyjny 7.Schemat doświadczenia i przebieg lekcji: rys. 3 przyrząd do badania topnienia naftaliny (ew. lodu) 12 L.P. 1. PRZYKŁADY I ZADANIA DO REALIZACJI Sprawy organizacyjne, wspólna analiza zadań do wykonania. Przypomnienie wiadomości o 2. zjawiskach topnienia i krzepnięcia Omówienie i przygotowanie 3. doświadczenia. PLANOWANY CZAS [min] 5 UWAGI O REALIZACJI Sprawdzanie obecności, pytania uczniów, odpowiedzi nauczyciela. 10 Przykłady ciał, które ulegają zjawisku topnienia. 10 Przyrządy potrzebne w doświadczeniu, sposób pomiaru temperatury i czasu. 15 Uczniowie przeprowadzają doświadczenie w grupach, na specjalnie przygotowanych stolikach, a wyniki pomiaru czasu i temperatury notują na brudno. 4. Przeprowadzenie doświadczenia w/g rys.3 5. Komputerowa analiza pomiarów: a) uruchom komputer i ARKUSZ KALKULACYJNY 2 otwierają istniejący plik: ciepło w katalogu ARKUSZE. b) wpisz do przygotowanej tabeli (tab.3) wyniki swoich pomiarów; 5 wypełniają tabelę. c) zaznacz obszar tabeli do wykonania wykresu; 2 zaznaczają myszką obszar danych w tabeli. 10 wykonują wykres, zauważają stałość temperatury topnienia (można wykonać wykres dla krzepnięcia). 10 zapamiętują zadanie,wyznaczają temperaturę topnienia i porównują ją do tabelarycznej, odpowiadają na pytania nauczyciela, analizują powstałe błędy. wykonaj wykres temperatury od d) czasu; zapisz efekt swojej pracy na dysku (ew.dyskietce) pod e) nazwą: ZAD3, wydrukuj otrzymane wykresy,wyłącz komputer. 6. PODSUMOWANIE I WNIOSKI UCZNIOWIE: do końca lekcji Wnioski i wrażenia z lekcji. 13 SCENARIUSZ 4 1.Temat:Wyznaczanie zależności między natężeniem prądu i napięciem (prawo Ohma). 2.Założenie wstępne: a)KLASA III GIMNAZJUM; b)CZAS TRWANIA-2 godz.lekcyjne; 3.Cele lekcji: - badanie natężenia prądu elektrycznego i napięcia w prostym obwodzie elektrycznym; - wyznaczenie oporu elektrycznego opornika; - sporządzenie przez uczniów wykresu zależności napięcia elektrycznego dla dwóch oporników (ew. elementu nieliniowego- żarówki). 4.Metody zajęć: dyskusja, opis, metoda zadań stawianych do wykonania, eksperyment. 5.Formy zajęć: grupowa. 6.Pomoce dydaktyczne: oporniki, żarówka, amperomierz woltomierz, arkusz kalkulacyjny 7.Schemat doświadczenia i przebieg lekcji: rys 4. sprawdzenie prawa Ohma 14 L.P. 1. PRZYKŁADY I ZADANIA DO REALIZACJI Sprawy organizacyjne, wspólna analiza zadań do wykonania. Przypomnienie wiadomości o 2. sposobach podłączania amperomierza i woltomierza. 3. Omówienie i przygotowanie doświadczenia. PLANOWANY CZAS [min] UWAGI O REALIZACJI Sprawdzanie obecności, pytania uczniów, odpowiedzi nauczyciela. 5 10 Połączenie szeregowe i równoległe. 10 Przyrządy potrzebne w doświadczeniu, sposób pomiaru natężenia prądu i napięcia elektrycznego. 15 Uczniowie przeprowadzają doświadczenie w grupach, na specjalnie przygotowanych stolikach, a wyniki pomiarów notują na brudno. 4. Przeprowadzenie doświadczenia w/g rys.6 5. Komputerowa analiza pomiarów: a) uruchom komputer i ARKUSZ KALKULACYJNY 2 otwierają istniejący plik: Ohm w kat. ARKUSZE b) wpisz do przygotowanej tabeli (tab.4) wyniki swoich pomiarów; 5 wypełniają tabelę. c) zaznacz obszar tabeli do wykonania wykresu; 2 zaznaczają myszką obszar danych w tabeli. 20 wykonują wykresy, zauważają zależność wprost proporcjonalną oraz stałą wartość oporu elektrycznego. 10 zapamiętują zadanie, odpowiadają na pytania nauczyciela, analizują powstałe błędy, zapisują treść PRAWA OHMA. wykonaj wykresy napięcia od natężenia dla dwóch oporników d) (ew. żarówki); zapisz efekt swojej pracy na dysku (ew. dyskietce) pod e) nazwą: ZAD4, wydrukuj otrzymane wykresy,wyłącz komputer. 6. PODSUMOWANIE I WNIOSKI UCZNIOWIE: do końca lekcji Wnioski i wrażenia z lekcji. 15 SZABLONY I WYKRESY Na następnych stronach pracy przedstawiono wzory gotowych tabel (przed i po wypełnieniu) do realizacji doświadczeń opisanych w konspektach oraz wykresy otrzymane dla przykładowych wielkości fizycznych. 16 1 .Badanie ruchu jednostajnie prostoliniowego: a) tabele l.p. POŁOŻENIE 1 2 3 4 5 6 1 l.p. POŁOŻENIE 1 2 3 4 5 6 2 CZAS DROGA CZAS PRĘDKOŚĆ t[s] S[cm] t[s] [m/s] 0 0 0,00 5 0 0,00 10 0 0,00 15 0 0,00 20 0 0,00 25 0 0,00 CZAS DROGA CZAS PRĘDKOŚĆ t[s] S[cm] t[s] [m/s] 0 0 0,00 5 0 0,00 10 0 0,00 15 0 0,00 20 0 0,00 25 0 0,00 tab.1 l.p. POŁOŻENIE 1 2 3 4 5 6 1 l.p. POŁOŻENIE 1 2 3 4 5 6 2 CZAS DROGA CZAS PRĘDKOŚĆ t[s] S[cm] t[s] [m/s] 0 0 0 2,50 2 5 2 2,50 4 10 4 2,50 6 15 6 2,50 8 20 8 2,50 10 25 10 2,50 CZAS DROGA CZAS PRĘDKOŚĆ t[s] S[cm] t[s] [m/s] 0 0 0 5,00 1 5 1 5,00 2 10 2 5,00 3 15 3 5,00 4 20 4 5,00 5 25 5 5,00 17 b) wykresy (dla 1 położenia przyrządu) ZALEŻNOŚĆ DROGI OD CZASU W RUCHU JEDNOSTAJNYM POŁ.1 DROGA[cm] 10 8 6 4 2 0 0 5 10 15 20 25 8 10 CZAS[s] WYKRES PRĘDKOŚCI OD CZASU W RUCHU JEDNOSTAJNYM POŁ.1 PRĘDKOŚĆ[cm/s] 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 0 2 4 6 CZAS[s] 18 2 .Badanie ruchu jednostajnie przyspieszonego: a) tabele L.P. POŁOŻENIE 1 2 3 4 5 6 7 L.P. CZAS t[s] DROGA S[cm] CZAS PRĘDKOŚĆ PRZYSPIESZENIE t[s] V[cm/s] a[cm/s^2] 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 aśr= 0,00 CZAS t[s] DROGA S[cm] CZAS PRĘDKOŚĆ PRZYSPIESZENIE t[s] V[cm/s] a[cm/s^2] 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 aśr= 0,00 1 POŁOŻENIE 1 2 3 4 5 6 7 2 tab.2 L.P. 1 2 3 4 5 6 7 L.P. 1 2 3 4 5 6 7 POŁOŻENIE 1 POŁOŻENIE 2 CZAS t[s] 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 DROGA S[cm] 0,0 0,5 2,0 4,5 8,0 12,5 18,0 CZAS PRĘDKOŚĆ PRZYSPIESZENIE t[s] V[cm/s] a[cm/s^2] 0,00 0,00 0,00 1,00 0,50 0,50 2,00 1,00 0,50 3,00 1,50 0,50 4,00 2,00 0,50 5,00 2,50 0,50 6,00 3,00 0,50 aśr= 0,50 CZAS t[s] 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 DROGA S[cm] 0,0 1,0 4,0 9,0 16,0 25,0 36,0 CZAS PRĘDKOŚĆ PRZYSPIESZENIE t[s] V[cm/s] a[cm/s^2] 0,00 0,00 0,00 1,00 1,00 1,00 2,00 2,00 1,00 3,00 3,00 1,00 4,00 4,00 1,00 5,00 5,00 1,00 6,00 6,00 1,00 aśr= 1,00 19 b)wykresy WYKRES DROGI OD CZASU W RUCHU JEDN. PRZYSPIESZONYM(POŁ.1) DROGA[cm] 18,0 16,0 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 5 6 CZAS[s] WYKRES PRĘDKOŚCI OD CZASU W RUCHU JEDN. PRZYSPIESZONYM(POŁ.1) PRĘDKOŚĆ[cm/s] 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 0 1 2 3 CZAS[s] 20 4 3.Wyznaczanie temperatury topnienia naftaliny: tabele (tab.3) L p C z a s [ m in ] T e m p . [ C ] Lp Czas[min] Temp.[C] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 20 28 36 44 52 60 68 70 70 70 78 96 b)wykres TEMPERATURA[C] WYKRES TEMP. TOPN. NAFTALINY OD CZASU 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 2 4 6 8 10 12 CZAS[s] 21 14 16 18 20 22 4. Sprawdzenie prawa Ohma: a)tabele l.p. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 NATĘŻENI NAPIĘCIE OPÓR E PRĄDU ELEKTRYCZN ELEKTRYCZNY I [A] E U [V] R[om ] 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 l.p. NATĘŻENIE NAPIĘCIE OPÓR PRĄDU ELEKTRYCZNE ELEKTRYCZNY I [A] U [V] R[om ] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 tab.4 b) wykres WYKRES NAPIĘCIA OD NATĘŻENIA PRĄDU (PRAWO OHMA) 9,0 8,0 NAPIĘCIE EL.[V 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 NATĘŻENIE PRĄDU[A] 22 0,7 0,8 0,9 WYKAZ PLIKÓW DO ĆWICZEŃ ZAWARTYCH NA DYSKIETCE WRAZ Z KATALOGAMI L.P. NAZWA PLIKU KONSPEKT 1. kin1 1 KATALOG ARKUSZE 2. kin2 2 ARKUSZE 3. ciepło 3 ARKUSZE 4 Ohm 4 ARKUSZE 23 ZAKOŃCZENIE Zadaniem pracy, było pokazanie wykorzystania ARKUSZA KALKULACYJNEGO na lekcjach fizyki w gimnazjum. W zależności od potrzeb przygotowane szablony i zadania można zmieniać, dopasowując je do aktualnie omawianych zagadnień. Opisane przykłady scenariuszy z fizyki są obecnie tylko moją propozycją. Istnieją trudności z przeprowadzeniem zajęć z wykorzystaniem komputera. W przedstawionej pracy świadomie pominąłem szczegóły techniczne obsługi arkusza kalkulacyjnego. Ważne, aby uczniowie nabyli odpowiednich umiejętności korzystania z arkusza jako narzędzia . Umiejętności jakie zdobędą uczniowie na lekcjach wspomaganych komputerem pozwolą im na ich dalsze kształcenie. 24