Элементы методик использования интерактивного мультимедийного комплекса «электромагнитные волны»

В школьном курсе физики электромагнитные излучения различного вида рассматриваются в разных разделах. Логическая связь между разделами улавливается не всеми учениками, следствием чего является фрагментарность полученного знания. Целостное представление об электромагнитных волнах может сформироваться только тогда, когда полученные знания будут систематизированы, т.е. будет проведена классификация волн по диапазонам, рассмотрены методы генерации, особенности распространения в средах, практическое применение, биологическое действие и история открытия волн каждого диапазона. В современных учебниках такого обобщающего раздела нет. 

Для обеспечения генерализации знаний по разделу «Электромагнитные волны» в Институте педагогической информатики Волгоградского государственного педагогического университета разработан интерактивный программный комплекс, обобщающий материал обо всех диапазонах электромагнитных волн. Комплекс «Электромагнитные волны» насыщен наглядными динамическими иллюстрациями, малоизвестными фактами, историческими ссылками, подлинными фотоматериалами – содержит много дополнительного материала, не нашедшего отражения в учебниках.

В комплексе рассматривается линейная и волновая оптика; показаны в динамике свойства распространения электромагнитных волн в различных средах; приведены примеры применения электромагнитных волн в навигации и связи, быту и промышленности, медицине, астрономии и криминалистике и других сферах деятельности человека; рассмотрены случаи положительного и отрицательного воздействия излучения на биологические объекты, приведены санитарные нормы и рекомендации; указаны ссылки на ученых, сделавших наибольший вклад в развитие науки и техники, связанной с электромагнитными волнами.

Весь учебный материал поделен на компактные и легко усваиваемые логические блоки по содержанию и по уровню трудности, связь между которыми интуитивно понятна; даны определения всех встречающихся физических понятий и величин, что позволяет работать с программой людям, не имеющим базовой подготовки по освещаемым вопросам.
Шкала электромагнитных волн разделена на семь диапазонов: сверхдлинные волны, радиоволны, инфракрасное, видимое, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма- излучение. Радиоволновой диапазон содержит следующие поддиапазоны: длинные, средние, короткие, метровые, дециметровые, сантиметровые, миллиметровые и ультракороткие волны. Для электромагнитных волн в общем и для каждого диапазона в отдельности существуют следующие информационные разделы: источники, распространение, применение, биологическое действие, история открытия.

Комплекс устроен таким образом, что позволяет начать работу с любой его части, самостоятельно выбирать порядок знакомства с его блоками, определить глубину изучения: полностью просмотреть комплекс – использовать его в качестве электронного учебника, либо обращаться к нему по мере необходимости – использовать в качестве мультимедийного справочника.
Комплекс предоставляет возможность работы в двух режимах: полностью или частично изучить какой-либо диапазон, например радиоволны, просматривая относящиеся к нему разделы; полностью или частично изучить какой-либо раздел, например распространение волн, просмотреть его в интересующих диапазонах.

Комплекс предназначен как для самостоятельного изучения, так и для использования на уроках по физике (обычных и интегрированных с астрономией, биологией и ОБЖ), во внеклассной работе. Круг адресатов комплекса очень широк, поскольку поработать с ним полезно всем.

При изучении школьного курса физики данный программный продукт может применяться на начальном этапе знакомства с учебным материалом главы «Электромагнитные волны» (для формирования целостного представления об электромагнитных волнах, уяснения связи теории и практики); непосредственно при изучении конкретной темы параграфа (для большей наглядности); при закреплении пройденного материала (для устранения пробелов, систематизации полученных знаний).

Применение мультимедийного комплекса «Электромагнитные волны» позволит увеличить эффективность процесса обучения, поскольку программа позволяет задействовать одновременно несколько видов памяти: словесно-логическую, связанную с запоминанием, узнаванием и воспроизведением мыслей, понятий, умозаключений и т.д. (этот вид памяти имеет непосредственное отношение к обучению); образную, сферой которой является запоминание чувственных образов предметов, явлений и их свойств (в зависимости от типа анализатора, воспринимающего информацию, образную память делят на зрительную, слуховую и т.д.). Специфическое распределение учебного материала на блоки, гипертекстовые ссылки, динамические модели и разработанный специально для данной учебной темы интерактивный интерфейс комплекса (что принципиально не возможно в обычных учебниках) позволяют легко уловить закономерности изменения свойств электромагнитного излучения различной частоты.

Возможна самостоятельная работа учащихся в удобном для каждого темпе. Благодаря этому у учителя появляется время для индивидуальной коррекции работы наиболее сильных и наиболее слабых учеников. Успешность использования возможностей программы во многом зависит от глубины знакомства преподавателя с индивидуальными особенностями учеников, принципов, которыми он руководствуется в предоставлении им свободы в самостоятельной работе, его мастерства в целом.

Организовывая работы с комплексом, необходимо обратить внимание на количество компьютеров в учебном классе. Если компьютеров достаточно, класс нужно разбить на малые группы, с учетом индивидуальных особенностей и способностей учащихся и, показав принцип работы с комплексом, позволить самостоятельно изучать материал по предложенной последовательности. Если недостаточно, то для демонстрации программы необходимо использовать средства проектирования изображения либо телевизор; при этом программой будет управлять учитель. Для укрепления мотивации изучения темы можно предложить после завершения работы написать мини-диктант.

Примеры использования программы на уроках физики в 11-х классах.

Пример №1. Тема: «Спектр электромагнитных волн».

Анализ учебников: Практически во всех учебниках физики 11-го класса (Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев; А.А.Пинский; Л.И.Анциферов и др.) есть параграф «Спектр электромагнитных волн»; наиболее полно он описан в учебнике В.А.Касьянова. В нем освещается обширная область информации теоретического и практического характера, из различных сфер деятельности человека, приводятся ссылки на другие параграфы, содержатся всего две ссылки на иллюстрации, не совмещенные с текстом (находящиеся на «цветной вклейке», не указано на какой странице). Усвоить, каким-либо образом систематизировать объем информации параграфа при таком способе изложения под силу не каждому ученику.

Фрагмент урока: Работа с комплексом: рассмотреть логарифмическую шкалу длин волн и частот электромагнитного излучения, изучить разбиение на диапазоны, их название, последовательность, сопоставить каждому диапазону несколько объектов, размеры которых порядка длины волны. Просмотреть раздел «источники», не пользуясь гиперссылками, для электромагнитных волн в общем и в отдельности для каждого диапазона, последовательно, начиная со сверхдлинных волн. Сделать выводы и записать их в тетрадь. Аналогично просмотреть остальные разделы. Необходимо уделить внимание тому, что гиперссылками (подробным описанием явления, закона и т.д.) не нужно пользоваться на этапе общего знакомства с диапазонами волн, поскольку основная задача на этом этапе – выявить закономерности изменения свойств электромагнитного излучения с изменением частоты. В противном случае внимание учеников будет рассеяно.

После завершения знакомства с указанным материалом можно провести мини-диктант по тексту (на несколько минут), выбрав основные сведения и закономерности. В завершении занятия целесообразно провести обсуждение выводов, сделанных учениками, позволить им самим проверить диктант, и по необходимости ответить на возникшие вопросы.
Пример №2. Тема: «Электромагнитные волны и физические основы радиотехники».

Анализ учебников: В учебнике физики 11-го класса А.А. Пинского в этом параграфе рассматривается развитие проводной и беспроводной связи, особенности распространения радиоволн в атмосфере и в космическом пространстве, телевидение, космическая и радиосвязь, радиолокация и радиодальномер. Материал содержит две иллюстрации. Четко представить процесс распространения волн каждого поддиапазона радиоволн, опираясь на приведенные данные, очень трудно.

Фрагмент урока: Работа с комплексом: выбрать диапазон «радиоволны»; используя гиперссылки, просмотреть разделы:
-    поддиапазоны (изучить разбиение на поддиапазоны, запомнить их названия, порядок следования на шкале и закономерности распространения);
-    источники (космические объекты, переменные токи, процессы в атмосфере);
-    распространение (обратить особое внимание на динамические иллюстрации, принцип радиорелейной и космической связи);
-    применение (теле- и радиовещание, радиотелефонная связь, радиометеорология, радиоастрономия, радиодальномер, применение в медицине);
-    биологическое действие;
-    немного из истории (первый радиоприемник, первый телевизор, первый спутник, первое живое существо в космосе, первый человек в космосе).

Сделать выводы и записать их в тетрадь.