Разработка лабораторных работ с использованием рабочей станции NI
ELVIS II, по изучению простейших электрических цепей на внеурочных
занятиях по физике в старших классах
Введение 3
Глава 1. Внеурочные формы организации обучения 7
1.1 Внеурочная деятельность в школе 7
1.2 Обзор внеурочных форм организации обучения 9
1.3 Дидактические аспекты организации факультативов 13
1.4 Цель и задачи факультативных занятий по физике 16
Глава 2. Разработка цикла лабораторных работ для факультативного курса по физике в старших классах 18
2.1 Рабочая станция для технической лаборатории NI ELVIS II 18
2.2 Обзор среды программирования LabVIEW 26
2.3 Принципы работы программного пакета LabVIEW 28
2.4 План проведения факультативных занятий по физике на базе
многофункциональной платы NI ELVIS II 34
Заключение 50
Библиографический список 52
Актуальность: ни для кого не секрет, что процесс обучения подрастающего поколения любой из наук - есть весьма трудоемкий процесс. Одной из самых актуальных проблем современной педагогики, как это не прискорбно, является проблема привлечения учеников к познавательной деятельности. Именно поэтому необходимо осуществлять переход от информационно-объяснительного подхода в обучении к деятельному, направленному на формирование и развитие у учеников желания и умения учиться. Большую помощь в реализации такого подхода дает такой метод научного познания, как эксперимент.
Эксперимент относится к группе универсальных методов, которые используются во всех науках. Главной отличительной чертой эксперимента считают такую организацию познавательного процесса, при котором возможно получить реальные данные, в отличие от субъективно оцениваемых, при применении других методов познания.
Эксперимент (лат. ехрептепШт - проба, опыт) - это метод позволяющий воссоздать некоторое явление в требуемых условиях, для наиболее полного изучения. Сей метод научного познания позволяет нам практически подтвердить, либо опровергнуть правильность гипотез и теоретических выкладок. Эксперимент также означает исследование с изменением нескольких факторов в заданных условиях.
Еще древний восточный философ Конфуций заявлял: «Скажи мне - и я забуду, покажи мне - и я запомню, дай мне сделать - и я пойму». Очевидно, что проведя своими руками ряд опытов, ученик лучше поймет суть изучаемого явления, а также, повысится его мотивированость к процессу обучения.
Осознав важность применения экспериментального метода познания, обратимся к существующим современным средствам обучения. Одним из таких средств, является программно-аппаратное обеспечение National Instruments. В частности, нас интересует рабочая станция для технической лаборатории NI ELVIS II.
NI ELVIS II - это модульная образовательная лабораторно-техническая платформа, разработанная специально для учебных заведений. Это устройство объединяет в себе самые востребованные приборы для лабораторных работ. Осциллограф, мультиметр, генератор сигналов, регулируемый источник питания, анализатор частотных характеристик и многое другое. Также, благодаря поддержке plug-and-play USB, возмо передавать результаты измерений на ПК. Обязательным условием для работы с данной платформой, является наличие программного обеспечения National Instruments - графической среды программирования LabVIEW.
Используя совокупность программно-аппаратных средств National Instruments, можно значительно углубить знания учащихся в области радио¬электроники, а главное - проведение работ, с использованием выше указанного оборудования, повысит заинтересованность учащихся, а значит, и повысить уровень знаний.
Однако, нынешняя программа школьного курса физики, не подразумевает использования программно-аппаратных средств National Instruments в процессе обучения. В данной ситуации, компромиссом может послужить разработка и проведение внеурочных лабораторных занятий с применением рабочей станции для технической лаборатории NI ELVIS II.
Объектом исследования является учебный процесс по физике в старших классах общеобразовательной школы.
Предмет исследования - организация факультативных курсов по физике в старших классах общеобразовательной школы.
Из выше изложенного вытекает цель исследования: разработка цикла лабораторных работ, с использованием рабочей станции National Instruments ELVIS II, по изучению простейших электрических цепей на внеурочных занятиях по физике в старших классах.
На основании цели были выдвинуты следующие задачи:
1. проанализировать учебно-методическую литературу по тематике исследования;
2. выявить роль и место внеурочных занятий в процессе обучения физике учащихся старших классов;
3. определить возможности программно-аппаратных средств NI LabVIEW, в частности, NI ELVIS II, в моделировании и обработке электрических сигналов;
4. разработать и отладить цикл лабораторных работ с использованием рабочей станции NI ELVIS II, для применения на внеурочных занятиях по физике в старших классах.
Методы исследования: анализ литературы по исследуемой теме, моделирование учебного процесса, лабораторный физический эксперимент
Практическая значимость: разработанные учебно-методические материалы могут использоваться в учебном процессе общеобразовательной школы при обучении физике на внеурочных занятиях.
Часть разработанных материалов дипломной работы прошла апробацию на международных конференциях «Интернациональная Сибирская Конференция по Управлению и Связи (SIBCON-2016)», «Семнадцатая Международная Конференция Молодых Специалистов по Микро/Нанотехнологиям и Электронным Устройствам (EDM-2016)».
Работа состоит из введения, двух глав, заключения, библиографического списка.
Во введении обосновывается выбор темы дипломной работы, определяются цель, объект, предмет, задачи, показывается ее практическая значимость.
В первой главе рассматриваются: внеурочные формы обучения, а также
методика проведения внеурочных занятий по физике в процессе обучения, в
частности, формы внеурочного занятия - факультатив. Главные цели и задачи факультативных занятий по физике.
Во второй главе рассмотрены современные программно-аппаратные средства обучения, в частности продукты компании National Instruments портативная лаборатория ELVIS II и программа LabVIEW, рассмотрены их устройство и принципы. Также в главе приведен разработанный цикл лабораторных работ по физике для учащихся старших классов, структура и методические рекомендации по проведению курса лабораторных работ.
В заключении обобщены результаты исследования.
В данной дипломной работе мы разработали методические материалы факультативного курса по физике для учащихся старших классов общеобразовательной школы.
Целью нашего исследования являлась разработка цикла лабораторных работ по изучению простейших электрических цепей на базе рабочей станции National Instruments ELVIS II. В ходе работы мы поставили перед собой следующие задачи:
1. проанализировать учебно-методическую литературу по тематике исследования;
2. выявить роль и место внеурочных занятий в процессе обучения физике учащихся старших классов;
3. определить возможности программно-аппаратных средств NI LabVIEW, в частности, NI ELVIS II, в моделировании и обработке электрических сигналов;
4. разработать и отладить цикл лабораторных работ с использованием рабочей станции NI ELVIS II, для применения на внеурочных занятиях по физике в старших классах.
Основные результаты работы заключаются в следующем:
- Анализ литературы по проблематике нашей работы показал, что теме «Основы электро-радиотехники» в курсе физики общеобразовательной школы отводится недостаточно внимания. Наш курс углубит познания школьников в данной области.
- Ознакомившись с возможностями программно-аппаратного обеспечения NI ELVIS II и NI LabVIEW, мы пришли к выводу о том, что рассматриваемый тандем инструментов позволяет выполнять широкий спектр практических задач по проведению лабораторных работ в области электро¬радио техники. Была проведена научная работа в области радиоэлектроники. На основе имеющегося функционала было проведено измерение коэффициента гармонических типовых сигналов, изучены АЧХ и ФЧХ характеристик RC цепей постоянного и переменного тока, а также АЧХ и ФЧХ последовательного колебательного контура.
- В ходе практической работы нами был разработан цикл лабораторных работ на базе рабочей станции NI ELVIS II, для применения на внеурочных занятиях по физике в старших классах. Цикл включает в себя лабораторные работы по темам:
- «Создание схемы делителя напряжения на макетной плате»;
- «Проверка последовательной RL-цепи с помощью функционального генератора и осциллографа»;
- «Проверка последовательной RC-цепи с помощью функционального генератора и осциллографа»;
- «Изучение АЧХ и ФЧХ характеристик RC-цепей переменного тока»;
- «Изучение АЧХ и ФЧХ характеристик последовательного колебательного контура».
Данный цикл лабораторных работ способствует развитию у школьников научного мировоззрения, пониманию межпредметных связей информатики и физики, умению применять полученные знания в учебной и бедующей профессиональной деятельности, повышению мотивированости к учебному процессу. Практическая значимость разработки состоит в том, что она может быть включена в систему внеурочных занятий по физике.
Работа прошла апробацию:
1. Публикация ряда статей в центральных рецензируемых изданиях.
2. Участие в региональных, всероссийских и международных конференциях.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
