Jak ICT jest wykorzystywana w nauczaniu przedmiotów

przyrodniczych?Józefina Turło*, Andrzej Karbowski*, Grzegorz Osiński*, Krzysztof Służewski*, Agnieszka Dyszczyńska**, Piotr Felski**, Tadeusz Kubiak**

* Pracownia Dydaktyki Fizyki, Instytut Fizyki,

Uniwersytet Mikołaja Kopernikaul. Grudziądzka 5, 87-100 Toruń

e-mail: jturlo@fizyka.umk.pl

** Nauczyciele – uczestnicy projektu EU-ISE

„Wprowadzenie mikrokomputerów

Będzie znacznie bardziej rewolucyjne,

Niż każdy z nas się spodziewa”. R. A. Sparkes

I . Co rozumiemy przez ICT? (TI ? TIK?)

(terminologia) Hardware (środki)

Software (narzędzia)

Teachware (metody)

I I . Dostępne narzędzia i metody TI edytory tekstów, grafiki i programy

do prezentacji,

programy symulacyjne i do modelowania,

arkusze kalkulacyjne,

programy do zbierania danych pomiarowych

i ich opracowywania,

bazy CD- R0M i inne komputerowe bazy

danych,

I I . Dostępne narzędzia i metody TI - cd pakiety zintegrowane,

programy wspomagające pomiar

dydaktyczny,

I nternet, WWW,

gry dydaktyczne,

materiały pomocnicze i informacje,

o sprzęcie i oprogramowaniu.

Umiejętności informatyczne ucznia: 

• gromadzenie i przekazywanie informacji

(edytory tekstu i grafiki, sieć komp., nauczanie na odleglość, e-konferencje, listy dyskusyjne-projekty badawcze uczniów, witryny eksperckie, prezentacje)

  

• przetwarzanie informacji, posługiwanie się informacją

(bazy danych CD ROM i inne, arkusze kalkulacyjne, pakiety zintegrowane i specjalistyczne)

Umiejętności informatyczne ucznia (cd): 

• pomiary i kontrola eksperymentów

(z wykorzystaniem czujników i autonomicznych rejestratorów danych i oprogramowania wspomagającego pomiar, np. COACH)  

• modelowanie komputerowe

(środowiska progr. do symulacji i do modelowania)

 

• świadome użycie środków TI

(uwzględnienie pozytywnych i negatywnych efektów)

(1) Stawiaj pytania, przewiduj,

stawiaj hipotezy

(2) Obserwuj,dokonuj pomiarów

i operuj nimi

(3) Interpretujich wyniki i weryfikuj

ich naukową poprawność

Wcześniejsze użycie IT w poznawaniu tematu

(CD-ROM, bazy danych)

Edycja tekstóww planowaniu

Edycja tekstów i grafikiw redagowaniu, przedstawieniu

i opisaniu wyników

Symulacje i modele

Organizacja, prezentacja i zapis wyników(arkusze kalkulacyjne, spec. oprogr.,

bazy danych)

Eksperymenty przyrodnicze wspomagane komputerowo

1. Mechanika

Badanie parametrów ruchu z wykorzystaniem dopplerowskiego komputerowego miernika położenia

Badanie praw dynamiki z wykorzystaniem toru powietrznego

Badanie praw spadku swobodnego, sprawdzanie prawa Galileusza

Badanie ruchu obrotowego na wirującej tarczy

2. Akustyka

Drgania i fale akustyczne, komputerowa analiza dźwięku

Pomiar hałasu i infradźwięków w środowisku. Badanie słuchu

Eksperymenty przyrodnicze wspomagane komputerowo

3. Zjawiska cząsteczkowe, termiczne i termoelektrychne

Ruchy Browna: obserwacje, symulacje komputerowe, interaktywne wideo

Pomiar wilgotności powietrza oraz badanie zjawisk cieplnych z wykorzystaniem rejestratora danych

Komputerowe badanie zjawisk odwracalnych na przykładzie efektu Peltiera, zdalne pomiary temperatury z wykorzystaniem pirometru RAYTEK

Badanie skuteczności chłodzenia za pomoca ogniwa Peltiera (lodówka elektroniczna)

Eksperymenty przyrodnicze wspomagane komputerowo

4. Poznanie zasady działania i sposobów wykorzystania systemu satelitarnego GPS (Global Positioning System)

5. Elektromagnetyzm, optyka i fizyka jądrowa

Sprawdzanie zależności pomiędzy natężeniem prądu płynącym w zwojnicy a wytworzoną indukcją pola magnetycznego

Wykorzystanie komputerowych autonomicznych rejestratorów danych do badania promieniowania ultrafioletowego i podczerwonego

Badanie zjawiska elektrosedymentacji miedzi - fraktale

Badanie promieniowania jonizującego wspomagane komputerowo

Toruński wielokanałowy ultradźwiękowy miernik położenia sterowany

mikrokontrolerem Microchip PIC16C84

Charakterystyka detektora ruchu

Urządzenie do pomiaru odległości wykorzystuje metodę pomiaru bieżącej fazy koherentnej fali ultradźwiękowej o częstotliwości 40 kHz.

Współdziała z nadrzędnym komputerem wyposażonym w standardowy port szeregowy, z którego jest również programowane i zasilane.

Zasadnicze funkcje pomiarowe układu są realizowane przez działający autonomicznie mikrokontroler PIC 16C84 z pamięcią EEPROM.

Urządzenie realizuje pomiar położenia w 16 niezależnych kanałachw czasie 0,3 ms na kanał, z rozdzielczością 0.2 mm w obszarze roboczymo średnicy ok. 6 m.

Ww. detektor ruchu sterowany jest za pomocą specjalistycznego programu RUCH działającego w środowisku Windows.

Metody pomiarowe1. Metoda położeń niezależnych (niezależnych pomiarów w kanałach A

i B). Pomiar jest inicjowany, a następnie przedstawiany w czasie rzeczywistym na ekranie poprzez ruch odbiornika A lub B względem nadajnika N.

Schemat układu doświadczalnego ilustrujący metodę pomiarutzw. „położeń niezależnych” w kanałach A i B.

2. Metoda położeń różnicowych A - B (dostępna jedynie przy użyciu autonomicznego nadajnika ultradźwiękowego).

Schemat układu doświadczalnego przedstawiający metodętzw. „położeń różnicowych” w kanałach A i B.

Przykładowe wyniki

Wykresy parametrów ruchu wózka, który wjeżdża na równię pochyłą ruchem jednostajnie opóźnionym, a następnie zatrzymuje się i zjeżdża w dół równi ruchem jednostajnie przyspieszonym.

Przykładowe wyniki

Wykresy parametrów ruchu harmonicznego wahadła fizycznego.

Przykładowe wyniki

Wykres wartości położenia dla ruchu harmonicznego tłumionego masy zaczepionej na sprężynie i zanurzonej w wodzie.

Ogniwo Peltiera

Zasilacz prądu stałego 12V/3A

CoachlabII

Sonda do pomiarutemperatury

Ogniwo Peltiera

Do komputera

Radiator z wentylatoremgorącej strony ogniwa Peltiera

Komora lodówki

Radiator zimnej strony ogniwa

Układ pomiarowy - schemat

Układ pomiarowy

Przykładowe wyniki

Spadek temperatury w lodówce z elementem Peltier’a

Przykładowe wyniki

Temperatura w lodówce z elementem Peltier’a sterowana termostatem

zaprogramowanym w środowisku Coach 5.

Strona EU – ISE lokalnie Internet

Kwestionariusz (do wpisywania) lokalnie Internet

Kwestionariusz (dane) lokalnie Internet

http://www.fizyka.umk.pl/test/

http://www.fizyka.umk.pl/test/dane.php

http://www.fizyka.umk.pl/~pdf/EU_ISE/

Projekt EU-ISEEffective use of ICT in Science Education