Стремление учителя физики опираться на желание учеников работать в компьютерном классе приводит к необходимости применения специальных педагогических приемов. Одним из таких приемов является использование таблиц Excel для изучения взаимосвязи физических величин.
При построении данного урока предполагается, что на предыдущих занятиях уже рассматривался принцип организации таблиц Excel для проверки знаний ранее пройденных формул физики. Однако для часто отсутствующих или слабоуспевающих учеников имеет смысл напомнить особенности работы с электронными таблицами на примере нового материала.
Применительно к формулам электричества простейшее задание показано на слайде 1.
В колонке A даются названия физических величин. В колонке B показаны их буквенные обозначения. По вертикальной линии E представлены исходные числовые данные и формулы связей между ячейками. Единицы измерения в СИ записываются в столбец F .
Проверка учениками результатов своей деятельности и пояснение неясных вопросов учителем осуществляется с помощью слайда 2.
Фиксация связей между клетками в таблице начинается с символа “равно”. Знание определения силы тока I=q/t ученик демонстрирует с помощью ячеек B3 и E3. Если в B3 записывается сама формула силы тока, то в ячейке E3 показана последовательность работы с исходными данными =E1/E2. Первое число E1 в колонке E делится на второе число E2 в той же колонке.
Чтобы выдержать аналогию с привычной формой записи в школьной тетради, часто ставится знак “равно” после физических величин или их единиц с приставками.
Последовательность работы с любой проверяемой формулой физики была усвоена продвинутыми пользователями на предыдущих занятиях. Они самостоятельно, без напоминания учителя, продолжают записи на листе 1. Для этого тренированные ученики копируют отдельные строки и размещают их в ином порядке. Например, информация первого ряда переносится в третий ряд и наоборот.
Итог деятельности таких учеников показан на слайде 3.
Расчетная формула в ячейке B7 приобретает вид q=It. Числовой ответ (480) появляется в клетке E7 как результат работы компьютера по программе =E5*E6.
В конце решения выполняется логическая операция ЕСЛИ. Она позволяет сравнить данные ячейки E7 с цифровым ответом (480). В случае совпадения компьютер ставит оценку 5. При другом ответе в ячейке A8 появляется цифра 2. Как и любая другая функция, логическая операция ЕСЛИ начинается со знака “равно”, а именно: =ЕСЛИ (E7 = 480; 5; 2).
Для выделения отдельных элементов задачи продвинутые пользователи обычно применяют разные цвета. На слайде 4 формулы физики представлены синим цветом, а единицы изучаемых величин окрашены в зеленый цвет, исходные данные имеют лиловый оттенок, а искомые величины - коричневый.
Работа с приставками и внесистемными единицами предполагает использование столбца D. В этом случае числа записываются в колонку C, а в столбце E набираются формулы перевода. Ученики переносят информацию с листа 1 на лист 2, но изменяют параметры задачи. Требуется выяснить, что нужно записать в пустых клетках слайда 5.
Заполнение столбца E на кадре 6 происходит через ввод программ работы с приставками и перевода единиц. В ячейке E1 появляется запись =C1/1000. Один Кулон и его тысячная часть связаны через приставку “милли”. В ячейке E2 исходная цифра умножается на 60. Фиксируется факт, что в одной минуте содержится 60 секунд. Ученик набирает формулу =C2*60. В колонке E все величины записаны в СИ, поэтому и результат в клетке E3 получается в той же системе. Обратный переход к приставкам происходит в ячейке C3, где необходимо набрать =E3*1000.
Более сложный вариант задания показан на слайде 7.
Он позволяет проверить знание формул для вычисления силы тока и сопротивления, а также соответствующих единиц измерения.
Информация кадра 8 дает возможность ознакомиться с решением задачи.
Физические формулы I=q/t и R=U/I представлены в ячейках B4 и B5 листа 4. Их аналоги в таблице Excel имеют вид =E1/E2 и =E3/E4 в соответствующих точках прямоугольной системы координат: E4 и E5. Сила тока I получается в результате деления числа в клетке E1 на число в ячейке E2, а сопротивление R находится путем деления данных клетки E3 на данные ячейки E4.
Работа с двумя формулами физики приводит к необходимости проверки двух условий для получения окончательного результата. Первое ЕСЛИ позволяет сравнить данные в клетке E4 с правильным ответом (16). Ошибочное решение приводит к появлению в ячейке E6 цифры 2. При верном ответе все права передаются второму ЕСЛИ. В случае совпадения данных в клетке E5 с числом 7,5 появляется цифра 5 в ячейке E6. Иной результат заслуживает оценки 3.
Продвинутые пользователи идут по пути возрастания возможных комбинаций исходных физических величин и увеличения числа искомых данных. На кадре 9 представлено оформление сложного задания такими учениками. Заранее оговаривается, что обучаемые сначала демонстрируют условие задачи и только потом ее решение.
На слайде 10 показано появление новых связей между физическими величинами: A=q·U, N=A/t, P=U·I в ячейках B6, B7, B8 листа 5.
Для каждой формулы физики в клетки Е6, Е7, Е8 помещают соответствующие формулы таблицы Excel =E1*E3, =E6/E2, =E4*E3.
При возрастании количества связей между ячейками появляется необходимость в увеличении числа проверяемых условий. Невыполнение первого условия ЕСЛИ(E6 = 57600) приводит к неудовлетворительной оценке. В противном случае функции анализа передаются следующей логической операции ЕСЛИ(E5 =7,5). Выбор ошибочного ответа приводит к появлению числа 3.
При правильном ответе по второму ЕСЛИ начинается проверка третьего условия ЕСЛИ(E7 =1920). Верное решение гарантирует оценку 5. Ошибочный результат снижает оценку до цифры 4.
Менее продвинутые пользователи на листе 3 продолжают отрабатывать навыки работы с одной формулой: R=U/I. Задание проектируется на экран с помощью слайда 11.
Решение задачи показано на слайде 12.
В первом ряду 0,012 кВ переводится в вольты через функцию =C1*1000. Во втором ряду раскрывается значение приставки “кило” с помощью формулы =C2*1000 . В третьем ряду программа =E1/E2 находит числовое значение сопротивления в СИ. Переход к приставке “милли” происходит по формуле =E3*1000 в ячейке C3.
Работа с формулой предполагает нахождение третьей физической величины, если заданы две другие. На слайде 13 в ячейке Е7 показана функция =E5*E6, которая позволяет вычислить напряжение, если известны сила тока и сопротивление. Перевод в СИ осуществляется с помощью программ =C5*1000 и =C6/1000.
Для достижения более высокого результата в обучении отстающие ученики получают постоянные консультации сильных учащихся. Компьютеры этих пользователей находятся рядом, что не мешает работе остальных учеников. Временные пары создаются на основе взаимной договоренности, поскольку оценивается результат их совместной деятельности.
Навыки, полученные при использовании таблиц Excel, помогают обучаемым правильно обрабатывать исходные данные (слайды 5 и 11) в случае отсутствия компьютеров. Ученики оформляют решение задачи так, как показано на кадрах 14,15 и 16. Нетрудно видеть привычную для учащихся форму записи. В то же время такая запись дублирует последовательность работы с ячейками.
Для поддержания динамики урока обычные и продвинутые пользователи попеременно перед классом сообщают о своих достижениях. Опорными точками являются задания (слайды 5,7,9,11), которые проектируются на экран. Выступающий должен объяснить последовательность заполнения пустых клеток и обосновать использование соответствующих формул Excel.
В качестве домашнего задания ученикам предлагается продолжить основные направления работы в классе. Создается комиссия, которая отбирает наиболее интересные продолжения. На следующем занятии авторы демонстрируют соответствующие кадры и объясняют их.
Одно из продолжений связано с краткой записью очень больших или малых чисел, имеющих значительное количество нулей до или после запятой. На слайде 17 демонстрируется задание, в котором ячейка E2 содержит запись элементарного заряда в СИ. Табличное значение 1,6·10-19 Кл состоит из двух слагаемых 1,6E - 19. В первом слагаемом представлены единицы, а во втором слагаемом зафиксирован показатель степени с основанием 10.
Необходимая для вычислений формула физики N=q/e появляется на проекции кадра 18 в клетке B3. Результат расчета по программе =E1/E2 показан в ячейке E3 в виде числа единиц 3,0E и показателя степени +21.
Традиционным продолжением работы над материалом любого подобного урока является введение новых физических величин и использование других приставок.
С помощью слайда 19 ученик демонстрирует задание для расчета сопротивления проводника через его геометрические параметры и данные о материале.
Проекция кадра 20 позволяет проверить результат работы над предыдущей задачей.
Формула физики R=?·l/S помещена в ячейку B4, а формула =E1*E2/E3, по которой компьютер производит вычисления, находится в клетке E4. Традиционное оформление решения приводится после записи решения в табличном виде.
Наиболее продвинутые пользователи усложняют задачу, показанную на слайде 9, путем введения приставок. Новое задание проектируется на экран с помощью кадра 21.
Слайд 22 демонстрирует умение учеников работать как с приставками “милли” и “кило”, так и знание взаимосвязи многих физических величин.
В первых трех рядах условия задания содержится перевод чисел в СИ путем перехода от столбца C к колонке E. В последних пяти рядах решения задачи осуществляется обратный переход от колонки E к столбцу C.
В девятой строке рассматривается случай, когда появление ошибки в одном из трех решений приводит к неудовлетворительной оценке. Каждое из неравенств – ИЛИ(С4<>320), ИЛИ(С5<>15), ИЛИ(С8<>1,536) - одинаково влияет на конечный результат. Выполнение хотя бы одного условия приводит к негативным последствиям. Если отсутствуют три неравенства, функция =ЕСЛИ(ИЛИ(С4<>320; С5<>15; С8<>1,536)2;5) ставит отличную оценку. В противном случае в строке 9 появляется цифра 2.
Новизна предлагаемого построения урока заключается в том, что основой работы с учениками является изучение связи между формулами физики и соответствующим содержанием ячеек в таблице Excel. Постоянные операции с физическими величинами, их обозначениями и единицами измерения способствуют более глубокому усвоению учебного материала. Учащиеся сами выбирают объем и порядок работы с формулами физики в зависимости от своих возможностей. Это позволяет поддерживать на должном уровне умственную деятельность как сильных, так и слабоуспевающих учеников.