e.pausan lectiifizica noitehnologii

Integrarea noilor tehnologii în lecții de fizică

Profesor Emilia Păușan,

România, Liceul Teoretic “Tudor Vladimirescu”, București

1. Introducere

Nu cu mulți ani în urma, în România se făceau primii pași pe drumul integrării noilor

tehnologii în educație. În acei ani, astfel de soluții se propuneau mai ales în cadrul unor cursuri

opționale, un număr mic de profesori din învățământul preuniversitar fiind implicați în valorificarea

oportunităților oferite de noile tehnologii.

Drumul parcurs de mine a pornit prin implicarea în proiectul “Utilizarea Tehnologiei

Informaţiei şi Comunicaţiei în predarea fizicii - Disciplina Fizica asistată de calculator” finanţat de

Fundaţia pentru o Societate Deschisă. Am lucrat în echipă alături de alți profesori de fizică din

București (Liceul Teoretic “Tudor Vladimirescu” și Liceul Teoretic “Grigore Moisil”), demersul

didactic fiind centrat pe utilizarea noilor tehnologii pentru documentare și prelucrări de date

experimentale.

Au urmat apoi noi oportunități oferite prin colaborarea cu Centrul pentru Studii Complexe,

coordonat de dr. Florin Munteanu, în cadrul proiectului Nexus-T. CSC a pus la dispoziţia grupului

de lucru din care am făcut parte o infrastructură de cercetare specializată, cele mai importante

componente fiind 5 plăci pentru achiziţia computerizată a datelor și software dedicat. Experiența

acumulată a fost ulterior utilizată în cadrul curs opţional, intitulat “Supravieţuitori în universul

cunoaşterii”. Pe parcursul următorilor ani am avut sprijinul d-lui conf. dr. Tom Savu (Universitatea

Politehnica București) și a Center for Science Education and Trining, prin dr. Dan Sporea

(coordonator și al rețelei Hands on Science România), pe direcția utilizării de sisteme

computerizate pentru achiziția de date experimentale și a instrumentației virtuale create cu

LabVIEW.

Astăzi demersul didactic a fost redimensionat, cu utilizarea noilor tehnologii nu numai în

cadrul unor cursuri opționale. Am integrat în lecții atât software de simulare (apelând și la aplicații

create de mine), soluții computerizate pentru achiziția și prelucrarea datelor experimentale, apelând

și la platforma eLearning AEL.

Voi prezenta în cadrul lucrării câteva repere didactice privind utilizarea noilor tehnologii,

exemplificând cu secvențe din diferite lecții de fizică.

2. Utilizarea experimentului virtual în lecții de fizică

Am aplelat la software de simulare, în diferite lecții de fizică, pentru a oferi elevilor

reprezentări intuitive pentru situaţii în care originalul nu este accesibil sau atunci când structura

acestuia impune apelarea la o astfel de metodă. Proprietăţile sistemului ce constituie modelul sunt

mai uşor de studiat, oferind totodată posibilitatea confruntării rezultatelor obţinute în urma unui

astfel de studiu cu cele obţinute în laborator sau prin observarea directă a realităţii.

Acest tip de activități solicită elevii în parcurgerea unor etape importante:

• definirea modelului pornind de la sistemul real;

• studiul pe model;

• compararea modului de comportare a modelului cu a sistemului real, identificând

limitele modelului, în ce condiţii acesta poate descrie suficient de bine originalul;

• dezvoltarea modelului iniţial, adăugând elemente noi în definirea acestuia;

• un nou studiu pe model, o nouă confruntare cu originalul, etc.,

realizându-se astfel o mai bună cunoaştere a sistemelor fizice.

Integrarea noilor tehnologii în lecțiile de fizică (autor: prof. Emilia Păușan)

2 /7

Utilizând diferite softuri educaţionale, strategia didactică este cea care permite obţinerea

finalităţii dorite. Diferențierea instruirii impune ca materialele realizate de profesor pentru diferite

lecții să fie adaptate grupului de elevi, nivelului abilităților elevilor. Pornind de la aceste

considerați, am inclus în fișele de lucru realizate pentru laborator virtual indicații și exemple

clarificatoare, oferind astfel și elevilor cu dificultăți de învățare repere pentru rezolvarea sarcinilor

de lucru.

Pentru exemplificare voi prezenta secvențe dintr-o fișă de laborator realizată pentru studiul pe

model al unui circuitului electric simplu (a fost utilizată o aplicației realizată cu LabVIEW - fig. 1).

Elevii au lucrat în echipă, având de rezolvat una dintre problemele experimentale propuse în

cadrul fișei de laborator.

Secvență din fișa de laborator “Studiul curcuitului electric simplu”

Probleme propuse

P1. Proiectaţi şi efectuaţi un experiment virtual pentru determinarea tensiunii electromotoare

şi a rezistenţei interne a unei surse de tensiune continuă.

P2. Proiectaţi si efectuaţi un experiment virtual pentru obţinerea caracteristicii unui rezistor

ohmic şi determinaţi valoarea rezistenţei electrice a rezistorului.

P3. Determinaţi punctul de funcţionare al unui rezistor ohmic aflat într-un circuit electric

simplu.

P4. Studiaţi comportarea circuitului la închiderea întrerupătorului notat K2.

Figura 1: Interfața utilizator a aplicației utilizate pentru studiul circuitului electric simplu

(aplicație creată cu LabVIEW – autor Emilia Păușan)

Elemente ale circuitului virtual

sursa de tensiune continuă;

reostat cu cursor;

2 ampermetre;

1 voltmetru;

2 întrerupatoare (K1, K2);

lămpi de control.

Observatie: sunt modelate instrumente

clasice - analogice, extistând însa şi

varianta digitală, plasată, în interfaţa

aplicaţiei, imediat sub cea clasică.


3 /7

Variabilele aplicatiei /date de intrare

rezistenţa electrică a circuitului

exterior – R;

caracteristicile sursei (E, r);

calibrul instrumentelor de masură.

Aproximaţii ale modelarii instrumentele de măsură sunt

considerate ideale:

ampermetru are rezistenţă

electric neglilabilă, astfel incât

să fie nulă căderea de teniune

pe acest instrument (UA = 0);

voltmetrul are rezistenţă

electrică mult mai mare decât a

circuitului, practic infinită,

astfel încât Iv = 0;

este neglijată rezistenţa electrică a

firelor prin care sunt conectate

elementele circuitului – Rfire = 0;

este neglijată rezistenţa electrică a

lămpilor de control.

Informaţiile oferite de aplicaţie/date

de ieşire

puteţi obtine informaţii privind

funcţionarea circuitului electric

virtual citind indicaţiile

instrumentelor virtuale;

un mic control, plasat în partea

superioară a fiecarui instrument de

masură virtual, va indica valoarea

calibrului utilizat, având posibilitatea

alegerii unui calibru optim;

lămpile de control conectate în circuit

evidentiază prezenţa curentului

electric în diferite porţiuni ale

circuitului;

diagrama din secvenţa principală a

aplicaţiei, activată implicit, prezintă

dependenţa Uext(I), folosind punctele

experimentale obtinute în timpul

desfăşurării experimentului virtual;

cursorul diagramei (plasat imediat sub

aceasta) afişează valorile Ii, Ui pentru

acele puncte experimentale pe care

veţi plasa cursorul.

(Secvență ce include indicații pentru una dintre problemele propuse)

Indicaţii - Problema 2

Trasarea caracteristicii presupune:

obţinerea, pentru acelaşi rezistor, a unui set de valori (I, Ub);

reprezentarea grafică a acestor puncte.

Veţi proceda astfel:

fixaţi o valoare a variabilei R (valoarea rezistenţei rezistorului din circuitul exterior

urmează a fi determinată experimental);

închideti întrerupătorul K1, mentinând deschis intrerupatorul K2;

modificaţi, pe rând, tensiunea de la bornele rezistorului (veţi modifica E şi/sau r, sursa

din circuitul virtual funcţionând ca o sursă de tensiune reglabilă – vă recomand să

menţineţi r = const şi să impuneţi pentru E valori din ce in ce mai mari, pornind de la

valoarea cea mai mică);

aplicaţia afişează în diagramă fiecare punct experimental, construind pentru voi graficul

U = U(I) – în cazul experimentului real, datele experimentale fiind afectate de erori, este

necesar să construiţi, printre punctele experimentale, dreapta de tendinţă;

folositi cursorul diagramei pentru a determina panta dreptei (tg = I

U = R).

Utilizarea unor aplicaţii interactive se dovedeşte a fi mult mai eficientă decât folosirea

planşelor sau a foliilor de retroproiector. Voi exemplifica cu o aplicație simplă (realizată cu Excel și


4 /7

V.B.A.) propusă în lecții de optică geometrică pentru studiul imaginilor în lentile convergente.

Utilizând această aplicaţie (figura 2), elevul se poate acomoda mai uşor cu construcţia grafică ce

permite evidenţierea caracteristicilor imaginilor, având posibilitatea ca, în timp scurt, să surprindă

aspecte diferite.

Figura 2: Interfața aplicației “Imagini în lentile convergente” (autor Emilia Păușan)

La acționarea butonul “Urmăreşte”, elevul poate observa modul în care se modifică

caracteristicile imaginii unui obiect la apropierea sa de lentilă, având ca sarcină de lucru să justifice

cele observate. De asemenea, selectând din caseta listă itemul “obiect real” sau itemul “obiect

virtual”, va putea distinge între cele două noţiuni, remarcând construcţia grafică pentru fiecare din

cazurile selectate. În foaia de prezentare a problemei propuse este indicată convenţia de semn,

notaţiile folosite, alături de celelalte informaţii necesare utilizării corecte a aplicaţiei, fiind indicate

totodată şi sarcinile de lucru.

Utilizând diferite softuri educaţionale, strategia didactică este cea care permite obţinerea

finalităţii dorite, alegerea sarcinilor de lucru având ca reper important grupul de elevi pentru care

este realizată acea proiectare didactică.

3. Utilizarea sistemelor computerizate pentru investigație pe sistem real

Integrarea în lecțiile de fizică a sistemelor computerizate de măsurare oferă astăzi o altă

dimensiune demersului didactic, având posibilitatea de a colecta rapid un număr mare de date

experimentale și de a le prelucra computerizat folosind software dedicat sistemelor utilizate.

În cadrul acestei lucrări, am dorit ca accentul să fie pus pe aspecte didactice și modalități

concrete prin care noile tehnologii pot fi intergrate în lecție. De aceea am apelat la exemple simple,

cu prezentarea fișelor de laborator. Structura acestora, cu descrierea procedurilor și indicațiile

oferite elevilor, evidențiază modalități prin care am propus elevilor utilizarea noilor componente ale

truselor de laborator bazate pe tehnologii digitale.

Voi exemplifica în continuare cu un experiment simplu, realizat pentru studiul mișcărilor

rectilinii, pentru care a fost utilizat un senzor Motion și o interfață LabPro3. Achiziția de date și

reprezentarea grafică a acestora (în timpul mișcării studiate) oferă posibilitatea acomodării cu soluții

computerizate pentru determinarea caracteristicilor mișcării, precum și cu interpretarea unor grafice.


5 /7

Secvențe din fișa de laborator

Procedura experimentala

1. Conectati senzorul de miscare la canalul digital DIG/SONIC al interfetei LabPro

2. Asezati senzorul de miscare la o distanta de 3 m fata locul din care veti incepe miscarea.

3. Solicitati unui coleg sa declanseze colectarea de date (clic pe comanda Collect din meniul

Experiment al aplicatiei LoggerPro) atunci cand veti incepe deplasarea in fata senzorului

Mottion – pentru inceput va apropiati de senzor cu viteza constanta (~1 min), veti sta apoi pe

loc (~1 min.), urmand apoi sa reveniti de unde ati plecat (~ 3 min.). Tineti seama de

recomandarile facute privind evitarea oricaror mișcări secndare în timpul experimentului.

4. Anlizați înregistrările obținute experimental și răspundeti la următoarele întrebări:

Care este portiunea graficului ce corespunde repausului? Etichetati aceasta portiune a

graficului și inludeti într-o legendă notația făcută.

Care este portiunea de grafic ce corespunde deplasarii spre senzor? Dar la îndepartarea

de acesta? Etichetati aceste porțiuni ale graficului și inludeți în legendă notațiile

făcute.

In care dintre situatii viteza mișcării a fost mai mare, la apropierea de senzor sau la

întoarecere? Care au fost reperele voastre pentru răspunsul formulat?

Ce semnificatie are panta graficului?

Determinati viteza miscarii pe fiecare porțiune și notați rezultatele.

Indicați care sunt principalele surse de erori pentru experimentul efectuat de voi.

Formulati concluziile.

5. Traseazati graficul unei miscari rectilinii oarecare și realizați un nou experiment pentru care

graficul obtinut prin colectarea datelor experimentale să aibă o forma asemănătoare cu cel

trasat de voi.

*** Notati in jurnal reflectiile voastre asupra propriei învățări.

Figura 3: Date experimentale colectate computerizat folosind o interfață LabPro3


6 /7

4. Soluții computerizate utilizate pentru prelucrarea datelor experimentale Pentru prelucrarea datelor experimentale am propus elevilor în primul rând utilizarea

programului Excel, accesibil chiar și elevilor din primii ani de liceu (pentru aceștia din urmă am

rezervat câteva lecții pentru prezentarea facilităților oferite de acest program).

Pentru a veni în sprijinul elevilor cu dificultăți privind utilizarea tehnologiei, am integrat în

fișele de laborator machete interactive. Introducând în aceste machete datele colectate experimental,

elevii au posibilitatea de a obține rapid valori calculate, accentul fiind pus pe interpretarea

rezultatelor și analiza nivelului erorilor de măsurare.

Anterior utilizîării soluțiilor computerizate, pentru elevii din primul an de liceu este important

să fie utilizate soluțiile clasice (înregistrarea tabelară a datelor în caietele de lucru, reprezentarea

grafică folosind hârtia milimetrică, etc.).

Pentru elevi cu abilități ridicate de utilizare a tehnologiei, am propus și utilizarea facilităților

avansate oferite de programul Excel și LoggerPro pentru unele prelucrări statistice și

VideoAnalisys.

Exemplific în continuare cu secvențe dintr-o fișă de laborator realizată în urma efectuării unui

experiment real computerizat proiectat pentru studiul ciocnirilor. Pentru acest studiu a fost utilizată

o înregistrare video a unei secvențe experimentale (ciocnirea a două cărucioare prevăzute cu

tampoane elastice). Clipul a fost încărcat în programul LoogerPro, utilizând apoi facilitățile oferite

de acest program pentru VideoAnalisys. Datele colectate au fost salvate apoi într-o foaie de calcul

tabelar, reconstituind aici graficul legilor de mișcare pe baza datelor salvate. Utilizând apoi metoda

celor mai mici pătrate, elevii implicați în proiect au putut verifica legea conservării impulsului.

Prelucrarea datelor colectate computerizat (ciocnire elastică a două cărucioare)

m1 = m2 = 0,43 kg

Rezultate ale prelucrării datelor Înainte de ciocnire:

v1 (m/s) = 0,4360

v2 (m/s) = -0,4248

p1 (Ns) = 0,18748

p2 (Ns) = -0,18266

pi_sistem (Ns) = 0,004816

După ciocnire:

v1 (m/s) = -0,4250

v2 (m/s) = 0,4364

p1 (Ns) = -0,18275

p2 (Ns) = 0,187652

pf_sistem (Ns) = 0,004902

(pf_sistem-pi_sistem)/pi_sistem = 1,79% (pf_sistem-pi_sistem)/pf_sistem = 1,75%

5. Concluzie

Integrând noile tehnologii în educație oferim elevilor noștri posibilitatea de a dezvolta

competențe importante necesare în secolul XXI. Valorificarea facilităților oferite de aceste

tehnologii reprezintă o provocare atât pentru elevi, cât și pentru profesori.


7 /7

Acest drum nu este lipsit de efort, dar, din perspectiva cerințelor impuse de o societate a

cunoașterii, reprezintă un drum necesar și, cu siguranță, plin de satisfacții.

6. Bibliografie

http://www.pss.ro/science_fun_club_romania/

http://emiliapausan.wikispaces.com/

Mihaela Logofătu, Mihaela Garabet, Anca Voicu, Emilia Păuşan, "Tehnologia Informaţiei şi a

Comunicaţiilor în şcoala modernă" (Credis, septembrie 2003).

Emilia Păuşan, “Aplicaţii interactive de fizică. Modelare cu Excel “ (Credis, decembrie 2003).

http://www.pss.ro/science_fun_club_romania/

http://emiliapausan.wikispaces.com/

e.pausan lectiifizica noitehnologii

Documents