Изучение темы «Электрический ток» с применением микроконтроллеров (Физика, 10 класс)

Использование микропроцессоров в изучении темы «Постоянный ток».

Проблема разнообразия уроков ради развития интереса к предмету стоит уже давно. Каждый учитель прорабатывает в голове варианты привития интереса. Почему отсутствует интерес и стимул к изучению предметов? Причин можно найти и перечислить много. Я назову лишь те, которые пытаюсь разрешить на своих уроках. Не буду касаться сложности и трудоемкости предмета. Снижение уровня базовой основы не приведет к развитию ученика, хотя ту самую базовую основу нужно пропустить через фильтр и убрать ненужное. Только ячейки фильтра должно создать сообщество учителей, а не назначенный чиновник. Когда составляешь рабочую программу по предмету, то самый объёмный раздел – знания и умения обучающегося, которые очень сложно оставить в памяти. Именно поэтому необходимы справочные данные в материалах экзаменов по предметам естественно-математического цикла.
Вернемся к причинам:
- Отсутствие понимания у учащихся места предмета в реальной жизни человека.

На уроках часто слышишь вопросы: « А зачем этот закон нужен в жизни? Где это встретишь?» Показать значимость предмета сложно. Просто слова «Предмет важен, самый нужный и т.д.» разбиваются о стену, как горох. Тема «Электрический ток» в 10 классе очень подходит для показа значимости законов физики в жизни человека. Для «оживления» законов использую микроконтроллеры «Ардуино», приобретенные для кружковой работы.
Рассматриваю цепь, состоящую из светодиода, источника тока, ключа. Источником тока служат клеммы микроконтроллера. Светодиод подбираю такой, чтобы он не был рассчитан на силу тока, которая выдаётся микроконтроллером, значение должно быть гораздо меньше. В итоге мы должны увидеть процесс перегорания светодиода. А ведь в реальной жизни вместо светодиода может находиться более дорогостоящее оборудование!
Многочисленные варианты причин увиденного явления можно услышать от учащихся при его анализе. Выбираем верный ответ. Необходимо ограничить ток цепи светодиода, не меняя напряжения, дополнительным сопротивлением в виде готового резистора с нужными параметрами. Появляется потребность расчета силы тока. Эта потребность рождает поиск закона, позволяющего произвести необходимые вычисления. Мы слышим о законе Ома. Кто-то знает его форму записи, а некоторые применяют интернет и справочник. Главное – участие в поиске! Потребность в действии рождает потребность в поиске, потребность в знаниях, влечении к предмету как нужному в данной жизненной ситуации. Рассчитали значение сопротивления, а что дальше и где брать нужный резистор? На всю республику один магазин радиодеталей? Опять поиск, который приведет к нахождении формулы расчета сопротивления проводника, проще говоря проволоки, материал и параметры которой известны и умению выражения ее длины. Вновь такая же цепочка: потребность в действии – поиск - знания – влечение к предмету. Значит надо просто создать проблему, по возможности связанную с реальной жизнью, и остаётся только направлять учащихся для её решения.
Для развития интереса к предмету надо всячески стимулировать у учащихся самостоятельное творческое мышление, начиная с его элементарных форм и проявлений. Известно, что активная, самостоятельная работа мысли начинается только тогда, когда перед чело­веком возникает проблема, вопрос. Поэтому учителя и ро­дители, помогающие детям овладевать различные предметы, должны стараться так организовать занятия с ними, чтобы перед детьми чаще возникали хотя бы несложные проблемы, чтобы они сами пытались самостоятельно ре­шать эти проблемы. Такое обучение (его называют — проблемное об­учение) может осуществляться на различных уровнях и решает проблему.
Первый уровень проблемного обучения характеризу­ется тем, что обучающий ставит проблему, формулирует ее, ученик же должен найти пути решения сформулиро­ванной обучающим проблемы.

Второй уровень отличается тем, что ученику предла­гается самостоятельно и сформулировать и решить про­блему, обучающий же только указывает на нее.

На третьем уровне проблемного обучения обучающий даже не указывает проблему, ученик должен увидеть про­блему самостоятельно, а увидев, — сформулировать ее и найти возможности и способы ее решения.
Учащийся теряется в многообразии школьных предметов. На уроках физики он забывает знания математики, на уроках информатики ему уже не до физики. Межпредметная связь теряется. Это рождает вторую причину потери стимула учиться, потери интереса к предмету:
- Слабая межпредметная связь или её отсутствие.

Работать над упразднением этой причины достаточно сложно. Необходимы координация работы с разными учителями, преподающими другие предметы. Согласование тем в программах, введение некоторых понятий – это лишь небольшой участок рутинной работы. Мне немного повезло. Все предметы, которые можно интегрировать, веду в старших классах я сам. Информатику, математику, физику пытаюсь слить в одно единое целое.
С введением новых стандартов образования информатика становится межпредметным связующим звеном в школьном обучении. Начиная в середине 80-х годов с программируемых калькуляторов, курс информатики трансформировался в современную программу подготовки учащихся к жизни в информационном обществе.

Хочется подчеркнуть, что существующие образовательные программы по информатике позволяют использовать робототехнику, микроэлектронику (и инженерные составляющие) как методический инструмент учителя, без необходимости изменения рабочей программы педагога [2]. Основой для интеграции является теория межпредметных связей, которая в современной дидактике получает все больше и больше внимания. Межпредметные связи являются формой и принципом взаимодействия между отдельными учебными предметами, служат для обобщения и систематизации знания, но не представляет нового качества знаний. Межпредметная интеграция образует целостность, которая представляет интегральное качество [1].

И в этом случае мне помогают микроконтроллеры. Элементарным примером слияния предметов может быть продолжение работы над темой «Электрический ток». В схеме со светодиодом задание «Моргни светодиодом один раз» не вызывает трудности. Ключ включил и выключил, добился управления процессом. А если необходимо поработать маяком в море? Достаточно трудно включать-выключать несколько тысяч раз. Управлять в данном случае должны не руки человека, а микропроцессор, если его запрограммировать на данное действие. Получаем сборку электрической цепи, написание нужного алгоритма, написание программы и загрузку её в контроллер. Алгоритмы и язык программирования контроллера предварительно изучаются на информатике. Выполнение этого задания осуществляет интеграцию физики, информатики, моделирования. Учащиеся знакомятся с роботизацией управления процессами. Осуществляется профориентационная деятельность. Развивается техническое мышление. Мне доступными средствами получается дать школьникам современное представление о прикладной науке, занимающейся разработкой автоматизированных технических систем – робототехнике

Такая постановка урока позволяет учащимся почувствовать себя исследователями, конструкторами и изобретателями технических устройств [3].

Самое главное при этом не перегрузить учащегося сложностью выполняемого задания.
Считаю, что в результате такой работы удаётся повысить интерес учащихся к изучению точных, инженерных и естественных наук, ученикам представятся новые возможности для развития исследовательского потенциала [4].

Список литературы

1. Мазилов В.А. Становление профессионального сознания специалиста‐психолога: интеграция знания // Междисциплинарный подход в становлении специалиста‐профессионала в гуманитарном вузе / Под ред. М.Н. Заостров-ской, В.З. Юсупова. – М.: Коряжма: Старая Вятка. 2005. – С. 23–30.

2. Ситников П.Л. Использование платформы ARDUINO в образовательной деятельности [Текст] / П.Л. Ситников // Образование и наука в современных условиях: Материалы II Междунар. науч.‐практ. конф. (Чебоксары, 15 янв. 2015) / Редкол.: О.Н. Широков [и др.]. – Чебоксары: ЦНС «Интерактив плюс», 2015. – С. 134–135.

3. Ситников П.Л. Робототехника в современной школе [Текст] / П.Л. Ситни-ков // Педагогический опыт: теория, методика, практика: Материалы Междунар. науч.‐практ. конф. (Чебоксары, 08 окт. 2014) / Редкол.: О.Н. Широков [и др.]. – Чебоксары: ЦНС «Интерактив плюс», 2014. – С. 192–194.

4. Копосов Д.Г. Начала микроэлектроники на уроках информатики // Все-российский съезд учителей информатики. Москва, МГУ имени М.В. Ломоно-сова. 24–26 марта 2011: Тезисы докладов. – М: Издательство Московского уни-верситета: – 2011. – С. 600–601.