Информационно-демонстрационные материалы под "микроскопом"

Показать начало статьи.

От анализа существующих к синтезу новых образовательных анимаций

титульникПродолжение: ...Первый же слайд демоверсии подтверждает народную мудрость: "Как назовешь корабль, так он и поплывет" поскольку здесь, наряду с красивейше-наимудрейшим наименованием: "Информационно-демонстрационные материалы инновационного учебно-методического комплекса" размещена картинка, состоящая из восьми физических тел, однако содержащая около двадцати ошибок как в законах линейной перспективы, так и геометрической оптики.

К примеру, взгляните на шар, расположенный на переднем плане, он скорее напоминает куринное яйцо, чем демонстрирует игру света и тени. Шокирует динамометр, стоящий на петельке к которой подвешиваются грузики и смущает ничего не увеличивающая лупа. А взгляните на магнит, он виден под таким ракурсом, как если бы стоял слева и снизу от гальванометра, у которого, кстати, вместо рамки с проволочной катушкой почему то изображен шар и т.д, видимо не зря говорят - "У семи нянек дитя без глаза".

А найдите на этом же слайде кнопку в виде стрелки, с надписью "вперед", вас не сбивает с толку, что она своим острым концом смотрит влево, что ассоциируется скорее с командой "назад" чем "вперед". Кроме того, раз уж это кнопка, то она должна реагировать на различные действия пользователя, а не просто переводить к следующему слайду. Далее, продолжая знакомство с указанным титульным слайдом демоверсии, внимательно рассмотрим предметы переднего плана, показанные на скрине его изображения, расположенного слева, для увеличения которого достаточно щелкнуть по нему кнопкой мыши.

Видим, что шар освещен сверху, цилиндр спереди, а рядом стоящая гирька слева и справа, в принципе данное несоответствие действительности можно при желании оправдать использованием скажем "линейно - точечных" источников света направленного действия, освещающих отдельно каждый из рассматриваемых предметов. А вот как объяснить тот факт, что цилиндр, стоящий ниже линии горизонта и пружина динамометра, расположенная на много выше упомянутой линии - видны как бы сверху, в то время, как рядом стоящая гирька - строго спереди, а про магнит - вы и сами видите.

Да и обязательно взгляните на изображение лупы. По определению: "Лупа — оптическая система, состоящая из линзы или нескольких линз, предназначенных для увеличения и наблюдения мелких предметов, расположенных на конечном расстоянии". Так почему же она, изображенная на слайде, совершенно не увеличивает изображение полюсов магнита? Какой смысл в изображении лупы и магнита, находящегося на двойном фокусном расстоянии, ведь только в этом случае размеры предмета и его изображения совпадают, т.е. лупа не дает увеличения.

Все эти размышления наводят на мысль, что автор данного рисунка имел не только множество точечных источников света, но и множество глаз, причем, видимо преднамеренно, искажающих действительную картину окружающего мира.

Справа публикуем исправленную версию первого слайда демоверсии с устраненниями отдельно взятых недочетов и ошибок рассмотренных выше, а желающие могут попытаться найти двадцать отличий в том как стало от того как было.

Далее пропустим несколько слайдов с текстовой информацией и откроем сразу девятнадцатый под интригующим заголовком: "Интерактивные модели и опыты", который к великому сожалению сопровождается множественными не только физическими (начиная с "прямого тока" и заканчивая применением правила буравчика), но и морфологическими ошибками (чего стоит один лишь совет: Оденьте стрелку компаса на иглу, прописанный дважды).

Стоит запомнить, что следуя правилам русского языка - одеть можно кого-то, а надеть что-то. Поэтому правильно будет предложить: Наденьте стрелку компаса на иглу. Далее смотрим, как было и, устраняя недостатки в порядке ниже следующих пунктов, сравниваем с тем как стало:

19.1 - создается впечатление, что магнитная стрелка "валяется" на рабочем столе. Ее необходимо вставить в компас, что и позволит определить их взаимную принадлежность и назначение

19.2 - Игла походит на гвоздь с очень толстой шляпкой. Шляпку убрать, иглу заменить на стержень, который необходимо заточить

19.3 - Стрелка после замыкания ключа при указанном подключении аккумулятора и согласно правилу буравчика, должна повернуться северным (синим) концом от наблюдателя, а на анимации синий кончик стрелки, поворачиваясь, закрывает собой стержень, стало быть располагается ближе к нам, т.е. поворачивается к наблюдателю, что не соответствует действительности. Исправить.

19.4 - Почему-то замкнуть и разомкнуть цепь разрешено только один раз. Снять данное ограничение, т.е. разрешить количество повторений на усмотрение пользователя

19.5 - Для усиления ощущения глубины и объема - от магнитной стрелки отбросить тень на рабочий стол и платформу опытной установки, что подчеркнет направление ее движения при той или иной полярности включения аккумулятора

19.6 - Предусмотреть возможность изменения полярности включения батареи в цепь не нарушая техники безопасности, например, разрешить ее смену только при разомкнутом электрическом ключе

19.7 - Нарушена перспектива пространства. Аккумулятор, изображен так, как будто на него смотрим с высоты трех метров. Выключатель и платформа находятся примерно на одном уровне, а изображено так, что глаз, смотрящий на платформу, находится почти на одном уровне с ней, а второй глаз, поднявшись на высоту с метр, смотрит на ключ.

19.8 - Необходимо изменить расположение предметов в последовательности сверху вниз: выше всех расположить платформу с проводниками, затем ключ и еще ниже расположить обновленную батарею.

19.9 - Пустоту, образовавшуюся после перекомпоновки приборов можно заполнить изображением компаса и так она стала выглядеть здесь, где представлена уже в натуральную величину, идентичную оригиналу.

19.10 - По завершению опыта необходимо предложить обобщить наблюдаемые закономерности и сделать вывод

Вновь пропустим пару слайдов и откроем сразу двадцать второй с многообещающим заголовком «Элементы исследовательской работы». Здесь нам предлагают самостоятельно собрать электрическую цепь из двух одинаковых лампочек, ключа и батареи, при этом программно разрешая только последовательное соединение, как будто забыв о существовании параллельного. Ну и в чем проблема, скажете вы

Проблема в том, что хотя нам разрешили лампочки включить только последовательно, но светиться-то их "заставили" так, как будто их подключили параллельно.

1

Чтобы убедиться в сказанном, поступим следующим образом, вначале включаем в цепь одну лампочку и делаем скрин, затем включаем обе и вновь делаем скрин. Сравнивая полученные скрины, замечаем, что в обоих случаях лампочки светятся одинаково, хотя во втором случае напряжение на каждой из лампочек должно быть в два раза меньше, а поскольку общее сопротивление наоборот увеличивается, то общая сила тока - уменьшается, а раз так, то и светиться лампочки во втором случае должны слабее. (убедится в том, что лампочки светятся одинаково можно, взглянув на скриншоты в формате gif, сравнивая их уровни градаций серого, чем ярче светится лампочка, тем больше должно быть уровней при одинаковом разрешении)

23 слайд демоверсииРассмотрим двадцать третий слайд с заголовком "3. Электрические явления". Проблемы появляются уже с подзаголовка "3.15 Закон Ома", поскольку в базовом курсе физики изучают как минимум два, который из них подразумевает заголовок – непонятно. Можно предположить, что автор не видит разницы между ними, отсюда и вытекают все следующие ошибки, которые мы и постараемся разобрать.

Следующая строка гласит: «Проверим, как зависит сила тока в цепи от сопротивления при постоянном напряжении в цепи».

1. - Получается, что - то вроде утверждения, что масло масленое.
2. - Проверяют обычно гипотезу, а зависимость - устанавливают
3. - Для поддержания постоянного напряжения в предложенной цепи необходимо, как минимум, наличие реостата, которого в предложенной схеме почему-то нет, и нет никакой альтернативы, например, сетевого блока питания вместо указанной батареи

Устраняя замечания, заменяем рассматриваемую строку на новую, следующего содержания : «Установим опытным путем зависимость силы тока в замкнутой цепи от ее сопротивления при постоянном напряжении». А теперь рассмотрим материалы, предлагаемые нам для проведения виртуального опыта позволяющего установить рассматриваемую зависимость.

таблицаВо-первых, в качестве первых двух сопротивлений даны резисторы, промаркированные двумя и тремя цветными полосками - кольцами, но стандартная цветовая маркировка подразумевает использование только четырех или пяти цветных колец и начинается слева направо. Каждому цвету соответствует свое числовое значение, а при желании, в интернете можно найти специальные калькуляторы - дешифраторы.

Во-вторых, кольца сдвинуты к одному из выводов резистора и первым считается кольцо, расположенное у самого края. Если размеры резистора не позволяют разместить маркировку ближе к одному из выводов, то ширина первого кольца делается примерно в два раза больше других, а стало быть, под этот стандарт не подпадает и третье сопротивление, хотя и имеет четыре полоски. Попробуйте определить, какая полоска первая - желтая или коричневая.

В-третьих, сопротивления заводского исполнения номиналом в 9 Ом в природе вообще не существует. Убедиться в отсутствии такого номинала можно, вбив в поисковик запрос: "Гост номиналов сопротивлений" или взглянуть на соответствующую таблицу, расположенную слева.

Вопрос, а как быть, если нужен резистор на 9 Ом? Ответ прост, достаточно соединить параллельно 2 сопротивления по 18 Ом. И, хотя мы вскрыли столько несоответствий, тем не менее, попробуем снять вольтамперную характеристику с помощью предложенной электрической цепи, и вот что получаем:

При R1 = 3 Ом : I1 = 1,5 А, а U1 = 4,5 В : При R2 = 9 Ом : I2 = 0,5 А, а U2 = 4,5 В : При R3 = 15 Ом : I3 = 0,3 А, а U3 = 4,5 В

Вас ничего не смущает? И вновь возникает проблема, поскольку мы-то знаем, что если к гальваническому элементу подключать уменьшающиеся по величине сопротивления, то значение напряжения на их концах должно также уменьшаться (например, при нулевом сопротивлении, т.е. при так называемом К.З. и напряжение будет нулевое), а здесь оно остается неизменным.

Но позвольте, воскликнет внимательный ученик, у нас в учебнике Физика 8, черным по белому написано: "Включая в электрическую цепь какого-нибудь источника тока различные проводники и амперметр, можно заметить, что при разных проводниках показания амперметра различны, а вольтметр, поочередно подключаемый к концам этих проводников, показывает одинаковое напряжение".

Совершенно верно, так оно и есть, но только заметьте, что в том самом параграфе приводится и схема цепи, но содержит она см. Рис. 70.:

схема с учебникаво-первых, в качестве источника питания, не гальванический элемент, как в рассматриваемом нами случае, а так называемый сетевой блок питания. Ну и что в этом такого? А дело в том, что данный источник электрического тока имеет внутреннее сопротивление в сотни раз меньшее, чем наша батарея из гальванических элементов, поэтому и падение напряжения на нем будет в сотни раз меньше.

Во-вторых, в учебнике рассматривают зависимось силы тока от свойств проводника, а анимация - зависимость силы тока от сопротивления, что уже ни есть одно и то - же

в-третьих, в учебнике проводники одинаковой длины и сечения, допустим это были нихром (ро = 1.10 10-6 Ом * м) и фехраль (ро = 1.20 10-6 Ом * м), стало быть разность их сопротивлений составляет порядка 0,1 /1 000 000 = 0,0000001 т.е. равна одой десяти миллионной, а в предлагаемом анимацией опыте, третье сопротивление в 5 раз больше первого, т.е. сопротивление изменяется примерно в 5/0,0000001 = 50 000 000 раз больше чем в опыте по схеме с учебника, теперь становится понятно почему в эксперименте по схеме с учебника падение напряжения отсутствует.

Но позвольте, в учебнике есть еще и Рис. 71. Зависимость силы тока от сопротивления, где третье сопротивление отличается от первого в 4 раза, а напряжение во всех трех опытах равно 2 В. Да так оно и было, только заметьте, здесь напряжение не остается неизменным и равным 2 В, а поддерживается, читаем дословно: "На рисунке 71 изображена электрическая цепь. В эту цепь по очереди включают проводники, обладающие различными сопротивлениями. Напряжение на концах проводника во время опыта поддерживается постоянным. За этим следят по показаниям вольтметра." Т.е. - сменили сопротивление, крутим регулятором выходного напряжения пока напряжение не станет равным 2 В, после этого снимаем показания силы тока, и так далее. А у нас батарея. Она не имеет регулятора напряжения вот поэтому то и нужен реостат, включенный последовательно с сопротивлением. Правильный алгоритм работы при этом был бы такой - сменили сопротивление, двигаем ползунок реостата, пока напряжение не примет нужного значения, после этого снимаем показания и так далее.

Отсюда и ошибка в расчетах, смотрите сами, имеем замкнутую цепь, следовательно, при расчетах нужно пользоваться законом Ома для замкнутой цепи, а нам, "видимо, подсовывают расчеты значений получаемые при вычислении по закону Ома для участка цепи I = U/R => 4,5/3 =1,5"

опытКроме того по рисунку видно, что имеем три ориентировочно угольно - цинковых элемента, включенных последовательно в батарею, следовательно, их общее ЭДС равно 1,5*3 = 4,5 В.

Внутреннее сопротивление таких элементов в зависимости от конструкции лежит в пределах 0,25-0,7 Ом вначале разряда и 1,4 – 5 Ом в конце. Свой выбор остановим на среднем от начального значения, т.е. внутреннее сопротивление каждого элемента 0,47 ~ 0.5 Ом, следовательно, общее внутреннее сопротивление примерно r = 0,5 * 3 = 1,5 Ом.

А нам остается только рассчитать действительную силу тока для предложенных сопротивлений: I1 = ЭДС/(R1+r) = 4,5 / (3+1,5) = 1 А. зная сопротивление R1 и силу тока I1, протекающего через него, рассчитаем напряжение на концах данного сопротивления U1 = I1*R1 = 1*3 = 3 В....

А куда же делось еще 1,5 В.? Все впорядке, это напряжение "осталось" на концах внутреннего сопротивления, которое соеденино последовательно с внешним, а стало быть их общее напряжение и будет равно сумме , т.е. составит 4,5 В.

Возможно, кто-то скажет, что все эти тонкости ученику станут известны позже, во время изучения последовательного и параллельного соединения. Согласен, но ведь от того, что ученик этого не знает сегодня, законы природы все равно должны выполняться, а стало быть, и вольт амперные - характеристики должны "сниматься" в соответствии с установленными законами, а не по надуманным программистом правилам...

При желании, аналогичным образом можно доказать несостоятельность показаний полученных с помощью предложенной схемы и для других сопротивлений, но мы этого делать не будем, поскольку "компьютер и сам это понимает", а иначе как объяснить, что на последней сцене данного слайда "он пишет - Не верно! ". А далее, вновь идет спорная мысль: "Опыт показывает, что сила тока в проводнике обратно пропорциональна сопротивлению проводника"

1. - вновь масло масленое
2. - Опыт показывает - и что, он действительно вам что-нибудь полезного показал?
3. - Какая может быть связь между ломаной линиией и обратной либо прямой пропорциональностью?

Если бы графиком была гипербола, а не ломаная, построенная без нашего участия, то можно было бы сделать вывод: "Построенный нами график показывает, что сила тока в проводнике обратно пропорциональна его сопротивлению", а так, возникает лишь только риторический вопрос, что могут дать ученику такие элементы исследовательской работы, с результатами, противоречащими реальным значениям и зачем они нужны...

... Другие изыскания, пригодные для использования в образовательном процессе можно найти здесь, здесь же можно оставить свои замечания или предложения по найденным вами анимаций для их исследования и последующей модификаци

  © Северобайкальск, Russia
Александр Козлов, 2006-2019