Основы метрологии в физике
| Вид материала | Программа курса |
- Дисциплины, 14.91kb.
- Рабочей программы дисциплины основы метрологии, стандартизации, сертификации и контроля, 26.02kb.
- Программа углубленного курса по физике «Решение сложных задач по физике» 11 класс, 108.16kb.
- М. В. Ломоносова Кафедра стандартизации и сертификации Федорина Л. И., Хомутова, 1360.41kb.
- Курс лекций по физике (читаются в режиме видеоконференции), 36.93kb.
- Полезные ссылки для подготовки к уроку, 38.41kb.
- Методическое пособие элементы общей метрологии, 345.63kb.
- Рабочая программа по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация» для студентов, 111.85kb.
- Теоретические основы методов обучения физике методы и методические приемы обучения, 422.2kb.
- Методика - Материалы уроков, Внеклассная работа, Экзамены (варианты егэ, варианты, 83.54kb.
Основы метрологии в физике
Н.Д. Белик, учитель сош № 26 г.Ярославля
Пояснительная записка
Курс по предпрофильной подготовке «Основы метрологии» предназначен для учащихся 9 классов основной школы. Курс предметно-ориентированный, прикладной, углубляет и систематизирует знания учащихся о способах измерения физических величин, способствует развитию умения анализировать результаты физических опытов и наблюдений.
Программа курса основана на деятельностном подходе к обучению и предполагает элементы проектной деятельности (проведение мини-исследований). В данном курсе учащиеся знакомятся с основными путями и методами применения знаний по физике на практике.
Программа «Основы метрологии» обеспечивает преемственность в изучении физики в основной и средней школе, формирует готовность учащихся к самостоятельному, осознанному проведению экспериментальной деятельности в курсе физики, способствует развитию интереса учащихся к современной технике и производству, ориентирует их на выбор естественнонаучного профиля. Курс «Основы метрологии» входит в образовательную область естествознание и своим содержанием отвечает на вопрос: «Для чего необходимо измерять физические величины точно?»
^ Основные цели курса
1. Формирование целостного представления о физических величинах, различных системах единиц измерения.
2. Развитие навыков обработки и анализа результатов экспериментальной деятельности.
3. Развитие способности к исследовательской деятельности.
4. Воспитание коммуникативных навыков.
Основные задачи курса:
- научить грамотно выполнять экспериментальные задания;
- углубить знания о методах расчета погрешностей измерения;
- познакомить с использованием точных измерительных приборов и применением их на практике;
- способствовать развитию умений наблюдать, анализировать, устанавливать причинно-следственные связи, формулировать гипотезы, обосновывая их и проверяя на практике;
- систематизировать и обобщить знания учащихся об экспериментальном методе познания природы;
- развивать критическое мышление при оценивании результатов проделанных экспериментов;
- воспитывать чувство ответственности за результаты своего труда;
- расширять кругозор о мире профессий;
- воспитывать чувство любви к своему городу.
Данный курс рассчитан на 12 часов, он включает в себя: две экскурсии на промышленные предприятия города (района) и в местный центр стандартизации и метрологии; лекционные часы 3, практические работы по темам: «Измерение массы тела различными способами», «Измерение размеров малых тел различными способами», «Определение плотности вещества различными способами», «Определение коэффициента жесткости», «Определение сопротивления проводника».
В связи с реализацией деятельностного подхода к обучению учащиеся на каждом занятии выполняют различные творческие задания. Это и поиск информации в различных литературных источниках, и написание сообщений, и составление кроссвордов, ребусов, и разработка методик выполнения экспериментальных работ и расчета погрешностей. Учащимся предлагается провести мини-исследование на тему «Измерения в профессии моих родителей».
Результатом работы каждого учащегося или группы является разработка плана проведения учебного эксперимента по одной из изучаемых тем, подготовка сообщения, анализ анкетирования и изучения различных видов измерений, производимых родителями на работе и в быту.
Особенности учебной деятельности обусловлены возрастом учащихся. К началу обучения в 9 классе у подростка появляется способность абстрагировать мыслительные операции от объектов, над которыми эти операции производятся. У учащихся начинают формироваться прогнозирующие и оценочно-контрольные действия, умения формулировать проблемы и самим их разрешать, наблюдается активное стремление к самостоятельным действиям.
Основные знания и умения по проведению измерений учащиеся уже имеют, поэтому применение этих знаний в новых ситуациях (с новыми, более современными приборами) позволит реализовать стремление учащихся к самостоятельности и самоутверждению. Для детей, склонных к систематическому анализу, будет полезной разработка общих, надпредметных подходов к постановке любого естественнонаучного опыта (по химии, биологии и т.д.).
Каждый учащийся может проявить себя в разнообразных видах деятельности. Это и создание тематических кроссвордов и ребусов, и подготовка сообщений о метрической системе мер, о других системах единиц измерений, о способах измерения и проведения экспериментальных работ.
В плане профильной ориентации учащихся важными являются экскурсии на предприятия города (района), где они получат представление о профессиях, в которых измерения являются основной формой деятельности.
Каждый ученик, проведя небольшое анкетирование родителей и родственников, сможет узнать, каков вид их деятельности, какие измерения они проводят на работе и дома, определить значимость этих измерений.
Учащиеся, посещающие данный курс, участвуют в подготовке демонстраций занимательных опытов для 5-6 классов на уроках естествознания и в рамках предметных недель по химии, физики и биологии. Эти же учащиеся, как правило, активно помогают в ремонте лабораторного оборудования, изготовлении простейших наглядных пособий. В такой деятельности особенно значимыми являются самоутверждение, самовыражение и самоуважение учащихся.
Курс воспитывает трудолюбие, творческое отношение к труду и инициативу, позволяет расширить межпредметные связи между физикой и трудовым обучением, математикой, помогает в выборе дальнейшего профиля обучения.
В программе курса указано примерное количество часов на изучение каждой темы. Учитель может вносить коррективы в распределение часов по темам, учитывая подготовленность учащихся к усвоению предлагаемого материала, их заинтересованность, желание работать.
В программе определены требования к знаниям и умениям учащихся, необходимые для дальнейшего профильного образования.
^ Основные знания и умения учащихся
Учащиеся должны знать:
- понятия: метрология, эталон, система единиц, средство измерения, погрешность измерения, поверка средств измерения;
- методы измерений: прямые, косвенные, совместные;
- методы обработки результатов измерений: графический метод, метод доверительных интервалов, аналитический метод.
Учащиеся должны уметь:
- составлять план исследования;
- представлять результаты экспериментов в виде таблиц и графиков;
- правильно пользоваться измерительными приборами;
- соблюдать правила техники безопасности.
Содержание программы
1. Метрология, ее значение в деятельности
человеческого общества (2 часа)
Измерения и человек. Измерительная техника. Метрология в народном хозяйстве. Метрология и прогресс.
Практическая деятельность
1.Анкетирование на тему «Измерения в работе моих родителей».
2.Экскурсия на предприятие города (района).
2. Единицы физических величин и их эталоны (2 часа)
Возникновение и развитие единиц физических величин. Создание метрической системы единиц. Эталоны длины, массы, времени, температуры, силы тока. Внесистемные единицы измерения.
Практическая деятельность
1. Составление ребусов о единицах измерения.
2. Составление кроссвордов о единицах измерения и истории создания системы СИ.
3. Измерение – целенаправленный процесс (5 часов)
Планирование физического эксперимента. Таблица, график, диаграмма как средство анализа результатов измерения. Виды погрешностей измерения. Обработка и анализ результатов наблюдений и измерений. Средства измерения, их виды. Проверка и поверка средств измерения. Выбор средств измерения для выполнения различных измерений.
^ Практическая деятельность
1.Выполнение экспериментальных работ по заданной тематике с разработкой плана работы и метода расчета погрешностей измерения.
2.Разработка инструкции по технике безопасности при выполнении экспериментальных работ.
4. Метрологическая служба России (3 часа)
Работы Д.И.Менделеева по созданию метрологической службы в России. Государственная система обеспечения единства измерений. Международные метрологические организации.
^ Практическая деятельность
1.Экскурсия в местный центр стандартизации и метрологии.
2.Подготовка сообщений о создании единой мировой метрологической системы.
^ Учебно-тематический план
| № п/п | Наименование темы | Всего часов | Лекции | Практические занятия | Семинары | Круглые столы | Форма контроля |
| 1 | Метрология и ее значение в деятельности человеческого общества | 2 | 1 | 1 (экскурсия) | | | |
| 2 | Единицы физических величин и их эталоны | 2 | 1 | | 1 | | Отчеты учащихся |
| 3 | Измерение – целенаправленный процесс | 5 | 4 | 1 | | | |
| 4 | Метрологическая служба России | 3 | 1 | 1 (экскурсия) | | 1 | Доклады учащихся |
| | Итого: | 12 | 7 | 3 | 1 | 1 | |
^ Методические рекомендации
Урок 1
Измерения и человек. Метрология в народном хозяйстве. Метрология и прогресс.
Содержание: урок начинается с рассмотрения роли измерений в промышленности, сельском хозяйстве и строительстве. Вниманию учащихся предлагается материал о значении метрологии в научно-техническом прогрессе. До учащихся доводится информация о профессиях, в которых измерения являются основой деятельности.
Материалы: сравнительные таблицы.
Задание на дом: с какими измерениями знакомы учащиеся.
Урок 2
Экскурсия на одно из предприятий города (района).
Содержание: приводится план экскурсии на предприятие, где имеют место измерения.
Материалы: оборудование лаборатории.
Задание на дом: провести анкетирование на тему «Измерение в работе моих родителей».
^ Цели экскурсии: знакомство с современными высокоточными и высокотехнологичными способами измерения линейных размеров тел; накопление впечатлений и образов для изучения нового материала.
План экскурсии:
- Подготовка к экскурсии: повторение знаний об эталоне длины.
- Задания учащимся:
- каким образом устанавливается соответствие между эталоном длины, находящимся на хранении в ГОСТе, и металлической линейкой, находящейся на рабочем месте в лаборатории;
- с какой точностью позволяют измерить размеры деталей оптиметр и координатно-измерительная машина;
- какие требования предъявляются к проведению измерений;
- специалисты каких профессий работают в лаборатории;
- где можно получить специальность, необходимую для работы в лаборатории.
- каким образом устанавливается соответствие между эталоном длины, находящимся на хранении в ГОСТе, и металлической линейкой, находящейся на рабочем месте в лаборатории;
3. Рассказ специалиста лаборатории о современных способах измерения линейных размеров промышленных деталей.
4. Демонстрация работы оптиметров для измерения линейных размеров готовых деталей.
5. Демонстрация работы координатно-измерительной машины.
6. Подведение итогов.
Урок 3
Возникновение и развитие единиц физических величин. Создание метрической системы единиц.
Содержание: проводится исторический обзор становления и развития метрической системы единиц. Повторяются знакомые ранее единицы измерения длины, массы, температуры и силы тока и соответствующие им эталоны. Дается информация о современных эталонах и методах измерения длины, массы, температуры и силы тока.
Материалы: таблицы перевода различных единиц измерения в СИ. Таблицы «Англо-американская система мер», «Русская система мер».
^ Задание на дом: составить ребусы о физических величинах.
Урок 4
Семинар на тему «Эталоны физических величин. Внесистемные единицы измерения».
Содержание: учащиеся готовят сообщения об эталонах длины, массы, времени, температуры, силы тока, о внесистемных единицах измерения, которые сегодня все еще широко используются (гектар, сотка, литр, баррель, миля и т.д.).
^ Задание на дом: составить кроссворд о физических величинах.
Урок 5
Виды погрешностей измерения. Виды средств измерений. Обработка и анализ результатов эксперимента.
Содержание: на уроке рассматриваются систематические и случайные погрешности, дается определение промахам. Приводится классификация средств измерения. Учащиеся знакомятся с различными методами анализа и обработки результатов измерений.
Материалы: методики расчета погрешностей прямых измерений, косвенных измерений.
^ Задание на дом: разработка инструкции по правилам техники безопасности при проведении лабораторных работ.
Урок 6
Лабораторные работы по темам:
- Измерение массы тела различными способами;
- Измерение размеров малых тел различными способами;
- Измерение плотности жидкости различными способами;
- Определение коэффициента жесткости пружины;
- Определение сопротивления проводника.
Содержание: выполнение экспериментальных заданий по измерению массы тела, размеров малых тел и плотности жидкости отдельными группами. У каждой группы свое экспериментальное задание.
Материалы: лабораторное оборудование в соответствии с тематикой лабораторных работ.
^ Задание на дом: разработка плана выполненной лабораторной работы и выбор метода расчета погрешностей.
Основное содержание
Учащиеся знакомятся со способами измерения массы, размеров тел и плотности, им предлагаются различные инструменты и приборы, с помощью которых можно измерить данные величины.
Задача учащихся - выполнить эти измерения самостоятельно, а дома подготовить план их проведения и определить методом расчета погрешности измерений.
Урок 7
Анализ измерений, интерпретация результатов проведенных измерений.
Содержание: рассматриваются аналитический, графический способы представления результатов измерений, проведенных каждой группой, осуществляется обработка результатов измерений.
Материалы: инструкции по расчету погрешности.
Задание на дом: каждая группа готовит выступление о проделанной работе на обобщающее занятие.
^ Основное содержание
Результаты наблюдений одной и той же величины представляют собой ряд отличающихся друг от друга чисел. Разница в результатах наблюдений, которая получается после исключения систематических погрешностей, объясняется наличием случайных погрешностей. Графики по результатам измерений целесообразно строить до начала математической обработки результатов измерений. Они дают основание для решения вопроса о пригодности полученного ряда для математической обработки.
Урок 8
Обобщение результатов проведенных измерений.
Содержание: урок проводится в форме семинара с обсуждением результатов работы в каждой группе. Делаются выводы о наиболее точных способах измерения выбранных величин.
Материалы: отчеты групп о проведенных измерениях.
Задание на дом: предложить свой способ измерения выбранных величин, подготовить план проведения измерений величины данным способом.
^ Основное содержание
На уроке каждая группа учащихся докладывает о проведенных измерениях, о способах обработки и представления результатов измерений. Обосновывается выбор того или иного способа измерения величины, делаются выводы о возможностях имеющихся приборов и инструментов.
Урок 9
Проверка и поверка средств измерений. Выбор средств измерений для выполнения различных измерений.
Содержание: лекция о поверке и проверке средств измерений, о задачах данных мероприятий и организациях, их производящих. Применение различных средств для измерения одной и той же величины. Выбор наиболее оптимального средства измерения.
Материалы: таблицы инструментальных погрешностей различных приборов.
^ Задание на дом: закончить работу над планом проведения экспериментального задания.
Урок 10
Метрологическая служба России. Работы Д.И. Менделеева по созданию метрологической службы в России. Международные метрологические организации.
Содержание: лекция о возникновении и развитии государственной метрологической службы в России, о работе Д.И. Менделеева по созданию Главной палаты мер и весов, о деятельности международных метрологических организаций.
Материалы: блок-схема о метрологической службе.
Задание на дом: подготовить сообщение о работах Д.И. Менделеева.
^ Основное содержание
Учащиеся выступают с сообщениями по данной теме, представляют блок-схему о метрологической службе России и о взаимодействии ее с международными организациями.
Урок 11
Экскурсия в местный центр стандартизации, метрологии и унификации.
Содержание: приводится план проведения экскурсии.
Материалы: оборудование и установки местного центра стандартизации, метрологии и унификации.
^ Задание на дом: подготовить выступление о значении измерений физических величин.
Основное содержание
Цель экскурсии:
- познакомиться с Государственной системой обеспечения единства измерений на примере измерения массы и силы тока.
План экскурсии
1.Повторение знаний о способах измерения массы и силы тока.
2.Рассказ специалиста отдела о системе обеспечения единства измерений в России, о месте центра в этой системе.
3.Наблюдение за работой поверителя:
- поверка гирь и весов;
- поверка амперметра.
4.Обзор метрологических специальностей и метрологических учебных заведений.
5.Подведение итогов.
Задания для учащихся:
- какова роль Государственной метрологической службы в хозяйственной деятельности России;
- задачи центра стандартизации;
- перспективы развития центра;
- требования к специалистам центра;
- возможности обучения по данным специальностям.
Урок 12
Итоговая конференция.
Содержание: приводится план проведения итоговой конференции.
Материалы: отчеты учащихся о проделанной работе.
^ Основное содержание
Каждый ученик должен подготовить краткое выступление, в котором будет представлен отчет о сделанном им лично по данному курсу. В ходе выступлений ученики обмениваются мнениями по теме, высказывают замечания, пожелания и предложения. Учащиеся получают навыки публичного выступления, и формируется их собственное мнение.
Выступления учащихся по проведенным работам:
- результаты анкетирования родителей по теме «Измерение в профессии моих родителей»;
- результаты исследования «Измерения в быту»;
- разработка инструкции по технике безопасности;
- разработка единых требований к проведению эксперимента в естествознании;
- создание таблиц – схем единиц измерения физических величин (по разделам).
Литература
- Концепция профильного обучения на старшей ступени общего образования [Текст] : утверждена Приказом Министра образования № 2783 от 18.07.2002 г.
- Об организации предпрофильной подготовки учащихся основной школы в рамках эксперимента по введению профильного обучения учащихся в общеобразовательных учреждениях, реализующих программы среднего (полного) общего образования на 2003-2004 учебный год [Текст] : письмо от 20.08.2003 г. № 03-51-157ин / 13-03.
- Оценка качества подготовки выпускников основной школы по физике [Текст]. – М. : Дрофа, 2000.
- Браверман Э.М. Преподавание физики, развивающее ученика. Подходы, компоненты, уроки, задания [Текст]. Кн.1. / Браверман Э.М. ; Сост. и ред. Э.М. Браверман. – М. : Ассоциация учителей физики, 2003.
- Власов А.Д. Единицы физических величин в науке и технике [Текст] справочник / Власов А.Д. – М. : Энергоатомиздат, 1990.
- Демкович В.П. Приближенные вычисления в школьном курсе физики [Текст] / Демкович В.П., Прайман Н.Я. – М. : Просвещение, 1983.
- Дик Ю.И. Межпредметные связи курса физики в средней школе [Текст]. / Дик Ю.И ; под ред. Дика Ю.И., Турышева И.К. – М. : Просвещение, 1987.
- Кон И.С. Психология ранней юности [Текст] / Кон И.С. – М. :Просвещение, 1989.
- Родичев Н.Ф. Предпосылки к становлению профильной ориентации школьников как смыслообразующего элемента предпрофильной подготовки [Электронный ресурс] : Доклад // kha.ru/iro/kcenter/5dapk/d_5_01.htm
- Тюрин Н.И. Введение в метрологию [Текст] / Тюрин Н.И. – М. : Изд-во стандартов, 1983.
- Фетисов В.А. Оценка точности измерений в курсе физики средней школы [Текст] / Фетисов В.А. – М. : Просвещение, 1991.
- Чертов А.Г. Физические величины [Текст] / Чертов А.Г. – М. : Высшая школа, 1990.