Деякі перспективи реалізації модельних експериментів на комп"ютері та створення віртуальних лабораторних практикумів із фізики, Детальна інформація

Викладання фізики в сучасних умовах вимагає від учителя такої форми навчально-виховної діяльності, яка забезпечила б насамперед високу інтенсифікацію навчального процесу і сприяла б вихованню в учнів фізичного мислення. Такий підхід до викладання фізики дає змогу також сформувати в учнів уміння і навички самостійно поповнювати свої знання, вибирати з величезного потоку наукової інформації найважливіше, самостійно висувати завдання і творчо розв’язувати їх.

У розв’язанні цієї навчально-виховної проблеми велике значення має, поряд з іншими засобами навчання, використання елементів комп’ютерного моделювання. Навчальна комп’ютерна модель є одним із видів педагогічних програмних засобів, використання яких передбачено концепцією фізичної освіти [3]. Якщо взяти за основу спосіб керування навчальною комп’ютерною моделлю, то можна виділити дві групи таких моделей: керування без участі користувача і керування, здійснюване користувачем. У свою чергу, в другій групі можна виділити три підгрупи, які відрізняються характером керування комп’ютерною моделлю:

нечислове керування (структурна зміна моделюючого об’єкта за допомогою клавіш керування курсором, інших нецифрових клавіш);

числове керування (задання конкретних значень параметрів моделюючого об’єкта);

змішане керування.

До першої групи комп’ютерних моделей належать моделі демонстраційного характеру, які використовують для:

а) моделювання фізичних дослідів, які неможливо продемонструвати в умовах школи;

б) розкриття механізму фізичних явищ чи процесів.

Особливість моделей другої групи полягає в тому, що вони дають можливість не тільки демонструвати фізичні явища та процеси, а й досліджувати їх. Такі моделі досить ефективно можна використовувати під час проведення дослідницьких лабораторних робіт.

Дослідницькі лабораторні роботи є однією з форм самостійної роботи учнів. У дидактиці самостійною роботою учнів вважають такий вид їхньої діяльності, при якому вони здобувають знання без допомоги вчителя або під його керівництвом. При виконанні дослідницьких лабораторних робіт рівень самостійності учнів дуже високий. Учням, крім обладнання, роздають інструктивні картки, де вказано тему та мету роботи, обладнання, подано запитання, таблиці, які заповнюють учні в процесі дослідження, виділено місце для висновків. Результати, які отримують учні під час дослідження, заносяться в картку. Вчитель використовує інструктивну картку як засіб керівництва самостійною роботою учнів. На початку роботи експеримент проводять за допомогою реального обладнання. Подальші дослідження виконують за допомогою комп’ютерної моделі.

Як приклад, проаналізуємо дослідницьку лабораторну роботу “З’ясування умов плавання тіла в рідині” (7-й клас). На початку заняття кожному учневі роздають інструктивну картку (додаток 1.). Вчитель дає коротке пояснення щодо її заповнення. Для виконання цієї роботи учні повинні знати, як визначити виштовхувальну силу, що діє на тіло, занурене в рідину, а також уміти обчислити рівнодійну сил, які діють вздовж однієї прямої. З цією метою в картці подано запитання 1, 2, 3. Відповіді на запитання учні вписують в інструктивну картку. Відповівши правильно на запитання 1-3, учні висувають припущення, що поведінка досліджуваного тіла в рідині буде залежати від значень тих сил, які прикладені до нього (сила тяжіння та виштовхувальна сила). Провівши експеримент за допомогою обладнання, діти заповнюють таблицю 1. Дослідження умов плавання тіл в рідині буде більш загальними, коли експеримент проводити з рідинами різної густини. Безпосередні дослідження з цими рідинами (бензин, нафта, сірчана кислота) неможливо провести в умовах шкільного фізичного кабінету. Значно спрощує розв’язання цієї проблеми використання комп’ютерної моделі. Тому наступним етапом роботи учнівського дослідження є робота з комп’ютерною моделлю. Дослідження учнями цієї моделі дає змогу визначити силу тяжіння, виштовхувальну силу, обчислити середню густину тіла, яку порівнюють з густиною рідини, визначити глибину занурення тіла в рідині. Причому, розміри досліджуваного тіла в моделі, збігаються з розмірами пробірки, з якою проводять експеримент за допомогою реального обладнання. Дослідження моделі супроводиться графічною ілюстрацією, за допомогою якої учні спостерігають поведінку тіла в рідині. Дані, які отримані при дослідженні комп’ютерної моделі, заносяться в таблицю 2. Ця таблиця відрізняється від попередньої тим, що крім колонок, що є в таблиці 1, у ній є додаткові колонки – густина рідини, середня густина тіла та глибина занурення тіла в рідину. Провівши аналіз даних 5-ї, 6-ї та 7-ї колонок, учні роблять другий висновок про умови плавання тіл у рідині.

Аналіз результатів використання даної комп’ютерної моделі показує, що учні краще засвоюють умови плавання тіл у тому випадку, коли, крім порівняння виштовхувальної сили та сили тяжіння, паралельно йде порівняння густини рідини та середньої густини тіла.

Додатковим завданням цієї роботи є визначення максимальної маси шроту в пробірці, при якій вона ще не тоне. Визначивши цю масу для однієї рідини, учні можуть передбачити поведінку цієї пробірки в іншій рідині, а потім перевірити правильність свого припущення за допомогою комп’ютерної моделі. У цьому випадку модель виконує функцію самоконтролю.

Деякі учні в позаурочний час займаються вивченням різних мов програмування. Цим дітям можна запропонувати самим створити комп’ютерні моделі. Виконати такі завдання під силу учням із творчим рівнем пізнавальної активності, які можуть проявити вміння застосувати набуті знання в новій ситуації, вміння самостійно працювати з різною навчальною та науковою літературою. Такими завданнями можуть бути:

Створити комп’ютерну модель, за допомогою якої можна визначати глибину занурення тіла в рідинах з різними значеннями густини речовини.

Створити комп’ютерну модель, за допомогою якої можна визначати підіймальну силу рятівного круга або плота в різних рідинах.

Створити комп’ютерну модель, за допомогою якої можна визначити підіймальну силу повітряної кулі.

Можна виділити окремий урок, на якому діти будуть демонструвати свої моделі та захищати їх. Варіант плану захисту може бути таким:

Назва моделі.

Яке фізичне явище чи процес моделюється.

Мета створення моделі.

Які програмні засоби були використані під час створення моделі.

Як і де можна використати на практиці результати отримані за допомогою дослідження моделі.

Вказати список використаної літератури.

Як і будь-яка навчальна модель, така комп’ютерна модель є джерелом інформації, але в той же час вона є об’єктом самостійної діяльності учнів, яка здійснюється за допомогою комп’ютера. Виконання цієї діяльності активізує в дітей процес пізнання, сприяє розумінню ними суті фізичних явищ, дає можливість набувати вмінь і навичок користувача ЕОТ, які будуть їм необхідні після закінчення навчального закладу при подальшому навчанні. Дуже важливим є те, що комп’ютер не замінює фізичного експерименту, а доповнює і поглиблює його.

(( Савош В.О., 2001



Стрілка-маніпулятор

Джерело світла

Дзеркало