Технологии в курсе физики

 

Перечисленные задания помогают учащимся быстро овладеть управлением компьютерной моделью, способствуют осознанному усвоению учебного материала и пробуждению творческой фантазии. Особенно важно то, что учащиеся получают знания в процессе самостоятельной работы, так как эти знания необходимы им для получения конкретного наблюдаемого на экране компьютера результата. Учитель на таком уроке выполняет лишь роль помощника и консультанта.

 

§-3. Сравнительный анализ компьютерных моделей.

Полный перечень компьютерных моделей, которые можно использовать на уроках физики, мы описали выше. Однако, не все перечисленные в указанной статье модели легко доступны, поэтому в дальнейшем подробно анализируются лишь модели, которые выпускаются на лазерных дисках и которые можно сравнительно просто приобрести в компьютерных магазинах. Безусловным лидером в разработке компьютерных моделей является компания “Физикон” (Москва, г.Долгопрудный)

К настоящему моменту компанией выпущены следующие лазерные диски: “Физика в картинках”, “Физика на вашем компьютере”, “Открытая физика, часть 1” (механика, термодинамика, механические колебания и волны) и “Открытая физика, часть 2” (электричество и магнетизм, оптика, квантовая физика). Заметим, что диск “Физика на Вашем компьютере” полностью повторяет курс “Физика в картинках”, а также в качестве рекламного приложения содержит фрагменты “Открытой физики” и по понятным причинам в дальнейшем анализе упоминаться не будет. Сами авторы справедливо считают свои разработки мощным средством интенсификации занятий и повышения интереса учащихся к физике и рекомендуют их учащимся средних школ, техникумов, лицеев, колледжей, студентам нефизических специальностей, лицам, самостоятельно изучающим физику, абитуриентам и преподавателям.

Перечисленные выше компьютерные курсы состоят из отдельных модулей - компьютерных экспериментов или, по нашей терминологии, компьютерных моделей. Подавляющая часть компьютерных моделей гармонично вписывается в школьный курс физики и может использоваться при изучении физики как по базовой, так и по углублённой программам.

Сравнительный анализ показывает, что компьютерный курс “Открытая физика” является значительным шагом вперёд по сравнению с “Физикой в картинках”, так как прежде всего существенно увеличилось число моделей (с 58 до 83) и улучшилось их качество. Появились новые интересные модели как, например, рамка с током в магнитном поле, относительность длины, относительность времени и другие. Что касается самих моделей, то расширились их функциональные возможности, расширились диапазоны регулировки параметров, а также упростился сам процесс регулировки. В результате с моделями стало работать приятнее и интереснее. Кроме того в курс “Открытая физика” добавлено 2 часа звуковых пояснений в виде фрагментов лекций, которые читает научный руководитель проекта профессор С.М. Козел, а также 19 видеозаписей физических экспериментов. Безусловно, видеозаписи делают курс более привлекательным, однако их качество сильно уступает компьютерным демонстрациям. К сожалению, как и при любом движении вперёд, не обошлось и без потерь: исчезли краткие, но полезные инструкции к моделям, также исчезли весьма полезные конструкторы конденсаторов и резисторов, существенно уменьшилось рабочее поле конструктора электрических цепей, а значит приходится упрощать моделируемые цепи. Также, к великому сожалению, сильно уменьшились рабочие поля всех моделей “Открытой физики” (примерно в два раза) по сравнению с “Физикой в картинках”. В результате изображения стали излишне мелкими, что является существенным недостатком курса и ограничивает его использование в демонстрационном варианте.

Необходимо отметить, что сильно усложняет работу с обсуждаемыми курсами при работе с классом и, тем более, при индивидуальной работе ограниченное число задач и вопросов, которыми авторы сопровождают модели. Функциональные возможности моделей позволяют составить значительное число задач различных типов почти к каждой модели, но авторы ограничились в среднем тремя задачами на модель в “Физике в картинках” и лишь одной в “Открытой физике”. Опыт работы показывает, что каждая модель должна сопровождаться по крайней мере десятком задач различной сложности, тогда работа с программой даст действительно высокий учебный эффект. Было бы идеально, если бы к компьютерному курсу прилагался также задачник с задачами, содержание которых было бы согласовано с функциональными возможностями моделей. Наличие такого задачника существенно упростило бы работу учителя по использованию компьютерных курсов на уроках физики и позволило бы активно рекомендовать эти курсы учащимся для домашней работы.

Тем не менее, даже на сегодняшний день, компьютерные курсы “Физикона”, безусловно, являются чрезвычайно полезными при изучении физики, как в классе, так и при индивидуальной работе. Какой же курс является предпочтительным? Прежде всего, многое зависит от имеющихся аппаратных средств. Курс “Физика в картинках” разработан под DOS и будет работать даже на устаревших компьютерах, к тому же, он безукоризненно работает в сети. “Открытая физика” требует более современного оборудования и соответствующего программного обеспечения. Приводим технические требования, которые рекомендуют разработчики: Windows 3.1X/95/NT, 386SX, 4 Mb ОЗУ, 5 Mb жёсткого диска, звуковая карта, монитор SVGA 800* 600, 16 цветов. Кроме того, если Вы приобретёте “Открытую физику” в магазине, то работать она будет только на одном компьютере, а для использования её в сети Вам придётся на каждый компьютер установить специальную программу, которую компания “Физикон” распространяет за дополнительную плату. Добавим, что для нормальной работы с любым из перечисленных дисков Вам потребуется не менее, чем четырёх-скоростной CD-ROM. Возможно, начать лучше с “Физики в картинках”, так как она проще в работе и может использоваться в демонстрационном варианте (крупные, яркие картинки), а затем, когда войдёте во вкус, приобрести и “Открытую физику”.

Для полноты обзора следует отметить, что в начале этого года компания “КомпьюЛинк” выпустила первую программу из разработанного Л.Я. Боревским компьютерного курса физики для школьников и абитуриентов. Программа содержится в виде рекламного приложения на лазерном диске “Курс математики для школьников и абитуриентов”, а также выпускается на отдельном лазерном диске. Данная программа содержит 10 задач из полного курса физики Л.Я. Боревского по темам: работа, мощность и энергия. Все задачи выполнены в обучающем режиме, в основу которого положена оригинальная методика автора курса, разработанная им ранее для компьютерного курса математики. По нашему мнению, указанная методика достаточно удачно использована для обучения решению тригонометрических уравнений, а вот использование её при решении задач по физике достаточно спорно и требует серьёзной апробации. Тем не менее, компьютерные модели, которыми сопровождаются все предлагаемые задачи, безусловно, интересны и имеют самостоятельную ценность. К началу учебного года компания “КомпьюЛинк” предполагает выпустить полный курс физики для школьников и абитуриентов.

Итак, кратко подведём итоги. Можно ли изучать физику при помощи компьютерных моделей? Безусловно, да. Более того, роль компьютерного моделирования в учебном процессе будет повышаться по мере появления новых компьютерных программ. Однако, качественный скачок в этой области будет возможен тогда, когда разработчики осознают, что, для получения действительно эффективных обучающих программ, им необходим тесный контакт с учителями-педагогами, хорошо знакомыми с компьютерными технологиями и использующими эти технологии при работе с учащимися.

 

§-4.Компьютерные учебники по физике.

Главной особенностью автоматизированных обучающих систем является диалог компьютер - обучаемый, что должно найти отражение при проектировании компьютерных учебников. АОС не должна повторять традиционный учебник, в ней наряду с информационными элементами содержатся элементы игры, контроля, анализа, статистики. Для достижения главной цели - обучения необходимо найти такие методы и формы предъявления учебной информации, которые обеспечивали бы ее восприятие, причем со скоростью, превышающей скорость, характерную для традиционных методов.

Рассмотрим некоторые вопросы создания автоматизированных обучающих систем на примере компьютерных учебников "Физика".Содержание учебников полностью соответствует программе обучения курсам  в средних общеобразовательных школах. Задача учебников состоит в том, чтобы познакомить учащихся с основными понятиями этих областей знаний.

В курсе физики даются начальные сведения о строении вещества, взаимодействии тел, а также вводятся понятия давления, работы, мощности, энергии.

Компьютерный учебник может быть основан на различных методиках преподнесения материала. Так, теоретический материал в компьютерном учебнике "Физика" основан на методике В.Ф.Шаталова с использованием опорных сигналов.

Для реализации компьютерных учебников применялась инструментальная система ФЕЯ, разработанная в НИИ автоматики и электромеханики г. Томска, которая позволяет в диалоговом режиме реализовывать разнообразные обучающие алгоритмы.

Особое место в АОС занимает процесс проверки усвоения знаний, который осуществляется различными способами, предоставляемыми системой ФЕЯ.

Каждая тема заканчивается предложением выполнить упражнения по закреплению материала или ответить на вопросы. Учебники снабжены большим количеством тщательно подобранных упражнений, предполагающих различные формы введения ответов : выбор правильных вариантов ответов, введение ответа в числовой форме, заполнение таблиц и др.

Управление работой компьютерных учебников осуществляется способом "выбора из меню": клавишами управления курсором выделяется желаемый пункт меню (при этом происходит изменение цвета элемента меню), а нажатие клавиши ввода ENTER на клавиатуре фиксирует выбор. Правила работы настолько просты, что обучаться по этим учебникам может даже начинающий пользователь ЭВМ.

 

 

 

Часть 1. Кинематика материальной точки."

 

     Компьютерный учебник может использоваться в процессе изучения курса  общей  физики  в  средних учебных заведениях при проведении практических и лабораторных занятий,  а также для  самостоятельной подготовки.

Пользователь может работать с учебником в режимах:

     - Лекция    - изложение теоретического материала.

     - Репетитор - интерактивный режим вопросов и ответов  с  про -                  веркой и коррекцией ответов.

     - Задачи    - самостоятельное решение задач с мультипликацион-                   ной иллюстрацией введенного решения.

 

 

Часть 2. Вектора в физике. Динамика материальной точки. Закон сохранения импульса."

 

Методическое предназначение учебника  -  получение  знаний  и закрепление навыков решения типовых задач.

     Учебник содержит  следующие разделы:

     ЛЕКЦИИ - по урокам:

                         1) Вектора в физике.

                         2) Динамика материальной точки.

                         3) Закон сохранения импульса.

 

Часть 3. "Статика. Работа. Мощность. Энергия.

 

Методическая  цель- получение и закрепление навыков решения типовых задач по темам  "СТАТИКА",  "РАБОТА,  МОЩНОСТЬ, ЭНЕРГИЯ".

     По каждой  теме  показано решение задачи с иллюстрациями,  с подробными коментариями ко всем стадиям решения (построение чертежа, написание условий, составление и решение уравнений) на примере одной из типовых задач.

     По каждой  теме имеется гипертекстовый справочник с иллюстрациями и чертежами,  поясняющий алгоритм решения, законы, понятия и другие данные.

 

 

 

 

Лабораторный практикум по физике для средней школы "Физика. Кинематика."

 

     Лабораторный практикум предназначен для моделирования законов кинематики на уроках физики в средней школе.

     В практикуме рассматриваются:

     - траектории движения;

     - закон сложения скоростей;

     - равноускоренное движение;

     - хаотическое движение.

     Практикум состоит из 4-х программ,  которые демонстрируют некоторые основные понятия кинематики.

  Программа "Траектория  движения" иллюстрирует понятие перемещения,  скорости,  координат движущегося тела. Возможна реализация различных режимов движения.

Программа "Закон сложения  скоростей"  демонстрирует  относительность движения при переходе в различные системы отсчета.

     Программа "Равноускоренное движение" демонстрирует  важнейшие законы  равноускоренного  движения.  Возможно  изменение величин инаправлений начальной скорости и ускорения.  Представлен графический и численный вывод на экран.

     В программе "Хаотическое движение" демонстрируется  возникновение  случайного  распределения координат шаров при сложении двух регулярных движений: свободного падения шара и гармонических колебаний платформы.

 

Компьютерные лабораторные работы по физике "Электричество и магнетизм. Оптика."

 

Комплекс лабораторных работ по физике предназначен для проведения занятий как в классе,  так и для самостоятельной работы учащегося.

     Комплекс лабораторных работ охватывает следующие разделы  общей физики:

         Электричество и магнетизм.

                1. Силовые линии электрического поля.

                2. Электрическое поле внутри диэлектриков

                    и вблизи металлов.

                3. Движение частиц в электрических и

                   магнитных полях.

         Оптика.

                 1. Построения в линзах.

                 2. Интерференция света.

                 3. Дифракция света.

                 4. Дисперсия света.

     Все лабораторные  работы состоят из 3-4 упражнений.  В каждом упражнении студенту предоставляется возможность самому менять  параметры и наблюдать исследуемое явление.  Наиболее интересные графики,  рисунки, спектры, получающиеся в процессе работы, можно вывести на принтер. По завершении упражнения обучаемому предлагаетсяответить на два контрольных вопроса,  выбираемых случайным образом из  банка  данных.  Оценка действий обучаемому выставляется как за контрольные вопросы, так и за всю работу в целом.

     Теоретический материал хранится в доступных текстовых файлах. Преподаватель может легко изменить содержимое этих файлов. При выполнении  работы не требуется специальных навыков общения с компьютером.