Активизация познавательной деятельности обучающихся на уроках физики через применение виртуального физического эксперимента на основе компьютерных игр
методическая разработка по физике по теме

Тема: Активизация познавательной деятельности обучающихся на уроках физики через применение  виртуального физического эксперимента на основе компьютерных игр

        1. Среди множества способов повышения эффективности урока, использование информационных технологий на сегодня занимает одно из ведущих мест. Безусловно, будущее - за информационными технологиями. С их помощью уже сегодня я могу решать  множество дидактических, организационных и методических проблем. Именно компьютерные технологии, на мой взгляд,  выходят сегодня на первое место при решении проблемы по организации работы со способными детьми, по самообразованию ученика. Компьютер способствует индивидуализации и дифференциации обучения. А главное, на мой взгляд, используя информационные технологии, я развиваю способности и навыки обучения и самообучения.

        В настоящее время количество  компьютерных  программ,  предназначенных для изучения физики, исчисляется сотнями. Эти программы уже  можно  классифицировать  в  зависимости  от вида их использования на уроках:

(Слайд 2)

1. обучающие программы;
2. демонстрационные программы;
3. компьютерные модели;
4. компьютерные лаборатории;
5. лабораторные работы;
6. пакеты задач;
7. контролирующие программы;
8. компьютерные дидактические материалы.

        Разумеется, приведённая классификация является достаточно условной, так  как многие программы включают в себя элементы двух или более  видов программных средств, тем не менее, она полезна тем, что помогает учителю понять,  какой вид  деятельности  учащихся  можно  организовать,  используя ту или   иную программу.

        Когда же следует использовать компьютерные программы на уроках физики?

        Прежде всего, необходимо осознавать, что применение компьютерных  технологий в  образовании  оправдано  только  в  тех  случаях,  в   которых   возникает существенное преимущество по сравнению  с  традиционными  формами  обучения. Одним  из  таких  случаев  является  преподавание  физики  с   использование компьютерных моделей.  Следует  отметить,  что  под  компьютерными  моделями следует  понимать  компьютерные  программы,  имитирующие   физические   опыты, явления или идеализированные модельные ситуации, встречающиеся в  физических задачах.  Компьютерные  модели  позволяют  получать  в  динамике   наглядные запоминающиеся   иллюстрации    физических    экспериментов    и    явлений, воспроизвести их тонкие детали,  которые  могут  ускользать  при  наблюдении реальных  экспериментов. Компьютерное  моделирование  позволяет  изменять временной масштаб,  варьировать  в  широких  пределах  параметры  и  условия экспериментов,  а  также  моделировать  ситуации,  недоступные  в   реальных экспериментах.  Некоторые  модели  позволяют  выводить  на   экран   графики временной зависимости  величин,  описывающих  эксперименты,  причём  графики выводятся на экран одновременно  с  отображением  самих  экспериментов,  что придаёт им особую наглядность и облегчает  понимание  общих  закономерностей изучаемых  процессов.  В  этом   случае   графический   способ   отображения результатов моделирования  облегчает  усвоение  больших  объёмов  получаемой информации.

(Слайд 3)

1. Успешность применения ИКТ зависит не только от учителя, но и от наличия техники и качества программного обеспечения.

2. При  использовании  моделей  компьютер  предоставляет  уникальную,  не реализуемую в реальном физическом эксперименте, возможность визуализации  нереального  явления  природы,  а  его  упрощённой  теоретической   модели   с поэтапным включением в  рассмотрение  дополнительных  усложняющих  факторов, постепенно приближающих эту модель к реальному  явлению. 

 Кроме  того,  не секрет,  что  возможности  организации  массового  выполнения  разнообразных лабораторных работ, причём на современном уровне,  в  средней  школе  весьма ограничены по причине слабой оснащённости кабинетов физики.  В  этом  случае работа учащихся с компьютерными моделями также чрезвычайно полезна, так  как компьютерное моделирование позволяет создать  на  экране  компьютера  живую, запоминающуюся динамическую картину физических опытов или явлений.

1. В то же время  использование  компьютерного  моделирования  не  должно рассматриваться   в   качестве   попытки   подменить   реальные   физические эксперименты их симуляциями, так как  число  изучаемых  в  школе  физических явлений,  не  охваченных  реальными  демонстрациями,  даже   при   блестящем оснащении  кабинета  физики,  очень  велико. 

 Несколько  условный   характер отображения результатов  компьютерного  моделирования  можно  компенсировать демонстрацией видеозаписей натурных экспериментов, которые  дают  адекватное представление о реальном протекании физических явлений.

        2. В последнее время всё больше интереса в преподавании физики вызывают компьютерные игры.

(Слайд 4)

Многообразие компьютерных моделей реального мира, реализованных в современных компьютерных играх, заставляет нас рассматривать игровые моменты на уроках в разрезе интерактивного мышления. За последние несколько лет игровая индустрия достигла небывалых результатов в реалистичности графики в компьютерных и "приставочных" играх. Во многом этому способствовало развитие 3D-ускорителей, появление новых методов в обработке графики, появление и бурное развитие новых технологий. История моделирования физики на компьютере, как и история игровой физики, уходит далеко в прошлое. Разработчики уникальных компьютерных игр должны хорошо «дружить» с физикой, чтобы создать качественный игровой симулятор. И на этом можно заострить внимание учащихся, рассматривая элементы компьютерных игр, находя и показывая выполнение отдельных законов физики в разрезе истории создания игр (версии игр). Кроме того в последнее время увеличилось количество обучающих компьютерных игр.

        Применение обучающих игровых программ с физическим содержанием позволяет повысить интерес учащихся к физике, а также в занимательной форме помочь им овладеть практическими знаниями и умениями.

Профессор педагогики Колумбийского университета Дэвид Шаффер (David Williamson Shaffer), автор книги «Как компьютерные игры помогают детям учиться», настоятельно рекомендует современным школам пересмотреть базовые принципы подготовки кадров. Все выпускники школы должны быть профессиональными пользователями ПК — вот почему к компьютеру нужно приучать с детства. Для максимального развития детского мозга, говорит Шаффер, желательно нагружать его в многозадачном режиме с актуальными задачами: детям нужно слушать музыку во время компьютерных игр, смотреть видео, лазить в интернете, передавать друг другу сообщения с помощью компьютеров и мобильных телефонов. Все это одновременно с изучением биологии, истории, физики и других стандартных предметов.

        Правительства Великобритании и Сингапура уже разработали образовательные программы, которые предусматривают использование компьютерных игр и других технологических средств в школьной программе.

(Слайд 5)        

Использование компьютерных игр в преподавании физики можно построить по двум направлениям:

1. выбор компьютерных игр, разработанных специально для изучения физики;
2. произвольный выбор компьютерных игр (игровых сцен) из числа современных.

В первом случае учащиеся одновременно будут играть в компьютерные игры и изучать физику. Доступные, остроумные и вместе с тем эффективно обучающие программы содержат занимательные истории и статьи, увлекательные игры и забавные анимации, в основе которых лежат интереснейшие физические явления и закономерности. Ребята будут плавать под парусами и стрелять из лазера, путешествовать в прошлое и знакомиться со разными механизмами. Физика перестанет быть для них скучным школьным предметом и превратится в одно из самых занимательных увлечений. Примером такого рода программ является программа «Занимательная физика по одноименной книге Д.Я. Перельмана, множество игровых симуляторов на законы механики, молекулярной физики, электродинамики и т.д., с помощью которых учащиеся, играя, познают тонкости физической науки.

        Во втором случае учащиеся сами могут выбрать сцены из любимых игр и детально их проанализировать с позиции физики. Можно делать акцент на версии игр, историю развития, реальность и виртуальную реальность. Возьмем простейшие игры с передвижением героев – так называемые «бродилки» десятилетней давности. Изначально ни один закон физики как таковой не моделировался. Скажем, управление движением героя реализовано не заданием ему направления, куда бежать, и не попыткой упереться в пол под ногами, а просто добавлением некоторого ускорения в нужную сторону. В первую очередь так делалось из-за общей слабости компьютеров, и непомерной сложностью (для тогдашних компьютеров) подобных вычислений. Поэтому в ранних проектах не было инерции и тому подобных вещей, машинки разгонялись до максимальной скорости и тормозили мгновенно.
Но когда в свое время в игровых кругах начали говорить о реализме (примерно после появления игр-стрелялок от первого лица), стало ясно, что разгоняться до максимальной скорости и останавливаться мгновенно - не слишком правильно, игроки перестают верить в реальность происходящего. И разработчики начали останавливать и разгонять героя не спеша. Никто, разумеется, не моделировал силу трения ботинок с полом или инерцию игрока, просто было задано фиксированное значение ускорения, которое и использовалось в такие моменты. А что в современных играх?.. Такого рода рассуждения должны быть аргументированы учителем и понятны учащимся. Научить детей видеть в «гонках», «стрельбах», «прыжках», «полетах»  физику сложная задача. Но это помогает быть учителю современным и интересным для детей.

Применение на уроках физики элементы моделирования на основе компьютерных игр позволяет значительно повысит мотивацию обучающихся к изучению не только физики, но и химии, биологии, истории и конечно информатики. Компьютерные игры сегодня это не только поле для изучения физического знания, но и как инструмент проверки, контроля знаний, формирующий у учащихся логическое мышление, активизирующий их познавательную деятельность.