"КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И РЕАЛЬНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ НА УРОКАХ ФИЗИКИ КАК ПОВЫШЕНИЕ МОТИВАЦИИ К ИЗУЧЕНИЮ ПРЕДМЕТА".
статья по физике по теме

"КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И РЕАЛЬНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ НА УРОКАХ ФИЗИКИ КАК ПОВЫШЕНИЕ МОТИВАЦИИ К ИЗУЧЕНИЮ ПРЕДМЕТА".

Павлова Майя Юрьевна

МОУ СОШ №10 с углубленным изучением отдельных предметов

МО, г.о. Жуковский, Россия.

This report is about a personal experience of teachers to use computer simulations and virtual labs with real experiments in physics classes in high school. Advantages and disadvantages of simulation compared to natural situation experiment. The need to use the new digital equipment for the development of schoolchildren interest in physics.

1. Информационные технологии. Цели использования компьютерных моделей на уроках физики в средней школе.

        Задачи предлагаемого доклада - ознакомление со становлением и развитием понятий модели и метода моделирования на уроках физики путём анализа фрагментов работы, которая проводилась мною на основе специально подобранных дидактических материалов, компьютерных программ, анимационных фрагментов, а так же инновационного школьного практикума, которые дают возможность овладеть учащимися деятельностью моделирования путём разработки и конструирования различных видов моделей.

        Применение в школьном курсе физики моделирования как метода учебного познания является одной из основных задач школьного физического образования, поскольку способствует становлению правильных представлений о современной научной картине мира, формированию научного мировоззрения, развитию творческого мышления, а также позволяет учащимся проводить на своём уровне научные исследования явлений, процессов, объектов.

2. Направления использования моделирования физических процессов в школе.

                а) Самостоятельное построение и исследование информационных моделей физических процессов на интегрированных уроках физики и информатики (с использованием языков программирования QBasic 4.5 и Турбо Паскаль, а также электронных таблиц и диаграмм Microsoft Excel).

Процесс обучения можно сделать наглядным и понятным, используя компьютерное динамическое моделирование. Для физических моделей выбраны задачи из курса школьной программы по физике: траектория спутника Земли и траектория движения тела, брошенного под углом к горизонту с учетом и без учета сопротивления воздуха. Здесь можно варьировать угол бросания, начальную скорость, а также форму и массу тела, значения которых определяют величину баллистического коэффициента. Так же весьма наглядно программа развертки затухающих колебаний математического маятника. Данные программные разработки могут служить наглядным пособием как на уроках информатики, так и физики, и математики, что совершенствует процесс обучения с использованием компьютера и новых информационных технологий. При этом достигаются две цели: не только научить учащихся писать несложные по своей логике на изучаемом ими языке программирования программы, но и создавать на экране дисплея среду, позволяющую учащемуся управлять моделью изучаемого процесса, варьируя исходными данными и, таким образом, лучше понимать его, исследуя и анализируя результаты своего воздействия на него.

Однако, это процесс трудоемкий и, как правило, интересен учащимся только в случае их хорошей математической и компьютерной подготовки. Тогда только возможен комплексный результат данной учебной деятельности. Поэтому на разных этапах урока физики чаще всего прибегают к использованию уже готовых компьютерных моделей, которые разрабатываются специально для демонстрации различных явлений на уроках физики.

                б) Использование готовых компьютерных моделей по всему школьному курсу физики в мультимедийных курсах, разработанных компанией "Физикон": "Открытая физика 2.5", "Открытая астрономия 2.0";  "Виртуальные лабораторные работы", разработанные ООО «Дрофа» и т.д.

                в) Сравнение результатов при использовании компьютерной модели и проведение реального физического эксперимента.

                г) Использование компьютера для создания графической или математической модели по результатам проведенного реального эксперимента.

3. Цели использования компьютерных моделей на уроках физики.

Выбор зависит от целей и задач урока физики (объяснение, закрепление и повторение материала, проверка знаний). Компьютерные модели могут позволить учителю организовать новые, нетрадиционные виды учебной деятельности учащихся, например: урок - исследование, урок - компьютерная лабораторная работа и т.д.

1. Урок решения задач с последующей компьютерной проверкой. 

Учитель предлагает учащимся для самостоятельного решения в классе или в качестве домашнего задания индивидуальные задачи, правильность решения которых они могут проверить, поставив компьютерные эксперименты. Самостоятельная проверка полученных результатов, при помощи компьютерного эксперимента, усиливает познавательный интерес учащихся, а также делает их работу творческой, а зачастую приближает её по характеру к научному исследованию. В результате многие учащиеся начинают придумывать свои задачи, решать их, а затем проверять правильность своих рассуждений, используя компьютерные модели. Учитель может сознательно побуждать учащихся к подобной деятельности, не опасаясь, что ему придётся решать ворох придуманных учащимися задач, на что обычно не хватает времени. Более того, составленные школьниками задачи можно использовать в классной работе или предложить остальным учащимся для самостоятельной проработки в виде домашнего задания.

2. Урок - исследование. 

Учащимся предлагается самостоятельно провести небольшое исследование, используя компьютерную модель, и получить необходимые результаты. Тем более, что многие модели позволяют провести такое исследование буквально за считанные минуты. Конечно, учитель помогает учащимся на этапах планирования и проведения экспериментов.

3. Урок - компьютерная лабораторная работа. 

Для проведения такого урока необходимо разработать соответствующие раздаточные материалы. Задания в бланках лабораторных работ следует расположить по мере возрастания их сложности. Вначале имеет смысл предложить простые задания ознакомительного характера и экспериментальные задачи, затем расчетные задачи и, наконец, задания творческого и исследовательского характера. При ответе на вопрос или при решении задачи учащийся может поставить необходимый компьютерный эксперимент и проверить свои соображения. Расчётные задачи рекомендуется вначале решить традиционным способом на бумаге, а затем поставить компьютерный эксперимент для проверки правильности полученного ответа.

При выборе компьютерного учебного пособия учителю физики лучше выбирать такое, к которому можно найти дополнительно методическое обеспечение, рабочие тетради, описание лабораторных работ, ответы на тестовые задания. При регулярной работе с компьютерным курсом из придуманных заданий имеет смысл составить компьютерные лабораторные работы, в которых вопросы и задачи расположены по мере увеличения их сложности.

Следует отметить, что при индивидуальной работе учащиеся с большим интересом "возятся" с предложенными моделями, пробуют все регулировки, к сожалению, не особенно вникая в физическое содержание происходящего на экране. Практический опыт показывает, что обычному школьнику конкретная модель может быть интересна в течении 3-5 минут в зависимости от её красочности и сложности, а затем неизбежно возникает вопрос: "А что делать дальше?" Опросы, которые проводил автор после такой "самостоятельной работы", показали, что учебный эффект незначителен, так как учащиеся такую деятельность воспринимают не более чем развлечение.

        4.        Методика использования компьютерных систем и моделей на уроках физики на примере проведения виртуальной и реальной лабораторной работы по электричеству в 8 классе, обработка результатов с помощью Microsoft Excel и сравнительный анализ полученных результатов.

        5.         Использование вычислительных блоков, электронных датчиков для получения и обработки результатов реальных экспериментов, и построение компьютерных моделей.

                6.         Преимущества и недостатки компьютерного моделирования по сравнению с натурным экспериментом.

Компьютерное моделирование позволяет получать наглядные динамические иллюстрации физических экспериментов и явлений, воспроизводить их тонкие детали, которые часто ускользают при наблюдении реальных явлений и экспериментов, но не может заменить настоящую физическую лабораторию.