Проведение виртуальных лабораторных работ по физике
статья по физике (10 класс) на тему

Проведение виртуальных лабораторных работ по физике

Важным этапом эффективного образовательного процесса является физический эксперимент, стимулирующий активную познавательную деятельность и творческий подход к получению знаний. При традиционных формах образовательного процесса такая возможность реализуется в ходе выполнения необходимого комплекса лабораторных работ или практических занятий.

Однако часто в силу отсутствия достаточного оборудования ограничивается возможность доступа обучающихся к наиболее интересному и уникальному оборудованию, техническим объектам, научным и технологическим экспериментам, которые подчас представляют наибольший интерес и стимулируют получение знаний. Вот здесь то и понадобятся виртуальные лабораторные работы.

Благодаря использованию компьютерных моделей и анимаций компьютер предоставляет учащимся при выполнении виртуальной лабораторной работы уникальную возможность визуализации упрощённой модели реального явления. При этом можно поэтапно включать в рассмотрение дополнительные факторы, которые постепенно усложняют модель и приближают ее к реальному физическому процессу. Кроме того, компьютер позволяет моделировать ситуации, нереализуемые в физических экспериментах.

В виртуальной среде представлены различные модели. Некоторые из них ориентированы на отработку у учащихся отдельных экспериментальных умений (тренажеры, конструкторы); другие помогают изучать физические явления, недоступные для воспроизведения в условиях имеющейся лаборатории; третьи создают условия для самостоятельного моделирования обучаемым разнообразных физических ситуаций.

Как показывает опыт, применение только традиционной методики проведения физического эксперимента приводит к низкому уровню умений и практических навыков учащихся по физике, так как не все студенты умеют:

- анализировать, понимать и интерпретировать графики и таблицы, полученные в ходе эксперимента (не умеют использовать полученные знания по алгебре и геометрии при изучении физики);

- объяснять суть физических явлений (слабый словарный запас терминологии по физике);

- понимать закономерности физических процессов (не видят причинно-следственные связи);

- самостоятельно добывать нужную информацию из различных источников, в том числе электронных (слабо развиты навыки самостоятельной работы с ПК).

Выше перечисленные пробелы в знаниях влияют на формирование информационной компетентности и уровень обученности учащихся по физике. В связи с этим появляется идея:

если проводить физический эксперимент и фронтальные лабораторные работы, используя виртуальные модели посредством компьютера, то можно компенсировать недостаток оборудования в физической лаборатории и, таким образом, научить учащихся самостоятельно добывать знания в ходе физического эксперимента на виртуальных моделях. Таким образом, появляется реальная возможность формирования необходимой информационной компетентности у учащихся и повышения уровня обученности учащихся по физике.

Необходимо отметить, что компьютерный эксперимент способен дополнить “экспериментальную” часть курса физики и значительно повысить эффективность уроков. При его использовании можно вычленить главное в явлении, отсечь второстепенные факторы, выявить закономерности, многократно провести испытание с изменяемыми параметрами, сохранить результаты и вернуться к своим исследованиям в удобное время. К тому же, в компьютерном варианте можно провести значительно большее количество экспериментов. 

Более того, работа учащихся с компьютерными моделями чрезвычайно полезна, так как они могут ставить многочисленные виртуальные опыты и даже проводить небольшие исследования. Например, при выполнении лабораторной работы  “ Изучение фотоэффекта”, компьютер дает возможность учащимся наблюдать движение электронов, менять подаваемое напряжение и длину волны падающего света. Интерактивность открывает перед учащимися огромные познавательные возможности, делая их не только наблюдателями, но и активными участниками проводимых экспериментов. К тому же, в компьютерном варианте можно провести значительно большее количество экспериментов.

Учащимся трудно  представить некоторые явления макромира и микромира, которые невозможно наблюдать в реальной жизни и, тем более, воспроизвести экспериментальным путем в физической лаборатории, например, явления атомной и ядерной физики и т.д. В большинстве компьютерных моделей предусмотрены варианты изменений в широких пределах начальных параметров и условий опытов, варьирования их временного масштаба, а также моделирования ситуаций, недоступных в реальных экспериментах.

Применение информационных технологий при проведении лабораторных работ позволяет выделить две группы планируемых образовательных результатов:

Относительно учащихся:

∙ учащимся предоставляется возможность индивидуальной исследовательской работы с компьютерными моделями, в ходе которой они могут самостоятельно ставить эксперименты, быстро проверять свои гипотезы, устанавливать закономерности физических явлений и процессов;

∙ задается индивидуальный темп обучения для каждого обучающегося, появляется возможность повторения эксперимента во внеурочное время;

∙ появляется реальная возможность выполнения компьютерной лабораторной работы, которую невозможно выполнить в условиях учебной лаборатории;

∙ учащиеся приобретают навыки оптимального использования персонального компьютера в качестве обучающего средства;

∙учащиеся получают навыки работы с электронными ресурсами.

Относительно преподавателя:

∙высвобождается время для индивидуальной работы с учащимися (особенно с отстающими);

∙ появляется возможность проведения быстрой индивидуальной диагностики результатов процесса обучения.

Хотя компьютерная лабораторная работа не может заменить настоящую лабораторную работу с реальными физическими приборами, ее выполнение формирует у учащихся навыки, необходимые и для реального эксперимента. Эффективное применение интерактивных тестов и уроков в образовательном процессе способствует не только повышению качества образования, но и экономии финансовых ресурсов, создают безопасную, экологически чистую среду.

Работа с виртуальной лабораторией по физике целесообразна: на учебных занятиях при формировании и закреплении практических умений,  для контроля умения измерять физические величины, при организации обобщающего повторения, при необходимости диагностики сформированности практических умений и их коррекции, в процессе индивидуальной самостоятельной работы.

Одним из эффективных видов индивидуальной самостоятельной работы студентов является выполнение домашних лабораторных работ. Задания для таких работ могут быть очень простыми – например, измерение собственного роста с помощью секундомера и нитки при изучении темы "механические колебания", создание самодельной электрической батарейки. Некоторые работы можно назвать исследовательскими, например – исследование явления электризации тел. Обязательное условие при выполнении большинства этих работ - представление отчета в определенные сроки по электронной почте в виде письма с вложением. Кроме того, описания лабораторных работ могут рассылаться по электронной почте. Поощряются студенты, выполнившие отчеты нестандартно. Это могут быть отчеты – презентации, фотоотчеты  и небольшие видеоролики.

Главным сегодня становится освоение каждым обучающимся самостоятельного, собственного знания, овладение способностями творческого самовыражения. Новые информационные технологии — это шаг к повышению качества обучения и в конечном итоге к воспитанию новой личности — ответственной, знающей, креативно мыслящей, способной неординарно, творчески подходить к решению поставленных задач.