ВИКОРИСТАННЯ ФЛЕШ-ТЕХНОЛОГІЙ ДЛЯ СТВОРЕННЯ ВІРТУАЛЬНОЇ ФІЗИЧНОЇ ЛАБОРАТОРІЇ - Сучасні
Використання у процесі мультимедійних засобів навчання чи інформаційних комп'ютерних технологій грає значної ролі у розвитку спостережливості, уваги, промови, мислення учнів. На відміну від звичайних технічних засобів навчання інформаційні технології дозволяють не тільки наситити того, хто навчається великою кількістю готових, суворо відібраних, відповідним чином організованих знань, а й розвивати інтелектуальні, творчі здібності [1,2]. Встановлено, що наочність матеріалу підвищує засвоєння, т.к. задіяні всі канали сприйняття – зоровий, механічний, слуховий та емоційний. Слід зазначити, що етап мотивації у разі збільшується і несе пізнавальну навантаження.
На сьогоднішній день не так багато інформаційних ресурсів, які дозволяють на якісно новому рівні проводити різні форми навчальних занять із фізики. На ресурсі [3] знаходиться анімація фізичних процесів з оптики, хвиль, механіки та термодинаміки. На більшості інших ресурсів знаходиться довідковий та ілюстративний матеріал з курсу фізики. Саме тому розробка віртуальної фізичної лабораторії з широким доступом до її можливостей є цікавою.
Справді, навчання фізиці не можна уявити лише як теоретичних занять, навіть якщо учням на заняттях показуються демонстраційні фізичні досліди. До всіх видів чуттєвого сприйняття треба обов'язково додати під час занять «роботу руками». Це досягається при виконанні фізичного лабораторного експерименту, коли учні самі збирають установки, проводять вимірювання фізичних величин, виконують досліди.
Багато експериментів неможливо провести в шкільному кабінеті через їхню унікальність, технічну складність або вартість. У справжнійРоботу представлено ряд моделей, у яких учень сам проводитиме експерименти, задаючи ті чи інші параметри моделей і спостерігаючи за результатом експерименту. Навіть не будучи знайомим з теоретичним матеріалом учень «евристично» і логічно розумітиме, як працює та чи інша модель, і осягати закони фізики від приватного до спільного. Тому можна припустити, що розроблений віртуальний фізичний практикум унікальний як за змістом і наявності «зворотного зв'язку» в експериментах, а й у підході у навчанні, тобто. із застосуванням евристик.
Кнопка «Вибір моделі» показує панель з назвою тем: Механіка, Молекулярна фізика, Електрика і магнетизм, Оптика. Додаткове натискання лівої кнопки миші на вибраній темі показує список завдань на цю тему. Вибір завдання зі спливаючого списку забезпечує завантаження на екран.
У посібнику використовуються два типи моделей: статичні та динамічні. Статичні моделі (такі як «Проломлення світла», «Лінза» тощо) не використовують вікно «Результати», оскільки результати моделювання видно відразу на модельному малюнку. Динамічні моделі, навпаки, під час моделювання автоматично відкривають вікно «Результати» і показують зміну фізичних параметрів у часі. Для керування динамічними моделями використовуються кнопки "Старт"/"Пауза", "Стоп" та "Масштаб", які знаходяться під модельним малюнком. Кнопки «Старт»/«Пауза» та «Стоп» відповідно запускають та зупиняють моделювання. Кнопка «Масштаб» змінює час або швидкість показу процесу моделювання. Якщо в моделі присутні сили, вони показуються стрілочками, при цьому результуюча сила показана червоною стрілочкою.
Як приклад на рис.1 наведено ілюстрацію демонстраційного досвіду зматематичним маятником, у якому можна задавати масу вантажу, довжину нитки та початковий кут її відхилення. На малюнку векторами показані сили, що діють на даний момент часу на кулю, а також результуюча сила. На графіках відображено залежності координати, швидкості та кута від часу, що дозволяє простежити відповідність фаз коливань різних параметрів фізичного процесу. Як завдання до експерименту з маятником можна запропонувати спостереження за періодом коливань при зміні маси тіла, кута відхилення нитки та її довжини.
Використання віртуальної лабораторії дає низку переваг у порівнянні з реальними лабораторними практикумами:
Розробка on-line сервісів на основі флеш-технологій для широкосмугових систем дозволить надалі надавати послуги з моделювання та створення віртуальних спеціалізованих лабораторій, стендів та унікальних установок. Розширення списку віртуальних мультимедіа послуг дозволить проводити спеціалізоване навчання кваліфікованих спеціалістів для роботи на унікальних установках, приладах, верстатах та машинах. Цікавим прикладом такого підходу є розробка флеш-моделей, що демонструють роботу мікроскопа, що сканує, в різних режимах [4]. У цьому прикладі демонструються досить складні принципи роботи атомно-силової та тунельної мікроскопії у різних режимах. При цьому демонстрація не дозволяє проводити процес вимірювання самостійно, що у наступній версії флеш-моделей необхідно зробити для реалізації віртуальної лабораторії. Однак навіть у такому варіанті засвоєння матеріалу відбувається значно простіше і на глибшому рівні, ніж при теоретичних знаннях.
Аналогічним прикладом може бути флеш-модель сонячної системи [5], яка демонструє становище планет, а також їхрух щодо один одного. На нашу думку, модель можна було б додати елементи управління, такі як завдання дати з виведенням планет на потрібне місце розташування, а також демонстрація затемнень і виведення деяких цікавих фізичних даних, таких як період звернення і т.д.
В рамках віртуального фізичного практикуму було створено 18 флеш-моделей з широким охопленням тем та напрямків. У галузі механіки створено такі моделі:
В галузі молекулярної фізики та оптики створено моделі з вивчення ізобарного, ізохорного, ізотермічного та адіабатичного процесів в ідеальному газі, дослідження процесу дифузії, а також обчислення роботи для ідеального газу. В області геометричної оптики створено моделі для вивчення заломлення світла та роботи лінз. У галузі електрики та магнетизму створені моделі з вивчення, закон Кулона, управління часткою в електричному та магнітному полях, а також дослідження процесів у коливальному контурі.
Таким чином, у роботі показано можливість створення віртуальної фізичної лабораторії із застосуванням флеш-технологій. Істотною відмінністю розробленої лабораторії є можливість проводити досліди із зміною параметрів, що впливають на перебіг експерименту. Ця методика дозволяє на інтуїтивному рівні розуміти суть фізичного явища та допомагає розвивати в учнів навички самостійної роботи.
Робота виконана за підтримки ФЦП «Наукові та науково-педагогічні кадри інноваційної України» на 2009–2013 роки (№14.B37.21.2089).
Рецензенти:
Мельников Борис Феліксович, доктор фізико-математичних наук, професор ФДБОУ ВПО "Тольяттінський державний університет", м. Тольятті.
Рехвіашвілі Серго Шотович, доктор фізико-математичних наук, професор ФДБОУ ВПО «Кабардино-Балкарський державний університет ім. Х. М. Бербекова», м. Нальчик.