31.01.2012

Конструкторы учебных моделей по физике

Применение в учебном процессе компьютерных моделей повышает наглядность изложения и разнообразит формы занятий, вызывает интерес учащихся и способствует более глубокому пониманию физических понятий и явлений.

Разрабатываемые нами инструментальные программы-конструкторы предназначены для создания учебных компьютерных моделей разнообразных физических процессов и явлений без программирования. Они предполагают активное участие в создании моделей самих учащихся, вырабатывают навыки самостоятельных исследований, развитие которых, как способа познавательной деятельности, самоценно.

Программа «ОПТИЧЕСКАЯ СКАМЬЯ» предназначена для создания, редактирования, сохранения и считывания учебных моделей оптических приборов и систем, состоящих из элементарных объектов: источников света, плоских и сферических зеркал, собирающих и рассеивающих линз, ширм, индикаторов (фотоэлементов с лампочками).

Объекты являются моделями приборов, работают в соответствии с их функциональным назначением и обладают следующими свойствами:

  • реагируют при попадании на них луча (зеркало отражает, линза -преломляет, фотоэлемент - «зажигает» лампочку);
  • могут управляться с помощью клавиш управления курсором или манипулятора мышь (перемещаться поступательно и поворачиваться) и изменять параметры (например, размеры и фокусное расстояние линзы, изображение фокальных плоскостей, нормалей, продолжений лучей);
  • группироваться (например, из двух линз собирается схема проекционного аппарата, которая перемещается по экрану как одно целое).

Оптические системы могут собираться преподавателем или учащимися в интерактивном режиме непосредственно в момент демонстрации, либо готовиться заранее и храниться на диске. С помощью созданных моделей и встроенных инструментов (измеритель длины и угла, карандаш) можно продемонстрировать основные понятия и исследовать явления и законы геометрическая оптики.

Для расширения дидактических возможностей программы предусмотрено два режима работы: «Конструктор» и «Задачник». В режиме «Конструктор» возможна модификация моделей (в том числе готовых) путем изменения положения и параметров всех объектов и систем. В режиме «Задачник» осуществляется только воспроизведение созданных ранее моделей (задач), при этом разрешаются лишь определенные, заданные при их создании действия. Это позволяет реализовывать проблемные и игровые ситуации и оригинальные способы проверки решения экспериментальных задач.

Вторая инструментальная программа-конструктор предназначена для создания и использования элементов компьютерных моделей в обучающих программах по физике. Для этого предусмотрены специальные инструменты: «индикаторы» и «управляторы». В основу работы положен принцип интерпретации файла описания модели.

«Управлятор» описывает способ изменения переменной, которое происходит при нажатии заданной клавиши, изменении значения таймера и т.д. «Индикаторы» реагируют на изменение переменной. Для конструирования «индикаторов» используются графические примитивы (точка, прямая, прямоугольник, эллипс и др.), с помощью которых можно скомпоновать более сложные «индикаторы»: стрелка для круговой шкалы (можно задавать переменный угол поворота); «электронный» цифровой индикатор; ртутный столбик; вертикальные, горизонтальные, круговые шкалы, а также другие индикаторы.

Пользователь может создавать собственные «индикаторы» и «управляторы», которые обладают свойствами, скомбинированными при помощи стандартных, элементарных свойств. Следует заметить, что допускается использование уже описанных ранее объектов при описании новых (объекты могут включать в себя свойства других объектов). Для упрощения идентификации объектов пользователем на экране в описание объекта введена строка-подсказка, которая появляется при попадании объекта в «фокус», а также при его «активизации». Число вызовов объектов определенного типа, а также число новых объектов ограничено лишь наличием свободной памяти (в равной степени это относится ко всем другим инструментам).

В настоящее время ведется работа по созданию «активных» инструментов, позволяющих фиксировать результаты работы моделей и их параметры в виде графиков функций и таблиц.

Программы могут быть использована как на уроках физики, так и во внеурочное время в качестве демонстрационного эксперимента при объяснении нового материала, экспериментальной исследовательской задачи, проблемной задачи с элементами игры, компьютерной лабораторной работы.

Использование игровых и проблемных задач вносит разнообразие и оживляет урок, повышает мотивацию и интерес к физике. Возможна организация конкурсов по созданию и решению подобных задач.

Заборовский Г.А., Махнач Г.Ф., Юшкевич М.Н.