Далі програма сама будує відхилення пучка світла на першій і другій лінзі. Відхилення світла – це результат його взаємодії з лінзами.
Напрям розповсюдження світла може бути довільний. Якщо віртуальний промінь проходить через віртуальний оптичний елемент, то він змінює свій напрям (рис. 1 Б.)
Треба ще раз відмітити, що, крім панелі компонентів і робочого поля, існує необ-хідність у таблиці властивостей компо-нента. Властивості компонентів, наприк-лад, для призми, включають: розмір, коор-динати на екрані, показник заломлення для тієї частоти світла, з якою ми проводимо модельні експерименти. У цій таблиці знаходяться параметри компонента (вір-туального оптичного елемента), які в числовій формі показують його влас-тивості. Параметри компонента можуть бути внесені в таблицю як при візуальній роботі мишею (наприклад, при розта-шуванні, або масштабуванні), так і безпо-середньо, набором або редагуванням у таблиці. Таблиця включає також і пара-метри, що не можуть бути настроєні мишею. Прикладом, такого параметра є, зокрема, показник заломлення.
На рис. 2 показано заломлення призмою монохроматичних променів двох різних частот.
Основна приваблива риса цього практикуму в тому, що він дозволяє за лічені хвилини провести широке коло віртуальних фізичних експериментів.
Проте, донедавна дуже багато часу витра-чалося на проектування інтерфейсу програми, на створення самих компонентів моделі, на реаліза-цію динаміки руху при візуалізації проектованого процесу.
За цими другорядними деталями інколи втрачається суть моделювання.
Використання програмних продуктів, предс-тавленого вище типу, дозволить зменшити до мінімуму роботи, не пов’язані безпосередньо з моделлю, і збільшити час, відведений на формування самого механізму роботи моделі. Така програма дозволить подивитися на фізичний процес “зсередини” і тому глибше його зрозуміти.
У розглянутому вище практикумі з геометричної оптики не було необхідності у віртуальних вимірювальних пристроях. Тому огляд можливості їх створення розглянутий окремо.
Розробка віртуальних вимірювальних пристроїв для кожного розділу фізики має свою специфіку.
Для апробації вимірів у межах модельного експерименту була створена модельна програма, що імітує рух молекул в ідеальному газі. У прямокутнику, що зображає герметично закриту посудину, рухаються кружечки, що вказують на місця розташування молекул. Молекули рухаються хаотично, пружно відбиваються від стінок. Вважається, що вони настільки малі, що вірогідність їх стикання безкінечно мала, тому вони не стикаються, а пролітають одна повз одну. Врахований розподіл молекул за швидкостями.
Підрахунок кількості зіткнень кульок (молекул) зі стінками за рівні проміжки часу (вимір тиску), можливість зміни швидкості руху кульок (зміна температури) та величини досліджуваного об’єму (рух стінок посудини), при збереженні кількості молекул всередині посудини, дозволяє побудувати графіки ізотермічного, ізобарного, ізохорного процесу в ідеальному газі.
При побудові ізотерми через рівні проміжки часу змінювали розмір посудини, підраховували кількість зіткнень із стінкою. Все це відбувалося без зміни температури (швидкості молекул). Будували залежність кількості зіткнень від об’єму.
При побудові ізохори через рівні проміжки часу змінювали швидкість молекул і підраховували кількість зіткнень із стінкою. Усе це відбувалося без зміни розміру посудини (об’єму). Будували залежність кількості зіткнень від швидкості молекул.
При побудові ізобари через рівні проміжки часу змінювали швидкість молекул і підбирали об’єм посудини таким чином, щоб кількість зіткнень із стінкою була постійною (тиск постійний). Будували залежність об’єму від середньої швидкості молекул.
Порівняння графіків, побудованих за результатами модельного експерименту, якісно співпали з графіками, побудованими за відомими емпіричними співвідношеннями (рис. 3).
На рис. 3 зліва від графіка розташований прямокутник, який візуалізує в реальному часі кількість ударів кульок об стінки. Координата кожної точки по осі ординат визначається положенням верхньої границі прямокутника на момент зупинки накопичення. Друга координата, по осі абсцис, визначається об’ємом посудини, яка знаходиться під графіком функції.
Важливим моментом є те, що в цій реалізації моделі існують кількісні виміри в реальному часі. У більшості випадків модельні навчаючі програми дають можливість тільки якісного спостереження.
Врахування взаємодії молекул, а також зменшення їх кількості в газі (при конденсації) дозволить моделювати процеси в реальних газах. Такі моделі були реалізовані.
Перспективи розвитку. Цілком зрозуміло, що якісна модель складного фізичного процесу не може бути побудована тільки на основі взаємодії віртуальних фізичних об’єктів. Без програмного опису взаємодії окремих компонентів моделі можна обійтися тільки у найпростіших випадках. Однак створення транслятора мови програмування саме по собі досить складне завдання. Тому пропонується створювати лабораторні практикуми як додаток (application) до розвинутої мови програмування, наприклад, Delphi. Такий підхід дозволить накопичувати віртуальні фізичні об’єкти і створити бібліотеку алгоритмів взаємодій цих об’єктів. Передбачається, що великого спрощення роботи при створенні нових компонентів, необхідних для формування моделей, можна буде досягти завдяки наслідуванню властивостей об’єктів, їх інкапсуляції і поліморфізму. Усе вище сказане дозволить значно скоротити час на постановку та проведення нових модельних експериментів у межах лабораторних практикумів з фізики.
Література
1. МашбицЕ.И., БабенкоЛ.П. и др. Основы компьютерной грамотности / Под ред. А.А.Стогния и др. – К.: Вища шк., 1988. – 215 с.
2. HolovinN., HolovinaN. Newinformativetechnologiesinthelessonsofphysics // Тези 6 міжнародно-го з’їзду “Oсвіта і навчання оптики та фотоніки”, cекція: Нові технології в освіті. – Мексика. – Конкут, – Мехіко. 1999. (ІЕ-І) РІІІ – 12. – С. 119.
3. Головін М.Б. Використання нових інформаційних технологій на уроках фізики // Матеріали науково-практичної конференції “Роль задач в процесі вивчення природничо-математичних дисциплін”. – Луцьк – Нововолинськ, 2000. –С.9-10.
Адреса для листування:
43025 м. Луцьк, пр. Волі, 13 Статтю подано до редколегії
тел. 4-92-21, 4-91-67 31.10.2000 р.
e-mail: post@univer.lutsk.ua
УДК 53 (083)В.О.Савош – аспірант кафедри загальної
фізики та методики викладання фізики ВДУ,
вчитель фізики ЗОШ №26
Комп’ютерна модель як об’єкт самостійного дослідження учнями
на уроках фізики
Роботу виконано у Волинському державному
університеті ім. Лесі Українки
Розглянуто застосування елементів комп’ютерного моделювання на уроках фізики. Використання комп’ютерної моделі як об’єкта дослідження активізує в учнів процес самостійного пізнання фізичних явищ, сприяє розвитку вмінь і навиків самостійної пізнавальної діяльності.
Ключові слова:навчальна комп’ютерна модель, експеримент, інструктивна картка.
V. Savosh. The computer model as on object of pupils’ self-perception research at physics lessons. The usage of computer elements modeling at the physics lessons is investigated in this article. The computer model is used as an object of the pupils’ investigation and it activities the process of self-perception of phenomena in physics and promotes the development of skills and habits of self-test.
Key words: teaching computer model, experiment, instruction card.
Викладання фізики в сучасних умовах вимагає від учителя такої форми навчально-виховної діяльності, яка забезпечила б насамперед високу інтенсифікацію навчального процесу і сприяла б вихованню в учнів фізичного мислення. Такий підхід до викладання фізики дає змогу також сформувати в учнів уміння і навички самостійно поповнювати свої знання, вибирати з величезного потоку наукової інформації найважливіше, самостійно висувати завдання і творчо розв’язувати їх.
У розв’язанні цієї навчально-виховної проблеми велике значення має, поряд з іншими засобами навчання, використання елементів комп’ютерного моделювання. Навчальна комп’ютерна модель є одним із видів педагогічних програмних засобів, використання яких передбачено концепцією фізичної освіти [3]. Якщо взяти за основу спосіб керування навчальною комп’ютерною моделлю, то можна виділити дві групи таких моделей: керування без участі користувача і керування, здійснюване користувачем. У свою чергу, в другій групі можна виділити три підгрупи, які відрізняються характером керування комп’ютерною моделлю:
- нечислове керування (структурна зміна моделюючого об’єкта за допомогою клавіш керування курсором, інших нецифрових клавіш);
- числове керування (задання конкретних значень параметрів моделюючого об’єкта);
- змішане керування.
До першої групи комп’ютерних моделей належать моделі демонстраційного характеру, які використовують для:
а) моделювання фізичних дослідів, які неможливо продемонструвати в умовах школи;
б) розкриття механізму фізичних явищ чи процесів.
Особливість моделей другої групи полягає в тому, що вони дають можливість не тільки демонструвати фізичні явища та процеси, а й досліджувати їх. Такі моделі досить ефективно можна використовувати під час проведення дослідницьких лабораторних робіт.
Дослідницькі лабораторні роботи є однією з форм самостійної роботи учнів. У дидактиці самостійною роботою учнів вважають такий вид їхньої діяльності, при якому вони здобувають знання без допомоги вчителя або під його керівництвом. При виконанні дослідницьких лабораторних робіт рівень самостійності учнів дуже високий. Учням, крім обладнання, роздають інструктивні картки, де вказано тему та мету роботи, обладнання, подано запитання, таблиці, які заповнюють учні в процесі дослідження, виділено місце для висновків. Результати, які отримують учні під час дослідження, заносяться в картку. Вчитель використовує інструктивну картку як засіб керівництва самостійною роботою учнів. На початку роботи експеримент проводять за допомогою реального обладнання. Подальші дослідження виконують за допомогою комп’ютерної моделі.