Разработка компьютерных моделей
и их использование на уроках физики
Смирнов Родион Сергеевич
Методы применения компьютерных моделей в школьном курсе физики
Компьютерные модели очень удобно использовать в качестве демонстраций при объяснении нового материала или при решении задач. Значительно легче и нагляднее продемонстрировать, как электрон в соответствии с моделью Бора перескакивает в атоме с орбиты на орбиту, что сопровождается поглощением или испусканием кванта, применяя компьютерную модель, чем объяснять это с помощью доски и мела. А если принять во внимание, что эта модель позволяет одновременно с переходом электрона на другую орбиту продемонстрировать в динамическом режиме соответствующий переход на диаграмме электронных уровней, а также вид соответствующей спектральной линии, то становится ясно, что данную демонстрацию невозможно обеспечить другими средствами. Как правило подобная демонстрация будет иметь успех, если учитель работает с небольшой группой учеников, которых можно рассадить вблизи монитора, или в кабинете есть проекционная техника, позволяющая отразить экран компьютера на доску. В противном случае учитель может предложить ученикам самостоятельно поработать с моделями в компьютерном классе или в домашних условиях, иногда бывает наиболее реально.
Понятно дети с большим интересом работают с предложенными моделями, испытывают все регулировки, как правило, не особенно вникая в физическое содержание происходящего на экране. Как показывает практический опыт, обычному школьнику может быть интересно в течение 3-5 минут в зависимости от красочности и сложности, а затем неизбежно возникает вопрос: что же делать дальше? К сожалению, авторы программ не продумали методику использования моделей в процессе индивидуального обучения, задачи и вопросы, которые прилагаются к моделям крайне немногочисленные и не всегда удачные, то есть выбора практически нет. Что же делать, чтобы урок в компьютерном классе был не только интересен по форме, но и дал максимальный обучающий эффект? Учителю необходимо заранее подготовить план работы для учащихся с выбранной для изучения компьютерной моделью, сформулировать задачи, согласованные с возможностями модели, а также желательно предупредить учеников, что им необходимо ответить на вопрос или написать небольшой отчет о проделанной работе. Идеальным является вариант, при котором учитель в начале урока раздает ученикам указанные материалы в распечатанном виде. Какие же виды учебной деятельности можно предложить учащимся при работе с компьютерными моделями?
Прежде всего, это знакомство с моделью, то есть небольшая исследовательская работа - экскурс по устройству модели и ее функциональным возможностям, в которую входит знакомство с основными регулировками модели. В ходе этой работы учитель в компьютерном классе, переходя от ученика к ученику помогает освоить модель, объясняя наиболее сложные моменты и задавая вопросы, отвечая на которые учащиеся глубже вникают в суть происходящего на экране.
После того как компьютерная модель освоена в первом приближении, имеет смысл предложить учащимся выполнить 1–3 компьютерных эксперимента. Эти эксперименты позволят ученикам научиться уверенно управлять происходящим на экране и вникнуть в смысл демонстраций.
Далее, если модель позволяет, можно предложить учащимся экспериментальные задачи, то есть задачи, для решения которых не обязательно производить вычисления, а необходимо продумать и поставить соответствующий компьютерный эксперимент. Как правило учащиеся с особым энтузиазмом берутся за решение таких задач.
На данном этапе, когда учащиеся уже достаточно хорошо овладели моделью и углубили свои знания по изучаемому явлению, имеет смысл предложить 2-3 задания, не требующие длительного решения, и которые необходимо решить без использования компьютера (некоторых учеников даже необходимо отсадить подальше от компьютера), а затем проверить полученный ответ, поставив эксперимент на компьютере. Задача, правильность решения которых можно проверить, используя компьютерную модель. При составлении таких задач необходимо учитывать как функциональные возможности модели, так и диапазоны изменения числовых параметров заложены авторами модели. Следует отметить, что, если эти задачи решаются в компьютерном классе, их решение не должно превышать 5-8 минут. В противном случае работа с компьютером становится мало эффективной. Задачи, требующие более длительного решения, имеет смысл предлагать в виде домашнего задания. Задачи, требующие более длительного решения, имеет смысл предлагать для предварительной проработки в виде домашнего задания и только после этого использовать их в компьютерном классе.
Наиболее способным учащимся можно предложить исследовательские задачи, то есть задачи в ходе решения которых учащимся необходимо спланировать и провести ряд компьютерных экспериментов, которые позволили подтвердить или опровергнуть определенные закономерности. Самым продвинутым ученикам можно предложить самостоятельно сформулировать следующие закономерности.
Творческие задания лучше предложить ученикам в виде домашнего задания. В рамках таких задач учащиеся самостоятельно придумывают и решают задачи, а затем проверяют свои результаты в компьютерном классе.
Компьютерные модели для демонстрации
В настоящее время разработано очень много компьютерных моделей. Чтобы найти нужную модель, надо потратить большое количество времени. При этом нужной модели может не оказаться. А если находим, то нужно изучить и понять ее.
1) Модель. Отражения и преломления света
Рисунок 7 – Модель. Отражения и преломления света
Данная компьютерная модель описывает преломление и отражение света на границе двух сред. На этой модели можно изменять показатель преломления двух сред и угол падения луча.
2) Модель. Наклонная плоскость с двумя грузами
Рисунок 8 – Модель. Наклонная плоскость с двумя грузами.
Данная модель описывает движение двух тел, связанных нитью и совершающих поступательное движение. В этой модели можно менять массу тел и угол наклонной плоскости.
3) Модель. Импульс двух тел.
Рисунок 9 – Модель. Импульс двух тел.
Данная компьютерная модель представляет собой движение двух тел, которые двигаются на встречу друг другу. В данной модели можно изменять массу двух тел и их скорость. С помощью этой модели мы можем узнать начальный и конечный импульс.
4) Модель. Изобарный процесс
Рисунок 10 – Модель. Изобарный процесс
Компьютерная модель представляет собой иллюстрацию изобарного процесса. На этой модели можно менять постоянное давление и объем.
5)Модель. Изотермический процесс
Рисунок 11 – Модель. Изотермический процесс
Модель представляет собой иллюстрацию изотермического процесса. На этой модели можно менять объем и температуру.
