Об использовании информационных технологий и компьютерного моделирования в процессе преподавания физики

Сегодня компьютерные, телекоммуникационные и сетевые средства существенно изменяют способы освоения и усвоения информации, открывают новые возможности для интеграции различных действий, тем самым способствуют достижению социально-значимых и актуальных в современный период развития общества целей обучения. Качество современного учебного процесса напрямую связано с улучшением технологий и методов обучения, что в свою очередь зависит от применения преподавателями комплекса средств информационных технологий. Это одна из закономерностей, характеризующих современный учебно-воспитательный процесс в эпоху информатизации общества, которая ставит новые проблемы перед системой образования и воспитания.

Информационные технологии обучения определяют как совокупность электронных средств и способов их функционирования, используемых для реализации обучающей деятельности. Эти технологии классифицируют знания обучаемых на явные и неявные или как их стали называть артикулируемые и неартикулируемые. Артикулируемая часть знаний передаётся с помощью порций информации (текстовой, графической, видео и т. д.) в определенной последовательности и обеспечивает контроль над усвоением в точках учебного курса, определенных преподавателем. Неартикулируемая часть знаний охватывает умения, навыки, интуитивные образы и другие части человеческого опыта, которые не могут быть переданы обучаемогом непосредственно, а «добываются» ими в ходе самостоятельной познавательной деятельности при решении практических задач.

Как известно физика — наука экспериментальная. Все физические законы, физические исследования начинаются с опыта, подтверждаются или опровергаются опытом. Данные новых экспериментов уточняют физические законы, определяют границы их применимости. Изложение сложных физических явлений традиционными вербальными методами зачастую не даёт обучаемым достаточного уровня понимания этих процессов и вызывает наибольшие затруднения, так как обучаемые не могут самостоятельно провести измерения таких физических процессов, и удостовериться в их реальности.

Компьютер же со специальным пакетом программ даёт возможность обучаемым провести измерения в сложных физических экспериментах на примере виртуальных моделей.

Компьютерный метод обладает следующими преимуществами перед обычными измерительными методами:

• -возможность быстрой регистрации происходящих явлений и, как следствие этого, получение большого количества экспериментальных данных;
• -наличие компьютерной программы, обрабатывающей результаты опыта, избавляет обучаемых от рутинных математических операций и представляет результаты эксперимента в удобном виде;
• -доступность многократного повторения эксперимента с минимальными затратами времени на рутинные операции по его проведению.

Информационные технологии обучения дают возможность преподавателю применять:

• -интеллектуальную систему обучения, которая имеет такие особенности, как адаптация к знаниям и особенностям обучаемого, гибкость процесса обучения, выбор оптимального учебного воздействия, определение причин ошибок;
• -инструментальные авторские системы, которые опираются на последние достижения в области искусственного интеллекта и являются, безусловно, передовыми для разработки прикладных компьютерных программ, нацеленных на проблемно-ориентированный подход к обучению;
• -специализированные компьютерные учебные программы для контроля знаний, педагогического тестирования и организации лекционного сопровождения;
• -автоматизированные средства обучения в процессе подготовки специалистов;

Возможности компьютера прослеживать и обрабатывать физический лабораторный эксперимент позволяют интенсифицировать учебный процесс и использовать освободившееся время для детального объяснения, наблюдаемого физического явления.

На примере исторического развития физики можно увидеть какое принципиально важное значение имели экспериментальные опыты, как для развития физической науки, так и для её понимания.

Например, об этом предельно четко писал У. Томсон (лорд Кельвин): «Если вы можете измерять и выражать в числах то, о чем говорите, то об этом предмете вы кое-что знаете; если же вы не можете сделать этого, то ваши познания скудны и неудовлетворительны. Быть может, они представляют собой первый шаг исследования, но едва ли позволительно думать, что ваша мысль продвинулась до степени настоящего знания» .

Строго говоря, сама физика получила статус точной науки благодаря тому, что измерения позволяют устанавливать точные количественные соотношения, в которых находят отражение закономерности природы.

Обучение физике практически немыслимо без реального физического эксперимента, однако существует целый ряд сложных физических явлений и процессов (процессы в микромире, космические процессы, процессы, обладающие очень малыми или очень большими характерными временами, радиоактивные процессы) в которых экспериментальные наблюдения крайне затруднены.

Наибольшие трудности вызывает изучение таких разделов физики как «Квантовая оптика», «Атомная физика», «Физика атомного ядра и элементарных частиц». Для демонстрации многих физических явлений изучаемых в этих курсах физики требуется не только сложное дорогостоящее оборудование, но и специальные условия для его установки и работы, часто требуется использование радиоактивных материалов и излучений, представляющих опасность для здоровья и жизни человека. К таким опытам, например, относятся «Эффект Комптона», «Принцип неопределённости», «Состав атомного ядра», «Туннельный эффект».

Компьютер со специальным пакетом программ помогает преподавателю объяснять такие сложные физические явления, визуально демонстрируя их в виде компьютерных моделей. И главное даёт возможность обучаемым самостоятельно провести измерения в сложных физических процессах смоделированных компьютером.

Задачей таких демонстрационных компьютерных моделей является углубление знаний обучаемых, а также привитие навыков самостоятельной работы. Компьютерный эксперимент позволяет индивидуализировать процесс обучения и активизировать познавательную деятельность обучаемых.

Например, при изучении темы «Туннельный эффект» интерактивная компьютерная модель при помощи визуализации и анимации может обеспечивать графическое представление квантовых эффектов. Обучаемые учатся интерпретировать и объяснять эти графики, в то время как компьютер решает уравнения, описывающие данный физический процесс. Компьютерный эксперимент можно многократно повторять с различными начальными параметрами элементарных частиц, что даёт большую наглядность процесса и обеспечивается минимальными затратами времени.

Возможность наблюдать физические закономерности в зависимости от выбранных начальных условий, позволяет шире понимать рассматриваемое физическое явление.

Однако следует иметь в виду, что при самостоятельной работе обучаемые активно пробуют различные настройки, на которые рассчитана модель, но, к сожалению, не всегда вникают в физическое содержание происходящего на экране компьютера. Здесь проявляется важная роль преподавателя, который даёт необходимые теоретические пояснения к виртуальным физическим процессам, происходящим на экране компьютера. Поэтому участие преподавателя в этом процессе овладения знаниями не только повышает обучающий эффект, но и может обеспечить дополнительную мотивацию к изучению физического процесса, демонстрируемого с помощью виртуальной компьютерной модели.

В результате работы с компьютерными моделями обучаемые могут расширить свои представления, например о следующем: о процессах, протекающих в природе; о сути физических явлений; о границах применимости моделей и теорий; о теоретических методах исследования физических процессов; о получении следствий из фундаментальных физических законов и т. п.

Эффективность использования средств новейших информационных технологий в учебном процессе во многом зависит от успешного решения задач методического характера, связанных с информационным содержанием и способом использования автоматизированных обучающих систем в учебном процессе. Информационные технологии и компьютерное моделирование имеют большие возможности для исследовательской, творческой деятельности, что стимулирует развитие умственных способностей, делает усваиваемые знания глубже и прочнее.

физика урок графический информационный.

• 1. Григорьев С. Г., Гриншкун В. В., Макаров С. И. Методико-технологические основы создания электронных средств обучения // Научное издание / Самара: Издательство Самарской государственной экономической академии. — 2002. 110 с.
• 2. Троян Г. М. Универсальные информационные и телекоммуникационные технологии в дистанционном образовании // Учебное пособие для системы повышения квалификации и профессиональной переподготовки специалистов. / М.: РИЦ «Альфа» МГОПУ. — 2002. 153 с.
• 3. Новые педагогические и информационные технологии в системе образования // Под ред. Е. С. Полат. / М.: «Академия» , — 2001.
• 4. Тарасов Д. П., Сидоркин А. Ф. Об использовании компьютерного моделирования для изложения трудно усвояемых разделов физики // Новые технологии в образовании: Сб. научных трудов VII международной научно-практической конференции (Таганрог) / Москва, 2011. С. 255−258.
• 5. Тарасов Д. П., Сидоркин А. Ф. О программной и видеофрагментной составляющей в электронном учебном пособии к лабораторной работе по физике // Актуальные вопросы модернизации российского образования: Сб. научных трудов VII международной научно-практической конференции (Таганрог) / Москва, 2011. С. 158−161.