Кафедра інформатики і інформаційно-комунікаційних технологій

IV курс, фізико-математичний факультет

Садовий М.І., докт. пед. наук, професор

Кіровоградський державний педагогічний університет імені Володимира Винниченка

Кіровоград

 Актуальність проблеми. Сучасний стан розвитку суспільства вимагає від її членів бути більш мобільними, інформованими, критично і творчо мислячими, а значить і більш вмотивованими до самонавчання і саморозвитку. Такі властивості повинні бути закладені ще у шкільні роки особливо при навчанні дисциплін природничого спрямування. Аналіз результатів тестування, зокрема з фізики за останні два роки говорить про невідповідність вимог ринку праці до випускників і дійсного стану їх підготовленості до самореалізації. Це складає проблему, яку в значній мірі можна вирішити через створення навчально-розвивального середовища, в якому учні можуть вирішувати творчі пізнавальні завдання [6, с. 5]. Одним із напрямків розв’язанню цієї проблеми при вивченні фізики в загальноосвітньому навчальному закладі є застосування в навчально-виховному процесі комп’ютерного моделювання. Мається на увазі моделювання фізичних явищ та процесів.

Аналіз досліджень і публікацій. Окремі напрямки створення навчального середовища засобами використання комп’ютерного моделювання у навчальному процесі висвітлені у роботах таких вчених як О.І. Бугайов [1], М.В. Головко [1], Ю.О. Жук [2], Л.Р. Калапуша [8], В.С. Коваль [1], В.П. Муляр [8], С.О. Семеріков [7], О.Є. Стрижак [6], І.О. Теплицький [7], А.А. Федонюк [8].

Метою статті є обґрунтування можливостей застосування педагогічного-програмного забезпечення на уроках фізики, яке сприятиме створенню навчально-розвиваючого середовища де виникнуть умови покращення і вдосконалення результатів навчально-виховного процесу.

Виклад основного матеріалу. Демонстрації і лабораторні роботи є важливим дидактичним засобом вивчення фізики. Впровадження комп’ютерних засобів навчання сприяють стимуляції демонстрацій фізичних процесів, при чому найбільш ефективним є поєднання анімації та відеозйомки реальних експериментів.

Сучасне лабораторне обладнання фізичного кабінету дозволяє виконувати експериментальні дослідження з допомогою комп’ютера. При цьому учень має змогу самостійно, образно кажучи керувати обладнанням, знімати необхідні вимірювання і робити обчислення результатів експериментування, безпосередньо не спостерігаючи об’єкта дослідження, а через дослідження його моделі. Це ж стосується й його реакції на вплив особливостей експерименту. Розроблені методи моделювання з допомогою комп’ютера [4; 6; 7; 8] можна ефективно використати під час створення наочності у вигляді динамічної картинки фізичного явища чи процесу, в тому числі й такого, який неможна або складно відтворити під час реального експерименту. Такий підхід дозволяє вдосконалювати методику організації та проведення лабораторних робіт. Складання та удосконалення існуючих програм віртуальних лабораторних робіт є більш ефективним, коли до нього вносяться елементи реального експерименту, враховуються похибки приладів, урізноманітнюється хід дослідження і враховуються принципи дидактики. Такий спосіб організації навчання дає можливість наблизити віртуальні лабораторні роботи до реальних. Ми зробили спробу реалізувати його при вивченні елементів статики.

За діючою програмою фізики в 10 класі тема «Елементи статики» вивчається в розділі «Динаміка». Це є виправдано з навчально-методичної точки зору. Вивчення статики, як відомо, базується на знаннях законів Ньютона і виконання дій з векторами. Основною задачею статики є вивчення умов рівноваги тіл, які можуть бути обґрунтовані тільки на основі застосування законів динаміки.

Другою особливістю теми є політехнічна спрямованість всього матеріалу, при вивчені якого учні можуть бачити, безпосереднє застосування закономірностей на практиці, зв’язок фізики з технікою, з життям [3].

Вивченні даної теми неможливе без демонстрацій, де найважливіше місце повинні займати досліди з використанням динамометрів та комплекту деталей, що додається до набору й прилад з рівноваги і стійкості тіл. В деяких випадках корисно використовувати саморобні прилади і моделі. Досить корисними будуть і віртуальні лабораторні роботи, де в динаміці моделюються фізичні процеси.

Методика проведення віртуальних лабораторних робіт потребує застосування інтерактивності з обов’язковим впровадженням принципів діяльного підходу в навчанні. У випадку виконання лабораторних робіт, суть цього підходу полягає в урізноманітненні способів виконання віртуальної лабораторної роботи на кожному з її етапів та наявність засобів самоконтролю і методів оцінки досягнутих результатів. На етапах проведення роботи перед учнем повинно поставати завдання усвідомленого вибору засобів проведення роботи − віртуальних приладів з наявного списку, умов проведення експерименту, розрахункових формул тощо. Це пробуджує допитливість і творчі можливості учнів, забезпечує мотивацію навчання [5].

За навчальною програмою з статики в 10 класі пропонується виконати одну лабораторну роботу «Дослідження рівноваги тіл під дією кількох сил». В ході уроків учитель може продемонструвати дослід «Рівновага тіл під дією кількох сил».

Ми розглянули методику виконання даної лабораторної роботи. Її постановка не є складною, у підготовці та виконані не вимоглива в обладнані, обрахунки не громіздкі та не потребують багато часу. Разом з тим школи не завжди в повному обсязі забезпечені обладнанням для виконання вказаної лабораторної роботи чи навіть демонстрування досліду. Тому є доцільним використання віртуальних лабораторних робіт з теми. Навіть за наявності всього необхідного обладнання комп’ютерну версію можна використати як доповнення реального експерименту з метою перевірки достовірності його результатів.

Розглянемо приклад віртуальної лабораторної роботи з дослідження рівноваги тіл під дією кількох сил. Метод вимірювання ґрунтується на порівнянні моментів сил. Фізичні процеси в комп’ютерній програмі візуалізуються і наочно демонструються в динаміці їх розвитку. Схематично це показано на рис. 1 [4]. На екрані монітора одержуємо установку, де показано важіль і всі можливі переміщення, зміни точок прикладання, напрямку тощо. В інструкції визначені команди управління дослідженням, які не обмежують власні дії учня.

Вказана методика включає підготовку проблемної ситуації, яка повинна реалізуватись в ході експериментального дослідження рівноваги тіл, коли на важіль діє декілька сил, самостійне складання плану дій учня, інструкція з використання комп’ютера.

 

Рис. 1. Інтерфейс вікна віртуальної лабораторної роботи

В цьому випадку в учня є необмежені можливості експериментування, змінювати напрямки дії сил, точки їх прикладання, модулі. Здійснюючи віртуальні дослідження учні використовують запропоновані предмети різної маси, за допомогою шкали лінійки вимірюють плечі важеля, самостійно обирають напрям дії сили, що діє на важіль та запропоновані об’єкти дослідження. Комп’ютерна програмою передбачена зміну предметів, які можна розмістити на важелі, так як всі запропоновані програмою віртуальні об’єкти мають різну масу. Передбачені також предмети, маса яких невідома, але з допомогою програми можна її визначити. Вона має клавішу «Додати опору», при натисканні якої з’являються опори, що зрівноважують плечі важеля. Наявна функція програми «Сили від предметів» визначає значення сили того чи іншого досліджуваного предмету.

Приведена чи подібні програми можуть бути успішно використатні при проведенні лабораторних робіт як на уроці, так і самостійно учнем в якості домашнього завдання або з метою закріплення вивченого матеріалу.

Висновки. Створення системи віртуальних лабораторних робіт для вивчення елементів статики з широким використанням інтерактивності, анімацій дозвилить досягти кращої якості, пробуджує творчі можливості учнів. Це в свою чергу визначає необхідність перегляду традиційної методики виконання навчальних завдань, необхідність інтегративного підходу до використання взаємодоповнюючих віртуального та реального фізичного експерименту, переходу до нової методики навчання фізики, що сприятиме розвитку критичного мислення, виробленню вмінь і навичок практичного використання отримуваної інформації.

Список використаних джерел

1. Бугайов О.І. Деякі концептуальні положення розробки засобів комп’ютерної підтримки навчання фізики / О.І. Бугайов, М.В. Головко, В.С. Коваль // Вісник Чернігівського державного педагогічного університету; редкол. О.Ф. Явоненко (гол. ред.) та ін. – Чернігів, 2005. – Вип. 30. – С. 36-39. – (Серія: Педагогічні науки)
2. Жук Ю.О. Використання засобів нових інформаційних технологій у навчальній дослідницькій діяльності / Ю.О. Жук // Фізика та астрономія в школі. – 1997. – № 3. – С. 4-7.
3. Методика преподавания физики в 8-10 классах средней школы. / В.П. Орехов, А.В. Усова, И.К. Турышев и др.; Под ред. В.П. Орехов и А.В. Усовой. – Ч. 1. – М.: Просвещение, 1980. – 320 c.
4. Рівновага важеля  Режим доступу: http://phet.colorado.edu/uk/simulation/balancing-act
5. Садовий М.І. Вибрані питання загальної методики навчання фізики: навчальний посібник [для студ. ф.-м. фак. вищ. пед.. навч. закл.] / Садовий М.І., Вовкотруб В.П., Трифонова О.М. – Кіровоград: ПП «Центр оперативної поліграфії «Авангард», 2013. – 252 с.
6. Стрижак О.Є. Технологічні платформи підтримки навчально-пізнавальної діяльності учнів на основі сучасних інформаційних технологій: монографія / за ред. О.Є. Стрижака. – К.: Інформаційні системи, 2010. – 224 с.
7. Теплицький І.О. «Віртуальний фізичний лабораторний практикум» як актуальна проблема сучасної дидактики / І.О. Теплицький, С.О. Семеріков // Теорія та методика навчання математики, фізики, інформатики: [зб. наук. пр.: в 3-х томах]. – Кривий Ріг, 2004. –Вип. 4. – Т. 2: Теорія та методика навчання фізики. – С. 414-421.
8. Калапуша Л.Р. Комп’ютерне моделювання фізичних явищ і процесів: [навч. посіб.] / Л.Р. Калапуша, В.П. Муляр, А.А. Федонюк. – Луцьк: Вежа, 2007. – 190 с.