Ольховская Е.П., Кузьминова Е.В.

ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный университет», Физико-технический факультет, магистратура

Изучение механических колебаний при помощи интерактивной модели

Компьютерная поддержка учебного процесса, расширяет возможности самореализации студентов, приучает их к самоконтролю, значительно обогащает содержание обучения, позволяет индивидуализировать обучение. Компьютерные инновационные технологии обеспечивают информационную ориентацию системы образования, подготовку учащихся и студентов к новым условиям деятельности в информационной среде.

В статье приводится пример использования виртуальной модели математического маятника при изучении гармонических колебания. Этим показывается, как важно использовать цифровые ресурсы для усиления наглядной составляющей учебного процесса в средне-специальном учебного заведения, особенно на специальностях технического профиля, к практического обучению которых предъявляются определенные требования. Что обусловлено дальнейшим родом деятельности будущих выпускников колледжа.

Работа обучаемых с интерактивными моделями является полезной, так как компьютерные модели позволяют в широких пределах изменять начальные условия физических экспериментов и выполнять многочисленные виртуальные опыты. Некоторые модели дают возможность одновременно с ходом экспериментов наблюдать построение соответствующих графических зависимостей, что повышает их наглядность.

При наблюдении и описании физического опыта, смоделированного на компьютере, обучаемый должен:

1. определить, какое физическое явление, процесс иллюстрирует опыт;

2. назвать основные элементы установки;

3. коротко описать ход эксперимента и его результаты;

4. предположить, что можно изменить в установке и как это повлияет на результаты опыта;

5. сделать выводы.

Компьютер является достаточно мощным учебно-техническим устройством, значительно, повышающим производительность труда и преподавателя, и обучаемого. При индивидуальной работе с компьютером, обучаемый получает возможность попробовать все регулировки предложенных моделей, не особенно вникая в физическое содержание происходящего на экране. В науке данный прием называется метод проб и ошибок.

Эффективным способом изучения явлений окружающей действительности является научный эксперимент, состоящий в воспроизведении изучаемого явления природы в управляемых и контролируемых условиях. Однако часто проведение эксперимента невозможно либо требует слишком больших экономических затрат и может привести к нежелательным последствиям. В этом случае исследуемый объект заменяют компьютерной моделью и исследуют ее поведение при различных внешних воздействиях. Логичность и формализованность компьютерных моделей позволяет выявить основные факторы, определяющие свойства изучаемых объектов, исследовать отклик физической системы на изменения ее параметров и начальных условий.

В пользу использования компьютерного моделирования на занятии можно отнести: - наглядность процессов, четкие изображения физических установок и моделей, не загроможденность второстепенными деталями; - физические процессы, явления можно неоднократно повторять, останавливать, прокручивать назад, что позволяет преподавателю акцентировать внимание обучаемых, давать подробные объяснения, не торопясь за экспериментом; -возможность менять по собственному желанию параметры системы, производить физическое моделирование, выдвигать гипотезы и проверять их справедливость; -получать и анализировать графические зависимости, которые описывают синхронно развитие процесса; -использовать данные для формулировки своих задач; -обращаться к теоретическому материалу, делать исторические ссылки, работать с определениями и законами, выведенными на экран проектора; - авторское озвучивание описания физических процессов и явлений и отключение его по желанию.

Минусы использования электронных средств обучения: плотный поток информации, закодированный в различных формах, который обучаемые не всегда успевают обрабатывать; быстро наступает «привыкание» к тому или иному программному продукту, вследствие чего теряется острота интереса; компьютер вытесняет живое эмоциональное общение с преподавателем; обучаемые должны переключаться с привычного голоса преподавателя на голос за кадром, зачастую аудио-сопровождение плохого качества; наличие привычки учащихся выполнять действия за преподавателем; присутствие для обучаемых некоторого элемента шоу, когда они выполняют роль сторонних наблюдателей, а не участников процесса.

Виртуальная модель «Математический маятник». Далее рассматривается применение интерактивной модели математического маятника на теоретических занятиях по теме «Механические колебания». При этом использование виртуальной модели расширяет возможности предъявления учебной информации студенту, усиливая мотивацию обучения, качественно улучшая формы контроля, создаются благоприятные условия для дифференциации и индивидуализации обучения.

Слева приведен скриншот страницы эксперимента интерактивной модели. Как видно интерактивная модель иллюстрирует зависимость физических величин от времени, рисует фазовый портрет. Вверху обучающийся может применять собственные настройки параметров системы математического маятника. Также продуктивно применять данную модель для изучения затухающих колебаний: иллюстрируется убывающий характер физических величин системы, в зависимости от входных параметров системы. Также в программе присутствует кнопки «Расчеты» и «Помощь», нажав на которые возможно увидеть автоматические расчеты величин и сравнить с собственными, а также основные формулы гармонических колебаний в дифференциальном виде и их решение.

Литература:

1 Фирсов А.В. Физика для профессий и специальностей технического и естественно-научного профилей: учебник, 2014.

2 Для учителя физики. Использование компьютера при изучении физики. – (Рус.). – URL: http://www.uroki.net/docfiz/docfiz27.htm [17 апреля 2007]

3 Минскин Е. М. От игры к знаниям: пособие для учителей / Минскин Е.М. – М.: Просвещение, 1982. – 192 с