Педагогические науки/5. Современные методы преподавания.

А.И. Спольник, Л.М. Калиберда

Харьковский национальный технический университет

сельского хозяйства имени П. Василенко

Применение мультимедийных технологий

в курсе физики

Освоение курса физики в высшей школе немыслимо без современной лабораторной базы. Приобретение дорогостоящих современных физических приборов для технического вуза весьма проблематично, что заставляет сделать выбор в пользу проведения физического эксперимента в условиях имитации на компьютере.

Переход на новую технологическую основу лишает студента не только живого наблюдения за натурным экспериментом, но и возможности приобрести ценный опыт практической подготовительной работы по созданию установки, устранению неполадок и т.д. Однако указанные потери в значительной мере компенсируются существенным расширением спектра доступных студенту исследований, наличием удобных инструментов для их проведения, освобождением от рутинной работы по выполнению трудоемких расчетов и построению графиков, возможностью использования выразительных средств инфографики, которые сегодня являются необходимым атрибутом полноценной исследовательской деятельности.

В настоящее время разработано большое количество инструментов для имитации физических процессов и явлений, а также визуализации полученных данных, что является одним из самых эффективных методов представления сложных процессов и связей. Разработаны практикумы по моделированию в среде математических пакетов, например, Matlab [1]. На наш взгляд, целесообразно найти бесплатные и в то же время эффективные инструменты, позволяющие реализовать поставленную задачу – создание комплекса виртуальных лабораторных работ по физике.

Для компьютерной анимации можно предложить Macromedia Flash MX – продукт, позволяющий относительно просто создавать графическое представление объектов, описывать связи между ними, создавать анимацию. С помощью средств Macromedia Flash MX Pro 2004 v.7,0 нами создан целый ряд анимаций, позволяющих изучать, механические и электромагнитные колебания, электрические, магнитные и оптические явления; электрические и электромагнитные поля, движение зарядов в магнитном поле, закон электромагнитной индукции, законы отражения и преломления света. Для моделирования широкого спектра физических процессов нами используются такие 3d – редакторы, как Autodesk Maya [2], 3dsmax, Blender. Возможности этих редакторов позволяют проводить довольно точное моделирование простых физических процессов: падение тела с определенной высоты или брошенного под углом к горизонту, движение тел различной формы по наклонной плоскости и др. Внутри любого из этих редакторов заложена возможность проводить расчеты. Из трех приведенных выше редакторов, Blender, на наш взгляд, наиболее привлекателен, т.к. он свободно распространяется с открытой лицензией и кодом доступа, постоянно обновляется и пополняется новыми опциями. В отличие от других, этот редактор, имея мощную базу, позволяет создавать 3D контент и обеспечивать автономное интерактивное использование.

Принимая во внимание точность расчета, использование этих программных средств, в частности, для моделирования оптических явлений, ограничивается мощностью компьютера. На компьютере средней мощности фотореалистичная сцена со средним уровнем детализации до 1000-2000 проходов/пиксель нарисуется приблизительно за 2-3 часа. Таким образом, использование корректного рендерера позволяет получить качественные физически реалистичные анимации.

Для обработки полученных данных можно использовать такие программные средства как, например, пакет SciDAVis – удобный инструмент для построения двумерных и трехмерных графиков, осуществления анализа (подгонки) полученных данных; пакет EXTREMA – мощное и вместе с тем достаточно простое в эксплуатации средство для анализа данных и их 2D и 3D визуализации; созданный для исследований, этот пакет успешно применяется в практике обучения. Особо отметим пакет Scilub – свободно распространяемое программное обеспечение с открытым кодом для проведения численных расчетов и визуализации, которое имеет большой набор математических функций, в том числе для обработки 2D и 3D графики, интерполяции и аппроксимации и др. Многофункциональность и удобство работы с пакетом обусловили его широкое распространение в образовательной сфере.

Наш опыт показывает, что использование компьютерного практикума способствует повышению качества подготовки студентов по физике как в условиях стационарной, так и в особенности заочной и дистанционной форм обучения.

Литература:

1. Масловская, А.Г. Компьютерное моделирование физических процессов: практикум / А. Г. Масловская, Е. В. Стукова, Л. В. Чепак, 2009. - 100 с.

2 Джон Кундерт-Гиббс. Освоение Autodesk Maya 8.5/ Джон Кундерт-Гиббс, Майк Ларкинс, Дариус Деракшани, Эрик Кунзендорф. Компьютерное издательство "Диалектика", 2007. - 928 с.