Компьютеры в обучении физике

Функции компьютера в обучении. В последнее время в процесс обучения физике активно входит персональный компьютер. Про­исходит это по крайней мере по трем причинам. Во-первых, общий процесс компьютеризации всех сфер деятельности затронул и обу­чение, и компьютер становится помощником учителя и учащихся на уроках почти любого предмета. Во-вторых, компьютер стал столь распространенным инструментом физика-исследователя, что наряду с физикой теоретической и экспериментальной выделяют новый раздел - компьютерную физику. Наконец, школьный курс информатики нуждается в поддержке со стороны курса физики, ко­гда речь заходит об устройстве компьютера, принципах функцио­нирования отдельных его элементов, и, в свою очередь, обеспечивает курс физики материалом, вызывающим большой интерес учащихся.

В результате компьютер оказывается в курсе физики в роли и средства обучения, и предмета изучения.

В качестве средства обучения компьютер может выступать по­мощником и учителя, и учащегося. Для учителя он - автоматизи­рованный классный журнал, средство проведения опросов и об­работки результатов обучения, инструмент для подготовки к уро­кам и для проведения демонстраций. Для учащегося - средство выполнения заданий, для обоих - инструмент моделирования ре­ального мира.

В качестве предмета изучения компьютер используется в двух направлениях: в связи с изучением методов исследования в совре­менном естествознании и в связи с изучением физических законов и явлений.

В частности, у учащихся следует создать представление о том, что основными направлениями использования компьютера в фи­зике-науке является компьютерное моделирование физических явлений и работа компьютера в соединении с экспериментальны­ми установками, где он выполняет две задачи - служит для фикса­ции экспериментальных данных, которые он может производить со скоростью и в объемах, совершенно недоступных при работе на некомпьютеризированной установке, автоматизирует управле­ние экспериментом. Кроме того, компьютер используется для об­работки экспериментальных данных, хранения и быстрого поиска огромных массивов информации, как средство коммуникации. Использование персонального компьютера на уроках и во вне­урочное время позволяет познакомить учащихся со всеми этими направлениями.

Физические принципы работы многих устройств, входящих в состав современного персонального компьютера, предоставляют учителю обширный материал для осуществления межпредметных связей с курсом информатики. Так, работа лазерного принтера основывается на явлении фотоэффекта и на электростатическом

притяжении частиц красителя к заряженной поверхности фото-чувствительного барабана, компьютерные дисплеи имеют в каче- стве основного элемента электронно-лучевую трубку или панель Iна жидких кристаллах, полупроводниковые приборы - основа микропроцессора и оперативной памяти компьютера.

Педагогические программные средства по физике (ППС). В на- стоящее время не существует ни единой классификации ППС, ни установившейся в этой области терминологии.

ППС можно классифицировать различными способами: по целям, по тому, кто их применяет, по используемой технике и т.п. | Часто выделяют программы контроля (и тренировки), компью-терные модели, компьютерные иллюстрации. Обучающими про-граммами (в узком смысле) часто называют ППС, представляю- щие собой реализацию на компьютере подходов программиро- ванного обучения.

Рис. 5

Кроме того, выделяют программы коммерческие, которыми можно пользоваться только оплатив лицензию, и свободно рас­пространяемые. Имеющиеся в продаже программы часто рассчи­таны в первую очередь на индивидуальную работу учащихся в классе или дома, но учитель может использовать их (частично) и для организации совместной работы на уроках. Примером такой программы является «Открытая физика» фирмы «Физикон». В этой программе (рис. 5) компьютерные модели важнейших фи­зических явлений сопровождаются фрагментами лекций и тексто­выми пояснениями.

Рис.6

Удобны для проведения контроля знаний учащихся различные программы с задачами по физике. Некоторые элементы контроля предусмотрены и в ряде программ «репетиторов» по физике. На­пример, в программе фирмы «1С» каждая тема сопровождается несколькими задачами, позволяющими проверить, насколько она усвоена (рис. 6).

Программа «Живая физика», созданная калифорнийской фир­мой Knowledge Revolution и локализованная (русифицированная) Институтом новых технологий образования, представляет собой образец обучающей среды. Это конструктор, в котором учитель и учащиеся могут, не прибегая к программированию, самостоя­тельно создавать и исследовать модели механических объектов. На рис. 7 показана одна из таких моделей. Это компьютерная мо­дель опыта Галилея, позволяющая увидеть на экране движение тела, соскальзывающего с наклонной плоскости на горизонталь­ную поверхность. Важной особенностью компьютерного модели­рования является в данном случае возможность исследовать на модели движение тела как при наличии трения, так и в идеальном случае - без трения.

Примером сопряжения компьютера с экспериментальной уста­новкой является программно-аппаратный комплекс «Лабора­тория L-микро». Такое сопряжение позволяет значительно усовер-

шенствовать физический эксперимент. Например, при построении кривой плавления кристаллического вещества вся рутинная работа по вычерчиванию графика выполняется компьютером.

Использование компьютера при обучении физике. Наличие в кабинете физики хотя бы одного компьютера при условии, что он снабжен достаточно большим экраном, позволяет использо­вать этот компьютер в основном для иллюстраций объяснения нового материала. Кроме того, компьютер может быть включен в состав установки для демонстрационного эксперимента. При наличии двух-трех компьютеров можно организовать индивиду­альный компьютерный опрос учащихся, предоставить некото­рым из них возможность поработать с компьютерными трена­жерами.

Фронтальная работа учащихся за компьютером может быть обеспечена при проведении урока физики в дисплейном классе. В зависимости от возможностей школы класс либо разбивают на две подгруппы, либо за одним компьютером работают двое уча­щихся.

Рис.7

В дисплейном классе эффективна работа с большинством учебных программ по физике. Единственная трудность связана с проведением эксперимента, когда компьютер используется как часть экспериментальной установки. Для такой работы кабинет физики обычно более приспособлен.

Во внеурочной работе школьные компьютеры могут быть ис­пользованы при организации физических кружков, для выполне­ния индивидуальных домашних заданий, проведения исследова­тельской работы учащихся. Наличие в школе компьютерных эн-

циклопедий позволяет обеспечить быстрый и эффективный поиск необходимой информации.

Домашние компьютеры учащиеся могут использовать для тех же целей. Наличие в продаже значительного числа программ «репетиторов» по физике позволяет использовать их для индиви­дуальной подготовки учащихся и для ликвидации возникших по каким-либо причинам пробелов в знаниях.

Опыт школ, подключенных к компьютерной сети Интернет, показал, что коллективная работа учащихся с использованием компьютерных коммуникаций может быть организована на межшкольном уровне, причем школы могут находиться в раз­ных населенных пунктах и даже в разных странах. Учащиеся с интересом участвуют в компьютерных проектах, связанных с физическими, экологическими, астрономическими наблюдения­ми и опытами. В сети можно осуществлять поиск самой разно­образной информации, там можно отыскать описания, а иногда демонстрационные или даже рабочие версии различных ППС, материалы как по истории физики, так и по ее новейшим дости­жениям. Кроме того, в Интернете появляется все больше стра­ниц учебных заведений, предлагающих «дистанционное образо­вание», в том числе и по физике.