Розділ 2. Використання комп'ютерного моделювання електромагнітних коливань
Комп'ютерне моделювання дозволяє наочно ілюструвати фізичні експерименти і явища, відтворювати їх тонкі деталі, які можуть бути непомітними спостерігачу при реальних експериментах. Використання комп'ютерних моделей і віртуальних лабораторій надає нам унікальну можливість візуалізації спрощеної моделі реального явища. При цьому можна поетапно включати у розгляд додаткові чинники, які поступово ускладнюють модель і наближають її до реального фізичного явища. Крім того, комп'ютер дозволяє моделювати ситуації, нереалізовані експериментально в шкільному кабінеті фізики, наприклад, роботу ядерної установки. Робота учнів з комп'ютерними моделями і віртуальними лабораторіями надзвичайно корисна, тому що вони можуть ставити численні експерименти і навіть проводити невеликі дослідження. Інтерактивність відкриває перед учнями величезні пізнавальні можливості, роблячи їх не тільки спостерігачами, а й активними учасниками проведених експериментів. Процес комп'ютерного моделювання для учнів цікавий і повчальний, так як результат моделювання завжди цікавий, а в ряді випадків може бути вельми несподіваним. Створюючи моделі і спостерігаючи їх у дії, учні можуть познайомитись з низкою фізичних явищ, вивчити їх на якісному рівні, а також провести невеликі дослідження. [13]. У таблиці 1 показано спільність логіки розгортання дослідження, складу і послідовності виконуваних суб'єктом дій в натурному і різного виду модельних експериментів. [19]
| Етапи | Натурний експеримент | Модельний експеримент |
| Планування. Розробка методу дослідження. | Розробка методу дослідження (актуалізація теорії, отримання розрахункової формули, визначення складу контрольованих величин і способу їх визначення, прогноз точності та достовірності результатів, визначення оптимальних методик проведення вимірювань і спостережень, в т.ч., діапазону варіювання величин, способу фіксації результатів і т. п.), проектування експериментальної установки. | Розробка методу дослідження (актуалізація теорії, отримання розрахункової формули, визначення складу контрольованих величин і способу їх визначення, прогноз точності та достовірності результатів, визначення оптимальних методик дослідження моделі, в т.ч., діапазону варіювання величин, способу фіксації результатів і т.п. ), проектування моделі. |
| Виконання дій з отримання первинних даних. | Складання, налагодження і тестування експериментальної установки, підготовка зразків, виконання вимірювань і спостережень, фіксування їх результатів. | Реалізація моделі, перевірка правильності її функціонування (тестування), виконання дослідницьких процедур, фіксування їх результатів. |
| Обробка та інтерпретація та отриманих даних. | Обробка та інтерпретація отриманих даних у рамках використовуваної теорії або гіпотези, виклад результатів і висновків. | Обробка та інтерпретація отриманих даних у рамках використовуваної теорії або гіпотези, перенесення результатів дослідження моделі на справжній об'єкт дослідження, виклад результатів і висновків. |
Зрозуміло, комп'ютерна лабораторія не може замінити справжню фізичну лабораторію. Тим не менш, при виконанні комп'ютерних лабораторних робіт у школярів формуються навички, які знадобляться їм і для реальних експериментів – вибір умов експериментів, встановлення параметрів дослідів і.т.д. Все це перетворює виконання багатьох завдань у мікродослідження, стимулює розвиток творчого мислення учнів, підвищує їх інтерес до фізики [14]. Комп'ютерні моделі, розроблені компанією «ФІЗІКОН», легко вписуються в урок і дозволяють вчителю організувати нові нетрадиційні види навчальної діяльності учнів. Як приклад наведемо три види уроків з використанням комп'ютерних моделей:
1. Урок вирішення завдань з наступною комп'ютерною перевіркою. Учитель пропонує учням для самостійного рішення в класі або в якості домашнього завдання індивідуальні завдання, правильність вирішення яких вони зможуть перевірити, поставивши комп'ютерні експерименти. Самостійна перевірка отриманих результатів за допомогою комп'ютерного експерименту посилює пізнавальний інтерес учнів, робить їх роботу творчу, а в ряді випадків наближає її за характером до наукового дослідження. У результаті багато учні починають придумувати свої завдання, вирішувати їх, а потім перевіряти правильність своїх міркувань, використовуючи комп'ютерні моделі. Учитель може свідомо спонукати учнів до подібної діяльності, не побоюючись, що йому доведеться вирішувати «купу» придуманих учнями завдань, на що зазвичай не вистачає часу. Більш того, складені школярами завдання можна використовувати в класній роботі або запропонувати іншим учням для самостійного опрацювання у вигляді домашнього завдання [11, c. 20].
2. Урок-дослідження. Учням пропонується самостійно провести невелике дослідження, використовуючи комп'ютерну модель, і отримати необхідні результати. Тим більше, що багато моделей дозволяють провести таке дослідження буквально за лічені хвилини, вчитель формулює теми досліджень, а також допомагає учням на етапах планування та проведення експериментів [10].
3. Урок - комп'ютерна лабораторна робота. Для проведення такого уроку необхідно, перш за все, розробити відповідні роз даткові матеріали, тобто бланки лабораторних робіт. Завдання в бланках робіт слід розташувати в міру зростання їхньої складності. Спочатку має сенс запропонувати прості завдання ознайомчого характеру та експериментальні завдання, потім розрахункові завдання і, нарешті, завдання творчого та дослідницького характеру. При відповіді на запитання або при вирішенні завдання учень може поставити необхідний комп'ютерний експеримент і перевірити свої міркування. Розрахункові завдання учням рекомендується спочатку вирішити традиційним способом на папері, а потім поставити комп'ютерний експеримент для перевірки правильності отриманої відповіді.
Завдання творчого і дослідницького характеру істотно підвищують зацікавленість учнів у вивченні фізики і є додатковим мотивуючим фактором. Із зазначеної причини уроки останніх двох типів особливо ефективні, так як учні отримують знання в процесі самостійної творчої роботи. Адже ці знання необхідні їм для отримання конкретного, видимого на екрані комп'ютера, результату. Вчитель у таких випадках є лише помічником у творчому процесі формування знань [14]. У процесі роботи з мультимедійними курсами ТОВ «ФІЗІКОН» були запропоновані наступні види завдань до комп'ютерних моделей:
1. Ознайомче завдання;
2. Комп'ютерні експерименти;
3. Експериментальні задачі;
4. Розрахункові задачі з подальшою комп'ютерною перевіркою;
5. Неоднозначні завдання;
6. Завдання з відсутніми даними;
7. Творчі завдання;
8. Дослідницькі завдання;
9. Проблемні завдання;
10. Якісні задачі.
Освітні результати, які досягаються при застосуванні інформаційних технологій:
· Учням надається можливість індивідуальної дослідницької роботи з комп'ютерними моделями, в ході якої вони можуть самостійно ставити експерименти, швидко перевіряти свої гіпотези, встановлювати закономірності;
· Учням надається індивідуальний темп навчання;
· Учням надається можливість виконати комп'ютерну лабораторну роботу;
· Учні набувають навички оптимального використання персонального комп'ютера як навчального засобу;
· Учитель отримує можливість провести швидку індивідуальну діагностику результативності процесу навчання;
· У вчителя вивільняється час на індивідуальну роботу з учнями (особливо з відстаючими), в ході якої він може коригувати процес пізнання.