Программно-методические комплексы по физике


	Гостевая книга \| Форум \| Написать письмо Технологии \| Программы \| Linux
	Компьютерные информационные технологии
	Предыдущая страница \| Следующая страница
Главная \| Технологии \| Учебный сайт КИТ как рабочая среда преподавателя информатики

Программно-методические комплексы по физике

Состав комплекса:

компьютерная модель лабораторной работы;
соответствующий комплект оборудования (в перспективе);
контролирующая программа с интерфейсом, аналогичным компьютерной модели;
задание на математическое моделирование по тематике лабораторной работы.

С учетом этих требований для обеспечения лабораторного практикума студентов вуза были разработаны компьютерные модели лабораторных работ по физике [1], [2], [3].

Созданное моделирующее программное обеспечение позволяет:

подготовиться к выполнению в учебных лабораториях тех работ, для которых имеется полный комплект оборудования; тогда в лаборатории можно уделить больше внимания исследовательскому аспекту учебной деятельности;
выполнить лабораторные работы, для которых в учебном заведении недостаточно оборудования;
исследовать процессы или механизмы, которые невозможно выполнить в условиях учебного заведения;
обеспечить требования обязательного содержания лабораторного практикума для различных форм обучения;
создать условия для дополнительных занятий той части обучаемых, которые интересуются данным предметом и хотят знать больше;
обеспечить самостоятельную работу студентов как в учебном заведении, так и за его пределами;
оптимально организовать лабораторный практикум при заочной и дистанционной формах обучения.

Модели лабораторных работ можно использовать:

локально на одном компьютере;
в компьютерной сети (с размещением на файл- или web-сервере).

Преподаватель может использовать модель:

во время лабораторных работ;
в ходе лекции как демонстрационный эксперимент.

Как показал полученный опыт, применение в условиях учебного заведения виртуальных лабораторных работ, основанных на компьютерных моделях, повышает интерес студентов и школьников к учебной деятельности. Важным условием для этого является наличие простого и удобного интерфейса программы. Сложностей с его освоением у студентов (в том числе и иностранных) не возникло. Необходимо отметить, что в некоторых случаях не потребовалось каких-либо указаний, касающихся выполнения работы. Студенты самостоятельно и правильно оценили элементы управления приборами, представленными на экране, затем выполнили работу и зафиксировали ее результаты. Понятная методика выполнения работы и конкретные указания к содержанию отчета позволили получить хорошие результаты:

быстрое выполнение работ с компьютерными моделями;
увеличение объема заданий для работы с моделями;
эффективное применение компьютерных технологий в ходе подготовки отчета;
использование современных педагогических технологий.

Для углубления исследовательских аспектов в изучении тематики, которой посвящены программы, компьютерное моделирование было дополнено математическим в среде электронных таблиц. Достигаемые при этом результаты:

создание правильной математической модели заданной цепи;
исследование этой модели по указанным в задании параметрам;
прогнозирование поведения исследуемой цепи на основе полученных при моделировании результатов;
подготовка комплексного отчета с результатами работы с программными и математическими моделями.

Таким образом, был создан тематический программно-методический комплекс.

Пример – изучение закона Ома, последовательного и параллельного соединения проводников. Для части студентов необходимым является и наличие программы, достаточно подробно объясняющей и демонстрирующей теоретические аспекты темы (для примера показан фрагмент программы "Резисторы"):

Ппрактическая часть состоит из нескольких лабораторных работ:

закон Ома:

последовательное соединение резисторов:

параллельное соединение резисторов:

смешанное соединение резисторов:

После их выполнения и подготовки отчета перед студентами ставится задача создания математической модели электрической цепи со смешанным соединением резисторов.

Опыт применения такого программно-методического комплекса показал, что студентам желательно на примере показать последовательность выполнения этапов математического моделирования с целью получения результатов, обусловленных индивидуальными или групповыми заданиями.

Цепь, на основе которой даются пояснения, проще содержащейся в задании, например:

1 этап: построение математической модели.

Студенты уже умеют выполнять расчеты в среде электронных таблиц. При необходимости они могут воспользоваться разделом "Расчеты в среде электронных таблиц" учебного сайта "Компьютерные информационные технологии" ([4]).

Подробно разбирается процесс правильного решения задачи (в методическом плане созвучной оказалась работа [5]), например:

числовые данные:	формулы:

После создания математической модели цепи выполняются задания на исследование процесса протекания тока. Рекомендуется заносить данные на один из листов той же книги, где находится модель. Пример:

Второй этап – построение диаграммы (команды "Вставка" - "Диаграмма…") в виде точечного графика, поскольку значения аргумента не представляют собой числовой ряд с фиксированным шагом:

Далее указывается место расположения значений функции (карточка "Диапазон данных"):

Поскольку в данный момент подписи оси Х представляют собой порядковые номера значений функции, необходимо выбрать для работы карточку "Ряд" и задать значения аргумента (поле "Значения Х"):

В результате получается график, отражающий влияние одного из элементов схемы на ток:

Третий этап – определение уравнения, которое с наилучшей точностью описывает полученные экспериментальные данные. Для этого на график накладывается линия тренда – выбирается диаграмма, затем выполняются команды "Диаграмма" - "Добавить линию тренда…":

Выбирается тип линии и затем на карточке "Параметры" устанавливаются необходимые в данном случае параметра – "показывать уравнение на диаграмме" и "поместить на диаграмму величину достоверности аппроксимации (R^2)":

В результате на диаграмме появится второй график и уравнение:

Завершающий этап - подбор одного из элементов схемы для получения необходимого значения тока - выполняется следующим образом.

Поскольку в задании указано превышение результата над исходным на 15%, вычисляется его числовое значение. Затем выполняется подбор параметра (команды "Сервис" - "Подбор параметра…"):

Устанавливается целевая ячейка (в данном случае это В9, поскольку именно в ней вычисляется ток), задается необходимое значение тока (оно вычислено в ячейке В14) и изменяемое значение (это ячейка В5, где указана величина резистора R2). Результат:

Результаты работы показали, что постановка задачи на поэтапную работу с компьютерными моделями и последующее создание математической модели вызывает у большей части студентов повышение интереса к теме и более глубокие знания по изучаемой тематике. Это согласуется с выводами в [6]. Подобные программно-методические комплексы формируются и по другим темам (конденсатор, индуктивность, последовательный резонанс, фоторезистор, терморезистор и т.д.).

Для оценки возможностей применения в школах созданного программного обеспечения, сайта "Компьютерные информационные технологии" и методик их использования приглашались преподаватели методобъединений физики и информатики школ города Владивостока и ученики старших классов. По компьютерным моделям лабораторных работ и методическим аспектам их применения сделаны два доклада на ежегодных заседаниях методобъединения преподавателей физики школ Владивостока.

Полученные в ходе изучения мнений результаты показали, что необходимо иметь проработанное методическое обеспечение программ, используемых в учебном процессе, с точки зрения более полного учета педагогических технологий. Оптимальный результат достижим после проведения специальных курсов для преподавателей, на которых в комплексе и на конкретных примерах рассматриваются вопросы использования готовых разработок. Именно о комплексном подходе и говорилось на заседаниях методобъединения физиков. Аналогичных результатов можно достичь, прилагая к программам подробные описания тех возможностей, которые получают преподаватели для реализации педагогических технологий.

Пример задания на моделирование в среде электронных таблиц.

Дана электрическая цепь:

Исходные данные:

Е = 24 В; R 1 = 24 Ом; R 2 = 18 Ом; R 3 = 36 Ом; R 4 = 18 Ом.

Требуется:

создать математическую модель цепи;
определить, как влияет изменение значения R 1 (таблица 1) на ток, протекающий в цепи, с построением диаграммы и определением уравнения зависимости;
спрогнозировать по полученному уравнению величину тока при R 1=180 Ом, записав результат в одну из ячеек таблицы;
определить, как влияет изменение значения R 3 (таблица 1) на ток, протекающий в цепи, с построением диаграммы и определением уравнения зависимости;
спрогнозировать по полученному уравнению величину тока при R 3=9 Ом, записав результат в одну из ячеек таблицы;
подобрать значение R 2, при котором значение протекающего в цепи тока увеличится на 15%, и записать его в одну из ячеек;
подобрать значение R 4, при котором падение напряжения на нем уменьшится на 10%, и записать его в одну из ячеек.

Таблица значений сопротивлений (Ом)

Подготовить отчет, в котором должны быть представлены:

рисунок электрической цепи;
порядок создания математической модели;
фрагмент электронных таблиц с созданной математической моделью;
графики влияния изменяемых параметров на токи;
фрагменты электронных таблиц с результатами подбора параметров.

Разумеется, для исследования могут быть предложены иные, более сложные цепи, например:

Исследование модели тоже может включать иные задания.

Главная | Технологии | Предыдущая страница | Следующая страница