|
|
Физическое образование в Вузах. Т. 6, № 4. 2000.
С. 81-85.
Оптимизация физического практикума с помощью современных информационных технологий
А.В. Шильников, Л.А. Васильева, В.Н. Нестеров, Л.И. Черкасова
q
Список научно-методических публикаций.
Представлен
опыт разработки и комплексного использования элементов современных
информационных технологий при проведении физического лабораторного практикума.
Показано, что применение информационных технологий активизируем учебный
процесс, познавательный и творческий потенциал студентов, повышая эффективность
усвоения курса физики.
В современном инженерном образовании роль
естественнонаучных дисциплин не исчерпывается усвоением фундаментальных понятий
и законов, необходимых для дальнейшего изучения специальных предметов.
Сочетание фундаментального содержания учебных программ по физике с
лабораторно-практической формой усвоения неоценимо для развития интеллектуальных
способностей, необходимых для качественной подготовки специалиста, который
должен не только освоить определенную сумму знаний и решать типовые задачи, но
и обладать способностью к самообразованию, творчеству, адаптации к изменяющимся
условиям деятельности, самостоятельной постановке задач и их решению. Задача
подготовки такого специалиста
заставляет искать соответствующие методы обучения.
Физический
практикум является одной из основных компонент усвоения физических знаний. В
традиционном виде лабораторный физический практикум наряду с неоценимыми
преимуществами практической формы приобретения знаний обладает рядом
недостатков. Так, лабораторный практикум ограничен материальной базой и жестким
временным графиком выполнения лабораторных работ. Последнее особенно остро
сказывается на студентах дистанционного обучения, вынужденных выполнять лабораторные работы в сжатые сроки,
отведенные на лабораторно–экзаменационную сессию. Проявление инициативы и
самостоятельности студентов в рамках лабораторного практикума ограничено
методическими указаниями. Поддержка физического практикума современными
информационными технологиями позволяет хотя бы отчасти преодолеть эти
недостатки и усилить мотивацию студентов при изучении курса физики, выявляя ее
выходы в профессиональные задачи. При этом необходимо разумное сочетание
изучения реальных объектов лабораторного практикума и их моделей. Поэтому
вопрос состоит в том, как наиболее
эффективно применять информационные технологии в учебном процессе. [1]
В
настоящее время на кафедре физики ВолгГАСА разрабатываются и применяются
следующие элементы современных информационных технологий с целью оптимизации
лабораторного практикума:
1. Видеоверсии
лабораторных работ по физике.
2. Компьютерное
моделирование физических процессов и явлений в рамках учебно-исследовательских
работ студентов (УИРС).
3. Разработка
компьютерных лабораторных работ.
4. Компьютерная
обработка и анализ экспериментальных данных лабораторных работ и УИРС.
Видеоверсия
лабораторной работы с использованием видеомагнитофона показывает общий вид и действие
лабораторной установки и ее частей, существенных для выполнения лабораторной
работы. Ведущий видеоверсии объясняет и показывает, как работает установка, как
пользоваться измерительными приборами, как правильно произвести измерение и
записать полученный результат. Затем студенту предлагается сделать это самому –
сначала с подсказкой, а затем и полностью самостоятельно. По полученным
результатам измерения студенту необходимо сделать пробный расчет, построить
графики, оценить погрешность измерений и т.д. Такие видеоверсии или их
фрагменты могут быть использованы, как:
- дополнительный способ предварительной
подготовки к выполнению лабораторной работы, более эффективный и оперативный по
сравнению со словесным описанием в методических указаниях;
-
вводное занятие к лабораторному практикуму, на котором демонстрируются наиболее
часто используемые методы измерения, технология обработки результатов,
построение графиков, расчеты погрешностей измерения, т. е. не только как
изложение и показ, а активное тренировочное занятие с непосредственной
консультацией преподавателя;
-
активные лекционные демонстрации, при которых студент может не только наблюдать
за физическими явлениями, но и произвести некоторые измерения и расчеты,
результаты которых обсуждаются тут же на лекции;
-
как физическая видеозадача, которую можно решать как в группе в отведенное для
практических занятий, так и индивидуально с использованием видеомагнитофона,
что особенно полезно при дистанционном обучении;
-
база для учебно-исследовательских студенческих работ, в которых исследуются не
только отдельные физические явления и закономерности, но и их проявление и
применение в будущей профессиональной деятельности.
Видеоверсии
лабораторных работ позволяют расширить круг наблюдаемых и обсуждаемых
студентами физических явлений, дают возможность более эффективного использования
времени, отведенного на выполнение лабораторных работ, являются дополнительным
методом активизации учебно-познавательной деятельности студентов, могут быть
использованы при стационарном, и особенно при дистанционном обучении. [2]
Привлечение студентов к участию в разработке и создании
видеофрагментов инициирует более глубокое изучение ими теоретического
материала, действия лабораторных установок и измерительных приборов, способов
их описания. В конечном итоге это формирует навыки активной познавательной и
творческой деятельности студентов.
Во время проведения стандартного лабораторного эксперимента деятельность студента ограничена возможностями лабораторного оборудования, строго алгоритмизирована методическими указаниями. Это позволяет сформировать необходимые в дальнейшем умения и навыки, но ограничивает самостоятельность студента. Компьютерное моделирование, не регламентированное строгими рамками инструкций, дает простор для самостоятельности и творчества, развивает интеллектуальные способности.
Накопленный
за годы работы опыт разработки и применения компьютерных программ по физике [3]
при обучении студентов показал, что
работа с готовым программным продуктом не вызывает большого интереса у наиболее
подготовленных студентов. Поэтому особое внимание стало уделяться развитию творческого
мышления студентов, умению самостоятельно построить модель физического процесса
с применением математического аппарата и современных информационных технологий,
а также с элементами самостоятельной постановки задачи в процессе решения
проблемы, сформулированной преподавателем. Деятельность студентов по
моделированию физических процессов носит исследовательский характер, требует от
студентов и преподавателя творческого подхода и отношений сотрудничества, что
является эффективным методическим приемом для активизации творческого
потенциала и дополнительной мотивацией обучения.
При
решении поставленной проблемы студенты изучают теоретический материал по данной
теме, вместе с преподавателем или самостоятельно детализируют задачу, разбивают
ее на отдельные подзадачи, составляют отдельные блоки программ для каждой
подзадачи, вводят в компьютер и отлаживают. Очень важно помочь студенту на
начальном этапе работы, написать с ним некоторые блоки программы после
детальной разработки теоретического материала. Можно использовать и готовые
блоки программ, переработав их соответственно современным требованиям [3].
Языки программирования выбираются по желанию
студента и в соответствии с поставленной задачей и имеющейся в распоряжении
студента ПЭВМ. Например, несколько лет назад задача по моделированию
электростатических полей решалась студентами на ЕС 1841с использованием языка
Бейсик, а в осеннем семестре 1999/2000 учебного года - на Pentium c использованием Bilder.
Разработка
компьютерных версий лабораторных работ осуществляется для расширения
возможностей лабораторных экспериментальных установок. Студентам предлагается
провести сравнение результатов, полученных в "живом" эксперименте, с
результатами, полученными с помощью компьютерного моделирования, что позволяет провести
более глубокий анализ физических явлений.
Оптимальным
вариантом следует считать сочетание лабораторного и модельного (виртуального)
эксперимента.
По возможности модельные данные сравниваются с данными лабораторных
экспериментов. Например, модель электростатического поля сравнивается с
экспериментальной моделью, полученной в электролитической ванне, модель
дифракционной картины Фраунгофера сравнивается с картиной на экране, полученной
от монохроматического источника (то же для колец Ньютона, кривых затухающих
колебаний, резонансных кривых и т.д.) Причем, если в лабораторном практикуме
студенты изучают дифракцию от одной щели и от решетки, то модельный эксперимент
позволяет наглядно проследить за изменением дифракционной картины при переходе
от щели к решетке, подсчитать число минимумов между главными максимумами,
задавая любое количество щелей. Возможность вводить с клавиатуры изменения
параметров физической системы и наблюдать трансформацию соответствующих
зависимостей позволяет студентам глубже разобраться в сущности физических
явлений, а осознание того факта, что работа выполнена практически
самостоятельно, повышает веру в собственные силы и дает импульс к дальнейшей
творческой деятельности.
Для
углубленного анализа экспериментальных результатов лабораторных работ
проводится их компьютерная обработка с помощью табличного процессора Excel. Его естественная табличная структура
облегчает обработку экспериментальных данных лабораторных работ и
учебно-исследовательских работ студентов (УИРС). Возможность построения
графиков и встроенные пакеты статистического анализа позволяют наглядно
представить результаты и оценить погрешности проведенного эксперимента.
Весьма
важным для студентов является усвоение основ компьютерного представления
физической информации, которые включают в себя компьютерное представление
текстовой, формульной и графической информации по физике. Для этих целей
наиболее приемлемым является современный текстовый редактор Word, основные знания, по которому студенты
получают на информатике, что позволяет сосредоточить внимание на конкретных
проблемах представления физической информации. Такое ознакомление позволяет
подготовить студентов к грамотному оформлению учебных и научных результатов по
физике в современной компьютерной форме.
Поисковые
работы представленного направления проходят апробацию на части студентов
обучаемых потоков. Наблюдение и анализ результатов обучения показали, что использование
разработанных элементов информационных технологий в преподавании курса физики
-
повышает наглядность обучения
-
поднимает познавательную активность
-
реализует творческий потенциал студентов
-
позволяет студентам глубже понять сущность
физических явлений
-
обучает студентов решать задачи с применением
современных средств вычислительной техники,
т.е.
является мощным средством развития логического мышления у студентов, позволяет
получить навыки постановки и решения исследовательских и практических задач на
базе фундаментального физического образования с применением современных
компьютерных технологий.
В
настоящее время идет процесс накопления методических разработок, базы заданий
студентам, компьютерных программ и видеоматериалов. Проводится работа по
систематизации, апробации и выработке рекомендаций по внедрению в учебный
процесс имеющихся компьютерных и видео разработок. Накопленный к настоящему
времени опыт позволит в дальнейшем перейти к широкому использованию
информационных технологий в преподавании курса физики.
Литература.
1. Шильников
А.В. Васильева Л.А. Нестеров В.Н. Черкасова Л.И. Информационные технологии как средство повышения познавательной и творческой
активности студентов. Тезисы докладов съезда российских
физиков-преподавателей “Физическое образование в XXI веке”. МГУ им. Ломоносова. М. 2000.с.263
2. Черкасова
Л.И. Использование видеоверсий лабораторных работ по физике в учебном процессе. “Современные технологии обучения”
Материалы 6-й международной конференции Ч.2 Санкт–Петербург 2000. Стр.202-203.
3. Ткаченко
В.Н. Першина М.А. Васильева Л.А. Опыт разработки и применения компьютерных технологий обучения в преподавании курсов
электротехнических
дисциплин и физики
при подготовке
инженеров-строителей “Вестник
Верхне-Волжского отделения Академии технологических наук
Российской федерации.” Серия:
Высокие технологии в
военном деле. Часть II. Нижний Новгород.1998.с.186-192.
The
Optimisation of a PHYSICAL PRACTICAL WORK with the help of MODERN INFORMATION
TECHNOLOGIES
The experience of development
and complex use of devices of modern information technologies is submitted at
realisation of a physical laboratory practical work. Is shown, that application
of information technologies makes active educational process, understanding and
creative potential of the students, raising efficiency of mastering of a course
of physics.
|
|
|||
|
|
Copyright
© 2001 Нестеров Владимир Николаевич nv2-nesterov@narod.ru |
||
