Interaktívna laboratórna práca vo fyzike. Virtuálne laboratóriá pre dištančné vzdelávanie, univerzity a školy. Softvérový balík „Virtuálne laboratórium pre fyziku“

Dôležité miesto pri formovaní bádateľskej kompetencie žiakov na hodinách fyziky majú demonštračné experimenty a frontálne laboratórne práce. Fyzikálny experiment na hodinách fyziky formuje predtým nahromadené predstavy študentov o fyzikálnych javoch a procesoch, dopĺňa a rozširuje študentom obzory. Počas experimentu, ktorý žiaci vykonávajú samostatne počas laboratórnych prác, sa učia zákonitosti fyzikálnych javov, oboznamujú sa s metódami ich skúmania, učia sa pracovať s fyzikálnymi prístrojmi a inštaláciami, to znamená, že sa učia samostatne získavať poznatky v praxi. Pri vykonávaní fyzikálneho experimentu tak študenti rozvíjajú výskumnú kompetenciu.

Ale na vykonanie plnohodnotného fyzického experimentu, demonštračného aj čelného, je potrebné dostatočné množstvo vhodné vybavenie. Školské fyzikálne laboratóriá v súčasnosti nie sú dostatočne vybavené fyzikálnymi prístrojmi a vzdelávacími vizuálnymi pomôckami na vykonávanie demonštračných a front-end laboratórnych prác. Existujúce vybavenie sa stalo nielen nepoužiteľným, ale aj zastaraným.

Ale aj keď je fyzikálne laboratórium plne vybavené požadovanými prístrojmi, skutočný experiment si vyžaduje veľa času na jeho prípravu a realizáciu. Navyše v dôsledku značných chýb merania a časového obmedzenia lekcie skutočný experiment často nemôže slúžiť ako zdroj vedomostí o fyzikálnych zákonoch, pretože identifikované vzory sú len približné a správne vypočítaná chyba často presahuje samotné namerané hodnoty. . Je teda ťažké uskutočniť plnohodnotný laboratórny experiment vo fyzike so zdrojmi dostupnými v školách.

Študenti si nevedia predstaviť niektoré javy makrokozmu a mikrokozmu, keďže jednotlivé javy študované na stredoškolskom kurze fyziky nemožno pozorovať v skutočný život a navyše experimentálne reprodukovať vo fyzikálnom laboratóriu napríklad javy atómovej a jadrovej fyziky atď.

Vykonávanie jednotlivých experimentálnych úloh v triede na existujúcom zariadení prebieha za určitých špecifikovaných parametrov, ktoré nie je možné meniť. V tomto smere nie je možné vysledovať všetky zákonitosti skúmaných javov, čo ovplyvňuje aj úroveň vedomostí študentov.

A napokon, nie je možné naučiť študentov samostatne získavať fyzikálne vedomosti, teda rozvíjať ich výskumnú kompetenciu, len pomocou tradičných vyučovacích technológií. Keďže žijeme v informačnom svete, nie je možné realizovať proces učenia sa bez použitia informačných technológií. A podľa nášho názoru sú na to dôvody:

Hlavnou úlohou vzdelávania v súčasnosti je rozvíjať u žiakov zručnosti a schopnosti samostatne získavať vedomosti. Informačné technológie poskytujú túto príležitosť.

Nie je žiadnym tajomstvom, že v súčasnosti študenti stratili záujem o štúdium, a najmä o štúdium fyziky. A používanie počítača zvyšuje a stimuluje záujem študentov o získavanie nových vedomostí.

Každý študent je individuálny. A využitie počítača vo výučbe umožňuje zohľadniť individuálne charakteristiky študenta a dáva študentovi široký výber pri výbere vlastného tempa štúdia látky, jej upevňovania a hodnotenia. Hodnotenie výsledkov študentského zvládnutia témy pomocou testov na počítači odstraňuje osobný vzťah učiteľa so študentom.

V tejto súvislosti sa objavuje myšlienka: Využívať informačné technológie na hodinách fyziky, najmä pri vykonávaní laboratórnych prác.

Ak vykonávate fyzikálny experiment a prácu v laboratóriu v prvej línii pomocou virtuálnych modelov cez počítač, môžete kompenzovať nedostatok vybavenia vo fyzikálnom laboratóriu školy a naučiť tak študentov samostatne získavať fyzikálne vedomosti počas fyzikálneho experimentu na virtuálnych modeloch. , to znamená, že existuje reálna príležitosť na formovanie potrebnej výskumnej kompetencie študentov a zvyšovanie úrovne učenia študentov vo fyzike.

Využitie výpočtovej techniky na hodinách fyziky umožňuje formovanie praktických zručností tak, ako virtuálne prostredie počítača umožňuje rýchlo upravovať nastavenie experimentu, čo zabezpečuje výraznú variabilitu jeho výsledkov, čo výrazne obohacuje študentov prax logické operácie analýza a formulácia záverov z experimentálnych výsledkov. Okrem toho môžete test vykonať viackrát so zmenou parametrov, uložiť výsledky a vrátiť sa k štúdiu vo vhodnom čase. Okrem toho v počítačovej verzii je možné výrazne vykonať veľká kvantita experimenty. Práca s týmito modelmi otvára študentom obrovské kognitívne možnosti, čím sa stávajú nielen pozorovateľmi, ale aj aktívnymi účastníkmi prebiehajúcich experimentov.

Ďalším pozitívnym bodom je, že počítač poskytuje jedinečnú príležitosť, ktorá nie je implementovaná v reálnom fyzikálnom experimente, vizualizovať nie skutočný prírodný jav, ale jeho zjednodušený teoretický model, ktorý vám umožňuje rýchlo a efektívne nájsť hlavné fyzikálne zákony pozorovaného javu. . Okrem toho môže študent počas experimentu súčasne pozorovať konštrukciu zodpovedajúcich grafických vzorov. Grafický spôsob zobrazenia výsledkov simulácie uľahčuje študentom asimilovať veľké množstvo prijatých informácií. Takéto modely majú mimoriadnu hodnotu, pretože študenti majú spravidla značné ťažkosti pri vytváraní a čítaní grafov. Je potrebné počítať aj s tým, že nie všetky procesy, javy, historické experimenty vo fyzike si študent dokáže predstaviť bez pomoci virtuálnych modelov (napríklad difúzia v plynoch, Carnotov cyklus, fenomén fotoelektrického javu, difúzia v plynoch, napr. väzbová energia jadier atď.). Interaktívne modely umožňujú študentovi vidieť procesy v zjednodušenej forme, predstaviť si inštalačné schémy a vykonávať experimenty, ktoré sú vo všeobecnosti nemožné v reálnom živote.

Všetky počítačové laboratórne práce sa vykonávajú pomocou klasická schéma:

Teoretické zvládnutie materiálu;

Štúdium hotovej inštalácie počítačového laboratória alebo vytvorenie počítačového modelu reálnej laboratórnej inštalácie;

Vykonávanie experimentálnych štúdií;

Spracovanie výsledkov experimentu na počítači.

Inštalácia počítačového laboratória je spravidla počítačový model skutočnej experimentálnej inštalácie, vytvorený pomocou počítačovej grafiky a počítačového modelovania. Niektoré práce obsahujú iba schému laboratórnej inštalácie a jej prvkov. V tomto prípade je potrebné pred začatím laboratórnych prác zostaviť laboratórne nastavenie na počítači. Vykonávanie experimentálneho výskumu je priamou analógiou experimentu na skutočnej fyzickej inštalácii. V tomto prípade je skutočný fyzikálny proces simulovaný na počítači.

Vlastnosti EOR „Fyzika. Elektrina. Virtuálne laboratórium“.

V súčasnosti existuje pomerne veľa elektronických vzdelávacích nástrojov, ktoré zahŕňajú vývoj virtuálnej laboratórnej práce. V našej práci sme použili elektronickými prostriedkamiškolenie „Fyzika. Elektrina. Virtuálne laboratórium"(ďalej len ESO je určená na podporu vzdelávacieho procesu na tému „Elektrina“ vo všeobecnom vzdelávaní vzdelávacie inštitúcie(obr. 1).

Obr.1 ESO.

Tento manuál vytvorila skupina polotských vedcov štátna univerzita. Používanie tohto ESO má niekoľko výhod.

Jednoduchá inštalácia programu.

Jednoduché používateľské rozhranie.

Zariadenia úplne kopírujú tie skutočné.

Veľké množstvo zariadení.

Dodržiavajú sa všetky skutočné pravidlá pre prácu s elektrickými obvodmi.

Možnosť vykonania dostatočne veľkého počtu laboratórnych prác za rôznych podmienok.

Možnosť vykonania prác, vrátane preukázania následkov, ktoré sú nedosiahnuteľné alebo nežiaduce v plnohodnotnom experimente (poistka, žiarovka, prepálenie elektrického meracieho prístroja, zmena polarity zapínania prístrojov a pod.).

Možnosť vykonávania laboratórnych prác mimo vzdelávacej inštitúcie.

Všeobecné informácie

ESE je navrhnutý tak, aby poskytoval počítačovú podporu pri výučbe predmetu „fyzika“. hlavným cieľom tvorba, šírenie a uplatňovanie ESB - zvyšovanie kvality školenia prostredníctvom efektívneho, metodicky správneho, systematického využívania všetkými účastníkmi vzdelávací proces v rôznych štádiách vzdelávacie aktivity.

Vzdelávacie materiály zahrnuté v tomto ESE spĺňajú požiadavky osnov fyziky. Základom vzdelávacích materiálov tejto ESE budú materiály moderných učebníc fyziky ako aj didaktické materiály na vykonávanie laboratórnych prác a experimentálneho výskumu.

Koncepčný aparát použitý vo vyvinutom ESO vychádza z vzdelávací materiál aktuálne učebnice fyziky, ako aj príručky z fyziky odporúčané pre použitie na stredných školách.

Virtuálne laboratórium je implementované ako samostatná aplikácia operačného systémuWindows.

Toto ESO umožňuje vykonávať frontálne laboratórne práce pomocou virtuálnych modelov reálnych prístrojov a zariadení (obr. 2).

Obr.2 Vybavenie.

Demonštračné experimenty umožňujú ukázať a vysvetliť výsledky tých akcií, ktoré je nemožné alebo nežiaduce uskutočniť v reálnych podmienkach (obr. 3).

Obr. 3 Nežiaduce výsledky experimentu.

Možnosť usporiadania individuálna práca, kedy môžu žiaci samostatne realizovať pokusy, ako aj opakovať pokusy mimo vyučovania, napríklad na domácom počítači.

Účel ESO

ESO je počítačový nástroj používaný vo výučbe fyziky, potrebný na riešenie výchovných a pedagogických problémov.

ESE možno využiť na poskytovanie počítačovej podpory pri výučbe predmetu „fyzika“.

ESE zahŕňa 8 laboratórnych prác v časti „Elektrina“ kurzu fyziky, ktoré sa študujú v VIII. a XI. ročníku strednej školy.

Pomocou ESO sa riešia hlavné úlohy poskytovania počítačovej podpory pre nasledujúce etapy vzdelávacích aktivít:

Vysvetlenie vzdelávacieho materiálu,

Jeho upevnenie a opakovanie;

Organizácia nezávislých kognitívna aktivitaštudent;

Diagnostika a náprava vedomostných medzier;

Priebežná a konečná kontrola.

ESO možno použiť ako účinnými prostriedkami rozvíjať praktické zručnosti študentov v nasledujúcich formách organizovania vzdelávacích aktivít:

Vykonávať laboratórne práce (hlavný účel);

Ako prostriedok na organizovanie demonštračného experimentu vrátane demonštrácie dôsledkov, ktoré nie sú dosiahnuteľné alebo nežiaduce v plnohodnotnom experimente (vypálenie poistky, žiarovky, elektrického meracieho zariadenia, zmena polarity zapínania zariadení atď.)

Pri riešení experimentálnych úloh;

Na organizovanie výchovno-vzdelávacej a výskumnej práce žiakov, riešenie tvorivých problémov mimo vyučovania, aj doma.

ESP možno použiť aj v nasledujúcich demonštráciách, experimentoch a virtuálnych experimentálnych štúdiách: prúdové zdroje; ampérmeter, voltmeter; štúdium závislosti prúdu od napätia v časti obvodu; štúdium závislosti sily prúdu v reostate od dĺžky jeho pracovnej časti; štúdium závislosti odporu vodičov od ich dĺžky, plochy prierez a druh látky; návrh a prevádzka reostatov; konzistentné a paralelné pripojenie vodiče; určenie výkonu spotrebovaného elektrickým vykurovacím zariadením; poistky.

O objem Náhodný vstup do pamäťe: 1 GB;

frekvencia procesora od 1100 MHz;

disková pamäť - 1 GB voľné miesto na disku;

funguje na operačných systémochWindows 98/NT/2000/XP/ Vista;

v operačnom systémeaPrehliadač nesmie byť nainštalovanýPANIPrieskumník 6.0/7.0;

pre pohodlie užívateľa pracovisko musí byť vybavený myšou a monitorom s rozlíšením 1024X 768 a vyššie;

Dostupnosť zariadeníčítanieCD/ DVDdisky na inštaláciu ESO.

Vizuálna fyzika poskytuje učiteľovi možnosť nájsť najzaujímavejšie a efektívne metódy učenie, čím sa hodiny stanú zaujímavejšie a intenzívnejšie.

Hlavnou výhodou vizuálnej fyziky je schopnosť demonštrovať fyzikálne javy zo širšej perspektívy a komplexne ich študovať. Každá práca zahŕňa veľké množstvo vzdelávacieho materiálu, a to aj z rôznych odvetví fyziky. To poskytuje dostatok príležitostí na upevňovanie interdisciplinárnych súvislostí, na zovšeobecňovanie a systematizáciu teoretických poznatkov.

Interaktívna práca vo fyzike by sa mala vykonávať na hodinách vo forme workshopu pri vysvetľovaní nového materiálu alebo pri ukončení štúdia určitej témy. Ďalšou možnosťou je vykonávať prácu mimo vyučovania, vo výberových, individuálnych triedach.

Virtuálna fyzika(alebo fyzika online) je nový jedinečný smer vo vzdelávacom systéme. Nie je žiadnym tajomstvom, že 90% informácií vstupuje do nášho mozgu cez optický nerv. A nie je prekvapujúce, že kým sa človek neuvidí sám, nebude schopný jasne pochopiť povahu určitých fyzikálnych javov. Preto je potrebné podporovať proces učenia vizuálne materiály. A je jednoducho úžasné, keď môžete nielen vidieť statický obraz zobrazujúci akýkoľvek fyzikálny jav, ale aj pozerať sa na tento jav v pohybe. Tento zdroj umožňuje učiteľom jednoduchým a uvoľneným spôsobom jasne demonštrovať nielen fungovanie základných fyzikálnych zákonov, ale tiež pomôže vykonávať online laboratórne práce vo fyzike vo väčšine sekcií. všeobecný vzdelávací program. Napríklad, ako môžete slovami vysvetliť princíp fungovania p-n križovatka? Až keď dieťaťu ukážete animáciu tohto procesu, všetko sa mu okamžite vyjasní. Alebo môžete jasne demonštrovať proces prenosu elektrónov, keď sa sklo trie hodvábom, a potom bude mať dieťa menej otázok o povahe tohto javu. Okrem toho vizuálne pomôcky pokrývajú takmer všetky časti fyziky. Chcete napríklad vysvetliť mechaniku? Prosím, tu sú animácie zobrazujúce druhý Newtonov zákon, zákon zachovania hybnosti pri zrážke telies, pohyb telies po kružnici pod vplyvom gravitácie a pružnosti atď. Ak chcete študovať sekciu optika, nič nemôže byť jednoduchšie! Experimenty na meranie vlnovej dĺžky svetla pomocou difrakčná mriežka, pozorovanie spojitých a čiarových emisných spektier, pozorovanie interferencie a difrakcie svetla a mnohé ďalšie experimenty. A čo elektrina? A v tejto časti je uvedených pomerne veľa vizuálnych pomôcok, napríklad existuje experimenty na štúdium Ohmovho zákona pre kompletný obvod, výskum pripojenia zmiešaných vodičov, elektromagnetickú indukciu atď.

Proces učenia sa z „povinnej úlohy“, na ktorú sme všetci zvyknutí, sa tak zmení na hru. Pre dieťa bude zaujímavé a zábavné pozerať sa na animácie fyzikálnych javov a tým sa proces učenia nielen zjednoduší, ale aj urýchli. Okrem iného môže byť možné poskytnúť dieťaťu ešte viac informácií, ako by mohlo dostať v bežnej forme vzdelávania. Navyše mnohé animácie dokážu niektoré úplne nahradiť laboratórne prístroje, takže je ideálny pre mnohých vidiecke školy, kde, žiaľ, nie vždy nájdete ani Brown elektromer. Čo môžem povedať, mnohé zariadenia nie sú ani v bežných školách vo veľkých mestách. Snáď zavedením takýchto názorných pomôcok do programu povinného vzdelávania získame po skončení školy záujemcov o fyziku, z ktorých sa časom stanú mladí vedci, z ktorých niektorí dokážu robiť veľké objavy! Oživí sa tak vedecká éra veľkých domácich vedcov a naša krajina opäť ako za sovietskych čias vytvorí unikátne technológie, ktoré predbehli dobu. Preto si myslím, že je potrebné takéto zdroje čo najviac spopularizovať, informovať o nich nielen učiteľov, ale aj samotných školákov, pretože mnohí z nich budú mať o štúdium záujem fyzikálnych javov nielen na hodinách v škole, ale aj doma vo voľnom čase a táto stránka im takúto možnosť dáva! Fyzika online je to zaujímavé, vzdelávacie, vizuálne a ľahko dostupné!

Vizuálna fyzika poskytuje učiteľovi príležitosť nájsť najzaujímavejšie a najefektívnejšie vyučovacie metódy, vďaka čomu sú hodiny zaujímavé a intenzívnejšie.

Virtuálna fyzika(alebo fyzika online) je nový jedinečný smer vo vzdelávacom systéme. Nie je žiadnym tajomstvom, že 90% informácií vstupuje do nášho mozgu cez optický nerv. A nie je prekvapujúce, že kým sa človek neuvidí sám, nebude schopný jasne pochopiť povahu určitých fyzikálnych javov. Preto musí byť proces učenia podporený vizuálnymi materiálmi. A je jednoducho úžasné, keď môžete nielen vidieť statický obraz zobrazujúci akýkoľvek fyzikálny jav, ale aj pozerať sa na tento jav v pohybe. Tento zdroj umožňuje učiteľom jednoduchým a uvoľneným spôsobom jasne demonštrovať nielen fungovanie základných fyzikálnych zákonov, ale pomôže aj pri vykonávaní online laboratórnych prác vo fyzike vo väčšine sekcií kurikula všeobecného vzdelávania. Napríklad, ako možno slovami vysvetliť princíp p-n akcie prechod? Až keď dieťaťu ukážete animáciu tohto procesu, všetko sa mu okamžite vyjasní. Alebo môžete jasne demonštrovať proces prenosu elektrónov, keď sa sklo trie hodvábom, a potom bude mať dieťa menej otázok o povahe tohto javu. Okrem toho vizuálne pomôcky pokrývajú takmer všetky časti fyziky. Chcete napríklad vysvetliť mechaniku? Prosím, tu sú animácie zobrazujúce druhý Newtonov zákon, zákon zachovania hybnosti pri zrážke telies, pohyb telies po kružnici pod vplyvom gravitácie a pružnosti atď. Ak chcete študovať sekciu optika, nič nemôže byť jednoduchšie! Názorne sú znázornené experimenty merania vlnovej dĺžky svetla pomocou difrakčnej mriežky, pozorovanie spojitých a čiarových emisných spektier, pozorovanie interferencie a difrakcie svetla a mnohé ďalšie experimenty. A čo elektrina? A v tejto časti je uvedených pomerne veľa vizuálnych pomôcok, napríklad existuje experimenty na štúdium Ohmovho zákona pre kompletný obvod, výskum pripojenia zmiešaných vodičov, elektromagnetickú indukciu atď.

Proces učenia sa z „povinnej úlohy“, na ktorú sme všetci zvyknutí, sa tak zmení na hru. Pre dieťa bude zaujímavé a zábavné pozerať sa na animácie fyzikálnych javov a tým sa proces učenia nielen zjednoduší, ale aj urýchli. Okrem iného môže byť možné poskytnúť dieťaťu ešte viac informácií, ako by mohlo dostať v bežnej forme vzdelávania. Navyše mnohé animácie dokážu niektoré úplne nahradiť laboratórne prístroje, preto je ideálny pre mnohé vidiecke školy, kde, žiaľ, nie je vždy dostupný ani hnedý elektromer. Čo môžem povedať, mnohé zariadenia nie sú ani v bežných školách vo veľkých mestách. Snáď zavedením takýchto názorných pomôcok do programu povinného vzdelávania získame po skončení školy záujemcov o fyziku, z ktorých sa časom stanú mladí vedci, z ktorých niektorí dokážu robiť veľké objavy! Oživí sa tak vedecká éra veľkých domácich vedcov a naša krajina opäť ako za sovietskych čias vytvorí unikátne technológie, ktoré predbehli dobu. Preto si myslím, že je potrebné takéto zdroje čo najviac spopularizovať, informovať o nich nielen učiteľov, ale aj samotných školákov, pretože mnohí z nich budú mať o štúdium záujem fyzikálnych javov nielen na hodinách v škole, ale aj doma vo voľnom čase a táto stránka im takúto možnosť dáva! Fyzika online je to zaujímavé, vzdelávacie, vizuálne a ľahko dostupné!

Táto časť predstavuje virtuálne laboratórne práce vo fyzike. Pri laboratórnych prácach vo fyzike sa získavajú zručnosti pri vykonávaní experimentov a pochopení prístrojov. Je tu príležitosť naučiť sa, ako samostatne vyvodzovať závery zo získaných experimentálnych údajov, a tým hlbšie a úplnejšie asimilovať teoretický materiál.

"Atwoodove zariadenie. Testovanie druhého Newtonovho zákona".