Eksperimentoni me një model interaktiv të fizikës. Eksplorimi i modeleve fizike

Pasoja e situatës së fundit në ekonominë e vendit është rritja e rolit të edukimit shkencor dhe inxhinierik. Në të njëjtën kohë, nuk është bërë ende prestigjioze, të diplomuarit e shkollave vazhdojnë të japin përparësi në fushat humanitare të trajnimit. Për të eleminuar çekuilibrin ekzistues, është e nevojshme të përdoren mjete klasike dhe të reja për zhvillimin e interesit të studentëve për krijimtarinë dhe inxhinierinë shkencore dhe teknike. Në veçanti, vëmendje duhet t'i kushtohet futjes në sistemin e arsimit të mesëm të mekanizmave për formimin e të menduarit empirik tek nxënësit e shkollës dhe aftësinë për të kryer një eksperiment arsimor. Në këtë aspekt, diskutohen mundësitë e modeleve dhe simuluesve ndërveprues të kompjuterit në studimin e fizikës. Tregohet se eksperimentet reale dhe kompjuterike nuk janë antagonistë, por, përkundrazi, plotësojnë njëri -tjetrin dhe përforcojnë reciprokisht efektin e arritur të mësimit.

matematikore dhe modelimi i kompjuterit

interaktiviteti

aktiviteti njohës

eksperiment fizik

1. Bayandin D.V. Mësimi i fizikës i bazuar në modelimin e sistemeve kompjuterike // Teknologjitë shkollore. - 2011. - Nr. 2. - F. 105-115.

2. Bayandin D.V. Klasifikimi i modeleve ndërvepruese të kompjuterit dhe struktura e procesit të njohjes në fizikë // Problemet bashkëkohore shkenca dhe arsimi. - 2013. - Nr. 2. - P. 311. - URL: www..09.2014).

3. Mostepanenko M.V. Filozofia dhe teoria fizike. - L .: Nauka, 1969 .-- 240 f.

4. Ospennikova E.V. Përdorimi i teknologjive të informacionit dhe komunikimit në mësimin e fizikës. - M .: BINOM, 2010 .-- 655 f.

5. Razumovsky V.G., Mayer V.V. Fizika në shkollë. Metoda shkencore e dijes dhe mësimdhënies. - M .: VLADOS, 2004 .-- 463 f.

Situata në ekonomi dhe në shoqëri në tërësi, e cila është zhvilluar gjatë një viti e gjysmë të kaluar për shkak të sanksioneve ekonomike të Perëndimit, ka demonstruar gabimin e politikës së prodhimit të "përdoruesve të kualifikuar" të zhvillimeve, teknologjive dhe importeve të importuara. pajisjet nga sistemi arsimor - në vend që të edukojnë inxhinierët e tyre të aftë për të krijuar teknologji dhe pajisje të reja më vete. Në këtë drejtim, roli i edukimit shkencor dhe inxhinierik duhet të rritet në vitet e ardhshme. Sidoqoftë, gjatë dy dekadave të fundit, është formuar një orientim i qëndrueshëm i të diplomuarve për të marrë arsimim ekonomik, ligjor dhe të tjera humanitar. Të rinjtë në pjesën më të madhe duan të menaxhojnë - financat, ndërmarrjet, sferat politike dhe shoqërore, ndërsa nuk ka absolutisht mjaftueshëm nga ata që duan dhe mund të zhvillojnë dhe prodhojnë produkte të teknologjisë së lartë si në formën e mallrave ashtu edhe në formën e shërbimeve (të cilat sot përfshijnë mjekësinë dhe arsimin).

Sigurisht, kjo situatë në sistemin arsimor mund të ndryshojë vetëm si rezultat i veprimeve të menduara dhe të koordinuara të shtetit dhe shoqërisë, dhe jo në formën e një fushate të shkurtër, por në formën e një "politike të re arsimore" afatgjatë që ndryshon rrënjësisht nga ai që është ndjekur për pesëmbëdhjetë vitet e fundit.

Një nga mënyrat për të ringjallur interesin e studentëve për arsimin e shkencave natyrore, krijimtarinë shkencore dhe teknike dhe inxhinierinë është futja në sistemin e arsimit të mesëm të mekanizmave për formimin e të menduarit empirik tek nxënësit e shkollës dhe aftësinë për të kryer një eksperiment arsimor. Në këtë rast, duhet të përdoren mjete klasike dhe të reja për zhvillimin e këtij interesi. Një shembull i një risie të suksesshme është futja e një kursi robotike në programin mësimor të shumë shkollave. Sa i përket teknologjive kompjuterike, përdorimi i potencialit të tyre mbetet i pamjaftueshëm efektiv.

Midis metodologëve, ekziston ende një këndvështrim i përhapur që një model kompjuteri nuk është një zëvendësim i plotë për objekte dhe fenomene të vërteta dhe prandaj nuk mund të jetë i dobishëm për zhvillimin e të menduarit empirik të studentëve. Sado e besueshme sa pjesa e parë e kësaj deklarate (për të diskutuar për të cilën do të kthehemi më vonë), aq e dyshimtë është e dyta. Ne besojmë se është mjaft e mundur të flitet për formimin e elementeve të të menduarit empirik dhe aftësive të nevojshme për kryerjen e një eksperimenti në bazë të modeleve dhe simuluesve ndërveprues kompjuterikë, megjithëse, natyrisht, roli kryesor në këtë proces i përket një laboratori të vërtetë eksperimenti

Tradicionalisht, në kërkimet empirike, dallohen fazat e mëposhtme, duke përfshirë ato që lidhen me të menduarit empirik:

1) vëzhgimi dhe eksperimenti - një mjet për marrjen e të dhënave eksperimentale;

2) analiza dhe sinteza e rezultateve - një mjet për identifikimin e marrëdhënieve dhe sistemimin e të dhënave;

3) përgjithësimi i të dhënave të përvojës, formimi i koncepteve dhe ligjeve të reja empirike (me verifikim të mëvonshëm), duke lejuar në të ardhmen të japë një shpjegim të fenomenit në studim dhe të parashikojë sjelljen e sistemit.

Fazat e dyta dhe të treta janë zbatuar plotësisht në eksperimentin model, përveç faktit që ai është analizuar dhe përgjithësuar: problemi i procedurës për marrjen e të dhënave eksperimentale në vetvete mbetet - nëse po flasim për një simulim kompjuterik të një konfigurimi të vërtetë eksperimental. Faza e parë e kërkimit vuan mbi të gjitha në një eksperiment të tillë imitimi: ana shqisore e procesit të njohjes varfërohet, lidhja me realitetin objektiv ndërpritet. Këto humbje janë të pazëvendësueshme në fazat e projektimit (montimit) të konfigurimit eksperimental dhe performancës aktuale të vëzhgimeve dhe matjeve. Sidoqoftë, faza e parë përfshin gjithashtu fazat e formulimit të problemit të kërkimit, propozimin dhe vërtetimin e një hipoteze në bazë të së cilës mund të zgjidhet problemi, duke përcaktuar qëllimin e eksperimentit dhe procedurën e kryerjes së tij. Nëse një sistem kompjuterik jo vetëm që simulon një instalim të vërtetë, por në një nivel mjaft të lartë të abstraksionit simulon ndonjë fenomen kompleks (për shembull, krijimi i kaosit në një sistem me shumë grimca), atëherë faza e marrjes së të dhënave me matje në një Modeli kompjuterik bëhet i plotë, dhe kërkimi arsimor i afrohet atij shkencor. ...

Modelet edukative interaktive, si dhe ato kërkimore, kanë funksione të caktuara epistemologjike që përcaktojnë funksionet e tyre didaktike dhe metodologjike. Funksionet didaktike të modeleve arsimore shoqërohen me mundësitë e përdorimit të tyre si mjet vizualizimi kur prezantoni njohuri, si një mjet për zhvillimin e aftësive njohëse dhe formimin e aftësive, si dhe si një mjet për të kontrolluar nivelin e formimit të njohurive dhe aftësive të nxënësve. Funksioni kryesor metodologjik i modeleve, i formuluar në të njëjtën punë, është formimi i përvojës së kërkimit arsimor tek nxënësit e shkollës, gjatë së cilës merren njohuri subjektive të reja, dhe eksperimenti model vepron si një metodë njohjeje.

Thyerja e procesit të njohurive shkencore në proces arsimor diskutuar në botimin arsimor. Ashtu si një eksperiment i vërtetë, simulimet kompjuterike mbështesin piketa të rëndësishme në kërkimin mësimor. Mund të përdoret për:

• vëzhgoni, klasifikoni dhe përgjithësoni faktet, duke përfshirë vërejtjen e ngjashmërive dhe modeleve të rezultateve;
• interpretojnë të dhënat;
• jepni një shpjegim të fenomeneve të vëzhguara dhe parashtroni hipoteza;
• planifikoni një eksperiment model për të testuar një hipotezë dhe për ta kryer atë;
• nxjerr përfundime dhe përfundime bazuar në hulumtimin e kryer.

Një nga shenjat e rëndësishme të formimit të të menduarit empirik është aftësia për të menduar mbi taktikat e kryerjes së një eksperimenti, i cili do të lejonte plotësisht, por ekonomikisht, në aspektin e përpjekjeve të kërkuara, zgjidhjen e problemit të kërkimit. Dhe në këtë kuptim, puna me një grup fizik dhe me një model kompjuterik të përshtatshëm për të brenda kuadrit të detyrës në fjalë është e ngjashme dhe praktikisht po aq e dobishme. Në të dy rastet, më të rëndësishmet janë: a) proceset e mendimit që ndodhin në trurin e studentit; b) aftësitë teknike të "stolit të laboratorit" për kontrollimin dhe, nëse është e nevojshme, korrigjimin e hipotezës së hulumtimit, korrigjimin e gabimeve për shkak të reagimeve operacionale, të cilat sigurohen nga instrumentet matëse ose ndërfaqja e modelit. Në të njëjtën kohë, një stendë e vërtetë laboratorike, natyrisht, është shumë më e pasur në vetitë dhe manifestimet e tyre sesa një qëndrim virtual që e imiton atë, por për studimin e një numri çështjesh, përfshirë taktikat e kërkimit, kjo mund të jetë e parëndësishme.

Më treguesit për ilustrimin e asaj që është thënë janë eksperimentet model që bëjnë të mundur marrjen në dalje të një varësie cilësore, edhe nëse ilustrohet me një grafik, por një sasior, të shprehur me një formulë ose një grup vlerash numerike specifike për një situatë të caktuar.

Një shembull i një situate, shqyrtimi i së cilës është i dobishëm për zotërimin e aftësisë për të planifikuar një eksperiment, është problemi klasik i hedhjes së një trupi në një kënd në horizont mbi një aeroplan të prirur - "hedhja e një kodre". Kjo detyrë përfshihet si një element i pavarur, për shembull, në mjedisin e modelimit "Fizika Interaktive" (Instituti i Teknologjive Inovative, Perm), por gjithashtu mund të konsiderohet në modelet e një numri botimesh të tjera edukative elektronike.

Lëreni modelin të vendosë para hedhjes (ose goditjes) këndin j të pjerrësisë së "sipërfaqes themelore" dhe këndin a midis vektorit të shpejtësisë fillestare të trupit dhe horizontales, si dhe të rregullojë lëvizjen L të trupit përgjatë aeroplanit në momentin e rënies mbi të (Fig. 1). Në këtë rast, qëllimi i kryerjes së një eksperimenti model mund të jetë gjetja e varësisë amax (j) - vlera e këndit të hedhjes në të cilin diapazoni i fluturimit është maksimal, në vlerën e këndit të pjerrësisë së aeroplanit.

Oriz. 1. Eksperiment model: varësia e diapazonit të fluturimit të trupit nga këndi i hedhjes dhe këndi i pjerrësisë së sipërfaqes themelore.

Vetë-planifikimi nga studentët e hulumtimit të duhur bazuar në një model kompjuterik kërkon aftësi dhe përvojë të caktuar të këtij lloji të punës. Një nxënës shkolle i cili nuk ka aftësi për të kryer një eksperiment (pa marrë parasysh nëse është fizik apo numerik) shpesh as nuk e kupton që kushtet fillestare nuk mund të ndryshohen në mënyrë kaotike, ju duhet të mendoni mbi sistemin - për shembull, në rastin tonë, ju nuk duhet të ndryshojë shpejtësinë e hedhjes. Specifikat e punës me modelet kompjuterike zakonisht kuptohen ose përmes udhëzimeve për studimin e tyre (si rendi i kryerjes së punës laboratorike), ose gjatë bisedave me probleme që mësuesi zhvillon me klasën. Për problemin në diskutim, baza e planit të punës dhe një lloj aluzioni mund të jetë rendi i eksperimentit model kur trupi hidhet mbi një sipërfaqe horizontale (j = 0). Ideja e tij është që të fillojë eksperimentin me një vlerë të vogël të këndit a, dhe pastaj të vazhdojë hedhjen, çdo herë duke rritur këndin e hedhjes me të njëjtën sasi, për shembull, me 5º. Në të njëjtën kohë, zbulohet se diapazoni maksimal i fluturimit arrihet në një kënd të hedhjes prej 45º, dhe çiftet e vlerave të këndit, duke dhënë një total prej 90º, çojnë në të njëjtën gamë fluturimi.

Nxënësit i lihet të kuptojë se në rastin e një "sipërfaqeje të prirur" është e nevojshme të kryhen një seri eksperimentesh të ngjashme me vlera të ndryshme të këndit j, duke përcaktuar për secilën prej tyre amaksin përkatës. Për analiza të mëtejshme të rezultateve, çiftet e vlerave të j dhe amax duhet të futen në tabelë; është e dëshirueshme të ndërtohet një grafik që ilustron varësinë e zbuluar. Më tej, duhet të theksohet se varësia ka një karakter linear dhe shkruajeni atë në formën e funksionit të kërkuar: amax = 45º + j / 2.

Vini re se aftësia e regjistrimit matematikor të këtij lloji të varësive sipas të dhënave të një tabele ose sipas një grafiku mund të praktikohet duke përdorur një imitues ndërveprues kompjuterik. E njëjta vlen edhe për aftësinë për të hartuar strukturën e tabelave të të dhënave, e cila është pjesë e kulturës së eksperimentit. Meqenëse nga pikëpamja e fizikës, kjo është kryesisht një çështje teknike, një aftësi operacionale, mund të praktikohet brenda kuadrit të një imituesi kompjuterik jo vetëm në bazë të një eksperimenti fizik, por edhe në bazë të një modeli simulimi dhe madje, për të kursyer kohë, një video regjistrim të një eksperimenti ose animacioni. Një numër imituesish mund të jenë të dobishëm për zotërimin e procedurave për marrjen e leximeve të instrumenteve matës dhe vlerësimin e gabimeve të lidhura, regjistrimin e rezultatit të një eksperimenti në formën e një intervali besimi me saktësi të arsyeshme, dhe jo me 8-10 shifra të rëndësishme të dhëna nga nje kalkulator Sistemi i ekspertëve të imituesit ndërveprues monitoron gabimet e studentit gjatë punës, reagon ndaj tyre në një mënyrë kontekstuale.

Sipas vëzhgimeve tona, përdorimi i një kompjuteri është efektiv pikërisht kur praktikoni aftësitë elementare. Sidoqoftë, natyrisht, fazat e trajnimit janë të nevojshme, në të cilat të gjitha aftësitë dhe aftësitë përfshihen në procesin "e vazhdueshëm" të eksperimentit, dhe këtu eksperimenti nuk duhet të jetë më virtual, por real. Kështu, simuluesit e kompjuterit heqin punën rutinë nga mësuesi - shpjegimi i përsëritur dhe kontrolli i aftësive dhe aftësive themelore - dhe i lejojnë atij të përqëndrohet në momente më komplekse, krijuese, vështirë algoritmike. Përdorimi ose jo i simuluesve të tillë është, në parim, vendimi i një mësuesi të caktuar; i takon zhvilluesit të softuerit dhe mbështetjes metodologjike të ofrojë vetë mundësinë e përdorimit të tyre.

Tani le të prekim dy pika që lidhen me problemin e besueshmërisë së rezultateve të modelimit matematikor: 1) përshtatshmëria e modelit të objektit të studiuar dhe 2) përshtatshmëria e metodës numerike për zgjidhjen e sistemit të tij të ekuacioneve.

Qëllimi i çdo modeli është, para së gjithash, të ndihmojë studiuesin të kuptojë këtë apo atë fenomen natyror. Nga ana tjetër, supozohet se rezultatet e modelimit dhe pasojat e tyre logjike bëjnë të mundur parashikimin e sjelljes së një objekti në kushtet e dhëna (por, si rregull, të kufizuara në diversitetin e tij nga disa korniza). Nëse të paktën disa variante të këtyre kushteve janë të realizueshme në një eksperiment laboratorik ose në terren, është e nevojshme të krahasohen të dhënat eksperimentale (direkte ose indirekte) dhe rezultatet e llogaritjes; me fjalë të tjera, është e nevojshme të testohet modeli. Marrëveshja midis informacionit eksperimental dhe atij të llogaritur flet në favor të modelit të ndërtuar. Përkundrazi, mospërputhjet e rëndësishme që nuk mund t'i atribuohen gabimeve eksperimentale, ose pamundësia për të interpretuar rezultatet e simulimit në terma të të dhënave eksperimentale, do të thotë se modeli nuk është i përshtatshëm, i përshtatshëm për përshkrimin e botës objektive dhe duhet përmirësuar. Sa më shumë situata të studiohen në të cilat modeli ishte në gjendje të riprodhonte saktë realitetin, aq më shumë arsye mund të përdoret kur përshkruani efektet përkatëse në kushte të ngjashme. Sidoqoftë, çdo, duke folur në mënyrë konvencionale, "interpolim", dhe aq më tepër "ekstrapolim" në zonën e pashkelur të kushteve shoqërohet me një rrezik të caktuar. E njëjta vlen edhe për modelet, prototipi i vërtetë i të cilave, për ndonjë arsye, nuk është i përshtatshëm ose i disponueshëm për manipulim. Në çdo rast, secili model ka një fushë të caktuar të zbatueshmërisë, është e mundur të flitet për përshtatshmërinë vetëm brenda kësaj fushe, dhe puna e studiuesit është të sigurohet që të mos i kalojë kufijtë e tij.

Tani në lidhje me përshtatshmërinë e metodës numerike. Në matematikën llogaritëse, një numër i madh metodash janë zhvilluar për zgjidhjen numerike të problemit të integrimit të sistemeve të ekuacioneve diferenciale për kushtet e dhëna fillestare (problemi Cauchy). Këto metoda kanë karakteristika të ndryshme, para së gjithash - saktësinë dhe vëllimin e llogaritjeve të kryera. Gabimi ose gabimi i llogaritjes kur përdorni një metodë specifike numerike përbëhet nga një gabim metodik (pasaktësia e vetë algoritmit, e shkaktuar, për shembull, nga ndërprerja e anëtarëve të një serie të pafundme) dhe një gabim rrumbullakimi i shkaktuar nga një numër i kufizuar shifrash (i fundëm gjatësia e një fjale makine). Prandaj, natyra e grumbullimit dhe përhapjes së gabimeve me një rritje të numrit të hapave varet ndjeshëm nga metoda e zgjedhur që zbaton këtë metodë të algoritmit.

Duke iu kthyer pyetjes së korrektësisë së zëvendësimit të objekteve dhe fenomeneve reale me një model kompjuterik, vërejmë se modeli nuk është i detyruar të përshkruajë të gjitha aspektet e fenomenit dhe opsionet për rrjedhën e ngjarjeve që lidhen me to. Kjo do të thotë, këto cilësi janë të mira në vetvete, veçanërisht kur bëhet fjalë për një konstruktor model, në bazë të të cilit supozohet të zgjidhë një klasë të gjerë problemesh, dhe një stol laboratorik specifik i bazuar në këtë konstruktor nuk rezulton të jetë "dërrmuese" për sa i përket shpejtësisë së llogaritjeve dhe kompleksitetit të ndërfaqes. Sidoqoftë, nëse po flasim për një punë të veçantë laboratorike, mjafton që modeli të korrespondojë vetëm me qëllimin e eksperimentit. Në shembullin e mësipërm, gjithashtu nuk ka nevojë për një model kompleks. Për shembull, modeli i treguar në Figurën 1 përshkruan kërcime të shumta të një topi nga një rrafsh i prirur në një mjedis viskoz, pasi është ndërtuar në bazë të një konstruktori shumë universal, elementët e të cilit përmbajnë ekuacionet e lëvizjes dhe një procedurë për integrimin e tyre për një domen hapësinor me veti të ndryshueshme të mediumit brenda tij dhe në kufijtë e tij. Sidoqoftë, këto mundësi nuk përdoren në punën laboratorike, kështu që një model i ndërtuar mbi ekuacionet më të thjeshta kinematike apo edhe ekuacionin parabolë, në të cilin koeficientët llogariten sipas kushteve fillestare të lëvizjes, do të ishte mjaft i mjaftueshëm.

Një shembull tjetër i një modeli kompjuterik që ju lejon të merrni një formulë si rezultat i studimit të tij është ura Wheatstone. Qëllimi i studimit mund të jetë sqarimi i kushteve për ekuilibrin e krahëve të urës (pa rrymë në galvanometër). Figura 2 tregon ndërfaqen e një modeli të tillë: në gjendjen fillestare, të gjitha rezistencat janë të njëjta, por ato mund të ndryshohen nga përdoruesi gjatë eksperimentit. Studentët së pari zbulojnë se ekuilibri ruhet duke ndryshuar rezistencat e dy krahëve të urës ngjitur me të njëjtin numër herë. Për të përgjithësuar këtë rezultat, për të kuptuar se vlerat e të katër rezistencave mund të jenë të ndryshme, një studenti me aftësi kërkimore mjaft të paformuara mund të ketë nevojë të shtyhet (duke përdorur tekstin e udhëzimit, gjatë një dialogu me një mësues ose një sistem ekspertësh) ) Rezultati i hulumtimit është proporcioni i njohur i formës: R1 / R3 = R2 / R4. Avantazhi i modelit kompjuterik në këtë rast është aftësia për të marrë parasysh një numër të madh situatash në një kohë të shkurtër, në bazë të të cilave është e mundur të analizohen rezultatet dhe të nxirret një përfundim. Pasi studiuan një sistem fizik në versionin e tij model, studentët e perceptojnë më mirë shpjegimin teorik të modelit të gjetur.

Oriz. 2. Eksperimenti model: zbulimi i gjendjes së ekuilibrit të urës Wheatstone

A e zëvendësojnë simuluesit e automjeteve apo uzinave realitetin? Sigurisht, ata nuk e bëjnë. Sidoqoftë, ata lejojnë që dikush të përgatitet për perceptimin e këtij realiteti, të "mendojë" për veten në një situatë të ngjashme. Gjithashtu, një eksperiment i vërtetë nuk mund të zëvendësohet në procesin arsimor. teknologji kompjuterike, por në prani të një metodologjie të menduar mirë, kjo e fundit mund të shërbejë si një mjet shtesë, një mjet për ndikimin e mësimdhënies, i cili ju lejon të kurseni kohë dhe përpjekje të mësuesit, për të zhvilluar aftësitë dhe aftësitë, përfshirë ato që lidhen për aktivitetet eksperimentale, madje edhe për të formuar të menduarit empirik.

Rishikuesit:

Ospennikova E.V., Doktor i Shkencave Pedagogjike, Profesor, Kreu. departamenti. didaktika multimediale dhe teknologji informacioni të mësimdhënies së Universitetit Pedagogjik Humanitar Shtetëror të Perm, Perm;

Serova TS, Doktor i Shkencave Pedagogjike, Profesor i Departamentit të Gjuhëve të Huaja, Gjuhësisë dhe Përkthimit, Universiteti Politeknik Kombëtar i Kërkimeve Perm, Perm.

Referenca bibliografike

^^ 1 BURIMET ELEKTRONIKE TE MESIMIT:

> / ZHVILLIMI DHE METODAT E APLIKIMIT N IN TRAJNIM

UDC 004.9 BBK 420.253

PO. Antonova

PARIMET E PROJEKTIMIT T MO MODELEVE TRA TRAJNIMIT INTERAKTIV T OF EKSPERIMENTIT FIZIK P USR PINGRDORIMIN E TEKNOLOGJIS OF S IN NDTERRTYRSIS MA MAKSIMALE REALISTIKE

Merret parasysh përmbajtja e aktiviteteve të projektit të nxënësve në zhvillimin e modeleve ndërvepruese të një eksperimenti fizik të shkollës, të zbatuara në teknologjinë e ndërfaqes më realiste. Përcaktohen parimet themelore të modelimit të modeleve të këtij lloji: vizualizimi realist i konfigurimit eksperimental dhe funksionaliteti i tij, kuazi-realizmi i veprimeve me elementët e konfigurimit dhe objektet fizike të studiuara, duke siguruar një nivel të lartë të ndërveprimit të modelit dhe korrespondenca e zgjidhjeve të skenarit të saj me metodologjinë e hulumtimit eksperimental, fokusi në formimin e aftësive të përgjithësuara tek studentët në punën me modelin kompjuterik. Rëndësia e marrëdhënies midis qasjeve metodologjike dhe teknologjike në hartimin e modeleve ndërvepruese arsimore është vërtetuar.

Fjalët kyçe: mësimi i fizikës, eksperimenti fizik, aftësitë eksperimentale, modeli ndërveprues, parimet e hartimit të modeleve edukative të një eksperimenti fizik

Zotërimi i një kursi të fizikës në shkollën e mesme duhet të bazohet në vëzhgime dhe eksperimente të shumta (si demonstrim ashtu edhe laborator). Zbatimi i eksperimenteve i lejon studentët të grumbullojnë një vëllim të materialit faktik të mjaftueshëm për sistemimin dhe përgjithësimin kuptimplotë dhe të fitojnë aftësitë dhe aftësitë e nevojshme praktike. Njohuritë empirike të marra gjatë vëzhgimeve dhe eksperimenteve përbëjnë bazën e nevojshme për kuptimin teorik të mëvonshëm të thelbit të fenomeneve natyrore të studiuara.

Fatkeqësisht, faza e njohurive empirike e lidhur me kryerjen e eksperimenteve është shumë e kufizuar në kohë në shkollën e mesme. Vëllimi i punës praktike përkatëse të kryer nga studentët është gjithashtu i vogël (një eksperiment fizik demonstrues është në thelb punë "nga duart e një mësuesi", eksperimentet laboratorike janë të pakta në numër, dhe eksperimentet në shtëpi rrallë përfshihen nga mësuesit në përmbajtjen e arsimit) Me Mjedisi modern teknologjik gjithashtu ka një ndikim negativ në këtë situatë. Ai nuk i disponon studentët të vëzhgojnë fenomenet natyrore dhe të studiojnë veçoritë e kursit të tyre. "Arsyeja për këtë është" paketimi "

© Antonova D.A., 2017

këto fenomene në pajisje teknike komplekse që na rrethojnë me kujdes dhe kënaqin në mënyrë të padukshme nevojat dhe interesat tona ".

Burimet e mjedisit virtual mund të shihen si një mjet i rëndësishëm plotësues në trajnimin e studentëve në metodologjinë e hulumtimit eksperimental. Para së gjithash, vëmendje duhet t'i kushtohet përmirësimit dhe zgjerimit të bazës së materialeve video (lajme, të vëna në skenë) në lidhje me eksperimentet fizike natyrore (vëzhgime dhe eksperimente). Një sekuencë video realiste ndihmon në zgjerimin e horizonteve empirike të studentëve, i bën njohuritë fizike kontekstuale dhe të rëndësishme në praktikë. Të dobishme në trajnim janë fotografi dhe objekte të grafikës kompjuterike statike dhe ndërvepruese, duke zbuluar përmbajtjen dhe fazat e inskenimit të eksperimenteve të ndryshme fizike. Shtë e nevojshme të zhvillohet animacion arsimor që ilustron tiparet e fenomeneve të studiuara, si dhe funksionimin e objekteve të ndryshme të teknologjisë, përfshirë pajisjet fizike.

Subjekti me interes të veçantë janë objektet e mjedisit virtual që simulojnë përvojën fizike edukative dhe veprimet praktike të përdoruesit me pajisje dhe materiale për zbatimin e tij. Kompleksi i funksioneve unike të këtij mjedisi mësimor (inteligjenca, modelimi, ndërveprimi, multimedia, komunikimi, produktiviteti) i lejon zhvilluesit të krijojnë këto objekte në një nivel të lartë të cilësisë. Modelet edukative interaktive të një eksperimenti fizik janë në kërkesë të madhe në tregun arsimor, kështu që është e nevojshme që vazhdimisht të punohet në mbushjen e mjedisit lëndor me modele të këtij lloji.

Kërkimi i qasjeve për krijimin e modeleve virtuale të eksperimenteve fizike dhe zbatimet e tyre të para datojnë në fillim të viteve 2000. Gjatë kësaj periudhe, modele të tilla ishin, si rregull, animacioni më i thjeshtë i proceseve fizike natyrore ose fazave të një eksperimenti fizik për t'i studiuar ato. Më vonë, modelet u shfaqën me një ndërfaqe të animuar me butona që lejuan përdoruesin të ndryshojë parametrat e modelit dhe të vëzhgojë sjelljen e tij. Së shpejti, vizualizimi i shenjave të jashtme të fenomeneve filloi të plotësohet me vizualizimin e mekanizmave të shfaqjes së tyre, në mënyrë që të ilustrojë dispozitat e një teorie të veçantë fizike që shpjegon këto fenomene. Një tipar i paraqitjes vizuale të eksperimenteve fizike në një mjedis virtual gjatë kësaj periudhe ishte skematika e tij e mjaftueshme. Importantshtë e rëndësishme të theksohet se përdorimi i analogëve model skematik të një eksperimenti fizik në mësimdhënie është i pranueshëm kryesisht për nxënësit e shkollave të mesme, pasi ata kanë zhvilluar mjaftueshëm të menduar abstrakt dhe kanë përvojë në kryerjen e studimeve eksperimentale në terren. Në fazën fillestare të zotërimit të një kursi të fizikës, puna me objekte të tilla të një mjedisi virtual është shumë e vështirë për shumicën e studentëve dhe shpesh çon në formimin e ideve të pasakta në lidhje me natyrën e rrjedhës së fenomeneve natyrore, si dhe në një perceptim të papërshtatshëm të metodave të studimit të tyre eksperimental. Natyra skematike e modeleve arsimore dhe mënyra tradicionale e kontrollit të sjelljes së tyre për dritaret e punës (butona të llojeve të ndryshme, lista, shirita rrotullues, etj.) Sigurisht që mund t'i atribuohen një grupi arsyesh për kërkesën e tyre të pamjaftueshme dhe efikasitetin e ulët të përdorimit të tyre në praktikën edukative masive.

Në mesin e dekadës së parë të shekullit të ri, struktura dhe funksionaliteti i ndërfaqes së animacionit të butonave të modeleve arsimore u përmirësuan në mënyrë aktive. Baza e modeleve me skenarë pune të përcaktuar rreptësisht (në aspektin e përbërjes dhe renditjes së veprimeve) filloi të plotësohet me modele të reja që lejojnë studentët të vendosin në mënyrë të pavarur qëllimet dhe të përcaktojnë një plan veprimi për t'i arritur ato. Sidoqoftë, transformime mjaft revolucionare në praktikën e zhvillimit të modeleve arsimore të këtij lloji në arsimin vendas ndodhën vetëm në fund të viteve 2000. Falë zhvillimit të teknologjive të modelimit virtual, u bë e mundur riprodhimi i objekteve fizike në një format 3D në një mjedis virtual, dhe me përfshirjen e procedurës drag & dshp në mjedisin virtual, ide në lidhje me modelin e veprimtarisë së studentit me objekte virtuale filloi të ndryshojë. Zhvillimi shkoi në drejtim të sigurimit të kuazi-realizmit të veprimeve me këto objekte. Këto azhurnime dolën të ishin veçanërisht domethënëse për zhvillimin e modeleve ndërvepruese të një eksperimenti të fizikës edukative. U bë e mundur të zbatohet një mënyrë pothuajse e natyrshme për të kontrolluar elementët e konfigurimit eksperimental virtual, si dhe rrjedhën e eksperimentit në tërësi. Falë teknologjisë "drag & dshp", miu dhe tastiera e kompjuterit filluan të kryejnë në të vërtetë funksionet e "dorës" së eksperimentuesit. Një eksperiment 3D ndërveprues me një proces kontrolli thuajse realist të eksperimentit (lëvizja, rrotullimi, rrotullimi, shtypja, fërkimi, ndryshimi i formës, etj.) U caktua si një pikë referimi e re në hartimin e objekteve të mjedisit virtual të subjektit. Përparësitë e tij si një cilësi didaktike dukshëm më e mirë ishin të padiskutueshme.

Importantshtë e rëndësishme të theksohet se procesi i përmirësimit të grafikës kompjuterike në përfaqësimin e modeleve të eksperimenteve fizike po ecën me një vonesë. Kjo është kryesisht për shkak të kostove të larta të punës për kryerjen e një pune të tillë. Një nivel i ulët i grafikës kompjuterike, një ose një shkallë tjetër e mospërputhjes midis imazheve të objekteve dhe analogëve të tyre të vërtetë ndikon negativisht në procedurën e transferimit të njohurive dhe aftësive të marra në një mjedis mësimor nga studentët në objektet e një mjedisi tjetër (nga reale në virtuale dhe anasjelltas) ) Nuk mund të mohohet se realizmi i një modeli kompjuterik mund dhe duhet të ketë një shkallë të caktuar kufizimesh. Sidoqoftë, është e nevojshme të krijohen në një mjedis virtual "imazhe lehtësisht të njohshme" të objekteve të vërteta arsimore të përdorura në kryerjen e eksperimenteve fizike natyrore. Isshtë e rëndësishme të shfaqet secili objekt i tillë duke marrë parasysh veçoritë dhe funksionet e tij të jashtme thelbësore të zbatuara në eksperiment. Kombinimi i vizualizimit realist të një strukture laboratorike me veprime thuajse realiste të eksperimentuesit krijon një lloj realiteti virtual të kërkimit eksperimental dhe rrit ndjeshëm efektin didaktik të punës së një studenti në një mjedis virtual.

Natyrisht, duke marrë parasysh nivel modern zhvillimi i 1T-instrumentimit dhe teknologjisë së harduerit, elementët e realitetit virtual në hulumtimet eksperimentale arsimore së shpejti do të zëvendësohen nga vetë realiteti virtual si i tillë. Herët a vonë, një numër i mjaftueshëm modelesh 3D të eksperimenteve fizike interaktive do të krijohen për procesin arsimor në shkollë dhe universitet. Një model 3D i një laboratori fizik i zbatuar në një mjedis virtual me vizualizim realist të pajisjeve laboratorike për kryerjen e kërkimeve dhe mundësinë e kryerjes së veprimeve dhe operacioneve eksperimentale kasrealiste është një mjet efektiv shtesë për formimin e njohurive, aftësive dhe aftësive të studentëve në fushën e metodologjisë

kërkime eksperimentale Sidoqoftë, duhet të mbahet mend se realiteti virtual është i mbushur me objekte që nuk ndërveprojnë me botën e jashtme.

Përpjekjet për të zhvilluar modele të gjeneratës së re për eksperimentet e fizikës arsimore tashmë janë duke u zhvilluar. Krijimi i një laboratori ndërveprues të një eksperimenti fizik, i zbatuar në teknologjinë e realitetit virtual, në aspektin e kostove të softuerit dhe harduerit ky proces dhe prodhimi aktual i produktit është një aktivitet shumë i mundimshëm dhe i shtrenjtë. Në të njëjtën kohë, është mjaft e qartë se me zhvillimin e teknologjive për krijimin e objekteve të një mjedisi virtual dhe disponueshmërinë e këtyre teknologjive për një gamë të gjerë të autorëve-zhvillues, ky problem do të humbasë urgjencën e tij.

Aktualisht, falë paraqitjes në qasje e hapur versione falas (megjithëse me funksionalitet të kufizuar) të modernes softuer Modelimi 3D dinamik i objekteve të mjedisit virtual tashmë është bërë i mundur, si dhe krijimi i objekteve edukative duke përdorur teknologji të realitetit të shtuar dhe realitet të përzier (hibrid) (ose, me fjalë të tjera, virtualitet të shtuar). Kështu, për shembull, në rastin e fundit, modelet ndërvepruese 2.5B (me një efekt pseudo-tre-dimensional) ose modelet aktuale 3D të objekteve edukative projektohen mbi një desktop të vërtetë. Iluzioni i realizmit në këtë rast të punës virtuale të kryer nga studenti rritet ndjeshëm.

Nevoja për të krijuar modele trajnimi të një brezi të ri, të karakterizuar nga një nivel i lartë ndërveprimi dhe ndërfaqja më realiste, përcakton rëndësinë e diskutimit të aspekteve metodologjike të hartimit dhe zhvillimit të tyre. Ky diskutim duhet të ndërtohet në bazë të qëllimit të këtyre modeleve në procesin arsimor, përkatësisht: 1) marrja nga studentët e informacionit të nevojshëm edukativ në lidhje me objektet dhe proceset fizike të hetuara në një mjedis virtual; 2) zotërimi i elementeve të metodologjisë së hulumtimit eksperimental (fazat e tij, veprimet dhe operacionet individuale), konsolidimi i njohurive metodologjike dhe zhvillimi i aftësive, formimi i nivelit të nevojshëm të përgjithësimit të tyre; 3) sigurimi i transferimit adekuat të njohurive dhe aftësive të fituara gjatë kalimit nga objektet natyrore të mjedisit natyror në modelin e objekteve virtuale (dhe anasjelltas); 4) ndihmë në formimin e ideve të studentëve për rolin e modelimit të kompjuterit në njohuritë shkencore dhe aftësitë e përgjithësuara në punën me modelet kompjuterike.

Zbatimi i një modeli eksperimenti fizik në një mjedis mësimor virtual duhet të bëhet duke marrë parasysh teknologjitë moderne arsimore për formimin e njohurive të lëndës dhe meta subjektit të studentëve, aftësive specifike dhe të përgjithësuara (si nivelet e përgjithësimit lëndor ashtu edhe subjektiv), veprimet arsimore universale , si dhe kompetencat e TIK -ut. Për të arritur këtë qëllim, autori-zhvilluesi ose një grup specialistësh që marrin pjesë në krijimin e modeleve të një eksperimenti fizik duhet të kenë njohuritë e duhura metodologjike. Le të tregojmë fushat e kësaj njohurie:

Pajisje të klasës së fizikës;

Kërkesat për eksperimentet e fizikës laboratorike dhe demonstruese;

Struktura dhe përmbajtja e aktiviteteve edukative që lidhen me kryerjen e një eksperimenti fizik;

Metodologjia për formimin e aftësive dhe aftësive eksperimentale tek studentët;

Drejtimet dhe metodat e përdorimit të mjeteve të TIK -ut gjatë eksperimentit;

Kërkesat për zhvillimin e modeleve ndërvepruese të mësimdhënies të një eksperimenti fizik;

Metodologjia për formimin e aftësive dhe aftësive të përgjithësuara të studentëve për të punuar me modele kompjuterike;

Organizimi i hulumtimit eksperimental arsimor të nxënësve në një mjedis virtual bazuar në modelet kompjuterike.

Në fazën e parë të zhvillimit, është e nevojshme të kryhet një studim para-dizajnues i objektit të modelimit: të studiohen themelet fizike të fenomeneve të natyrës të studiuara në eksperiment; merrni parasysh përmbajtjen dhe metodologjinë për krijimin e një eksperimenti të ngjashëm në shkallë të plotë (arsimore, shkencore); sqaroni përbërjen dhe veçoritë e pajisjeve, instrumenteve dhe materialeve për zbatimin e tij; analizoni modelet analoge të përvojës fizike të projektuar të krijuar nga autorë të tjerë (nëse ka), identifikoni avantazhet dhe disavantazhet e tyre, si dhe drejtimet e mundshme për përmirësim. Si rezultat, është e rëndësishme të përcaktohet përbërja e aftësive eksperimentale që këshillohen të formohen tek studentët në bazë të modelit të krijuar.

Tjetra, zhvillohet projekti i ndërfaqes së dritares së punës të modelit, i cili përfshin të gjithë elementët statikë dhe ndërveprues, si dhe funksionalitetin e tyre. Dizajni i ndërfaqes bazohet në modele metodologjike të njohurive fizike dhe veprimtarisë arsimore, të cilat përfaqësohen në shkencën pedagogjike nga plane të përgjithësuara: një fenomen fizik (objekt, proces), kërkime eksperimentale dhe zbatimi i fazave të tij individuale, zhvillimi i udhëzimeve arsimore, puna me një model kompjuterik.

Në fakt, zhvillimi i një modeli të një eksperimenti arsimor kryhet në bazë të teknologjive për prezantimin dhe përpunimin e informacionit, mjediseve dhe gjuhëve të programimit të zgjedhura për secilin rast individual.

Në fund të punës, modeli testohet dhe rafinohet. Faza e testimit të një modeli virtual në një proces të vërtetë arsimor është e rëndësishme për të testuar efektivitetin e tij didaktik.

Le të formulojmë më së shumti parimet e përgjithshme hartimin e modeleve edukative interaktive të eksperimenteve fizike duke përdorur teknologjinë e ndërfaqes më realiste.

1. Realizmi i vizualizimit të konfigurimit eksperimental (objekti në studim, pajisje teknike, pajisje dhe instrumente). Një analog vizual i një instalimi në shkallë të plotë për kryerjen e një eksperimenti model vendoset në një tryezë laboratorike virtuale. Në një numër rastesh të veçanta, mund të krijohet një model realist i kushteve në terren të eksperimentit. Hollësia e çdo interpretimi duhet të justifikohet. Kriteret kryesore në këtë rast janë elementet e imazhit të tij të jashtëm që janë thelbësore për një perceptim adekuat të instalimit dhe elementët kryesorë të funksionit. Për të marrë një imazh realist, këshillohet të bëni fotografi të konfigurimit eksperimental dhe pjesëve të tij individuale, fotografi të objekteve të studiuara në eksperiment, si dhe mjetet dhe materialet e nevojshme për eksperimentin. Karakteristikat e xhirimit përcaktohen nga teknologjia e zgjedhur për modelimin e objekteve në një mjedis virtual (modelimi 2B ose 3B). Në disa raste, vizualizimi mund të jetë i nevojshëm pajisje e brendshmeçdo pajisje. Para se të përfshini imazhe në ndërfaqen e modelit, si rregull, kërkohet përpunim shtesë duke përdorur redaktues të ndryshëm.

2. Modelimi realist i funksionales së instalimit dhe fenomeni fizik i hetuar në eksperiment. Përmbushja e kësaj kërkese shoqërohet me një analizë të plotë të rrjedhës së një eksperimenti në shkallë të plotë, një studim të funksionalitetit të secilit element të konfigurimit eksperimental dhe një analizë të procesit të rrjedhës së një fenomeni fizik të riprodhuar në të. Shtë e nevojshme të zhvillohen modele fizike dhe matematikore të përbërësve funksionalë të konfigurimit eksperimental, si dhe objektet dhe proceset e hetuara në eksperiment.

3. Kuazi-realizmi i veprimeve të nxënësit me elementë të strukturës eksperimentale dhe objekteve fizike të hetuara. Modeli i një eksperimenti fizik duhet t'i lejojë studentët në mënyrën e manipulimeve realiste me pajisje virtuale të eksplorojnë fenomenet fizike dhe të identifikojnë modelet e kursit të tyre. Ne fig 1 tregon një shembull të një modeli të tillë ("", klasa 7).

Oriz. 1. Modeli ndërveprues "Bilanci i forcave në levë" (projekti i studentit E.S. Timofeev, Universiteti Pedagogjik Shtetëror Perm, Perm, 2016)

Në fushën e punës të këtij modeli, është paraqitur një krah demonstrues me pezullime dhe arra balancuese, si dhe një grup prej gjashtë peshash prej 100 g secila. Një student, duke përdorur teknologjinë e tërheqjes dhe rënies, mund: 1) të balancojë krahun duke zhbërthimi ose shtrëngimi i arrave balancuese duke rrëshqitur lëvizjet përgjatë skajeve të tyre (lart, poshtë); 2) pezullimi i njëpasnjëshëm i ngarkesave në pezullime; 3) lëvizni pezullimet me pesha në mënyrë që leva të hyjë në ekuilibër; 4) hiqni ngarkesat nga leva dhe kthejeni ato në enë. Gjatë eksperimentit, studentët plotësojnë tabelën "Bilanci i forcave në levë" të paraqitur në tabelë (shih Fig. 1). Vini re se modeli riprodhon sjelljen realiste të levës kur shkelet ekuilibri. Leva në secilin rast të tillë lëviz me shpejtësi në rritje.

Ne fig 2 tregon një model tjetër arsimor ("Elektrifikimi i trupave", klasa 8). Kur punoni me këtë model, një student që përdor teknologjinë drag & drop mund të kryejë të njëjtën gjë

veprime eksperimentale si në një instalim në shkallë të plotë. Në fushën e punës të modelit, ju mund të zgjidhni ndonjërën prej shkopinjve të elektrizuar (ebonit, xham, të bërë prej qelqi organik ose dylli vulosës, bronzi), elektrizojeni atë duke e fërkuar me njërin prej materialeve të shtrirë në tryezë (rreth leshit, gome, letër ose mëndafshi). Shkalla e elektrizimit të shkopit për shkak të kohëzgjatjes së fërkimit mund të jetë e ndryshme. Kur shkopi sillet në përcjellësin e elektrometrit, shigjeta e tij devijon (elektrifikimi me ndikim). Sasia e devijimit të shigjetës varet nga shkalla e elektrizimit të shufrës dhe distanca në elektrometër.

Oriz. 2. Modeli "Elektrifikimi i trupave". Instalimi për një eksperiment model:

a) "niveli makro" i demonstrimit; b) demonstrim "mikro-niveli" (projekti i studentit A.A. Vasilchenko, Universiteti Pedagogjik Shtetëror Perm, Perm, 2013)

Isshtë e mundur të ngarkoni elektrometrin me prekjen e një shkopi. Me paraqitjen pasuese të së njëjtës shkop të elektrizuar në elektrometrin e ngarkuar prej tij, devijimi i shigjetës rritet. Kur një shkop me një ngarkesë të një shenje të ndryshme sillet në këtë elektrometër, devijimi i shigjetës zvogëlohet.

Duke përdorur këtë model, ju mund të demonstroni se si të ngarkoni elektrometrin me prekjen e një "dore virtuale". Për këtë, një shkop i elektrizuar vendoset pranë përcjellësit, i cili hiqet pasi dirigjenti prek elektrometrin me "dorën" e tij. Subsequshtë e mundur që më pas të përcaktohet shenja e ngarkesës së këtij elektrometri duke përdorur elektrifikimin përmes ndikimit.

Një model ndërveprues i një eksperimenti demonstrues mbi trupat elektrizues (me ndikim, prekje) lejon, në një mënyrë manipulimesh realiste me pajisje virtuale, të studiojë ndërveprimin e trupave të elektrizuar dhe të nxjerrë një përfundim në lidhje me ekzistencën e ngarkesave të dy llojeve (p.sh. në lidhje me energjinë elektrike "qelqi" dhe "rrëshirë" ose, si çeliku flasim më vonë për ngarkesat elektrike pozitive dhe negative).

4. Vizualizimi i mekanizmit të fenomenit. Zbatimi i këtij parimi kryhet kur bëhet e nevojshme t'u shpjegoni studentëve bazat e teorisë së fenomenit që studiohet. Si rregull, këto janë idealizime virtuale. Importantshtë e rëndësishme të komentoni kushtet e një idealizimi të tillë në ndihmë të modelit. Në veçanti, në modelin e lartpërmendur për elektrifikimin e trupave

zbatohet nisja e demonstrimit të "mikro-nivelit" (Fig. 2b). Kur fillon ky nivel, shfaqet shenja e ngarkesës së elementeve individuale të elektrometrit dhe vlera e kushtëzuar e kësaj ngarkese (për shkak të numrit më të madh ose më të vogël të shenjave "+" dhe "-" në secilin nga elementët e elektrometër). Puna në modalitetin "mikro-nivel" ka për qëllim të ndihmojë studentin në shpjegimin e efekteve të vëzhguara në elektrifikimin e trupave në bazë të ideve për strukturën e materies.

5. Sigurimi i një niveli të lartë të ndërveprimit të modelit. Nivelet e mundshme të ndërveprimit të modeleve të trajnimit janë përshkruar në punë. Kur zhvilloni modele të një eksperimenti fizik me ndërfaqen më realiste, këshillohet që të përqendroheni në nivele të larta të ndërveprimit (e treta, e katërta), të cilat sigurojnë një shkallë të mjaftueshme të lirisë së aktiviteteve të trajnuesve. Modeli duhet të lejojë si zgjidhje të thjeshta skenarësh (punë sipas udhëzimeve) ashtu edhe planifikim të pavarur të studentëve për qëllimin dhe rrjedhën e eksperimentit. Pavarësia e veprimtarisë sigurohet nga një zgjedhje arbitrare e objekteve dhe kushteve të kërkimit në rangun e propozuar, si dhe një sërë veprimesh me elementët e modelit. Sa më të gjera këto vargje, aq më i paparashikueshëm bëhet vetë procesi i kërkimit dhe rezultati i tij për studentët.

6. Zbatimi i modeleve të aktiviteteve arsimore. Struktura e veprimtarisë së vëzhgimit dhe kërkimit eksperimental paraqitet në shkencën metodologjike me plane të përgjithësuara. Të gjithë elementët e ndërfaqes së një modeli realist të një eksperimenti fizik dhe funksionaliteti i tyre duhet të zhvillohen duke marrë parasysh këto plane. Këto janë plane të përgjithësuara për kryerjen e një eksperimenti fizik dhe veprimeve individuale në përbërjen e tij (zgjedhja e pajisjeve, planifikimi i një eksperimenti, matja, hartimi i tabelave të llojeve të ndryshme, ndërtimi dhe analizimi i grafikëve të varësisë funksionale, formulimi i një përfundimi), si dhe plane të përgjithësuara për studimin e fenomeneve fizike dhe objekteve teknike. Kjo qasje ndaj zhvillimit të modelit do t'i lejojë studentët të punojnë plotësisht dhe në mënyrë metodologjike me kompetencë me një konfigurim eksperimental virtual. Puna me modelin në këtë rast do të kontribuojë në formimin e aftësive të përgjithësuara tek studentët në kryerjen e eksperimenteve fizike.

Modelet interaktive të bëra në teknologjinë e ndërfaqes më realiste janë krijuar, si rregull, që studentët të kryejnë punë laboratorike të plotë. Kuazi-realizmi i modelit dhe korrespondenca e funksionit të tij me përmbajtjen dhe strukturën e studimit eksperimental sigurojnë, si rezultat, një transferim mjaft të lehtë të njohurive dhe aftësive të marra nga studentët në një mjedis virtual në një mjedis të vërtetë laboratorik. Kjo sigurohet nga fakti se gjatë një eksperimenti virtual në një mjedis vizualisht dhe funksionalisht të ngjashëm me atë të vërtetë, nxënësit e shkollës kryejnë veprimet e tyre të zakonshme: ata njihen me pajisjet arsimore, në disa raste, ata zgjedhin dhe montojnë konfigurimi eksperimental (i plotë ose i pjesshëm), kryeni eksperimentin (siguroni "ndikimin" e nevojshëm në objektin në studim, merrni lexime nga instrumentet, plotësoni tabelat e të dhënave dhe bëni llogaritjet), dhe në fund të eksperimentit, formuloni përfundimet. Praktika ka treguar që studentët më pas kryejnë me sukses punë të ngjashme me të njëjtat pajisje në një laborator shkollor.

7. Hartimi dhe zhvillimi i modelit, duke marrë parasysh planin e punës të përgjithësuar të studentëve me një model kompjuterik. Një plan i përgjithësuar i punës me një model kompjuterik është paraqitur në punë. Nga njëra anë, një plan i tillë përcakton veprimet kryesore të përdoruesit nga çdo

modeli gjatë hulumtimit të tij, nga ana tjetër, përmbajtja e fazave të punës të paraqitura në të i tregon zhvilluesit të modelit se cilat elementë të ndërfaqes duhet të krijohen për të siguruar një nivel të lartë të ndërveprimit të tij dhe efikasitetin e kërkuar didaktik.

Punë mësimore me modele ndërvepruese të zhvilluara në bazë të ky parim, siguron formimin e aftësive të përshtatshme të përgjithësuara tek studentët, u lejon atyre të vlerësojnë plotësisht fuqinë shpjeguese dhe parashikuese të modelimit si një metodë njohjeje.

Vini re se ky plan i përgjithësuar këshillohet të zbatohet kur zhvilloni udhëzime për punë laboratorike virtuale. Procedura për përgatitjen e udhëzimeve të trajnimit bazuar në një plan të tillë jepet në punë.

8. Parimi modular i formimit të materialeve edukative për organizatën punë e pavarur nxënësit me modele kompjuterike. Këshillohet që të përfshini një model ndërveprues të një eksperimenti fizik në modulin e trajnimit që përcakton një cikël trajnimi relativisht të përfunduar (Fig. 3) (prezantim material mësimor në formën e informacionit të shkurtër teorik dhe historik (Fig. 4); përpunimi i njohurive dhe aftësive të studentëve në bazë të modelit, duke paraqitur, në rast vështirësish, mostra të aktiviteteve ose tregues të gabimeve të bëra gjatë punës (Fig. 1); vetëkontrolli i rezultateve të zotërimit të materialit edukativ duke përdorur një test interaktiv (Fig. 5).

Ministria e Arsimit dhe Shkencës Federata Ruse Universiteti Pedagogjik Humanitar Shtetëror Perm Departamenti i Didaktikës Multimediale dhe Teknologjive të Informacionit të Edukimit Fakulteti i Fizikës

Krahu i levës. Bilanci i forcave në levë

student i grupit MH

Timofeev Evgeny Sergeevich

Mbikëqyrës

Dr ice neuk, profesor

Ospennikova Elena Vasilievna

Oriz. 3. Moduli i trajnimit interaktiv "Bilanci i forcave në levë": titulli dhe tabela e përmbajtjes (projekti i studentit E.S. Timofeev, Universiteti Pedagogjik Shtetëror Perm, Perm)

Krahu i levës. Bilanci i forcave në levë

Krahu është një trup i ngurtë që mund të rrotullohet rreth një mbështetëse fikse.

Figura 1 tregon një levë, boshti i të cilit i rrotullimit O (baza) ndodhet midis pikave të zbatimit të forcave A dhe B. Figura 2 tregon një diagram të kësaj levë. Forcat p1 dhe duke vepruar në levë drejtohen në një drejtim.

Krahu i levës. Bilanci i forcave në levë

¡Leva është në ekuilibër kur forcat që veprojnë mbi të përmbysen; proporcional me shpatullat e këtyre forcave.

Kjo mund të shkruhet me të drejtë në formën:

I ¡^ ku p1 dhe Pg janë forca,

Duke vepruar në levë, "2 b dhe \ r janë shpatullat e këtyre forcave.

Rregulli i ekuilibrit të levës u vendos nga shkencëtari i lashtë grek Arkimedi - një fizikan, matematikan dhe shpikës.

Oriz. 4. Moduli i trajnimit interaktiv "Bilanci i forcave në levë": informacion teorik (projekti i studentit E.S. Timofeev, PGSPU, Perm)

Cili nga mjetet e paraqitura nuk përdor levë?

1) një person lëviz ngarkesën #

3) rrufe në qiell dhe arrë

2) pedale e makinës

4) gërshërë

Oriz. 5. Moduli i trajnimit interaktiv "Bilanci i forcave në levë": një test për vetëkontrollin (projekti i studentit E.S. Timofeev, Universiteti Pedagogjik Shtetëror Perm, Perm)

Modeli ndërveprues është pjesa kryesore e modulit, pjesët e tjera janë shoqëruese.

Gjatë eksperimentit virtual, rezultatet e punës së studentëve monitorohen. Veprimet e gabuara të "eksperimentuesit" duhet të shkaktojnë një "reagim" realist të objektit fizik të hetuar ose instalimit laboratorik. Në disa raste, ky reagim mund të zëvendësohet me një mesazh me tekst pop-up, si dhe sinjale audio ose video. Këshillohet që të tërhiqni vëmendjen e studentëve ndaj gabimeve të bëra në llogaritjet dhe kur plotësoni tabelat e të dhënave të eksperimentit. Shtë e mundur të numërohen veprimet e gabuara të kryera dhe të paraqitet komenti i studentit në fund të punës bazuar në rezultatet e tij.

Brenda kuadrit të modulit, duhet të organizohet një navigim i përshtatshëm, duke siguruar një kalim të shpejtë të përdoruesit në përbërësit e tij të ndryshëm.

Parimet e mësipërme të hartimit të modeleve mësimore ndërvepruese të një eksperimenti fizik janë themelore. Shtë e mundur që me zhvillimin e teknologjive për krijimin e objekteve të një mjedisi virtual dhe metodave për menaxhimin e këtyre objekteve, përbërja dhe përmbajtja e këtyre parimeve mund të sqarohet.

Respektimi i parimeve të formuluara më lart siguron krijimin e modeleve edukative interaktive me efikasitet të lartë didaktik. Modelet e një eksperimenti fizik, të zbatuar në teknologjinë e ndërfaqes më realiste, në të vërtetë kryejnë funksionin e imituesve. Simulime të tilla janë shumë të mundimshme për t'u krijuar, por këto kosto janë mjaft të justifikuara, pasi si rezultat, studentëve u sigurohet një fushë e gjerë praktike shtesë eksperimentale që nuk kërkon mbështetje të veçantë materiale, teknike, organizative dhe metodologjike. Vizualizimi real dhe funksionaliteti i strukturës eksperimentale, veprimet pothuajse realiste të kursantëve me elementët e tij kontribuojnë në formimin në to të ideve adekuate në lidhje me praktikën e vërtetë të kërkimit empirik. Kur hartohen modele të tilla, teknologjitë e kontrollit zbatohen në një masë të caktuar punë edukative studentët (një qasje sistematike për paraqitjen e informacionit arsimor dhe organizimin e aktiviteteve edukative, mbështetje për punë të pavarur në nivelin e njoftimit të veprimeve të gabuara ose prezantimit (nëse është e nevojshme) të udhëzimeve arsimore, krijimin e kushteve për vetëkontroll sistematik dhe prani të kontrollit përfundimtar të nivelit të zotërimit të materialit edukativ).

Importantshtë e rëndësishme të theksohet se modelet ndërvepruese të një eksperimenti fizik nuk kanë për qëllim të zëvendësojnë versionin e tij në shkallë të plotë. Ky është vetëm një mjet didaktik i krijuar për të plotësuar sistemin e mjeteve dhe teknologjive për formimin e përvojës së studentëve në studimin eksperimental të fenomeneve natyrore.

Bibliografi

1. Antonova PO. Organizimi i aktiviteteve të projektit të studentëve për zhvillimin e modeleve ndërvepruese të mësimdhënies në fizikë për shkollën e mesme // Mësimi i shkencave natyrore, matematikës dhe shkencave kompjuterike në universitet dhe shkollë: koleksion artikujsh. materialet X int. shkencore. -praktikoni konf. (31 Tetor - 1 Nëntor 2017). - Tomsk: TGPU: 2017 .-- f. 77 - 82.

2. Antonova D.A., Ospennikova E.V. Organizimi i punës së pavarur të studentëve të një universiteti pedagogjik në kontekstin e përdorimit të teknologjisë produktive të të mësuarit // Edukimi pedagogjik në Rusi. -2016. - Nr. 10. - F. 43 - 52.

3. Bayandin D.V. Mjedisi virtual i të mësuarit: përbërja dhe funksionet // Arsimi i lartë në Rusi. - 2011. - Nr. 7. - f. 113 - 118.

4. Bayandin D.V., Mukhin O.I. Punëtori model dhe libër interaktiv i problemeve të fizikës bazuar në sistemin STRATUM - 2000 // Programet dhe inovacionet e trajnimit të kompjuterit. - 2002. -№ 3. - S. 28 - 37.

5. Ospennikov N.A., Ospennikova E.V. Llojet e modeleve kompjuterike dhe drejtimet e përdorimit në mësimin e fizikës // Buletini i Universitetit Pedagogjik Shtetëror Tomsk. -2010. - Nr. 4. - F. 118 - 124.

6. Ospennikov N.A., Ospennikova E.V. Formimi i qasjeve të përgjithësuara për të punuar me modele midis studentëve // ​​Lajmet e Universitetit Federal Jugor. Shkencat pedagogjike. -2009. - Nr. 12- f. 206 - 214.

7. Ospennikova E.V. Përdorimi i TIK -ut në mësimin e fizikës në shkollat ​​e mesme: një udhëzues metodologjik. - M.: Binom. Laboratori i njohurive. - 2011 .-- 655 f.

8. Ospennikova E.V. Funksioni metodologjik i një eksperimenti laboratorik virtual // Informatikë dhe Edukim. - 2002. - Nr. 11. - F. 83.

9. Ospennikova E.V., Ospennikov A.A. Zhvillimi i modeleve kompjuterike në fizikë duke përdorur teknologjinë e ndërfaqes më realiste // Fizika në sistemin e arsimit modern (FSSO - 2017): materialet e Praktikantit XIV. konf. - Rostov n / a: DSTU, 2017 .-- fq. 434 - 437.

10. Skvortsov A.I., Fishman A.I., Gendenshtein L.E. Libër mësimor multimedial mbi fizikën për shkollën e mesme // Fizika në sistemin e arsimit modern (FSSO - 15): materiale të ndërkombëtarit XIII. konf. - SPb.: Shtëpia botuese e Shën Petersburg. GU, 2015 .-- S. 159- 160.

Përvoja në përdorimin e modeleve kompjuterike në mësimet e fizikës

Alexander Fedorovich Kavtrev , kandidat fiz.-matematikë. Sci., Mësues Soros, drejtues i laboratorit të Qendrës për Kulturën e Informacionit në Shën Petersburg

Kohët e fundit, shpesh mund të dëgjoni pyetje: "A keni nevojë për një kompjuter në mësimet e fizikës? A do të zhvendosin simulimet kompjuterike një eksperiment të vërtetë nga procesi arsimor?" Më shpesh, pyetje të tilla bëhen nga mësuesit që nuk e njohin teknologjinë e informacionit dhe nuk e kuptojnë vërtet se si këto teknologji mund të jenë të dobishme në mësimdhënie.

Le të përpiqemi t'i përgjigjemi pyetjes: "Kur është e justifikuar përdorimi i programeve kompjuterike në mësimet e fizikës?" Ne besojmë se, para së gjithash, në ato raste në të cilat ka një avantazh të rëndësishëm mbi format tradicionale të arsimit. Një nga rastet e tilla është përdorimi i modeleve kompjuterike në procesin arsimor. Duhet të theksohet se nga modelet kompjuterike autori kupton programet kompjuterike që ju lejojnë të simuloni fenomene fizike, eksperimente ose situata të idealizuara të hasura në probleme.

Cili është avantazhi i simulimit kompjuterik në krahasim me një eksperiment në shkallë të plotë? Para së gjithash, modelimi kompjuterik bën të mundur marrjen e ilustrimeve dinamike vizuale të eksperimenteve dhe fenomeneve fizike, riprodhimin e detajeve të tyre delikate, të cilat shpesh shmangin vëzhgimin e fenomeneve dhe eksperimenteve reale. Kur përdorni modele, kompjuteri siguron një aftësi unike, të paarritshme në një eksperiment të vërtetë fizik, aftësinë për të vizualizuar jo një fenomen të vërtetë të natyrës, por modelin e tij të thjeshtuar. Në këtë rast, është e mundur që gradualisht të përfshihen në shqyrtim faktorë shtesë që gradualisht e ndërlikojnë modelin dhe e afrojnë atë me një fenomen të vërtetë fizik. Për më tepër, modelimi kompjuterik bën të mundur ndryshimin e shkallës kohore të ngjarjeve, si dhe simulimin e situatave që nuk realizohen në eksperimentet fizike.

Puna e studentëve me modele kompjuterike është jashtëzakonisht e dobishme, pasi modelet kompjuterike lejojnë ndryshimin e kushteve fillestare të eksperimenteve fizike në një gamë të gjerë, gjë që u lejon atyre të kryejnë eksperimente të shumta virtuale. Një ndërveprim i tillë hap mundësi të mëdha njohëse për studentët, duke i bërë ata jo vetëm vëzhgues, por edhe pjesëmarrës aktivë në eksperimentet që po zhvillohen. Disa modele lejojnë, njëkohësisht me rrjedhën e eksperimenteve, të vëzhgojnë ndërtimin e varësive grafike përkatëse, gjë që rrit qartësinë e tyre. Modele si këto janë me vlerë të veçantë sepse studentët zakonisht kanë vështirësi të konsiderueshme në vizatimin dhe leximin e grafikëve.

Sigurisht, një laborator kompjuterik nuk mund të zëvendësojë një laborator të vërtetë të fizikës. Sidoqoftë, zbatimi i punës laboratorike kompjuterike kërkon aftësi të caktuara që janë karakteristike për një eksperiment të vërtetë - zgjedhja e kushteve fillestare, përcaktimi i parametrave të eksperimentit, etj.

Një numër i madh i modeleve kompjuterike gjatë kursit të fizikës shkollore përmbahen në kurse multimediale të zhvilluara nga kompania " Fizikon ":" Fizika në fotografi "," Fizikë e hapur 1.1 "," Fizikë e hapur 2.0 "," Hapur Astronomi 2.0 "dhe" Kimi e Hapur 2.0 ". Tipari kryesor dallues i këtyre kurseve kompjuterike janë modele të shumta kompjuterike - zhvillime unike dhe origjinale që vlerësohen shumë nga përdoruesit në shumë vende. (Vini re se një numër i konsiderueshëm modelesh gjenden gjithashtu në faqen e internetit të Kolegjit të Hapur në: http://www.college.ru/).

Modelet kompjuterike të zhvilluara nga kompania "Physicon" përshtaten lehtësisht në mësim dhe lejojnë mësuesin të organizojë lloje të reja, jo tradicionale të aktiviteteve edukative për studentët. Këtu janë tre lloje të aktiviteteve të tilla si shembuj:

• 1. Mësim në zgjidhjen e problemeve me verifikimin e mëvonshëm të kompjuterit. Mësuesi u ofron nxënësve, për zgjidhje të pavarur në klasë ose si detyrë shtëpie, detyra individuale, korrektësinë e zgjidhjes së të cilave ata mund ta kontrollojnë duke vendosur eksperimente kompjuterike. Vetë-verifikimi i rezultateve të marra, duke përdorur një eksperiment kompjuterik, rrit interesin njohës të studentëve, dhe gjithashtu e bën punën e tyre krijuese, dhe shpesh e afron atë në karakter me kërkimin shkencor. Si rezultat, shumë studentë fillojnë të dalin me problemet e tyre, t'i zgjidhin ato dhe pastaj të kontrollojnë korrektësinë e arsyetimit të tyre duke përdorur modele kompjuterike. Mësuesi mund t'i inkurajojë studentët me qëllim që të përfshihen në aktivitete të tilla pa pasur frikë se duhet të zgjidhin një mori problemesh të krijuara nga nxënësit, e cila zakonisht nuk është kohë e mjaftueshme. Për më tepër, detyrat e përpiluara nga studentët mund të përdoren në punën në klasë ose t'u ofrohen studentëve të tjerë për studime të pavarura në formën e detyrave të shtëpisë.
• 2. Mësim - hulumtim. Nxënësit inkurajohen të kryejnë në mënyrë të pavarur një studim të vogël duke përdorur një model kompjuterik dhe të marrin rezultatet e nevojshme. Për më tepër, shumë modele lejojnë që një studim i tillë të kryhet fjalë për fjalë në pak minuta. Sigurisht, mësuesi ndihmon studentët në fazat e planifikimit dhe eksperimentimit.
• 3. Mësimi - punë laboratori kompjuterik. Për të zhvilluar një mësim të tillë, është e nevojshme të zhvilloni fletëpalosje të përshtatshme. Detyrat në format e punës laboratorike duhet të rregullohen me rritjen e kompleksitetit të tyre. Në fillim, ka kuptim të ofrojmë detyra të thjeshta hyrëse dhe probleme eksperimentale, pastaj probleme llogaritëse dhe, së fundi, detyra të një natyre krijuese dhe kërkimore. Kur i përgjigjeni një pyetjeje ose zgjidhni një problem, studenti mund të krijojë eksperimentin e nevojshëm kompjuterik dhe të kontrollojë idetë e tij. Rekomandohet që së pari të zgjidhen problemet llogaritëse në mënyrë tradicionale në letër, dhe më pas të vendoset një eksperiment kompjuterik për të kontrolluar saktësinë e përgjigjes së marrë. Vini re se detyrat e një natyre krijuese dhe kërkimore rrisin ndjeshëm interesin e studentëve për të studiuar fizikën dhe janë një faktor shtesë motivues. Për këtë arsye, mësimet e dy llojeve të fundit i afrohen idealit, pasi studentët marrin njohuri në procesin e punës krijuese të pavarur, sepse ata kanë nevojë për njohuri për të marrë një rezultat specifik të dukshëm në ekranin e kompjuterit. Mësuesi në këto raste është vetëm një asistent në procesin krijues të zotërimit të njohurive.

Fazat kryesore të zhvillimit dhe hulumtimit të modeleve në një kompjuter

Përdorimi i një kompjuteri për të studiuar modelet e informacionit të objekteve dhe proceseve të ndryshme ju lejon të studioni ndryshimet e tyre në varësi të vlerës së parametrave të caktuar. Procesi i zhvillimit të modeleve dhe shqyrtimi i tyre në një kompjuter mund të ndahet në disa faza kryesore.

Në fazën e parë të studimit të një objekti ose procesi, zakonisht ndërtohet një model informacioni përshkrues. Një model i tillë veçon thelbësore, nga pikëpamja e qëllimeve të hulumtimit (qëllimet e modelimit), vetitë e objektit dhe neglizhon vetitë e parëndësishme.

Në fazën e dytë, krijohet një model i formalizuar, domethënë, një model informacioni përshkrues është shkruar duke përdorur një gjuhë formale. Në një model të tillë, me ndihmën e formulave, ekuacioneve, pabarazive, etj., Marrëdhëniet formale midis vlerave fillestare dhe përfundimtare të vetive të objekteve janë të fiksuara, dhe gjithashtu vendosen kufizime në vlerat e lejuara të këtyre pronave Me

Sidoqoftë, nuk është gjithmonë e mundur të gjesh formula që shprehin në mënyrë eksplicite sasitë e kërkuara për sa i përket të dhënave fillestare. Në raste të tilla, përdoren metoda të përafërta matematikore për të marrë rezultate me një saktësi të caktuar.

Në fazën e tretë, një i formalizuar model informacioni transformohet në një model kompjuterik, domethënë ta shprehë atë në një gjuhë të kuptueshme nga kompjuteri. Modelet kompjuterike janë zhvilluar kryesisht nga programuesit, dhe përdoruesit mund të kryejnë eksperimente kompjuterike.

Modelet vizuale ndërvepruese kompjuterike tani përdoren gjerësisht. Në modele të tilla, studiuesi mund të ndryshojë kushtet fillestare dhe parametrat e proceseve dhe të vëzhgojë ndryshimet në sjelljen e modelit.

Pyetjet e kontrollit

Në cilat raste mund të hiqen fazat individuale të ndërtimit dhe hulumtimit të një modeli? Jepni shembuj të krijimit të modeleve në procesin mësimor.

Studimi i modeleve ndërvepruese të kompjuterit

Tjetra, ne do të shqyrtojmë një numër modelesh edukative interaktive të zhvilluara nga PHYSICON për kurse edukative. Modelet e trajnimit të kompanisë FIZIKON janë paraqitur në CD-disqe dhe në formën e projekteve në internet. Katalogu i modeleve ndërvepruese përmban 342 modele në pesë lëndë: fizikë (106 modele), astronomi (57 modele), matematikë (67 modele), kimi (61 modele) dhe biologji (51 modele). Disa nga modelet në internet në faqen http://www.college.ru janë interaktive, ndërsa të tjerët paraqiten vetëm me një fotografi dhe përshkrim. Të gjitha modelet mund të gjenden në kurset përkatëse të trajnimit në CD-ROM.

2.6.1. Eksplorimi i modeleve fizike

Le të shqyrtojmë procesin e ndërtimit dhe hulumtimit të një modeli duke përdorur shembullin e një modeli të lavjerrësit matematikor, i cili është një idealizim i një lavjerrësi fizik.

Modeli cilësor përshkrues. Supozimet themelore të mëposhtme mund të formulohen:

trupi i pezulluar është shumë më i vogël në madhësi sesa gjatësia e fillit në të cilin është pezulluar;

fije është e hollë dhe e pazgjidhshme, masa e së cilës është e papërfillshme në krahasim me masën e trupit;

këndi i devijimit të trupit është i vogël (shumë më pak se 90 °);

nuk ka fërkime viskoze (lavjerrësi lëkundet brenda

Modeli formal. Për të formalizuar modelin, ne përdorim formulat e njohura nga kursi i fizikës. Periudha T e lëkundjeve të një lavjerrësi matematikor është:

ku unë është gjatësia e fillit, g është nxitimi i gravitetit.

Modeli kompjuterik interaktiv. Modeli demonstron lëkundje të lira të një lavjerrësi matematikor. Në fusha, ju mund të ndryshoni gjatësinë e fillit I, këndin φ0 të devijimit fillestar të lavjerrësit, koeficientin e fërkimit viskoz b.

Fizikë e hapur

2.3 Dridhje falas.

Modeli 2.3. Lavjerrës matematikor

Fizikë e hapur

Pjesa 1 (CDC në CD) IZG

Modeli ndërveprues i lavjerrësit matematikor lëshohet duke klikuar në butonin Start.

Me ndihmën e animacionit, tregohet lëvizja e trupit dhe forcat vepruese, grafikët e varësisë kohore të koordinatës ose shpejtësisë këndore, vizatohen diagramet e energjisë potenciale dhe kinetike (Fig. 2.2).

Kjo mund të shihet me dridhje të lira, si dhe me dridhje të shuar në prani të fërkimit viskoz.

Ju lutemi vini re se luhatjet e lavjerrësit matematikor janë. harmonik vetëm në amplituda mjaft të vogla

% pI w2mfb w

Oriz. 2.2 Modeli ndërveprues i një lavjerrësi matematikor

http://www.physics.ru

2.1 Detyrë praktike. Kryeni një eksperiment kompjuterik me një model fizik interaktiv të postuar në internet.

2.6.2. Studimi i modeleve astronomike

Konsideroni një model heliocentrik të sistemit diellor.

Modeli cilësor përshkrues. Modeli heliocentrik i Kopernikut i botës në gjuhën natyrore u formulua si më poshtë:

Toka rrotullohet rreth boshtit të saj dhe diellit;

të gjithë planetët rrotullohen rreth diellit.

Modeli formal. Njutoni zyrtarizoi sistemin heliocentrik të botës duke zbuluar ligjin e gravitetit universal dhe ligjet e mekanikës dhe duke i shkruar ato në formën e formulave:

F = y Wl_ F = m dhe. (2.2)

Modeli kompjuterik interaktiv (Fig. 2.3). Modeli 3D dinamik tregon rrotullimin e planetëve të sistemit diellor. Në qendër të modelit, Dielli është përshkruar, rreth tij janë planetët e Sistemit Diellor.

4.1.2. Rrotullimi i planetëve të Diellit

sistemeve. Modeli 4.1. Sistemi diellor (CRC në CD) "Astronomia e Hapur"

Modeli ruan marrëdhënien reale të orbitave të planetëve dhe ekscentriciteteve të tyre. Dielli është në pikën qendrore të orbitës së secilit planet. Vini re se orbitat e Neptunit dhe Plutonit kryqëzohen. Rathershtë mjaft e vështirë të përshkruash të gjithë planetët në një dritare të vogël menjëherë, prandaj ofrohen mënyrat Mërkuri ... Marsi dhe Jupiteri ... L, Luton, si dhe mënyra e të gjithë planetëve. Zgjedhje mënyra e dëshiruar kryhet duke përdorur ndërprerësin e duhur.

Gjatë vozitjes, mund të ndryshoni vlerën e këndit të shikimit në dritaren e hyrjes. Ju mund të merrni një ide mbi ekscentricitetet e vërteta të orbitave duke vendosur vlerën e këndit të shikimit në 90 °.

Mund të ndryshojë pamjen modelin duke fikur shfaqjen e emrave të planetëve, orbitat e tyre, ose sistemin koordinativ të treguar në këndin e sipërm të majtë. Butoni Start nis modelin, Stop - pauzat dhe Reset - kthehet në gjendjen e tij origjinale.

Oriz. 2.3 Modeli interaktiv i sistemit heliocentrik

G "Sistemi koordinativ C Jupiter ... Plutoni! ■ / Emrat e planetëve C. Merkuri ... Marsi | 55 këndi i shikimit!" / Orbitat e planetëveTë gjithë planetët

Detyrë vetë-studimi

http://www.college.ru 1ШГ

Detyrë praktike. Kryeni një eksperiment kompjuterik me një model astronomik interaktiv të postuar në internet.

Hulumtimi i modeleve algjebrike

Modeli formal. Në algjebër, modelet formale shkruhen duke përdorur ekuacione, zgjidhja e saktë e të cilave bazohet në kërkimin e transformimeve ekuivalente të shprehjeve algjebrike që ju lejojnë të shprehni një ndryshore duke përdorur një formulë.

Zgjidhjet e sakta ekzistojnë vetëm për disa ekuacione të një lloji të caktuar (linear, kuadratik, trigonometrik, etj.), Prandaj, për shumicën e ekuacioneve, duhet të përdoren metoda të zgjidhjes së përafërt me një saktësi të caktuar (grafike ose numerike).

Për shembull, ju nuk mund të gjeni rrënjën e ekuacionit sin (x) = 3 * x - 2 me shndërrime ekuivalente algjebrike. Sidoqoftë, ekuacione të tilla mund të zgjidhen përafërsisht me metoda grafike dhe numerike.

Funksionet e vizatimit mund të përdoren për të zgjidhur afërsisht ekuacionet. Për ekuacionet e formës fi (x) = f2 (x), ku fi (x) dhe f2 (x) janë disa funksione të vazhdueshme, rrënja (ose rrënjët) e këtij ekuacioni janë pika (ose pikat) e kryqëzimit të grafikët e funksioneve.

Zgjidhja grafike e ekuacioneve të tilla mund të kryhet duke ndërtuar modele ndërvepruese kompjuterike.

Funksionet dhe grafikët. Matematikë e hapur.

Modeli 2.17. Funksionet dhe grafikët e CCHG *

Zgjidhja e ekuacioneve (CRC në CD)

Modeli kompjuterik interaktiv. Vendosni ekuacionin në fushën e sipërme të hyrjes në formën fi (x) = f2 (x), për shembull, sin (x) = 3 -x - 2.

Klikoni në butonin Zgjidhni. Prisni pak. Grafiku i anëve të djathtë dhe të majtë të ekuacionit do të vizatohet, rrënjët do të shënohen me pika jeshile.

Për të futur një ekuacion të ri, klikoni në butonin Reset. Nëse bëni një gabim gjatë shtypjes, një mesazh përkatës do të shfaqet në dritaren e poshtme.

Oriz. 2.4 Modeli kompjuterik interaktiv i zgjidhjes grafike të ekuacioneve

për vetë-përmbushje

http://www.mathematics.ru Ш1Г

Detyrë praktike. Kryeni një eksperiment kompjuterik me një model matematikor ndërveprues të postuar në internet.

Studimi i modeleve gjeometrike (planimetria)

Modeli formal. Një trekëndësh ABC quhet drejtkëndor nëse një nga qoshet e tij (për shembull, këndi B) është i drejtë (domethënë i barabartë me 90 °). Ana e trekëndëshit përballë këndit të drejtë quhet hipotenuzë; dy anët e tjera janë me këmbë.

Teorema e Pitagorës thotë se në një trekëndësh me kënd të drejtë shuma e katrorëve të këmbëve është e barabartë me katrorin e hipotenuzës: AB2 + BC2 = AC.

Modeli kompjuterik interaktiv (Fig. 2.5). Një model ndërveprues demonstron marrëdhëniet themelore në një trekëndësh me kënd të drejtë.

Trekëndësh kënddrejtë. Matematikë e hapur.

Modeli 5.1 Teorema e Pitagorës

V51G planimetria (CDC në CD)

Duke përdorur miun, mund të lëvizni pikën A (në drejtimin vertikal) dhe pikën C (në drejtimin horizontal). Tregon gjatësinë e brinjëve të një trekëndëshi me kënd të drejtë, masat e shkallëve të këndeve.

Duke kaluar në modalitetin demo duke përdorur butonin me ikonën e projektorit të filmit, mund të shikoni paraprakisht animacionin. Butoni Start e fillon atë, butoni Stop ndalon dhe butoni Reset e kthen animacionin në gjendjen e tij origjinale.

Butoni i dorës e kthen modelin në modalitetin interaktiv.

Oriz. 2.5 Modeli interaktiv matematikor i teoremës së Pitagorës

Detyrë vetë-studimi

http://www.mathematics.ru | Y | G

Detyrë praktike. Kryeni një eksperiment kompjuterik me një model planimetrik interaktiv të postuar në internet.

Studimi i modeleve gjeometrike (stereometri)

Modeli formal. Një prizëm, baza e të cilit është një paralelogram quhet paralelopiped. Fytyrat e kundërta të çdo paralelopipedi janë të barabarta dhe paralele. Quhet një paralelipiped drejtkëndor, të gjitha fytyrat e të cilit janë drejtkëndëshe. Një paralelipiped drejtkëndor me skaj të barabartë quhet kub.

Tre skajet që shtrihen nga një kulm i një paralelipipedi drejtkëndor quhen dimensione. Sheshi

diagonali i një paralelipipedi drejtkëndor është i barabartë me shumën e katrorëve të matjeve të tij:

2 2,12, 2 a = a + b + c

Vëllimi i një paralelipipedi drejtkëndor është i barabartë me produktin e matjeve të tij:

Modeli kompjuterik interaktiv. Duke tërhequr pikat, mund të ndryshoni dimensionet e kutisë. Vëzhgoni sesi ndryshon gjatësia e diagonës, sipërfaqja dhe vëllimi i paralelepipedit ndërsa ndryshojnë gjatësitë e brinjëve të tij. Kutia e kontrollit Straight e kthen një paralelipiped arbitrar në një kuti drejtkëndëshe, dhe kutia e kontrollit Cube e kthen atë në një kub.

Paralelepiped Matematikë e hapur.

Modeli 6.2 Stereometria)