Wirtualna praca laboratoryjna z fizyki. Pakiet oprogramowania „Wirtualne laboratorium w fizyce” Pobierz program praca laboratoryjna w fizyce

11.04.2024

Ptaki

Fizyka wizualna daje nauczycielowi możliwość znalezienia najciekawszych i najskuteczniejszych metod nauczania, dzięki czemu zajęcia są ciekawsze i bardziej intensywne.

Główną zaletą fizyki wizualnej jest możliwość ukazania zjawisk fizycznych z szerszej perspektywy i kompleksowego ich badania. Każda praca obejmuje dużą ilość materiałów edukacyjnych, m.in. z różnych działów fizyki. Daje to szerokie możliwości utrwalenia powiązań interdyscyplinarnych, uogólnienia i usystematyzowania wiedzy teoretycznej.

Fizyka wirtualna(Lub fizyka w Internecie) to nowy, unikalny kierunek w systemie edukacji. Nie jest tajemnicą, że 90% informacji dociera do naszego mózgu poprzez nerw wzrokowy. I nic dziwnego, że dopóki człowiek nie przekona się sam, nie będzie w stanie jasno zrozumieć natury niektórych zjawisk fizycznych. Dlatego proces uczenia się musi być wspierany materiałami wizualnymi. I to jest po prostu cudowne, gdy można nie tylko zobaczyć statyczny obraz przedstawiający dowolne zjawisko fizyczne, ale także przyjrzeć się temu zjawisku w ruchu. Zasoby te pozwalają nauczycielom w łatwy i zrelaksowany sposób jasno zademonstrować nie tylko działanie podstawowych praw fizyki, ale także pomogą w prowadzeniu zajęć laboratoryjnych online z fizyki w większości sekcji ogólnego programu nauczania. Jak więc na przykład wyjaśnić słowami zasadę działania złącza pn? Tylko pokazując dziecku animację tego procesu, wszystko od razu staje się dla niego jasne. Lub możesz wyraźnie pokazać proces przenoszenia elektronów, gdy szkło pociera się o jedwab, a wtedy dziecko będzie miało mniej pytań o naturę tego zjawiska. Ponadto pomoce wizualne obejmują prawie wszystkie działy fizyki. Chcesz na przykład wyjaśnić mechanikę? Proszę o animacje pokazujące drugą zasadę Newtona, zasadę zachowania pędu przy zderzeniu ciał, ruch ciał po okręgu pod wpływem grawitacji i sprężystości, itp. Jeśli chcesz studiować sekcję optyki, nic prostszego! Wyraźnie pokazano eksperymenty z pomiarem długości fali światła za pomocą siatki dyfrakcyjnej, obserwację widm emisyjnych ciągłych i liniowych, obserwację interferencji i dyfrakcji światła oraz wiele innych eksperymentów. A co z prądem? W tej sekcji znajduje się na przykład sporo pomocy wizualnych eksperymenty mające na celu badanie prawa Ohma do badań kompletnych obwodów, połączeń przewodów mieszanych, indukcji elektromagnetycznej itp.

W ten sposób proces uczenia się od „obowiązkowego zadania”, do którego wszyscy jesteśmy przyzwyczajeni, zamieni się w grę. Oglądanie animacji zjawisk fizycznych będzie dla dziecka interesujące i zabawne, a to nie tylko uprości, ale także przyspieszy proces uczenia się. Między innymi możliwe jest przekazanie dziecku jeszcze większej ilości informacji, niż mogłoby ono otrzymać w zwykłej formie edukacji. Ponadto wiele animacji może całkowicie zastąpić niektóre instrumenty laboratoryjne, dlatego jest idealnym rozwiązaniem dla wielu wiejskich szkół, gdzie niestety nie zawsze jest dostępny nawet elektrometr Browna. Cóż mogę powiedzieć, wielu urządzeń nie ma nawet w zwykłych szkołach w dużych miastach. Być może wprowadzając takie pomoce wizualne do obowiązkowego programu nauczania, po ukończeniu szkoły zainteresujemy się fizyką, którzy w przyszłości staną się młodymi naukowcami, z których część będzie mogła dokonać wielkich odkryć! W ten sposób odrodzi się era naukowa wielkich krajowych naukowców, a nasz kraj ponownie, podobnie jak w czasach radzieckich, stworzy unikalne technologie, które wyprzedzają swoje czasy. Dlatego uważam, że należy jak najbardziej popularyzować tego typu zasoby, informować o nich nie tylko nauczycieli, ale także samą młodzież szkolną, gdyż wielu z nich będzie zainteresowanych studiowaniem zjawiska fizyczne nie tylko na lekcjach w szkole, ale także w domu w czasie wolnym, a ta strona daje im taką możliwość! Fizyka w Internecie to ciekawe, edukacyjne, wizualne i łatwo dostępne!

PRACA DYPLOMOWA

Pakiet oprogramowania „Wirtualne Laboratorium Fizyczne”

adnotacja

Praca poświęcona jest organizacji procesu edukacyjnego. Formułuje zadania, wyznacza cele, ujawnia strukturę i działania edukacyjne nauczyciela, rozważa różnego rodzaju narzędzia do tworzenia wirtualnego laboratorium. Szczególną uwagę zwraca się na działalność edukacyjną nauczyciela i skuteczność kierowania procesem edukacyjnym. Cechą stworzonego oprogramowania jest możliwość wykorzystania w procesie edukacyjnym, w celu zapewnienia przejrzystości, dostępności i bezpieczeństwa w klasie. Produkt zawiera podstawowe informacje o wirtualnych narzędziach edukacyjnych, wirtualnych laboratoriach oraz informacje o deweloperze.

Praca została wydrukowana na 64 stronach, korzystając z 41 źródeł i zawiera 31 rysunków.

Abstrakcyjny

Praca poświęcona jest organizacji procesu edukacyjnego. Formułuje problem, wyznacza cele, ujawnia strukturę i działania edukacyjne, a nauczyciele omawiają różne rodzaje narzędzi do tworzenia wirtualnego laboratorium. Szczególną uwagę zwraca się na działalność edukacyjną nauczyciela i efektywność procesu edukacyjnego. Cechą oprogramowania jest możliwość jego wykorzystania w procesie edukacyjnym w celu zapewnienia przejrzystości, dostępności i bezpieczeństwa lekcji. Produkt zawiera podstawowe informacje o wirtualnych pomocach szkoleniowych, wirtualnych laboratoriach, informacje dla programistów.

Praca polega na druku na 64 stranicach, przy wykorzystaniu 41 źródeł, zawiera 31 cyfr.

Streszczenie 4

Wprowadzenie 6

1 Zastosowanie narzędzi wirtualnej nauki 9

1.1 Możliwości ICT w organizacji procesu edukacyjnego z wykorzystaniem wirtualnych laboratoriów. 9

1.2 Wirtualne laboratorium jako narzędzie dydaktyczne 13

1.3 Zasady i wymagania dotyczące rozwoju laboratorium wirtualnego. 17

1.4 Ogólna struktura pakietu oprogramowania „Wirtualne Laboratorium Fizyki”. 18

2 Praktyczne wdrożenie pakietu oprogramowania „Wirtualne Laboratorium Fizyki”. 20

2.1 Wybór narzędzi do stworzenia wirtualnego laboratorium. 20

2.2 Etapy projektowania i struktura programu powłokowego „Wirtualne Laboratorium Fizyki”. 23

2.2.1 Struktura pakietu oprogramowania „Wirtualne Laboratorium Fizyczne”. 23

2.2.2 Struktura wirtualnego laboratorium. 26

2.3 Rozwój pakietu oprogramowania „Wirtualne Laboratorium Fizyczne”. trzydzieści

2.4 Demonstracja stworzonego pakietu oprogramowania „Wirtualne Laboratorium Fizyczne” 31

2.4.1 Opracowanie pakietu oprogramowania do stworzenia wirtualnego laboratorium 31

2.4.2 Wybór elementów z gotowych baz danych do stworzenia wirtualnego laboratorium fizycznego 35

2.4.3 Opis laboratoriów wirtualnych w rozdziale „Zjawiska mechaniczne” ..... 37

2.4.4 Opis laboratoriów wirtualnych w sekcji „Zjawiska termiczne”. 41

2.4.5 Demonstracja możliwości tworzenia pakietu oprogramowania „Wirtualne Laboratorium Fizyki”. 44

2.4.7 Opis sekcji „O Deweloperze”. 55

Wniosek 56

Wykaz używanej literatury. 59

Wstęp

Znaczenie: Tworzenie i rozwój społeczeństwa informacyjnego wiąże się z powszechnym wykorzystaniem technologii informacyjno-komunikacyjnych (ICT) w edukacji, na co wpływa wiele czynników.

Po pierwsze, wprowadzenie technologii informacyjno-komunikacyjnych (ICT) do edukacji znacznie przyspiesza transfer wiedzy oraz zgromadzonego doświadczenia technologicznego i społecznego ludzkości nie tylko z pokolenia na pokolenie, ale także z jednej osoby na drugą.

Po drugie, nowoczesne technologie informacyjno-komunikacyjne, poprawiając jakość szkoleń i edukacji, pozwalają człowiekowi skuteczniej i szybciej dostosowywać się do otoczenia i zachodzących zmian społecznych. Daje to każdemu człowiekowi możliwość zdobycia niezbędnej wiedzy zarówno dziś, jak i w przyszłym społeczeństwie postindustrialnym.

Po trzecie, aktywne i efektywne wdrażanie tych technologii w edukacji jest ważnym czynnikiem w tworzeniu systemu edukacji odpowiadającego wymogom społeczeństwa informacyjnego oraz w procesie reformowania tradycyjnego systemu edukacji w świetle wymagań nowoczesnego społeczeństwa przemysłowego.

Obecnie wiele instytucji edukacyjnych wykorzystuje innowacyjne technologie w środowisku edukacyjnym, w tym wirtualne laboratoria do pracy z fizyki, chemii, biologii, ekologii i innych przedmiotów, gdyż wiele zjawisk i eksperymentów o charakterze edukacyjnym jest bardzo trudnych lub niemożliwych do przeprowadzenia w środowisku edukacyjnym instytucja.

Efektywne wykorzystanie narzędzi interaktywnych w procesie edukacyjnym przyczynia się nie tylko do poprawy jakości edukacji szkolnej, ale także do oszczędzania środków finansowych i tworzenia bezpiecznego, przyjaznego środowisku środowiska.

Fascynujące interaktywne lekcje i prace laboratoryjne możesz realizować z dzieckiem w domu z różnych przedmiotów: fizyki, biologii, chemii, ekologii.

Wirtualne prace laboratoryjne można wykorzystać na zajęciach w trakcie wykładu jako uzupełnienie materiałów wykładowych, realizowanych w pracowni komputerowej za pośrednictwem sieci, z późniejszą analizą osiągnięć studenta.

Zmieniając parametry w interaktywnym laboratorium, użytkownik widzi zmiany w środowisku 3D w wyniku swoich działań.

Obiekt: wykorzystanie technologii ICT w procesie edukacyjnym.

Przedmiot: rozwój wirtualnych laboratoriów do szkolenia przyszłych specjalistów.

Cel pracy: rozwój pakietu oprogramowania „Wirtualne Laboratorium Fizyczne”.

Cele pracy:

analizować literaturę naukową i pedagogiczną dotyczącą rozwoju i wykorzystania narzędzi wirtualnych w procesie edukacyjnym;
wybrać zasady i wymagania dotyczące opracowania pakietu oprogramowania - wirtualnego laboratorium;
przeanalizować i wybrać narzędzie do stworzenia wirtualnego laboratorium fizycznego;
opracować strukturę pakietu oprogramowania „Wirtualne Laboratorium Fizyki”.
opracować pakiet oprogramowania wykorzystując istniejącą bazę danych elementów wirtualnego laboratorium;
przetestuj stworzony pakiet oprogramowania „Wirtualne Laboratorium Fizyczne”.

Metody wykonania pracy: analiza literatury naukowej i pedagogicznej, porównania, algorytmizacja, programowanie.

Metodyczny I praktyczny znaczenie polega na wzbogacaniu materiałów metodycznych wspierających proces edukacyjny, na stworzeniu pakietu oprogramowania „wirtualnego laboratorium fizycznego” do prowadzenia eksperymentów z tego przedmiotu.

Cele i zadania zdeterminowały strukturę pracy.

We wstępie uzasadniono zasadność wyboru tematu, zdefiniowano przedmiot, temat, sformułowano cel i zadania, opisano metodologiczne i praktyczne znaczenie wykonanej pracy oraz scharakteryzowano ogólną strukturę zrealizowanego projektu badawczego.

W pierwszym rozdziale, „Teoretyczne zagadnienia rozwoju wirtualnych narzędzi uczenia się”, omówiono następujące zagadnienia: wykorzystanie technologii informacyjno-komunikacyjnych w procesie edukacyjnym; przedstawia wybór zasad i wymagań dotyczących rozwoju komputerowych narzędzi wirtualnego uczenia się. Rozważane jest zagadnienie procesu wirtualizacji uczenia się, możliwości wirtualnej pracy laboratoryjnej w badaniu procesów i zjawisk trudnych do zbadania w warunkach rzeczywistych.

W rozdziale drugim pt. „Praktyczna implementacja pakietu oprogramowania Wirtualne Laboratorium Fizyczne” przedstawiono: wybór narzędzi do stworzenia pakietu oprogramowania Wirtualne Laboratorium Fizyczne; przeanalizowano istniejące bazy danych gotowych podzespołów i gotowych urządzeń z fizyki, z gotowych baz danych wybrano elementy w celu stworzenia wirtualnego laboratorium z fizyki; opisano proces tworzenia frameworka oprogramowania do tworzenia wirtualnego laboratorium; zaprezentowano materiał demonstrujący możliwości stworzonego pakietu oprogramowania „Wirtualne Laboratorium Fizyki”.

W podsumowaniu zaprezentowano główne wyniki pracy.

Praca składa się ze wstępu, dwóch rozdziałów, zakończenia oraz spisu literatury obejmującego 46 źródeł. Całkowita objętość pracy zawarta jest na 56 stronach, zawiera 25 rycin, 2 tabele.

1 Zastosowanie narzędzi wirtualnej nauki

1.1 Możliwości ICT w organizacji procesu edukacyjnego z wykorzystaniem wirtualnych laboratoriów

Obecnie cele i zadania stojące przed współczesną edukacją zmieniają się – wysiłki przesuwają się z zdobywania wiedzy na rozwijanie kompetencji, a nacisk przesuwa się na kształcenie skoncetrowane na studencie. Niemniej jednak lekcja była i pozostaje głównym elementem procesu edukacyjnego. Aktywność uczniów w dużej mierze koncentruje się na lekcji. O jakości przygotowania uczniów decydują treści nauczania, technologie prowadzenia lekcji, jej orientacja organizacyjna i praktyczna, atmosfera, dlatego w procesie edukacyjnym konieczne jest stosowanie nowych technologii pedagogicznych. Cele stosowania technologii informacyjnych: rozwój osobowości ucznia, przygotowanie do samodzielnej działalności produkcyjnej w społeczeństwie informacyjnym poprzez rozwój konstruktywnego, algorytmicznego myślenia, dzięki osobliwościom komunikacji z komputerem, kreatywne myślenie poprzez zmniejszenie udziału aktywności reprodukcyjnej , kształtowanie kultury informacyjnej, umiejętność przetwarzania informacji (z wykorzystaniem procesorów tabelowych, baz danych); realizacja porządku społecznego wyznaczonego przez informatyzację współczesnego społeczeństwa: - przygotowanie uczniów korzystających z technologii informatycznych do samodzielnej aktywności poznawczej; motywacja procesu edukacyjnego (podnoszenie jakości i efektywności procesu uczenia się poprzez wdrażanie możliwości technologii informatycznych, identyfikowanie i stosowanie zachęt wzmacniających aktywność poznawczą).

Jaki wpływ ma korzystanie z technologii informacyjno-komunikacyjnych na osobę uczącą się? - ICT pomagają zwiększyć zainteresowanie poznawcze tematem; - ICT przyczyniają się do wzrostu osiągnięć uczniów w tym przedmiocie; - ICT pozwalają uczniom wyrazić siebie w nowej roli; - ICT rozwija umiejętności samodzielnej działalności produkcyjnej; - ICT przyczyniają się do stworzenia sytuacji sukcesu dla każdego ucznia.

Wykorzystanie ICT w procesie edukacyjnym daje nauczycielom dodatkowe możliwości dydaktyczne, a mianowicie:

natychmiastowa informacja zwrotna pomiędzy użytkownikiem a narzędziami ICT, co pozwala na interaktywny dialog;

komputerowa wizualizacja informacji edukacyjnej, która polega na wykorzystaniu możliwości współczesnych środków wizualizacji obiektów, procesów, zjawisk (zarówno rzeczywistych, jak i „wirtualnych”), a także ich modeli, przedstawiając je w dynamice rozwoju, w czasie i przestrzeni ruchu, przy zachowaniu możliwości dialogowej komunikacji z programem;

modelowanie komputerowe badanych obiektów, ich zależności, zjawisk, procesów zachodzących zarówno realnie, jak i „wirtualnie”;

automatyzacja procesów obliczeniowych, czynności wyszukiwania informacji, przetwarzania wyników eksperymentu edukacyjnego, zarówno faktycznie zachodzącego, jak i „wirtualnie” prezentowanego na ekranie z możliwością wielokrotnego powtarzania fragmentu lub samego eksperymentu, co pozwala na stwierdzenie wyniki eksperymentów, zmieniać wartości parametrów (na przykład wielkości fizycznych) adekwatnie do warunków eksperymentu, formułować hipotezę eksperymentalną, testować ją, modyfikować badaną sytuację na podstawie wyników eksperymentu, przewidywać wyniki eksperymentu badanie;

przyciąganie różnego rodzaju zajęć mających na celu aktywną pozycję uczniów, którzy uzyskali wystarczający poziom wiedzy z przedmiotu, aby samodzielnie myśleć, argumentować, rozumować, którzy nauczyli się uczyć i samodzielnie zdobywać niezbędne informacje;

automatyzacja procesów zarządzania organizacyjnego działalnością edukacyjną i monitorowanie wyników opanowywania materiałów edukacyjnych: generowanie i rozpowszechnianie materiałów organizacyjnych i metodycznych, pobieranie i przesyłanie ich siecią.

Wirtualizacja uczenia się może być traktowana jako obiektywny proces przechodzenia od edukacji stacjonarnej poprzez edukację na odległość do edukacji wirtualnej, która absorbuje najlepsze właściwości edukacji stacjonarnej, korespondencyjnej, na odległość i innych form edukacji i powinna być adekwatna do rodzącego się rosyjskiego społeczeństwa informacyjnego . Proces ten, podobnie jak proces informatyzacji edukacji, jest obiektywny, naturalny i uwarunkowany szeregiem czynników:

szybki rozwój systemów telekomunikacyjnych i informatycznych otwiera nowe możliwości dydaktyczne w zakresie doskonalenia samego systemu edukacji;
potrzeby wewnętrzne samego systemu edukacji, związane z zapewnieniem szerokiemu kręgowi społeczeństwa dostępu do wysokiej jakości, niedrogiej, mobilnej edukacji podstawowej.

Z punktu widzenia pedagogiki jako nauki można uznać, że proces wirtualnego uczenia się zachodzi w systemie pedagogicznym, którego elementami są cele, treści, uczeń, nauczyciel oraz podsystem technologiczny wirtualnego uczenia się. Jest to celowy, zorganizowany proces interakcji uczniów (uczniów) z nauczycielami (nauczycielami), między sobą oraz z pomocami dydaktycznymi, nie mający decydującego znaczenia dla ich umiejscowienia w przestrzeni i czasie. Cała ta struktura opiera się na ramach materialnych, technicznych i regulacyjnych.

Kształtowanie treści edukacji wirtualnej, podobnie jak w tradycyjnym systemie edukacji, opiera się na wybranej teorii organizacji treści edukacji i uwzględnieniu odpowiednich zasad.

Środowisko metodologiczne charakteryzuje się aktywnymi metodami uczenia się i metodą projektu. Rzeczywiście, wirtualne uczenie się jest najbardziej podatne na takie innowacyjne metody, jak aktywne metody uczenia się (burza mózgów, gry biznesowe, studia przypadków, metody projektowe itp.).

Wirtualny uczeń jest słusznie główną postacią w wirtualnym procesie edukacyjnym, ponieważ jest głównym „klientem i klientem” wirtualnego systemu edukacji. Możemy wyróżnić główne różnice i zalety wirtualnego ucznia, które skupiają się w następujących sformułowaniach: „edukacja bez granic”, „edukacja przez całe życie”, „edukacja niższym kosztem”. Z drugiej strony na wirtualnego ucznia nakładane są specyficzne wymagania w postaci wyjątkowej motywacji, dyscypliny, umiejętności obsługi komputera i sprzętu komunikacyjnego itp. .

Jest oczywiste, że wraz z wirtualnym nauczaniem z całą ostrością pojawiają się problemy edukacyjne i waliologiczne.

Wirtualny nauczyciel to także osoba, która pracuje albo poprzez bezpośredni kontakt, albo pośrednio za pomocą środków telekomunikacyjnych, a dodatkowo może to być także „nauczyciel-robot” w postaci np. płyty CD-ROM.

Główną funkcją wirtualnego nauczyciela jest zarządzanie procesami szkolenia, edukacji, rozwoju, innymi słowy pełnienie funkcji menedżera pedagogicznego. Podczas wirtualnej nauki musi pełnić następujące role: koordynatora, konsultanta, edukatora itp.

Wirtualizacja środowisk edukacyjnych zapewnia nowe, niezbadane, najprawdopodobniej nienamacalne i obecnie nieuznane możliwości edukacji. Naszym zdaniem uzasadnione naukowo wykorzystanie elementów technologicznego systemu wirtualnego uczenia się nie doprowadzi do restrukturyzacji, a nie do radykalnej poprawy, ale do stworzenia zasadniczo nowego systemu edukacji.

1.2 Wirtualne laboratorium jako narzędzie dydaktyczne

Wykorzystanie nowoczesnych technologii informatycznych w edukacji nie jest już innowacją, ale współczesną rzeczywistością dla całego cywilizowanego świata. Obecnie ICT mocno wkroczyły w sferę edukacyjną. Pozwalają zmienić jakość procesu edukacyjnego, sprawić, że lekcja będzie nowoczesna, ciekawa i efektywna.

Media wirtualne to środki lub narzędzia do nauki w klasie. Edukacja wirtualna wprowadza także element etyczny – technologia komputerowa nigdy nie zastąpi kontaktu między uczniami. Może jedynie wspierać potencjał ich wspólnego poszukiwania nowych zasobów i nadaje się do wykorzystania w różnych sytuacjach edukacyjnych, w których uczniowie podczas studiowania przedmiotu uczestniczą w dialogu z rówieśnikami i nauczycielami na temat studiowanego materiału.

Technologie wirtualne to sposób przygotowywania informacji, w tym wizualnej, wieloprogramowania różnych sytuacji.

Prowadząc lekcję za pomocą środków wirtualnych, przestrzegana jest podstawowa zasada dydaktyki – widzialność, która zapewnia uczniom optymalne przyswojenie materiału, zwiększa percepcję emocjonalną i rozwija u uczniów wszystkie typy myślenia.

Wirtualne narzędzia edukacyjne są jednymi z najnowocześniejszych narzędzi wykorzystywanych do nauczania w klasie.

Wirtualna prezentacja pracy laboratoryjnej to seria jasnych, zapadających w pamięć obrazów, ruchu - wszystko to pozwala zobaczyć to, co trudno sobie wyobrazić, obserwować trwające zjawisko, doświadczenie. Taka lekcja pozwala na otrzymanie informacji w kilku formach jednocześnie, dzięki czemu nauczyciel ma możliwość wzmocnienia oddziaływania emocjonalnego na ucznia. Jedną z oczywistych zalet takiej lekcji jest zwiększona widoczność. Przypomnijmy słynne zdanie K.D. Ushinsky: „Natura dzieci wyraźnie wymaga przejrzystości. Naucz dziecko pięciu nieznanych mu słów, a będzie przez nie cierpieć długo i na próżno; Ale połącz dwadzieścia z tych słów z obrazkami - a dziecko nauczy się ich na bieżąco. Wyjaśniasz dziecku bardzo prostą myśl, a ono cię nie rozumie; tłumaczysz skomplikowany obraz temu samemu dziecku, a ono szybko Cię rozumie... Jeśli jesteś w klasie, z której trudno wydobyć słowo (a nie szukamy takich zajęć), zacznij pokazywać obrazki , a klasa zacznie mówić, a co najważniejsze, będą rozmawiać

bezpłatny..."

Ustalono także eksperymentalnie, że podczas ustnej prezentacji materiału uczeń postrzega i jest w stanie przetworzyć w ciągu minuty do 1 tys. konwencjonalnych jednostek informacji, a przy połączonych narządach wzrokowych – do 100 tys. takich jednostek.

Korzystanie z narzędzi wirtualnych w klasie jest potężnym bodźcem do nauki. Jednym z wirtualnych narzędzi są wirtualne laboratoria, które odgrywają dużą rolę w procesie edukacyjnym. Nie zastępują podręczników dla nauczyciela i fizyki, ale stwarzają nowoczesne, nowe możliwości opanowania materiału: zwiększa się widoczność, poszerzają się możliwości demonstracji eksperymentów trudnych lub niemożliwych do przeprowadzenia w placówce edukacyjnej.

Wirtualne laboratorium to interaktywny moduł oprogramowania zaprojektowany w celu realizacji przejścia od funkcji informacyjno-ilustracyjnej źródeł cyfrowych do funkcji instrumentalno-aktywnej i wyszukiwania, co sprzyja rozwojowi krytycznego myślenia, rozwojowi umiejętności i zdolności w praktycznym wykorzystaniu otrzymane informacje.

Klasyfikacja prac laboratoryjnych, która opiera się na podejściu do stosowania:

wysoka jakość- zjawisko lub doświadczenie, zwykle trudne lub niemożliwe do zrealizowania w placówce edukacyjnej, zostaje odtworzone na ekranie pod kontrolą użytkownika;

półilościowe- w wirtualnym laboratorium symulowane jest doświadczenie, a realistyczna zmiana indywidualnych cech (na przykład położenie suwaka reostatu w obwodzie elektrycznym) powoduje zmiany w działaniu instalacji, obwodu, urządzenia;

ilościowy(parametryczny) - w modelu numerycznie określone parametry zmieniają zależne od nich charakterystyki lub symulują zjawiska.

W projekcie planuje się stworzenie wszystkich trzech rodzajów prac, jednak główny nacisk zostanie położony na realistyczną, półilościową pracę laboratoryjną, która zapewni wysoką efektywność pedagogiczną ich wykorzystania. Istotną cechą proponowanego podejścia jest możliwość ćwiczenia umiejętności eksperymentalnych w realistycznych modelach półilościowych. Dodatkowo wdrażają zmienność w przeprowadzaniu eksperymentów i uzyskiwanych wartościach, co zwiększa efektywność wykorzystania warsztatu podczas pracy sieciowej na zajęciach komputerowych.

Cechą charakterystyczną planowanego rozwoju powinien być wysoki realizm eksperymentów w wirtualnych laboratoriach, dokładność odwzorowania praw fizycznych świata oraz istoty eksperymentów i zjawisk, a także wyjątkowo wysoka interaktywność. W odróżnieniu od realizowanej wirtualnej pracy laboratoryjnej, w której umiejętności i zdolności niewykorzystywane są w pracy rzeczywistej, przy tworzeniu realistycznych modeli półilościowych nacisk zostanie położony na rozwijanie umiejętności pracy eksperymentalnej, co jest istotne i właściwe. Dodatkowo w takiej pracy zostanie zrealizowana duża zmienność w prowadzeniu eksperymentów i uzyskiwanych wartości, co zwiększy efektywność wykorzystania warsztatu laboratoryjnego podczas pracy sieciowej na zajęciach komputerowych.

Badanie modelu półilościowego (z ukrytą podstawą matematyczną) jest zadaniem nietrywialnym, wymagającym różnorodnych umiejętności: planowania eksperymentu, stawiania lub wybierania najbardziej uzasadnionych hipotez dotyczących związku zjawisk, właściwości, parametrów, wyciąganie wniosków na podstawie danych eksperymentalnych, formułowanie problemów. Szczególnie ważna i właściwa jest umiejętność wskazania granic (obszaru, warunków) stosowalności modeli naukowych, w tym badanie, które aspekty rzeczywistego zjawiska model komputerowy z powodzeniem odwzorowuje, a które wykraczają poza granice tego, co jest modelowane.

Wykorzystanie zajęć w wirtualnym laboratorium w stosunku do rzeczywistych może mieć różny charakter:

demonstracja (przed prawdziwą pracą) użycia: pokaż od przodu, z dużego ekranu monitora lub za pośrednictwem projektora multimedialnego, sekwencję czynności prawdziwej pracy; Preferowane są realistyczne modele jakościowe i półilościowe;
zastosowanie uogólniające (po prawdziwej pracy): tryb frontalny (demonstracja, wyjaśnianie pytań, formułowanie wniosków i utrwalenie tego, co zostało omówione) lub indywidualny (matematyczna strona eksperymentów, analiza wykresów i wartości cyfrowych, badanie modelu jako sposobu preferowane są modele ilościowe i parametryczne).
zastosowanie eksperymentalne (zamiast prawdziwej pracy): samodzielne (w małych grupach) wykonywanie zadań w wirtualnym laboratorium bez wykonywania prawdziwej pracy, eksperyment komputerowy. Można to wykonać zarówno z realistycznymi, półilościowymi modelami 3D, jak i parametrycznymi.

Oczekiwane rezultaty wdrożenia wirtualnego laboratorium jako wirtualnego narzędzia uczenia się:

tworzenie i realizacja warsztatów o wysokim realizmie i ukrytej podstawie matematycznej, która jest przedmiotem badań studenckich, stanie się jednym z fundamentów rozwoju krytycznego myślenia i samodzielności;
wzrost efektywności kształcenia praktycznego zostanie osiągnięty poprzez optymalne połączenie pracy realnej i wirtualnej;
Przewiduje się, że nastąpi wzrost zainteresowania procesem uczenia się wśród grup uczniów, którzy nie radzą sobie dobrze w konwencjonalnym systemie nauczania.

1.3 Zasady i wymagania dotyczące rozwoju laboratorium wirtualnego

Ponieważ podczas wykonywania pracy laboratoryjnej ogromną część czasu poświęca się na zrozumienie, jak pracować z instalacją, pobierając wirtualne laboratorium, student ma możliwość wcześniejszego przygotowania się, opanowując sprzęt i przestudiowając jego działanie w różnych trybach. Otrzymuje możliwość sprawdzenia swojej wiedzy w praktyce, monitorowania zachodzących działań i analizowania rezultatów wykonanej pracy.

Zastosowanie technologii wirtualnego szkolenia umożliwia całkowite odtworzenie interfejsu rzeczywistego urządzenia w postaci wirtualnego modelu, z zachowaniem całej jego funkcjonalności. Student uruchamia na swoim komputerze wirtualne laboratorium, co pozwala na znaczną oszczędność czasu na zajęciach praktycznych. Ponadto przy opracowywaniu emulatora wykorzystywane są modele urządzeń, które działają na tych samych zasadach, co rzeczywiste. Ich parametry i zasadę działania można łatwo zmieniać, obserwując, jak przekłada się to na wyniki pomiarów. Dzięki wykorzystaniu wirtualnych laboratoriów otrzymujemy wysokiej jakości szkolenia dla studentów w zakresie wykonywania prac laboratoryjnych i pracy ze sprzętem, co umożliwia studentom pogłębione badanie zjawisk fizycznych i wizualną reprezentację prowadzonej pracy.

Pakiet oprogramowania „Wirtualne Laboratorium Fizyki” musi spełniać szereg wymagań:

Minimalne wymagania systemowe, które pozwolą na uruchomienie produktu na dowolnym komputerze osobistym. Należy zaznaczyć, że nie wszystkie placówki edukacyjne mogą sobie pozwolić na komputery najnowszej generacji.
Prostota i dostępność użytkowania. Pakiet oprogramowania przeznaczony jest dla uczniów szkół gimnazjalnych (klasy 8 – 9), dlatego należy kierować się indywidualnymi cechami psychologicznymi rozwoju uczniów.
Każde wirtualne laboratorium powinno zawierać opis i instrukcję realizacji, która pozwoli studentom bez większego wysiłku poradzić sobie z pracą.
Wirtualne laboratoria są uzupełniane w miarę opanowania materiału edukacyjnego.
Widoczność wykonania pracy, która pozwala na obserwację zachodzących działań. Zmieniając niektóre parametry systemu, uczeń widzi, jak zmieniają się inne.

Ogólna struktura pakietu oprogramowania „Wirtualne Laboratorium Fizyki”.

Do wdrożenia pakietu oprogramowania „Wirtualne Laboratorium Fizyki” zdecydowano się zastosować cztery główne bloki:

Wirtualne laboratoria.
Wytyczne.
O deweloperze.

Pierwszy blok, „Informacje o laboratorium wirtualnym”, będzie zawierał podstawowe informacje na temat korzyści, zasad i pożądanych wyników laboratoriów wirtualnych. Podane zostaną także cechy wyróżniające dzieła wirtualne w stosunku do dzieł rzeczywistych.

Planuje się, że drugi blok „Wirtualne Laboratoria” zostanie podzielony na kilka podbloków, zgodnie z sekcjami fizyki. Podział ten pozwoli uczniowi szybko i łatwo znaleźć potrzebną mu pracę i przystąpić do jej wykonywania oraz znacząco zaoszczędzić czas. Jednostka będzie obejmowała zadania z zakresu montażu obwodu elektrycznego oraz prace nad zjawiskami termicznymi i mechanicznymi.

Trzeci blok „Zalecenia metodyczne” będzie stanowił opis i przebieg prac wirtualnego laboratorium, a także krótką instrukcję ich realizacji. W tej sekcji konieczne będzie także wskazanie kategorii wiekowej, dla której przeznaczony jest tworzony pakiet oprogramowania. Dzięki temu student, który do tej pory nie miał pojęcia o wirtualnych laboratoriach, może łatwo i szybko przystąpić do ich uzupełniania.

2 Praktyczne wdrożenie pakietu oprogramowania „Wirtualne Laboratorium Fizyczne”

Wybór narzędzi do stworzenia wirtualnego laboratorium

Na podstawie analizy ogólnej struktury wirtualnego laboratorium, zasad i wymagań uważamy, że modelem realizacji projektu powinna być osobista witryna internetowa zlokalizowana na jednym komputerze, do której dostęp zapewnia się za pomocą przeglądarki.

My, jako twórcy stron internetowych, stanęliśmy przed pytaniem, jakie narzędzia mogłyby szybko i sprawnie wykonać to zadanie. Obecnie istnieją dwa typy edytorów tworzących strony internetowe. Są to edytory współpracujące bezpośrednio z edytorami kodu i wizualnymi. Obie technologie mają zalety i wady. Tworząc strony internetowe za pomocą edytorów kodu, programista musi znać język HTML. Praca w edytorze wizualnym jest dość prosta i przypomina proces tworzenia dokumentu w programie Microsoft Word.

Przyjrzyjmy się niektórym istniejącym obecnie edytorom internetowym.

Najprostszym narzędziem do tworzenia stron internetowych jest aplikacja Notatnik, jednak korzystanie z Notatnika wymaga znajomości języka Hypertext Markup Language (HTML) i dobrego zrozumienia struktury stron internetowych. Pożądana jest profesjonalna wiedza, która przy tak skromnych środkach pozwala na tworzenie stron internetowych w technologiach Active X i Flash.

Ci, którzy wolą ręcznie wpisywać kod HTML, ale brakuje im funkcjonalności Notatnika i podobnych programów, wybierają program o nazwie TextPad. W rzeczywistości program ten jest bardzo podobny do Notatnika, ale programiści specjalnie zapewnili pewne udogodnienia w celu pisania kodu HTML (a także Java, C, C++, Perl i niektórych innych języków). Wyraża się to tym, że podczas pisania dokumentu HTML wszystkie znaczniki są automatycznie podświetlane na niebiesko, ich atrybuty na ciemnoniebieski, a wartości atrybutów na zielono (kolory można dowolnie dostosowywać, podobnie jak czcionkę). Funkcja podświetlania jest przydatna, ponieważ w przypadku przypadkowego błędu w nazwie tagu lub jego atrybucie, program natychmiast to zgłasza.

Edytorów wizualnych można także używać do tworzenia zasobów sieciowych. Mówimy o tak zwanych edytorach WYSIWYG. Nazwa pochodzi od zdania „What You See Is What You Get” – dostajesz to, co widzisz. Edytory WYSIWYG umożliwiają tworzenie witryn i stron internetowych nawet dla użytkowników niezaznajomionych z hipertekstowym językiem znaczników (HTML).

Macromedia Dreamweaver to profesjonalny edytor HTML służący do wizualnego tworzenia i zarządzania stronami internetowymi o różnym stopniu złożoności i stronami internetowymi. Dreamweaver zawiera wiele narzędzi i narzędzi do edycji i tworzenia profesjonalnej strony internetowej: HTML, CSS, javascript, debugger javascript, edytory kodu (przeglądarka kodu i inspektor kodu), które umożliwiają edycję dokumentów JavaScript, XML i innych dokumentów tekstowych obsługiwanych w programie Dreamweaver . Technologia Roundtrip HTML importuje dokumenty HTML bez ponownego formatowania kodu i umożliwia skonfigurowanie programu Dreamweaver w celu „oczyszczenia” i ponownego sformatowania kodu HTML zgodnie z życzeniem programisty.

Możliwości edycji wizualnej programu Dreamweaver umożliwiają także szybkie tworzenie lub przeprojektowywanie projektu bez konieczności pisania kodu. Możliwe jest przeglądanie wszystkich scentralizowanych elementów i „przeciąganie” ich z wygodnego panelu bezpośrednio do dokumentu. Możesz samodzielnie skonfigurować wszystkie funkcje programu Dreamweaver, korzystając z niezbędnej literatury.

Do stworzenia wirtualnego laboratorium wykorzystaliśmy środowisko FrontPage. Według niektórych źródeł w światowym Internecie aż 50 procent wszystkich stron i witryn sieci Web, w tym dużych projektów, jest tworzonych przy użyciu programu Microsoft FrontPage. A w WNP jest całkiem możliwe, że liczba ta osiągnie 80-90 procent.

Przewaga FrontPage nad innymi edytorami jest oczywista:

FrontPage ma silne wsparcie internetowe. Istnieje wiele witryn sieci Web, grup dyskusyjnych i konferencji skierowanych do użytkowników programu FrontPage. Istnieje również wiele płatnych i bezpłatnych wtyczek do FrontPage, które rozszerzają jego możliwości. Na przykład najlepsze obecnie optymalizatory grafiki, Ulead SmartSaver i Ulead SmartSaver Pro firmy Ulead, są wbudowane we wtyczki nie tylko w programie Photoshop, ale także w programie FrontPage. Ponadto istnieje cała branża firm opracowujących i udostępniających motywy dla FrontPage;
Interfejs FrontPage jest bardzo podobny do interfejsu programów wchodzących w skład pakietu Microsoft Office, co ułatwia naukę. Dodatkowo istnieje pełna integracja pomiędzy programami wchodzącymi w skład pakietu Microsoft Office, co pozwala na wykorzystanie w FrontPage informacji utworzonych w innych aplikacjach.

Dzięki programowi FrontPage strony internetowe mogą tworzyć nie tylko profesjonalni programiści, ale także użytkownicy, którzy chcą mieć witrynę internetową do celów osobistych, ponieważ nie ma potrzeby programowania w kodach HTML i znajomości edytorów HTML, uważa większość autorów.

Główną skargą programistów tworzących strony internetowe przy użyciu kodu HTML na FrontPage jest to, że w niektórych przypadkach domyślnie zapisuje on nadmiarowy kod. W przypadku małych witryn internetowych nie jest to krytyczne. Ponadto FrontPage umożliwia programiście pracę z kodem HTML.

Etapy projektowania i struktura programu powłoki „Wirtualne Laboratorium Fizyki”.

Projektowanie to jeden z najważniejszych i najtrudniejszych etapów rozwoju, od którego zależy efektywność dalszej pracy i efekt końcowy.

Ogromnym bodźcem w rozwoju projektowania pedagogicznego było upowszechnienie technologii komputerowej. Wraz z pojawieniem się edukacji, metody nauczania zaczęły się zmieniać w kierunku jego technologizacji. Pojawiły się technologie informacyjne dla edukacji.

Projektowanie pedagogiczne to działalność mająca na celu opracowywanie i wdrażanie projektów edukacyjnych, rozumianych jako sformalizowane zespoły innowacyjnych pomysłów w edukacji, w ruchu społecznym i pedagogicznym, w systemach i instytucjach edukacyjnych, w technologiach pedagogicznych (Bezrukova V.S.).

Projektowanie systemów, procesów czy sytuacji pedagogicznych to złożone, wieloetapowe działanie. Realizuje się to w formie szeregu kolejno następujących po sobie etapów, przybliżających rozwój nadchodzącego działania od ogólnej idei do precyzyjnie opisanych konkretnych działań.

2.2.1 Struktura pakietu oprogramowania „Wirtualne Laboratorium Fizyczne”

Projektowanie programu „Wirtualne Laboratorium Fizyczne” przebiegało w następujących etapach:

świadomość potrzeby stworzenia produktu;
rozwój programu „Wirtualne Laboratorium Fizyczne”;
analiza systemu kontroli z wykorzystaniem technologii teleinformatycznych;
dobór laboratoriów zjawisk termicznych i mechanicznych z gotowych baz oraz utworzenie laboratorium montażu obwodów elektrycznych;
krótki opis możliwości technologicznych każdego laboratorium wirtualnego, jego przeznaczenia, zasad postępowania, kolejności wykonania;
opracowanie metodyki wykorzystania programu „Wirtualne Laboratorium Fizyczne”.

Na podstawie rozpatrywanych etapów opracowano strukturę kompleksu oprogramowania „Wirtualne Laboratorium Fizyki” (rysunek 1).

Rysunek 1 - Struktura pakietu oprogramowania

„Laboratorium Fizyki Wirtualnej”

Struktura programu powłoki obejmuje rdzeń do zarządzania programem „Wirtualne Laboratorium Fizyki”. Rdzeniem sterowania jest strona startowa programu. Blok przeznaczony jest do poruszania się po opracowanym programie do wybierania i demonstrowania wirtualnych laboratoriów oraz umożliwia przejście do dowolnego z pozostałych bloków. Zapewnia szybki dostęp do następujących sekcji:

„Informacja o laboratorium wirtualnym”;
„Laboratoria wirtualne”;
„O deweloperze”;

W dziale „Informacje o wirtualnym laboratorium” zawarto aspekty teoretyczne, które pomagają zrozumieć rolę wirtualnych narzędzi edukacyjnych w procesie edukacyjnym.

Dział „Wirtualne laboratoria” obejmuje samą pracę laboratorium w dwóch obszarach: zjawisk termicznych i mechanicznych, a także podrozdział „Montaż obwodu elektrycznego”. Zjawiska termiczne i mechaniczne obejmują najbardziej podstawowe i znaczące prace laboratoryjne, a montaż obwodu elektrycznego pozwala na złożenie obwodu zgodnie z instrukcjami i prawami fizyki.

W dziale „O deweloperze” znajdują się podstawowe informacje o autorze i oczekiwanych efektach wprowadzenia programu powłoki do współczesnego procesu edukacyjnego.

2.2.2 Struktura wirtualnego laboratorium

Serwis zawiera 13 stron i, biorąc pod uwagę inne dostępne dokumenty, zawiera łącznie 107 plików.

Lista stron utworzonej witryny internetowej pokazana jest na rysunku 2.

Rysunek 2 - Lista stron utworzonej witryny.

Folder obrazów zawiera obrazy użyte podczas opracowywania pakietu oprogramowania (rysunek 3).

Rysunek 3 – Wykorzystane obrazy

Folder js zawiera zestaw kodów niezbędnych do działania pakietu oprogramowania (rysunek 4). Przykładowo plik data.js zawiera kod definiujący okno z zadaniami montażu obwodu elektrycznego.

Rysunek 4 - Elementy folderu js

Rysunek 5 przedstawia strukturę wirtualnego laboratorium fizycznego według sekcji.

Rysunek 5 - Struktura wirtualnego laboratorium według działów fizyki

Każda strona węzła na tym diagramie jest oznaczona prostokątem. Linie łączące te prostokąty symbolizują wzajemne podporządkowanie stron.

Poniżej znajduje się opis głównych bloków wirtualnego laboratorium.

Jądro do zarządzania programem powłoki „Wirtualne Laboratorium Fizyki” zaprezentowano na stronie Index.html. Jest zbudowany tak, aby użytkownik mógł za jego pomocą przejść do wszystkich pozostałych bloków programu. Inaczej mówiąc, rdzeń kontrolny zapewnia dostęp do pomocy informacyjnej, dostęp do prowadzenia i demonstrowania wirtualnych prac laboratoryjnych, dostęp do informacji o autorze i oczekiwanych wynikach prac rozwojowych. Przy opracowywaniu rdzenia sterującego programu Wirtualne Laboratorium Fizyki wykorzystano także ramki, ustawienia tła i formatowanie tekstu.

Blok informacyjny programu powłoki „Wirtualne Laboratorium Fizyki” jest reprezentowany przez stronę Info.html. Blok ma na celu przedstawienie krótkiej ogólnej informacji na temat wirtualnego laboratorium, jego roli we współczesnej edukacji, a także wskazanie głównych zalet.

Rozwój pakietu oprogramowania „Wirtualne Laboratorium Fizyczne”

Rozwój pakietu oprogramowania „Wirtualne Laboratorium Fizyki” rozpoczyna się od stworzenia strony internetowej, której struktura opiera się na omówionych wcześniej blokach (rysunek 3). Rysunek 6 przedstawia strukturę pakietu oprogramowania „Wirtualne Laboratorium Fizyki”. Każda strona węzła na tym diagramie jest oznaczona prostokątem. Linie łączące te prostokąty symbolizują wzajemne podporządkowanie stron.

Rysunek 6 – Struktura pakietu oprogramowania

„Wirtualne laboratorium fizyczne”.

Rdzeń zarządzania pakietem oprogramowania jest prezentowany na stronie Index.htm. Jest zbudowany tak, aby użytkownik mógł za jego pomocą przejść do wszystkich pozostałych bloków pakietu oprogramowania. Inaczej mówiąc, rdzeń kontrolny zapewnia dostęp do informacji o programie, dostęp do prac wirtualnych, dostęp do zaleceń metodologicznych, a także dostęp do informacji o twórcy pakietu oprogramowania „Wirtualne Laboratorium Fizyki”.

Podczas opracowywania rdzenia sterującego pakietu oprogramowania Virtual Physics Laboratory wykorzystano także ramki, ustawienia tła i formatowanie tekstu.

Schemat komunikacji pomiędzy stronami konfiguruje się za pomocą przycisków i hiperłączy. Hiperłącza umożliwiają szybkie przejście do żądanej strony, a także organizują połączenie między stronami witryny internetowej, co decyduje o jej integralności. Rysunek 7 przedstawia drzewo hiperłączy. To ujawnienie gałęzi w schemacie hiperłączy pozwala wizualnie modelować logikę działania węzła bez otwierania samych stron internetowych.

Rysunek 7 - Schemat hiperłączy węzłów

Demonstracja stworzonego pakietu oprogramowania „Wirtualne Laboratorium Fizyki”

2.4.1 Opracowanie pakietu oprogramowania do stworzenia wirtualnego laboratorium

Rozwój pakietu oprogramowania do tworzenia wirtualnego laboratorium przebiegał w następujących etapach:

analiza wirtualnych laboratoriów w systemie szkoleń i świadomość konieczności stworzenia produktu;
opracowanie programu powłoki „Laboratorium Fizyki Wirtualnej”;
opracowanie programu wirtualnego laboratorium;
krótki opis możliwości technologicznych laboratorium i ich przeznaczenia;
opis możliwości dydaktycznych laboratoriów wirtualnych z fizyki;
opracowanie metodologii wykorzystania programu powłokowego „Wirtualne Laboratorium Fizyki”.

Strona startowa programu powłoki wirtualnego laboratorium pokazana jest na rysunku 8. Za jego pomocą użytkownik może przejść do dowolnej z przedstawionych sekcji.

Rysunek 8 – Strona startowa

Pakiet oprogramowania, o którym mowa, ma cztery przyciski nawigacyjne:

informacje o wirtualnym laboratorium;
wirtualne laboratoria;
wytyczne;
o deweloperze.

Informacje o wirtualnym laboratorium.

Sekcja „Informacje o wirtualnym laboratorium” zawiera główne aspekty teoretyczne, mówi o głównych zaletach wirtualnego laboratorium, pożądanych rezultatach wdrożenia rozwoju i została przedstawiona na rysunku 9.

Rysunek 9 – Informacje o wirtualnym laboratorium

W części „Informacje o wirtualnym laboratorium” omówiono zalety fizyki wizualnej, a mianowicie możliwość ukazania zjawisk fizycznych z szerszej perspektywy i ich wszechstronnego badania. Każda praca obejmuje dużą ilość materiałów edukacyjnych, w tym z różnych działów fizyki. Daje to szerokie możliwości utrwalenia powiązań interdyscyplinarnych, uogólnienia i usystematyzowania wiedzy teoretycznej.

Interaktywną pracę z fizyki należy realizować na lekcjach w formie warsztatów podczas wyjaśniania nowego materiału lub kończenia nauki określonego tematu. Inną możliwością jest praca poza godzinami zajęć lekcyjnych, w ramach zajęć fakultatywnych, indywidualnych. Fizyka wirtualna to nowy, unikalny kierunek w systemie edukacji. Nie jest tajemnicą, że 90% informacji dociera do naszego mózgu poprzez nerw wzrokowy. I nic dziwnego, że dopóki człowiek nie przekona się sam, nie będzie w stanie jasno zrozumieć natury niektórych zjawisk fizycznych. Dlatego proces uczenia się musi być wspierany materiałami wizualnymi. I to jest po prostu cudowne, gdy można nie tylko zobaczyć statyczny obraz przedstawiający dowolne zjawisko fizyczne, ale także przyjrzeć się temu zjawisku w ruchu.

Sekcja „Wirtualne laboratoria” zawiera trzy główne podsekcje: obwód elektryczny, zjawiska mechaniczne i termiczne, z których każdy bezpośrednio obejmuje same wirtualne laboratoria. Sekcję tę przedstawiono na rysunku 10.

Rysunek 10 – Wirtualne laboratoria

Podrozdział „Obwody elektryczne” zawiera trzy zadania, których celem jest złożenie obwodu elektrycznego zgodnie z przedstawionymi opisami pracy.

Zjawiska mechaniczne i termiczne obejmują cztery laboratoria, z których każde obejmuje dużą ilość wiedzy.

2.4.2 Wybór elementów z gotowych baz danych w celu stworzenia wirtualnego laboratorium fizycznego

Obecnie istnieje wiele gotowych elementów wirtualnych laboratoriów fizycznych, począwszy od najprostszych, po instalacje o poważniejszym charakterze. Po rozważeniu różnych źródeł i stron internetowych zdecydowano się wykorzystać materiał ze strony laboratoriów wirtualnych - http://www.virtulab.net, gdyż to właśnie tutaj nie tylko materiał jest pełniej i oryginalniej zaprezentowany, ale także laboratoria zarówno z fizyki, jak i innych przedmiotów. Oznacza to, że chciałbym zauważyć, że ta strona obejmuje ogromny obszar wiedzy i materiałów.

Każda praca zawiera dużą ilość materiału edukacyjnego. Daje to szerokie możliwości utrwalenia powiązań interdyscyplinarnych, uogólnienia i usystematyzowania wiedzy teoretycznej.

Fizyka wirtualna to nowy, unikalny kierunek w systemie edukacji. Nie jest tajemnicą, że 90% informacji dociera do naszego mózgu poprzez nerw wzrokowy. I nic dziwnego, że dopóki człowiek nie przekona się sam, nie będzie w stanie jasno zrozumieć natury niektórych zjawisk fizycznych. Dlatego proces uczenia się musi być wspierany materiałami wizualnymi. I to jest po prostu cudowne, gdy można nie tylko zobaczyć statyczny obraz przedstawiający dowolne zjawisko fizyczne, ale także przyjrzeć się temu zjawisku w ruchu.

Chcesz na przykład wyjaśnić mechanikę? Proszę o animacje pokazujące drugą zasadę Newtona, zasadę zachowania pędu przy zderzeniu ciał, ruch ciał po okręgu pod wpływem grawitacji i sprężystości, itp.

Po zapoznaniu się i analizie materiału znajdującego się na stronie www. Virtulab.net do stworzenia programu powłoki zdecydowano się na dwa główne aspekty fizyki: zjawiska termiczne i mechaniczne.

Wirtualne laboratorium „Obwody elektryczne” obejmuje następujące zadania:

zmontować obwód z połączeniem równoległym;
zmontować obwód z połączeniem szeregowym;
złożyć obwód z urządzeniami.

Wirtualne laboratorium „Zjawiska Termiczne” obejmuje następujące prace laboratoryjne:

badanie idealnego silnika cieplnego Carnota;
wyznaczanie ciepła właściwego topnienia lodu;
praca silnika czterosuwowego, animacja cyklu Otto;
porównanie molowych pojemności cieplnych metali.

Wirtualne laboratorium „Zjawiska Mechaniczne” obejmuje następujące prace laboratoryjne:

broń dalekiego zasięgu;
badanie drugiego prawa Newtona;
badanie prawa zachowania pędu podczas zderzeń ciał;

badanie drgań swobodnych i wymuszonych.

2.4.3 Opis laboratoriów wirtualnych w dziale „Zjawiska mechaniczne”.

Praca laboratoryjna nr 1 „Działo dalekiego zasięgu”. Pracę wirtualnego laboratorium „Long-Range Gun” przedstawiono na rysunku 11. Po ustaleniu danych początkowych pistoletu symulujemy strzał i przeciągając kursorem pionową czerwoną linię wyznaczamy wartość prędkości przy wybrany punkt trajektorii.

Rysunek 11 – Wirtualne laboratorium

„Działo dalekiego zasięgu”

W oknie danych źródłowych ustawiana jest początkowa prędkość odlotu pocisku oraz kąt względem horyzontu, po czym możemy przystąpić do oddawania strzału i analizować wynik.

Praca laboratoryjna nr 2 „Badanie drugiego prawa Newtona”. Wirtualną pracę laboratoryjną „Badanie drugiego prawa Newtona” przedstawiono na rysunku 12. Celem tej pracy jest pokazanie podstawowego prawa Newtona, które mówi, że przyspieszenie nabyte przez ciało w wyniku uderzenia w nie jest wprost proporcjonalne do siła lub siły wypadkowe tego uderzenia i odwrotnie proporcjonalna do masy ciała.

Rysunek 13 – Wirtualne laboratorium

„Odkrywanie drugiego prawa Newtona”

Wykonując tę pracę laboratoryjną, zmieniając parametry (wysokość przeciwwagi, ciężar ładunków), obserwujemy zmianę przyspieszenia, jakie uzyskuje ciało.

Praca laboratoryjna nr 3 „Badanie drgań własnych i wymuszonych”. Wirtualną pracę laboratoryjną „Badanie drgań własnych i wymuszonych” przedstawiono na rysunku 14. W pracy tej badane są drgania ciał pod wpływem zewnętrznych okresowo zmieniających się sił.

Rysunek 14 – Wirtualne laboratorium

„Badanie drgań swobodnych i wymuszonych”

W zależności od tego, co chcemy uzyskać, amplitudę układu oscylacyjnego czy charakterystykę amplitudowo-częstotliwościową, wybierając jeden z parametrów i ustawiając wszystkie parametry układu, możemy przystąpić do pracy.

Praca laboratoryjna nr 4 „Badanie prawa zachowania pędu podczas zderzeń ciał”. Wirtualną pracę laboratoryjną „Badanie prawa zachowania pędu podczas zderzeń ciał” przedstawiono na rysunku 15. Prawo zachowania pędu jest spełnione dla układów zamkniętych, czyli takich, które obejmują wszystkie oddziałujące ze sobą ciała, tak że nie działają siły zewnętrzne oddziaływać na dowolne ciało systemu. Jednak przy rozwiązywaniu wielu problemów fizycznych okazuje się, że pęd może pozostać stały dla układów otwartych. To prawda, że w tym przypadku wielkość ruchu jest zachowywana tylko w przybliżeniu.

Rysunek 15 – Wirtualne laboratorium

„Badanie prawa zachowania pędu podczas zderzeń ciał”

Ustawiając początkowe parametry układu (masę pocisku, długość tłoczyska, masę cylindra) i wciskając przycisk start, zobaczymy efekty pracy. Wybierając różne wartości początkowe, możemy zobaczyć, jak zmienia się zachowanie i wyniki pracy laboratorium.

2.4.4 Opis laboratoriów wirtualnych w części „Zjawiska termiczne”

Praca laboratoryjna nr 1 „Badanie idealnego silnika cieplnego Carnota”. Wirtualną pracę laboratoryjną „Badanie idealnego silnika cieplnego Carnota” przedstawiono na rysunku 16.

Rysunek 16 – Wirtualne laboratorium

„Badanie idealnego silnika cieplnego Carnota”

Po rozpoczęciu pracy silnika cieplnego według cyklu Carnota należy za pomocą przycisku „Pauza” zatrzymać proces i pobrać odczyty z układu. Za pomocą przycisku „Prędkość” zmieniamy prędkość roboczą silnika cieplnego.

Praca laboratoryjna nr 2 „Wyznaczanie ciepła właściwego topnienia lodu”. Wirtualną pracę laboratoryjną „Wyznaczanie ciepła właściwego topnienia lodu” przedstawiono na rysunku 17.

Rysunek 17 – Wirtualne laboratorium

„Wyznaczanie ciepła właściwego topnienia lodu”

Lód może występować w trzech odmianach amorficznych i 15 modyfikacjach krystalicznych. Diagram fazowy na rysunku po prawej stronie pokazuje, w jakich temperaturach i ciśnieniach występują niektóre z tych modyfikacji.

Praca laboratoryjna nr 3 „Praca silnika czterosuwowego, animacja cyklu Otto.” Wirtualną pracę laboratoryjną „Działanie silnika czterosuwowego, animacja cyklu Otto” przedstawiono na rysunku 18. Praca ma charakter wyłącznie informacyjny.

Rysunek 18 – Wirtualne laboratorium

„Praca silnika czterosuwowego, animacja cyklu Otto”

Cztery cykle lub suwy, przez które przechodzi tłok: ssanie, sprężanie, zapłon i wyrzut gazów, dały nazwę silnikowi czterosuwowemu lub Otto.

Praca laboratoryjna nr 4 „Porównanie ciepła molowego metali”. Wirtualną pracę laboratoryjną „Porównanie ciepła molowego metali” przedstawiono na rysunku 19. Wybierając jeden z metali i uruchamiając pracę, możemy uzyskać szczegółowe informacje na temat jego pojemności cieplnej.

Rysunek 19 – Wirtualne laboratorium

„Porównanie molowych pojemności cieplnych metali”

Celem pracy jest porównanie pojemności cieplnej prezentowanych metali. Aby wykonać pracę, należy wybrać metal, ustawić temperaturę i zapisać odczyty.

2.4.5 Demonstracja możliwości tworzenia pakietu oprogramowania „Wirtualne Laboratorium Fizyki”

Blok montażowy obwodu elektrycznego main.html został opracowany osobno i niewiele się różni. Przyjrzyjmy się bliżej procesowi.

Krok. Pierwszym krokiem było stworzenie prototypu za pomocą http://gomockingbird.com/, narzędzia online, które umożliwia łatwe tworzenie, podgląd i udostępnianie modeli aplikacji. Widok przyszłego okna pokazano na rysunku 20.

Rysunek 20 - Prototyp okna „Montaż obwodu elektrycznego”.

Zdecydowano się umieścić panel z elementami elektrycznymi po lewej stronie okna, główne przyciski w górnej części (otwórz, zapisz, wyczyść, sprawdź), pozostała część zostanie zarezerwowana na montaż obwodu elektrycznego. Do zaprojektowania prototypu wybrałem bazę bootstrap - jest to coś w rodzaju uniwersalnych stylów do projektowania, przykłady znajdziesz tutaj http://getbootstrap.com/getting-started/#examples

Krok. Jako szablon diagramu wybrałem http://raphaeljs.com/ - jedną z najprostszych bibliotek pozwalających na budowanie wykresów (przykład http://raphaeljs.com/graffle.html) (Rysunek 21).

Rysunek 21 - Projekt i schemat okna „Montaż obwodu elektrycznego”.

Jako szablon do budowy obwodu elektrycznego wykorzystano bibliotekę do budowy wykresów i wybrano odpowiedni obwód, który później zostanie zmodyfikowany i dostosowany do naszych wymagań.

Krok. Następnie dodałem kilka podstawowych elementów.

Na wykresie kształty geometryczne zastąpiono obrazkami; wybrana biblioteka umożliwia wykorzystanie dowolnych obrazów (Rysunek 22).

Rysunek 22 - Projekt i schemat okna „Montaż obwodu elektrycznego”.

Na tym etapie powstały zdjęcia elementów obwodu elektrycznego, rozszerzono listę samych elementów, a w oknie budowy obwodu elektrycznego możemy teraz połączyć elementy elektryczne.

4 Krok. W oparciu o ten sam bootstrap zrobiłem model okna pop-up - miało ono służyć do wszelkich akcji wymagających potwierdzenia przez użytkownika (przykład http://getbootstrap.com/javascript/#modals) Rysunek 23.

Rysunek 23 – Wyskakujące okienko

W przyszłości planowano umieszczać zadania w tym wyskakującym oknie z prawem wyboru przez użytkownika.

Krok. W wyskakującym oknie utworzonym w poprzednim kroku dodałem listę kilku opcji zadań, które zostaną zaoferowane uczniowi. Zdecydowałem się na wybór zadań w oparciu o program gimnazjum (klasy 8-9).

Zadania obejmują: tytuł, opis i zdjęcie (Rysunek 24).

Rysunek 24 – Wybieranie opcji zadania

Tym samym na tym etapie otrzymaliśmy wyskakujące okienko z wyborem zadań; po kliknięciu na jedno z nich staje się ono aktywne (podświetlone).

Krok. Ze względu na wykorzystanie w zadaniach różnych elementów elektrycznych, konieczne stało się dodanie ich kolejnych. Po dodaniu przetestujmy jak działają połączenia pomiędzy elementami (Rysunek 25).

Rysunek 25 - Dodawanie elementów obwodu elektrycznego

Wszystkie elementy można umieścić w oknie budowy obwodu i nawiązać fizyczne połączenia, zatem przejdźmy do kolejnego kroku.

Krok. Sprawdzając zadanie, musisz w jakiś sposób poinformować użytkownika o wyniku.

Rysunek 26 – Podpowiedzi

Główne rodzaje błędów podczas wykonywania zadań montażu łańcucha przedstawiono w tabeli 1.

Tabela 1 – Główne rodzaje błędów.

Krok. Po zakończeniu zadania dostępny staje się przycisk „Sprawdź”, który rozpoczyna skanowanie. Na tym etapie dodano opis elementów i połączeń, które muszą znaleźć się na schemacie, aby wdrożenie zakończyło się pomyślnie (Rysunek 27).

Rysunek 27 - Sprawdzanie obwodu elektrycznego

Jeżeli zadanie zostało wykonane pomyślnie, to po weryfikacji pojawi się okno informujące nas o pomyślnym wykonaniu zadania.

9 Krok. Na tym etapie zdecydowano się dodać punkt połączenia, który pozwoli nam złożyć bardziej złożone obwody z połączeniami równoległymi (Rysunek 28).

Rysunek 28 - Punkt połączenia

Po pomyślnym dodaniu elementu „przyłącze” konieczne stało się dodanie zadania z wykorzystaniem tego elementu.

Krok. Rozpoczęcie i sprawdzenie zadania złożenia obwodu elektrycznego z urządzeniami (ryc. 29).

Rysunek 29 – Wynik wykonania

2.4.6 Wytyczne dotyczące korzystania z utworzonego pakietu oprogramowania „Wirtualne Laboratorium Fizyczne”

2.4.7 Opis sekcji „O Deweloperze”.

W dziale „O deweloperze” znajdują się podstawowe informacje o autorze i oczekiwanych efektach wprowadzenia pakietu oprogramowania do współczesnego procesu edukacyjnego (Rysunek 31).

Rysunek 31 – Informacje o deweloperze

Ta sekcja została utworzona w celu przedstawienia krótkich informacji o twórcy pakietu oprogramowania „Wirtualne Laboratorium Fizyki”.

W tej części znajdują się najbardziej podstawowe informacje o autorze, krótko opisano oczekiwane rezultaty opracowania, załączono certyfikat zatwierdzenia pakietu oprogramowania, a także wskazano kierownika pracy dyplomowej.

Wniosek

W prezentowanej pracy dokonano przeglądu literatury naukowo-pedagogicznej dotyczącej wykorzystania narzędzi wirtualnych we współczesnym systemie edukacji. Na tej podstawie zidentyfikowano szczególne znaczenie wykorzystania wirtualnego laboratorium w procesie uczenia się.

W artykule podjęto próbę wykorzystania technologii informacyjno-komunikacyjnych w procesie edukacyjnym, problematykę wirtualizacji edukacji oraz możliwości wirtualnej pracy laboratoryjnej w badaniu procesów i zjawisk trudnych do zbadania w warunkach rzeczywistych.

W związku z faktem, że współczesny rynek oprogramowania zapewnia dużą liczbę różnych programów - powłok, pojawiło się pytanie o potrzebę stworzenia pakietu oprogramowania, który umożliwi bezproblemowe wykonywanie pracy w wirtualnym laboratorium. Przy pomocy komputera student może dość łatwo i szybko wykonać niezbędne prace oraz monitorować postęp w ich realizacji.

Przed przystąpieniem do wdrażania pakietu oprogramowania opracowano uogólnioną strukturę Wirtualnego Laboratorium Fizyki, którą przedstawiono na rysunku 1.

Następnie przeprowadzono selekcję środowiska narzędziowego do budowy pakietu oprogramowania „Wirtualne Laboratorium Fizyczne”.

Opracowano specyficzną strukturę kompleksu oprogramowania, pokazaną na rysunku 5.

Przeanalizowano bazę danych gotowych elementów, z których można stworzyć pakiet oprogramowania.

Narzędziem wybranym do stworzenia wirtualnego laboratorium fizycznego jest środowisko FrontPages, które umożliwia łatwe i proste tworzenie oraz edycję stron HTML.

W toku prac powstał produkt programowy „Wirtualne Laboratorium Fizyki”. Opracowane laboratorium pomoże nauczycielom w realizacji procesu edukacyjno-pedagogicznego. Może także znacznie uprościć skomplikowaną pracę laboratoryjną, ułatwić wizualną prezentację przeprowadzanego doświadczenia, zwiększyć efektywność procesu edukacyjnego i zmotywować studentów

W pakiecie oprogramowania utworzono trzy wirtualne laboratoria:

Obwody elektryczne.
Zjawiska mechaniczne.
Zjawiska termiczne.

W każdej pracy uczniowie mogą sprawdzić swoją indywidualną wiedzę.

Aby zapewnić interakcję studentów z pakietem oprogramowania, opracowano zalecenia metodyczne, które pomogą im łatwo i szybko rozpocząć wykonywanie wirtualnych laboratoriów.

Pakiet oprogramowania „Wirtualne Laboratorium Fizyki” został przetestowany na lekcjach szkolnych przez nauczyciela kategorii I O.S. Rotta. (certyfikat dopuszczenia w załączeniu). Pakiet oprogramowania został także zaprezentowany na konferencji „Technologie informacyjne w edukacji”.

Oprogramowanie zostało poddane testom, podczas których okazało się, że oprogramowanie spełnia założone cele i zadania, działa stabilnie i może być stosowane w praktyce.

Tym samym należy zauważyć, że praca wirtualnego laboratorium zastępuje (całkowicie lub na określonych etapach) naturalny obiekt badań, co pozwala na uzyskanie gwarantowanych wyników eksperymentalnych, skupienie uwagi na kluczowych aspektach badanego zjawiska oraz skrócenie czasu eksperymentu.

Podczas wykonywania pracy należy pamiętać, że wirtualny model przedstawia rzeczywiste procesy i zjawiska w mniej lub bardziej uproszczonej, schematycznej formie, dlatego jednym z formy zadania. Praca tego typu może być wykonana w całości w wersji komputerowej lub wykonana jako jeden z etapów szerszej pracy, która obejmuje także pracę z obiektami przyrodniczymi i sprzętem laboratoryjnym.

Wykaz używanej literatury

Abdrakhmanova, A. Kh. Technologie informacyjne w nauczaniu na kursie fizyki ogólnej na uczelni technicznej / A. Kh. Abdrakhmanova - M Technologie edukacyjne i społeczeństwo 2010. T. 13. nr 3. s. 293-310.
Bayens D. Efektywna praca z Microsoft FrontPage2000/D. Bayens – Petersburg: Peter, 2000. - 720 s. - ISBN 5-272-00125-7.
Krasilnikova, V.A. Zastosowanie technologii informacyjno-komunikacyjnych w edukacji: podręcznik / V.A. Krasilnikowa. [Zasoby elektroniczne], RUN 09K121752011. - Adres dostępu http://artlib.osu.ru/site/.
Krasilnikova, V.A. Technologia opracowywania komputerowych pomocy dydaktycznych / V.A. Krasilnikov, kurs wykładów „Technologie rozwoju komputerowych pomocy dydaktycznych” w systemie Moodle - El.resource - http://moodle.osu.ru
Krasilnikova, V.A. Tworzenie i rozwój komputerowych technologii nauczania / V.A. Krasilnikow, monografia. - M.: RAO IIO, 2002. - 168 s. - ISBN 5-94162-016-0.
Nowe technologie pedagogiczne i informacyjne w systemie edukacji: podręcznik / wyd. E.S. Polat. - M.: Akademia, 2001. - 272 s. - ISBN 5-7695-0811-6.
Nowoseltseva O.N. Możliwości wykorzystania nowoczesnych multimediów w procesie edukacyjnym / O.N. Novoseltseva // Nauka pedagogiczna i edukacja w Rosji i za granicą. - Taganrog: GOU NPO PU, 2006. - Nr 2.
Uvarov A.Yu. Nowe technologie informacyjne i reforma edukacji / A.Yu. Uvarov // Informatyka i edukacja. - M.: 1994. - Nr 3.
Shutilov F.V. Nowoczesne technologie komputerowe w edukacji. Praca naukowa / F.V. Shutilov // Nauczyciel 2000. - 2000. - nr 3.
Yakushina E.V. Nowe środowisko informacyjne i interaktywne nauczanie / E.V. Jakuszina // Edukacja w liceum i gimnazjum. - 2000. - nr 2.
E.S. Polat Nowe technologie pedagogiczne i informacyjne w systemie edukacji, M., 2000
S.V. Simonovich, Informatyka: Kurs podstawowy, St. Petersburg, 2001.
Bezrukova, V.S. Pedagogia. Pedagogika projekcyjna: podręcznik dla przemysłowych szkół pedagogicznych oraz dla studentów kierunków inżynieryjno-pedagogicznych / V.S. Bezrukova - Jekaterynburg: Książka biznesowa, 1999.
Fizyka w animacji. [Zasoby elektroniczne]. - Adres URL: http://physics.nad.ru.
Strona internetowa rosyjskiej firmy „NT-MDT” zajmującej się produkcją sprzętu nanotechnologicznego. [Zasoby elektroniczne]. - Adres URL: http://www.ntmdt.ru/spm-principles.
Modele flashowe zjawisk termicznych i mechanicznych. [Zasoby elektroniczne]. - Adres URL: http://www.virtulab.net.
Jasiński, V.B. Doświadczenie w tworzeniu elektronicznych zasobów edukacyjnych // „Wykorzystanie nowoczesnych technologii informacyjno-komunikacyjnych w pedagogice”. Karaganda, 2008. s. 16-37.
Syn, TE Multimedialny program szkoleniowy do zajęć praktycznych z fizyki // „Fizyka w systemie edukacji pedagogicznej”. M.: /I.E. Sen Multimedialny program edukacyjny do praktycznych zajęć z fizyki. VVIA im. prof. NIE. Żukowski, 2008. s. 307-308.
Nuzhdin, V.N., Kadamtseva, G.G., Panteleev, E.R., Tichonow, A.I. Strategia i taktyka zarządzania jakością edukacji - Iwanowo: 2003./ V.N. Nuzhdin, G.G. Kadamtseva, E.R. Pantelejew, A.I. Tichonow. Strategia i taktyka zarządzania jakością edukacji.
Starodubtsev, V. A., Fedorov, A. F. Innowacyjna rola wirtualnych prac laboratoryjnych i warsztatów komputerowych // Ogólnorosyjska konferencja „EOIS-2003”./V.A. Starodubcew, A.F. Fedorov, Innowacyjna rola wirtualnych prac laboratoryjnych i warsztatów komputerowych.
Kopysov, S.P., Rychkov V.N. Środowisko programowe do budowy modeli obliczeniowych metody elementów skończonych dla obliczeń równoległych / S.P. Kopysov, V.N. Rychkov Technologie informacyjne. - 2008. - nr 3. - s. 75-82.
Kartasheva, E. L., Bagdasarov, G. A. Wizualizacja danych z eksperymentów obliczeniowych w zakresie modelowania 3D wirtualnych laboratoriów / E.L. Kartaszewa, G.A. Bagdasarov, Wizualizacja naukowa. — 2010.
Medinov, O. Dreamweaver / O. Medinov - St. Petersburg: Peter, 2009.
Midhra, M. Dreamweaver MX/ M. Midhra - M.: AST, 2005. - 398c. - ISBN 5-17-028901-4.
Bayens D. Efektywna praca z Microsoft FrontPage2000/D. Bayens St.Petersburg: Peter, 2000. - 720 s. - ISBN 5-272-00125-7.
Matthews, M., Cronan D., Pulsen E. Microsoft Office: FrontPage2003 / M. Matthews, D. Cronan, E. Pulsen - M.: NT Press, 2006. - 288 s. - ISBN 5-477-00206-9.
Plotkin, D. FrontPage2002 / D. Plotkin - M.: AST, 2006. - 558 s. - ISBN 5-17-027191-3.
Morev, I. A. Edukacyjne technologie informacyjne. Część 2. Pomiary pedagogiczne: podręcznik. / I. A. Morev - Władywostok: Wydawnictwo Dalnevost. Uniwersytet, 2004. - 174 s.
Demin I.S. Wykorzystanie technologii informatycznych w działalności edukacyjnej i badawczej / I.S. Demin // Technologie szkolne. - 2001. nr 5.
Kodzhaspirova G.M. Techniczne pomoce dydaktyczne i sposoby ich wykorzystania. Podręcznik / G.M. Kodzhaspirova, K.V. Pietrow. - M.: Akademia, 2001.
Kupriyanov M. Narzędzia dydaktyczne nowych technologii edukacyjnych / M. Kupriyanov // Szkolnictwo wyższe w Rosji. - 2001. - nr 3.
B.S. Berenfeld, K.L. Butyagina, Innowacyjne produkty edukacyjne nowej generacji wykorzystujące narzędzia ICT, Zagadnienia Edukacyjne, 3-2005.
ICT w obszarze tematycznym. Część V. Fizyka: Zalecenia metodologiczne: Wyd. VE Fradkina. - St. Petersburg, Państwowa Instytucja Edukacyjna Dalszego Kształcenia Zawodowego TsPKS St. Petersburg „Regionalne Centrum Oceny Jakości Edukacji i Technologii Informacyjnych”, 2010.
V.I. Elkin „Oryginalne lekcje fizyki i metody nauczania” „Fizyka w szkole”, nr 24/2001.
Randall N., Jones D. Korzystanie z wydania specjalnego programu Microsoft FrontPage / N. Randall, D. Jones – M.: Williams, 2002. - 848 s. - ISBN 5-8459-0257-6.
Talyzina, N.F. Psychologia pedagogiczna: podręcznik. pomoc dla studentów średnio pe. podręcznik placówki / N.F. Talyzina - M.: Centrum Wydawnicze „Akademia”, 1998. - 288 s. - ISBN 5-7695-0183-9.
Thorndike E. Zasady uczenia się w oparciu o psychologię / E. Thorndike. - wyd. 2 - M.: 1929.
Hester N. FrontPage2002 dla Windows/N. Hester – M.: DMK Press, 2002. - 448 s. - ISBN 5-94074-117-7.

Pobierać: Nie masz dostępu do pobierania plików z naszego serwera.

Fizyka wizualna daje nauczycielowi możliwość znalezienia najciekawszych i najskuteczniejszych metod nauczania, dzięki czemu zajęcia są ciekawsze i bardziej intensywne.

Ta sekcja przedstawia wirtualne prace laboratoryjne z fizyki. W pracy laboratoryjnej z fizyki nabywa się umiejętności przeprowadzania eksperymentów i rozumienia instrumentów. Istnieje możliwość nauczenia się samodzielnego wyciągania wniosków z uzyskanych danych eksperymentalnych, a tym samym głębszego i pełniejszego przyswojenia materiału teoretycznego.

„Urządzenie Atwooda. Testowanie drugiego prawa Newtona”.

Cel pracy: sprawdzenie Drugiego Prawa Newtona.

Wirtualna praca w laboratorium. " Wyznaczanie współczynnika tarcia wewnętrznego cieczy metodą Stokesa".

Cel pracy: zapoznanie się z metodą wyznaczania współczynnika tarcia wewnętrznego cieczy na podstawie prędkości, z jaką kulka wpada w tę ciecz.

Wirtualna praca w laboratorium. „Zależność wielkości podczas ruchu obrotowego”.

Cel pracy: sprawdzenie za pomocą wahadła Oberbecka zależności przyspieszenia kątowego od momentu siły i momentu bezwładności.

Wirtualna praca w laboratorium. „Badanie wahadła matematycznego”.

Cel pracy: badanie drgań tłumionych i nietłumionych wahadła matematycznego.

Wirtualna praca w laboratorium. „Badanie wahadła sprężystego”.

Cel pracy: badanie drgań tłumionych i nietłumionych wahadła sprężystego.

Wirtualna praca laboratoryjna z fizyki.

Ważne miejsce w kształtowaniu kompetencji badawczych uczniów na lekcjach fizyki zajmują eksperymenty demonstracyjne i czołowa praca laboratoryjna. Eksperyment fizyczny na lekcjach fizyki kształtuje zgromadzone wcześniej przez uczniów wyobrażenia na temat zjawisk i procesów fizycznych, uzupełnia i poszerza horyzonty uczniów. Podczas eksperymentu, realizowanego samodzielnie przez studentów w trakcie pracy laboratoryjnej, poznają prawa zjawisk fizycznych, zapoznają się z metodami swoich badań, uczą się pracy z przyrządami i instalacjami fizycznymi, czyli uczą się samodzielnego zdobywania wiedzy w praktyce . Tym samym, przeprowadzając eksperyment fizyczny, uczniowie rozwijają kompetencje badawcze.

Aby jednak przeprowadzić pełnoprawny eksperyment fizyczny, zarówno demonstracyjny, jak i frontalny, potrzebna jest wystarczająca ilość odpowiedniego sprzętu. Obecnie szkolne laboratoria fizyczne nie są dostatecznie wyposażone w instrumenty fizyczne i edukacyjne pomoce wizualne do prowadzenia prac demonstracyjnych i laboratoryjnych. Istniejący sprzęt nie tylko stał się bezużyteczny, ale także przestarzały.

Ale nawet jeśli laboratorium fizyczne jest w pełni wyposażone w wymagane instrumenty, prawdziwy eksperyment wymaga dużo czasu na jego przygotowanie i przeprowadzenie. Co więcej, ze względu na znaczne błędy pomiarowe i ograniczenia czasowe lekcji, prawdziwy eksperyment często nie może służyć jako źródło wiedzy o prawach fizycznych, ponieważ zidentyfikowane wzorce są jedynie przybliżone, a często poprawnie obliczony błąd przekracza same zmierzone wartości . Trudno więc przeprowadzić pełnoprawny eksperyment laboratoryjny z fizyki, korzystając z zasobów dostępnych w szkołach.

Studenci nie potrafią sobie wyobrazić niektórych zjawisk makro i mikroświata, gdyż poszczególnych zjawisk studiowanych na lekcjach fizyki w szkole średniej nie da się zaobserwować w prawdziwym życiu, a ponadto odtworzyć eksperymentalnie w laboratorium fizycznym, np. zjawisk fizyki atomowej, jądrowej itp. .

Realizacja poszczególnych zadań eksperymentalnych w klasie na istniejącym sprzęcie odbywa się przy określonych parametrach, których nie można zmienić. Nie da się pod tym względem prześledzić wszystkich prawidłowości badanych zjawisk, co wpływa także na poziom wiedzy studentów.

I wreszcie, nie da się nauczyć studentów samodzielnego zdobywania wiedzy fizycznej, czyli rozwijania kompetencji badawczych, wykorzystując wyłącznie tradycyjne technologie nauczania. Żyjąc w świecie informacyjnym, nie da się przeprowadzić procesu uczenia się bez wykorzystania technologii informatycznych. Naszym zdaniem są ku temu powody:

Głównym zadaniem edukacji w chwili obecnej jest rozwijanie u uczniów umiejętności i zdolności do samodzielnego zdobywania wiedzy. Technologia informacyjna daje taką możliwość.

Nie jest tajemnicą, że w tej chwili studenci stracili zainteresowanie studiowaniem, a zwłaszcza studiowaniem fizyki. A korzystanie z komputera zwiększa i stymuluje zainteresowanie uczniów zdobywaniem nowej wiedzy.

Każdy uczeń jest indywidualny. Natomiast wykorzystanie komputera w nauczaniu pozwala uwzględnić indywidualne cechy ucznia i daje mu dużą swobodę w wyborze własnego tempa studiowania materiału, utrwalenia go i oceny. Ocenianie wyników opanowania tematu przez ucznia za pomocą testów na komputerze usuwa osobistą więź nauczyciela z uczniem.

W związku z tym pojawia się pomysł: Wykorzystaj technologię informacyjną na zajęciach z fizyki, a mianowicie podczas wykonywania prac laboratoryjnych.

Jeśli prowadzisz eksperyment fizyczny i prace laboratoryjne na pierwszej linii frontu z wykorzystaniem wirtualnych modeli za pośrednictwem komputera, możesz zrekompensować braki sprzętowe w szkolnym laboratorium fizycznym i tym samym nauczyć uczniów samodzielnego zdobywania wiedzy fizycznej podczas eksperymentu fizycznego na wirtualnych modelach , czyli istnieje realna szansa na wykształcenie niezbędnych kompetencji badawczych uczniów i podniesienie poziomu nauczania uczniów z fizyki.

Zastosowanie technologii komputerowych na lekcjach fizyki pozwala na kształtowanie umiejętności praktycznych w taki sam sposób, w jaki wirtualne środowisko komputera pozwala na szybką modyfikację układu doświadczenia, co zapewnia znaczną zmienność jego wyników, a to znacząco wzbogaca praktykę uczniów wykonujących logiczne operacje polegające na analizie i formułowaniu wniosków z wyników eksperymentu. Dodatkowo możesz przeprowadzić badanie wielokrotnie ze zmianą parametrów, zapisać wyniki i wrócić do badań w dogodnym momencie. Dodatkowo w wersji komputerowej można przeprowadzić znacznie większą liczbę eksperymentów. Praca z tymi modelami otwiera przed studentami ogromne możliwości poznawcze, czyniąc ich nie tylko obserwatorami, ale także aktywnymi uczestnikami prowadzonych eksperymentów.

Kolejnym pozytywnym punktem jest to, że komputer zapewnia wyjątkową możliwość, nie zaimplementowaną w prawdziwym eksperymencie fizycznym, wizualizacji nie prawdziwego zjawiska naturalnego, ale jego uproszczonego modelu teoretycznego, który pozwala szybko i skutecznie znaleźć główne prawa fizyczne obserwowanego zjawiska . Ponadto student może jednocześnie obserwować budowę odpowiednich wzorów graficznych w trakcie trwania eksperymentu. Graficzny sposób przedstawienia wyników symulacji ułatwia studentom przyswojenie dużej ilości otrzymanych informacji. Modele takie mają szczególną wartość, gdyż uczniowie z reguły mają duże trudności w konstruowaniu i czytaniu wykresów. Należy także wziąć pod uwagę, że nie wszystkie procesy, zjawiska, historyczne eksperymenty z fizyki uczeń może sobie wyobrazić bez pomocy modeli wirtualnych (np. dyfuzja w gazach, cykl Carnota, zjawisko efektu fotoelektrycznego, energia wiązania jąder itp.). Interaktywne modele pozwalają uczniowi zobaczyć procesy w uproszczonej formie, wyobrazić sobie schematy instalacji i przeprowadzić eksperymenty, które na ogół są niemożliwe w prawdziwym życiu.

Wszystkie prace w laboratorium komputerowym prowadzone są według klasycznego schematu:

Teoretyczne opanowanie materiału;

Badanie gotowej instalacji laboratorium komputerowego lub stworzenie modelu komputerowego rzeczywistej instalacji laboratoryjnej;

Wykonywanie badań eksperymentalnych;

Przetwarzanie wyników eksperymentów na komputerze.

Instalacja laboratorium komputerowego to z reguły komputerowy model prawdziwej instalacji eksperymentalnej, wykonany przy użyciu grafiki komputerowej i modelowania komputerowego. Niektóre prace zawierają jedynie schemat instalacji laboratoryjnej i jej elementów. W takim przypadku przed rozpoczęciem prac laboratoryjnych należy zmontować zestaw laboratoryjny na komputerze. Przeprowadzenie badań eksperymentalnych jest bezpośrednią analogią eksperymentu na rzeczywistej instalacji fizycznej. W tym przypadku rzeczywisty proces fizyczny symulowany jest na komputerze.

Cechy EOR „Fizyka. Elektryczność. Wirtualne laboratorium”.

Obecnie istnieje całkiem sporo elektronicznych narzędzi do nauki, które uwzględniają rozwój pracy w wirtualnym laboratorium. W naszej pracy korzystaliśmy z elektronicznego narzędzia do nauki „Fizyka. Elektryczność. Wirtualne laboratorium„(dalej – ESO ma na celu wsparcie procesu edukacyjnego na temat „Elektryczność” w szkołach ogólnokształcących (rys. 1).

Ryc.1 ESO.

Podręcznik ten został stworzony przez grupę naukowców z Połockiego Uniwersytetu Państwowego. Korzystanie z tego ESO ma kilka zalet.

Łatwa instalacja programu.

Prosty interfejs użytkownika.

Urządzenia całkowicie kopiują te prawdziwe.

Duża liczba urządzeń.

Przestrzegane są wszystkie rzeczywiste zasady pracy z obwodami elektrycznymi.

Możliwość przeprowadzenia odpowiednio dużej liczby prac laboratoryjnych w różnych warunkach.

Możliwość przeprowadzenia prac, w tym wykazania konsekwencji nieosiągalnych lub niepożądanych w pełnowymiarowym eksperymencie (przepalenie bezpiecznika, żarówki, elektrycznego urządzenia pomiarowego; zmiana polaryzacji włączania urządzeń itp.).

Możliwość prowadzenia prac laboratoryjnych poza placówką edukacyjną.

Informacje ogólne

ESE ma na celu zapewnienie komputerowego wsparcia nauczania przedmiotu „fizyka”. Głównym celem powstania, upowszechnienia i zastosowania ESE jest podnoszenie jakości edukacji poprzez skuteczne, metodologicznie poprawne, systematyczne stosowanie przez wszystkich uczestników procesu edukacyjnego na różnych etapach działalności edukacyjnej.

Materiały edukacyjne zawarte w tym ESE spełniają wymagania programu nauczania fizyki. Podstawą materiałów edukacyjnych tego ESE będą materiały z nowoczesnych podręczników fizyki, a także materiały dydaktyczne do wykonywania prac laboratoryjnych i badań eksperymentalnych.

Aparat koncepcyjny zastosowany w opracowanym ESE opiera się na materiale dydaktycznym istniejących podręczników do fizyki, a także podręczników do fizyki zalecanych do stosowania w szkołach średnich.

Wirtualne laboratorium realizowane jest jako odrębna aplikacja systemu operacyjnegoOkna.

To ESO pozwala na prowadzenie frontalnych prac laboratoryjnych z wykorzystaniem wirtualnych modeli rzeczywistych instrumentów i urządzeń (ryc. 2).

Ryc.2 Wyposażenie.

Eksperymenty demonstracyjne pozwalają pokazać i wyjaśnić skutki działań, których przeprowadzenie w warunkach rzeczywistych jest niemożliwe lub niepożądane (ryc. 3).

Ryc. 3 Niepożądane wyniki eksperymentu.

Istnieje możliwość organizacji pracy indywidualnej, podczas której uczniowie mogą samodzielnie przeprowadzać doświadczenia, a także powtarzać je poza zajęciami, np. na domowym komputerze.

Cel ESO

ESO jest narzędziem komputerowym stosowanym w nauczaniu fizyki, niezbędnym do rozwiązywania problemów edukacyjno-pedagogicznych.

ESE może być wykorzystywane do wspomagania komputerowego nauczania przedmiotu „fizyka”.

ESE obejmuje 8 prac laboratoryjnych z przedmiotu „Elektryczność” kursu fizyki, prowadzonych w klasach VIII i XI szkoły średniej.

Za pomocą ESO rozwiązywane są główne zadania zapewnienia komputerowego wsparcia dla następujących etapów działań edukacyjnych:

Objaśnienie materiałów edukacyjnych,

Jego utrwalenie i powtórzenie;

Organizacja samodzielnej aktywności poznawczej ucznia;

Diagnozowanie i korygowanie luk wiedzy;

Kontrola pośrednia i końcowa.

ESE można wykorzystać jako skuteczny środek rozwijania umiejętności praktycznych uczniów w następujących formach organizacji zajęć edukacyjnych:

Wykonywanie prac laboratoryjnych (główny cel);

W celu zorganizowania eksperymentu demonstracyjnego, w tym wykazania konsekwencji nieosiągalnych lub niepożądanych w eksperymencie na pełną skalę (przepalenie bezpiecznika, żarówki, elektrycznego urządzenia pomiarowego, zmiana biegunowości włączania urządzeń itp.)

Przy rozwiązywaniu problemów eksperymentalnych;

Za organizowanie pracy dydaktycznej i badawczej studentów, rozwiązywanie twórczych problemów poza zajęciami dydaktycznymi, w tym w domu.

ESP można również wykorzystać w następujących demonstracjach, eksperymentach i wirtualnych badaniach eksperymentalnych: źródła prądu; amperomierz, woltomierz; badanie zależności prądu od napięcia w odcinku obwodu; badanie zależności natężenia prądu w reostacie od długości jego części roboczej; badanie zależności rezystancji przewodników od ich długości, pola przekroju poprzecznego i rodzaju substancji; projektowanie i działanie reostatów; szeregowe i równoległe łączenie przewodów; określenie mocy pobieranej przez elektryczne urządzenie grzewcze; bezpieczniki.

O Pojemność pamięci RAM: 1 GB;

częstotliwość procesora od 1100 MHz;

pamięć dyskowa - 1 GB wolnego miejsca na dysku;

działa na systemach operacyjnychOkna 98/NT/2000/XP/ Widok;

w systemie operacyjnymIPrzeglądarka nie może być zainstalowanaSMposzukiwacz 6.0/7.0;

dla wygody użytkownika stanowisko pracy musi być wyposażone w manipulator myszy i monitor o rozdzielczości 1024X 768 i więcej;

Dostępność urządzeniaczytaniepłyta CD/ płyta DVDdyski do instalacji ESO.