Virtuálna laboratórna práca vo fyzike. Softvérový balík „Virtuálne laboratórium vo fyzike“ Stiahnite si program laboratórne práce vo fyzike

11.04.2024

Vtáky

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

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

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

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

ABSOLVENTSKÁ PRÁCA

Softvérový balík „Virtuálne laboratórium pre fyziku“

anotácia

Práca je venovaná organizácii výchovno-vzdelávacieho procesu. Formuluje úlohy, stanovuje ciele, odhaľuje štruktúru a vzdelávacie aktivity učiteľa a uvažuje o rôznych typoch nástrojov na vytvorenie virtuálneho laboratória. Osobitná pozornosť sa venuje výchovno-vzdelávacej činnosti učiteľa a efektívnosti riadenia výchovno-vzdelávacieho procesu. Vlastnosťou vytvoreného softvérového produktu je možnosť využitia vo výchovno-vzdelávacom procese s cieľom zabezpečiť prehľadnosť, dostupnosť a bezpečnosť v triede. Produkt obsahuje základné informácie o virtuálnych vzdelávacích nástrojoch, virtuálnych laboratóriách a informácie o vývojárovi.

Dielo bolo vytlačené na 64 stranách s použitím 41 zdrojov a obsahuje 31 kresieb.

Abstraktné

Práca je venovaná organizácii vzdelávacieho procesu. Formuluje problém, stanovuje ciele, uvádza štruktúru a edukačné aktivity učiteľov diskutovaných o rôznych druhoch nástrojov na vytvorenie virtuálneho laboratória. Osobitná pozornosť sa venuje výchovno-vzdelávacej činnosti učiteľa a efektívnosti výchovno-vzdelávacieho procesu. Charakteristickým znakom softvérových produktov je možnosť využitia vo vzdelávacom procese s cieľom zabezpečiť prehľadnosť, prístupnosť, bezpečnostné lekcie. Produkt obsahuje základné informácie o virtuálnych tréningových pomôckach, virtuálnych laboratóriách, informácie pre vývojárov.

Práca sa vykonáva tlačou na 64 stranitsah s použitím 41 zdrojov, obsahuje 31 postáv.

Abstrakt 4

Úvod 6

1 Aplikácia virtuálnych vzdelávacích nástrojov 9

1.1 Možnosti IKT pri organizovaní vzdelávacieho procesu pomocou virtuálnych laboratórií. 9

1.2 Virtuálne laboratórium ako učebný prostriedok 13

1.3 Zásady a požiadavky na rozvoj virtuálneho laboratória. 17

1.4 Všeobecná štruktúra softvérového balíka „Virtual Physics Laboratory“. 18

2 Praktická implementácia softvérového balíka „Virtual Physics Laboratory“. 20

2.1 Výber nástrojov na vytvorenie virtuálneho laboratória. 20

2.2 Etapy návrhu a štruktúra shell programu „Virtual Physics Laboratory“. 23

2.2.1 Štruktúra softvérového balíka „Virtuálne laboratórium pre fyziku“. 23

2.2.2 Štruktúra virtuálneho laboratória. 26

2.3 Vývoj softvérového balíka „Virtuálne laboratórium pre fyziku“. tridsať

2.4 Ukážka vytvoreného softvérového balíka „Virtuálne laboratórium pre fyziku“ 31

2.4.1 Vývoj softvérového balíka na vytvorenie virtuálneho laboratória 31

2.4.2 Výber prvkov z hotových databáz na vytvorenie virtuálneho fyzikálneho laboratória 35

2.4.3 Popis virtuálnych laboratórií v časti „Mechanické javy“ ..... 37

2.4.4 Popis virtuálnych laboratórií v časti „Termálne javy“. 41

2.4.5 Ukážka možností vytvorenia softvérového balíka „Virtual Physics Laboratory“. 44

2.4.7 Popis časti „O vývojárovi“. 55

Záver 56

Zoznam použitej literatúry. 59

Úvod

Relevantnosť: Vytváranie a rozvoj informačnej spoločnosti zahŕňa široké využitie informačných a komunikačných technológií (IKT) vo vzdelávaní, ktoré je determinované množstvom faktorov.

Po prvé, zavádzanie informačných a komunikačných technológií (IKT) do vzdelávania výrazne urýchľuje prenos vedomostí a nahromadených technologických a sociálnych skúseností ľudstva nielen z generácie na generáciu, ale aj z jednej osoby na druhú.

Po druhé, moderné IKT, zlepšujúce kvalitu školenia a vzdelávania, umožňujú človeku úspešnejšie a rýchlejšie sa adaptovať na prostredie a prebiehajúce spoločenské zmeny. To dáva každému človeku možnosť získať potrebné vedomosti ako dnes, tak aj v budúcej postindustriálnej spoločnosti.

Po tretie, aktívna a efektívna implementácia týchto technológií do vzdelávania je dôležitým faktorom pri vytváraní vzdelávacieho systému, ktorý spĺňa požiadavky informačnej spoločnosti a procesu reformy tradičného vzdelávacieho systému vo svetle požiadaviek modernej industriálnej spoločnosti.

V súčasnosti mnohé vzdelávacie inštitúcie využívajú inovatívne technológie vo vzdelávacom prostredí, vrátane virtuálnych laboratórií na prácu vo fyzike, chémii, biológii, ekológii a iných predmetoch, keďže mnohé javy a experimenty vzdelávacieho charakteru je veľmi ťažké alebo nemožné uskutočniť vo vzdelávacom procese. inštitúcie.

Efektívne využívanie interaktívnych nástrojov vo výchovno-vzdelávacom procese prispieva nielen k skvalitňovaniu školského vzdelávania, ale aj k úspore finančných prostriedkov a vytváraniu bezpečného, ekologického prostredia.

Fascinujúce interaktívne hodiny a laboratórne práce môžete s dieťaťom vykonávať doma v rôznych predmetoch: fyzika, biológia, chémia, ekológia.

Virtuálne laboratórne práce je možné využiť v triede počas prednášky ako doplnok k prednáškovým materiálom, realizované v počítačovom laboratóriu po sieti s následnou analýzou výkonu študenta.

Zmenou parametrov v interaktívnom laboratóriu používateľ vidí zmeny v 3D prostredí ako výsledok jeho konania.

Objekt: využívanie IKT vo vzdelávacom procese.

Položka: vývoj virtuálnych laboratórií na prípravu budúcich špecialistov.

Cieľ práce: vývoj softvérového balíka „Virtuálne laboratórium pre fyziku“.

Ciele práce:

analyzovať vedeckú a pedagogickú literatúru o vývoji a využití virtuálnych nástrojov vo vzdelávacom procese;
vybrať princípy a požiadavky na vývoj softvérového balíka - virtuálne laboratórium;
analyzovať a vybrať nástroj na vytvorenie virtuálneho fyzikálneho laboratória;
vyvinúť štruktúru softvérového balíka „Virtual Physics Laboratory“.
vyvinúť softvérový balík využívajúci existujúcu databázu prvkov virtuálneho laboratória;
otestovať vytvorený softvérový balík „Virtuálne laboratórium pre fyziku“.

Spôsoby vykonávania práce: analýza vedeckej a pedagogickej literatúry, porovnávanie, algoritmizácia, programovanie.

Metodický A praktické význam spočíva v obohatení metodických materiálov na podporu vzdelávacieho procesu, vo vytvorení softvérového balíka „virtuálne fyzikálne laboratórium“ na vykonávanie experimentov na danú tému.

Ciele a zámery určili štruktúru diplomovej práce.

Úvod zdôvodňuje relevantnosť výberu témy, definuje objekt, predmet, formuluje cieľ a ciele, popisuje metodologický a praktický význam vykonanej práce a charakterizuje všeobecnú štruktúru ukončeného výskumného projektu.

Prvá kapitola „Teoretické otázky vývoja nástrojov virtuálneho vzdelávania“ sa zaoberá týmito otázkami: využívanie IKT vo vzdelávacom procese; predstavuje výber princípov a požiadaviek na vývoj počítačových virtuálnych učebných nástrojov. Zvažuje sa problematika procesu virtualizácie učenia, možnosti virtuálnej laboratórnej práce pri štúdiu procesov a javov, ktoré sú v reálnych podmienkach ťažko študovateľné.

Druhá kapitola „Praktická implementácia softvérového balíka virtuálneho laboratória pre fyziku“ predstavuje: výber nástrojov na vytvorenie softvérového balíka virtuálneho laboratória; analyzovali sa existujúce databázy hotových komponentov a hotových zariadení vo fyzike, prvky sa vybrali z hotových databáz na vytvorenie virtuálneho laboratória vo fyzike; je opísaný proces vývoja softvérového rámca na vytvorenie virtuálneho laboratória; je prezentovaný materiál demonštrujúci možnosti vytvoreného softvérového balíka „Virtual Laboratory for Physics“.

Na záver sú uvedené hlavné výsledky práce.

Práca pozostáva z úvodu, dvoch kapitol, záveru a zoznamu použitej literatúry v počte 46 zdrojov. Celkový objem práce je prezentovaný na 56 stranách, obsahuje 25 obrázkov, 2 tabuľky.

1 Aplikácia virtuálnych vzdelávacích nástrojov

1.1 Možnosti IKT pri organizovaní vzdelávacieho procesu s využitím virtuálnych laboratórií

V súčasnosti sa ciele a zámery, pred ktorými stojí moderné vzdelávanie, menia – úsilie sa presúva od získavania vedomostí k rozvoju kompetencií a dôraz sa presúva na učenie zamerané na študenta. Lekcia však bola a zostáva hlavnou zložkou vzdelávacieho procesu. Učebné aktivity žiakov sú z veľkej časti zamerané na vyučovaciu hodinu. Kvalitu prípravy žiaka určuje obsah vzdelávania, technológie na vedenie vyučovacej hodiny, jej organizačné a praktické zameranie, jej atmosféra, preto je potrebné vo výchovno-vzdelávacom procese využívať nové pedagogické technológie. Ciele využívania informačných technológií: rozvoj osobnosti žiaka, príprava na samostatnú produktívnu činnosť v informačnej spoločnosti prostredníctvom rozvoja konštruktívneho, algoritmického myslenia, vďaka zvláštnostiam komunikácie s počítačom, tvorivé myslenie znížením podielu reprodukčnej činnosti , formovanie informačnej kultúry, schopnosť spracovávať informácie (pomocou tabuľkových procesorov, databáz); realizácia spoločenského poriadku determinovaného informatizáciou modernej spoločnosti: - príprava žiakov s využitím informačných technológií na samostatnú poznávaciu činnosť; motivácia vzdelávacieho procesu (zlepšovanie kvality a efektívnosti vzdelávacieho procesu prostredníctvom implementácie schopností informačných technológií, identifikácie a využívania stimulov na posilnenie kognitívnej činnosti).

Aký vplyv má používanie informačných a komunikačných technológií na žiaka? - IKT pomáha zvyšovať kognitívny záujem o predmet; - IKT prispieva k rastu výsledkov študentov v predmete; - IKT umožňujú študentom vyjadriť sa v novej úlohe; - IKT rozvíja zručnosti pre samostatnú produktívnu činnosť; - IKT prispievajú k vytvoreniu situácie úspechu pre každého študenta.

Využitie IKT vo vzdelávacom procese dáva učiteľom ďalšie didaktické možnosti, a to:

okamžitá spätná väzba medzi používateľom a nástrojmi IKT, ktorá umožňuje interaktívny dialóg;

počítačová vizualizácia vzdelávacích informácií, ktorá zahŕňa implementáciu možností moderných prostriedkov vizualizácie objektov, procesov, javov (reálnych aj „virtuálnych“), ako aj ich modelov, prezentujúcich ich v dynamike vývoja, v časovej a priestorovej pohyb pri zachovaní možnosti dialógovej komunikácie s programom;

počítačové modelovanie študovaných objektov, ich vzťahov, javov, procesov vyskytujúcich sa reálne aj „virtuálne“;

automatizácia procesov výpočtovej činnosti, získavania informácií, spracovanie výsledkov vzdelávacieho experimentu, či už reálne prebiehajúceho alebo „virtuálne“ prezentovaného na obrazovke s možnosťou mnohonásobného opakovania fragmentu alebo samotného experimentu, čo umožňuje uviesť výsledky experimentov, meniť hodnoty parametrov (napríklad fyzikálnych veličín) primerane podmienkam experimentu, formulovať experimentálnu hypotézu, testovať ju, upravovať skúmanú situáciu na základe výsledkov experimentu, predpovedať výsledky experimentu. štúdium;

prilákanie rôznych druhov aktivít určených pre aktívnu pozíciu študentov, ktorí získali dostatočnú úroveň vedomostí v predmete, aby mohli samostatne myslieť, argumentovať, uvažovať, ktorí sa naučili učiť sa a samostatne získavať potrebné informácie;

automatizácia procesov organizačného riadenia vzdelávacích aktivít a sledovanie výsledkov zvládnutia vzdelávacieho materiálu: generovanie a distribúcia organizačných a metodických materiálov, ich sťahovanie a prenos po sieti.

Virtualizáciu vzdelávania možno považovať za objektívny proces pohybu od denného cez dištančné k virtuálnemu vzdelávaniu, ktoré absorbuje tie najlepšie vlastnosti denného, korešpondenčného, dištančného a iných foriem vzdelávania a malo by byť adekvátne vznikajúcej ruskej informačnej spoločnosti. . Tento proces, podobne ako proces informatizácie školstva, je objektívny, prirodzený a podmienený množstvom faktorov:

rýchly rozvoj telekomunikačných a informačných systémov otvára nové didaktické možnosti na skvalitnenie samotného vzdelávacieho systému;
vnútorné potreby samotného vzdelávacieho systému súvisiace s poskytovaním prístupu širokým vrstvám obyvateľstva ku kvalitnému, dostupnému, mobilnému, základnému vzdelaniu.

Z hľadiska pedagogiky ako vedy môžeme uvažovať, že proces virtuálneho učenia prebieha v pedagogickom systéme, ktorého prvkami sú ciele, obsah, študent, učiteľ a technologický subsystém virtuálneho učenia. Ide o cieľavedomý, organizovaný proces interakcie medzi žiakmi (študentmi) s učiteľmi (učiteľmi), medzi sebou navzájom a s učebnými pomôckami, pričom nie je rozhodujúci pre ich umiestnenie v priestore a čase. Celá táto štruktúra je založená na materiálnom, technickom a regulačnom rámci.

Formovanie obsahu virtuálneho vzdelávania, podobne ako v tradičnom vzdelávacom systéme, vychádza zo zvolenej teórie organizovania obsahu vzdelávania a zohľadňovania príslušných princípov.

Metodické prostredie je charakteristické metódami aktívneho učenia a projektovou metódou. Virtuálne vzdelávanie je skutočne najviac náchylné na také inovatívne metódy, ako sú metódy aktívneho učenia (brainstorming, obchodné hry, prípadové štúdie, projektové metódy atď.).

Virtuálny študent je právom hlavnou postavou virtuálneho vzdelávacieho procesu, keďže je hlavným „zákazníkom a klientom“ virtuálneho vzdelávacieho systému. Môžeme poukázať na hlavné rozdiely a výhody virtuálneho študenta, ktoré sú sústredené vo formuláciách: „vzdelávanie bez hraníc“, „vzdelávanie počas života“, „vzdelávanie s nižšími nákladmi“. Na druhej strane sú na virtuálneho študenta kladené špecifické požiadavky v podobe výnimočnej motivácie, disciplíny, schopnosti používať výpočtovú a komunikačnú techniku a pod. .

Je zrejmé, že s virtuálnym učením vznikajú vzdelávacie a valiologické problémy so všetkou závažnosťou.

Virtuálnym učiteľom je aj jednotlivec, ktorý pracuje buď priamym kontaktom, alebo nepriamo prostredníctvom telekomunikačných prostriedkov, a navyše to môže byť aj „robot učiteľ“ vo forme napríklad CD-ROM.

Hlavnou funkciou virtuálneho učiteľa je riadiť procesy prípravy, vzdelávania, rozvoja, inými slovami byť pedagogickým manažérom. Počas virtuálneho učenia musí zastávať tieto úlohy: koordinátor, konzultant, vychovávateľ atď.

Virtualizácia vzdelávacieho prostredia poskytuje nové, neprebádané, s najväčšou pravdepodobnosťou nehmatateľné a v súčasnosti neuznávané príležitosti na vzdelávanie. Vedecky podložené využitie prvkov technologického systému virtuálneho učenia podľa nášho názoru nepovedie k reštrukturalizácii, nie k radikálnemu zlepšeniu, ale k vytvoreniu zásadne nového vzdelávacieho systému.

1.2 Virtuálne laboratórium ako učebný prostriedok

Využívanie moderných informačných technológií vo vzdelávaní už nie je novinkou, ale realitou dnešnej doby pre celý civilizovaný svet. V súčasnosti IKT pevne vstúpili do sféry vzdelávania. Umožňujú zmeniť kvalitu vzdelávacieho procesu, urobiť lekciu modernou, zaujímavou a efektívnou.

Virtuálne médiá sú nástroje alebo nástroje na učenie sa v triede. Virtuálne vzdelávanie prináša aj etickú zložku – výpočtová technika nikdy nenahradí spojenie medzi študentmi. Môže len podporiť potenciál ich spoločného hľadania nových zdrojov a je vhodný na použitie v rôznych vzdelávacích situáciách, kde sa študenti počas štúdia predmetu zúčastňujú dialógu s kolegami a učiteľmi o preberanej látke.

Virtuálne technológie predstavujú spôsob prípravy informácií, vrátane vizuálneho, multiprogramovania rôznych situácií.

Pri vedení vyučovacej hodiny virtuálnymi prostriedkami sa dodržiava základný princíp didaktiky - viditeľnosť, ktorá zabezpečuje optimálne osvojenie si látky žiakmi, zvyšuje emocionálne vnímanie a rozvíja u žiakov všetky typy myslenia.

Virtuálne vzdelávacie nástroje sú jedným z najmodernejších nástrojov používaných pri výučbe v triede.

Virtuálna prezentácia laboratórnej práce je séria jasných, nezabudnuteľných obrazov, pohybu - to všetko vám umožňuje vidieť to, čo je ťažké si predstaviť, pozorovať prebiehajúci jav, zážitok. Takáto lekcia vám umožňuje prijímať informácie v niekoľkých formách naraz, čím má učiteľ možnosť zvýšiť emocionálny vplyv na študenta. Jednou zo zjavných výhod takejto lekcie je zvýšená viditeľnosť. Spomeňme si na známu frázu K.D. Ushinsky: „Detská povaha si jednoznačne vyžaduje jasnosť. Naučte dieťa nejakých päť jemu neznámych slov a bude nad nimi dlho a márne trpieť; Ale spojte dvadsať týchto slov s obrázkami - a dieťa sa ich naučí za behu. Vysvetlíte dieťaťu veľmi jednoduchú myšlienku a ono vám nerozumie; vysvetlíte tomu istému dieťaťu zložitý obrázok a ono vás rýchlo pochopí... Ak ste v triede, z ktorej je ťažké dostať slovo (a my nevyhľadávame, aby sa takými triedami stali), začnite ukazovať obrázky , a triedna sa začne rozprávať a hlavne sa bude rozprávať

zadarmo..."

Experimentálne sa tiež zistilo, že pri ústnom prezentovaní materiálu študent vníma a je schopný spracovať až 1 000 konvenčných jednotiek informácií za minútu a pri prepojení zrakových orgánov až 100 000 takýchto jednotiek.

Používanie virtuálnych nástrojov v triede je silným stimulom pri učení. Jedným z virtuálnych nástrojov sú virtuálne laboratóriá, ktoré zohrávajú veľkú úlohu vo vzdelávacom procese. Nenahrádzajú učebnice pre učiteľa a fyziku, ale vytvárajú moderné, nové príležitosti na zvládnutie látky: zvyšuje sa viditeľnosť a rozširujú sa možnosti na predvádzanie ťažko alebo nemožných experimentov vo vzdelávacej inštitúcii.

Virtuálne laboratórium je interaktívny softvérový modul určený na implementáciu prechodu z informačno-ilustračnej funkcie digitálnych zdrojov k inštrumentálno-aktivitnej a vyhľadávacej funkcii, ktorá podporuje rozvoj kritického myslenia, rozvoj zručností a schopností pri praktickom využívaní prijaté informácie.

Klasifikácia laboratórnych prác, ktorá je založená na prístupe k používaniu:

vysoká kvalita- jav alebo zážitok, zvyčajne zložitý alebo nerealizovateľný vo vzdelávacej inštitúcii, sa reprodukuje na obrazovke, keď je ovládaný používateľom;

semikvantitatívna- vo virtuálnom laboratóriu sa simuluje skúsenosť a reálna zmena jednotlivých charakteristík (napríklad poloha posúvača reostatu v elektrickom obvode) spôsobuje zmeny v prevádzke inštalácie, obvodu, zariadenia;

kvantitatívne(parametrické) - v modeli numericky špecifikované parametre menia charakteristiky, ktoré od nich závisia alebo simulujú javy.

Projekt plánuje vytvorenie všetkých troch typov prác, ale hlavný dôraz bude kladený na realistické semikvantitatívne laboratórne práce, ktoré zabezpečia vysokú pedagogickú efektivitu ich využitia. Podstatnou črtou navrhovaného prístupu je schopnosť precvičiť si experimentálne zručnosti v realistických semikvantitatívnych modeloch. Okrem toho implementujú variabilitu pri vykonávaní experimentov a získaných hodnôt, čo zvyšuje efektivitu využitia dielne pri sieťovej práci v počítačovej triede.

Charakteristickým znakom plánovaného vývoja by mala byť vysoká realizmus experimentov vo virtuálnych laboratóriách, presnosť reprodukcie fyzikálnych zákonov sveta a podstaty experimentov a javov, ako aj jedinečne vysoká interaktivita. Na rozdiel od realizovaných virtuálnych laboratórnych prác, v ktorých sa neprecvičujú zručnosti a schopnosti v reálnej práci, pri tvorbe realistických semikvantitatívnych modelov sa bude klásť dôraz na rozvíjanie experimentálnych pracovných zručností, čo je relevantné a vhodné. Okrem toho sa pri takejto práci zrealizuje vysoká variabilita pri vykonávaní experimentov a získaných hodnôt, čo zvýši efektivitu využitia laboratórnej dielne pri sieťovej práci v počítačovej triede.

Štúdium semikvantitatívneho modelu (s implicitným matematickým základom) je netriviálna úloha, ktorá zahŕňa rôzne zručnosti: plánovanie experimentu, predloženie alebo výber najrozumnejších hypotéz o vzťahu javov, vlastností, parametrov, vyvodzovanie záverov na základe experimentálnych údajov, formulovanie problémov. Zvlášť dôležitá a vhodná je schopnosť naznačiť hranice (oblasť, podmienky) použiteľnosti vedeckých modelov, vrátane skúmania toho, ktoré aspekty reálneho javu počítačový model úspešne reprodukuje a ktoré sú za hranicami modelovaného.

Využitie virtuálnej laboratórnej práce v lekcii v porovnaní s reálnou môže byť rôznych typov:

demonštrácia (pred skutočnou prácou) použitie: ukážte spredu, z veľkej obrazovky monitora alebo cez multimediálny projektor, postupnosť akcií skutočnej práce; Uprednostňujú sa realistické kvalitatívne a semikvantitatívne modely;
zovšeobecňujúce (po reálnej práci) použitie: frontálny režim (demonštrácia, objasnenie otázok, formulácia záverov a upevnenie preberaného) alebo individuálny (matematická stránka experimentov, rozbor grafov a digitálnych hodnôt, štúdium modelu ako spôsob uprednostňujú sa kvantitatívne, parametrické modely;
experimentálne (namiesto reálnej práce) využitie: individuálne (v malých skupinách) plnenie úloh vo virtuálnom laboratóriu bez vykonávania reálnej práce, počítačový experiment. Dá sa vykonávať s realistickými semikvantitatívnymi 3D modelmi aj s parametrickými modelmi.

Očakávané výsledky implementácie virtuálneho laboratória ako virtuálneho vzdelávacieho nástroja:

vytvorenie a realizácia workshopov s vysokým realizmom a implicitným matematickým základom, ktoré sú predmetom študentského výskumu, sa stane jedným zo základov rozvoja kritického myslenia a samostatnosti;
zvýšenie efektívnosti praktického vyučovania sa dosiahne optimálnou kombináciou reálnej a virtuálnej práce;
Predpokladá sa, že sa zvýši záujem o proces učenia medzi skupinami študentov, ktorí neuspejú dobre v konvenčnom vyučovacom systéme.

1.3 Zásady a požiadavky na rozvoj virtuálneho laboratória

Keďže pri vykonávaní laboratórnych prác sa značná časť času vynakladá na pochopenie, ako pracovať s inštaláciou, má študent po stiahnutí virtuálneho laboratória možnosť vopred sa pripraviť zvládnutím zariadenia a štúdiom jeho prevádzky v rôznych režimoch. Dostane príležitosť vyskúšať si svoje vedomosti v praxi, sledovať prebiehajúcu akciu a analyzovať výsledok vykonanej práce.

Použitie technológie virtuálneho tréningu umožňuje úplne reprodukovať rozhranie skutočného zariadenia vo forme virtuálneho modelu so zachovaním všetkých jeho funkcií. Študent si na svojom počítači spustí virtuálne laboratórium, čo vedie k výraznej úspore času na praktických hodinách. Okrem toho sa pri vývoji emulátora používajú modely zariadení, ktoré fungujú na rovnakých princípoch ako skutočné. Ich parametre a princíp činnosti sa dajú ľahko meniť, pričom pozorujete, ako sa to prejaví vo výsledkoch merania. Vďaka využívaniu virtuálnych laboratórií získavame pre študentov kvalitnú prípravu na vykonávanie laboratórnych prác a prácu s prístrojmi, čo umožňuje študentom hĺbkové štúdium fyzikálnych javov a názorné zobrazenie vykonávanej práce.

Softvérový balík „Virtual Physics Laboratory“ musí spĺňať niekoľko požiadaviek:

Minimálne systémové požiadavky, ktoré vám umožnia spustiť produkt na akomkoľvek osobnom počítači. Treba poznamenať, že nie všetky vzdelávacie inštitúcie si môžu dovoliť najnovšiu generáciu počítačov.
Jednoduchosť a dostupnosť použitia. Softvérový balík je určený pre študentov stredných škôl (ročníky 8 - 9), preto treba vychádzať z individuálnych psychologických charakteristík vývinu študentov.
Každé virtuálne laboratórium by malo obsahovať popis a návod na realizáciu, ktorý umožní študentom zvládnuť prácu bez väčšej námahy.
Virtuálne laboratóriá sa dobudujú, keď sa osvojí vzdelávací materiál.
Viditeľnosť pracovného výkonu, ktorá vám umožňuje sledovať prebiehajúce akcie. Zmenou niektorých parametrov systému žiak vidí, ako sa menia iné.

Všeobecná štruktúra softvérového balíka „Virtual Physics Laboratory“.

Na implementáciu softvérového balíka „Virtual Physics Laboratory“ sa rozhodlo použiť štyri hlavné bloky:

Virtuálne laboratóriá.
Usmernenia.
O vývojárovi.

Prvý blok „Informácie o virtuálnom laboratóriu“ bude obsahovať základné informácie o výhodách, princípoch a požadovaných výsledkoch virtuálnych laboratórií. Uvedú sa aj charakteristické črty virtuálnych diel vo vzťahu k skutočným.

Druhý blok „Virtuálne laboratóriá“ sa plánuje rozdeliť do niekoľkých podblokov podľa sekcií fyziky. Toto rozdelenie umožní študentovi rýchlo a jednoducho nájsť prácu, ktorú potrebuje a začať ju dokončovať a výrazne ušetriť čas. Jednotka bude zahŕňať úlohy na zostavenie elektrického obvodu, ako aj prácu na tepelných a mechanických javoch.

Tretím blokom „Metodické odporúčania“ bude popis a priebeh virtuálnych laboratórnych prác, ako aj stručné pokyny na ich realizáciu. V tejto časti bude potrebné uviesť aj vekovú kategóriu, pre ktorú je vyvíjaný softvérový balík určený. Študent, ktorý doteraz o virtuálnych laboratóriách nemal ani potuchy, ich tak môže jednoducho a rýchlo začať absolvovať.

2 Praktická implementácia softvérového balíka „Virtuálne laboratórium pre fyziku“

Výber nástrojov na vytvorenie virtuálneho laboratória

Na základe analýzy všeobecnej štruktúry virtuálneho laboratória, princípov a požiadaviek sa domnievame, že vzorom pre realizáciu projektu by mala byť osobná webová stránka umiestnená na jednom počítači, ku ktorej je možné pristupovať pomocou prehliadača.

Ako vývojári webových stránok sme stáli pred otázkou, aké nástroje dokážu rýchlo a efektívne dokončiť úlohu. V súčasnosti existujú dva typy editorov, ktoré vytvárajú webové stránky. Ide o editory, ktoré pracujú priamo s kódovými a vizuálnymi editormi. Obe technológie majú klady aj zápory. Pri vytváraní webových stránok pomocou editorov kódu musí vývojár poznať jazyk HTML. Práca vo vizuálnom editore je pomerne jednoduchá a pripomína proces vytvárania dokumentu v programe Microsoft Word.

Pozrime sa na niektoré webové editory, ktoré dnes existujú.

Najjednoduchším nástrojom na vytváranie webových stránok je aplikácia Poznámkový blok, ale používanie Poznámkového bloku vyžaduje znalosť jazyka HTML (Hypertext Markup Language) a dobré pochopenie štruktúry webových stránok. Je žiaduce mať odborné znalosti, ktoré umožňujú s takými skromnými prostriedkami vytvárať webové stránky pomocou technológií Active X a Flash.

Tí, ktorí radšej píšu HTML kód ručne, ale chýba im funkčnosť programu Poznámkový blok a podobných programov, si vyberú program s názvom TextPad. Tento program je v skutočnosti veľmi podobný programu Poznámkový blok, ale vývojári špeciálne poskytli niektoré vymoženosti na písanie kódu HTML (ako aj Java, C, C++, Perl a niektoré ďalšie jazyky). To je vyjadrené tým, že pri písaní HTML dokumentu sú všetky tagy automaticky zvýraznené modrou farbou, ich atribúty tmavomodrou a hodnoty atribútov zelenou (farby je možné prispôsobiť podľa želania, rovnako ako písmo). Táto funkcia zvýraznenia je užitočná, pretože v prípade náhodnej chyby v názve tagu alebo jeho atribútu to program okamžite hlási.

Na vytváranie webových zdrojov môžete použiť aj vizuálne editory. Hovoríme o takzvaných WYSIWYG editoroch. Názov pochádza z vety „What You See Is What You Get“ – čo vidíš, to dostaneš. WYSIWYG editory vám umožňujú vytvárať webové stránky a webové stránky aj pre používateľov, ktorí nepoznajú jazyk HTML (hypertext markup language).

Macromedia Dreamweaver je profesionálny HTML editor na vizuálne vytváranie a správu webových stránok rôznej zložitosti a internetových stránok. Dreamweaver obsahuje mnoho nástrojov a nástrojov na úpravu a vytváranie profesionálnej webovej stránky: HTML, CSS, javascript, javascriptový debugger, editory kódu (prehliadač kódu a inšpektor kódu), ktoré vám umožňujú upravovať javascript, XML a ďalšie textové dokumenty, ktoré sú podporované v Dreamweaveri. . Technológia Roundtrip HTML importuje dokumenty HTML bez preformátovania kódu a umožňuje nakonfigurovať Dreamweaver tak, aby "vyčistil" a preformátoval HTML podľa želania vývojára.

Možnosti vizuálnych úprav aplikácie Dreamweaver vám tiež umožňujú rýchlo vytvoriť alebo prepracovať projekt bez písania akéhokoľvek kódu. Je možné zobraziť všetky centralizované prvky a „pretiahnuť“ ich z pohodlného panela priamo do dokumentu. Všetky funkcie Dreamweaveru si môžete nakonfigurovať sami pomocou potrebnej literatúry.

Na vytvorenie virtuálneho laboratória sme použili prostredie FrontPage. Podľa niektorých zdrojov na svetovom internete je až 50 percent všetkých stránok a webových lokalít, vrátane veľkých projektov, vytvorených pomocou Microsoft FrontPage. A v SNŠ je celkom možné, že toto číslo dosahuje 80-90 percent.

Výhody FrontPage oproti iným editorom sú zrejmé:

FrontPage má silnú webovú podporu. Existuje mnoho webových lokalít, diskusných skupín a konferencií zameraných na používateľov FrontPage. Pre FrontPage existuje aj množstvo platených a bezplatných doplnkov, ktoré rozširujú jeho možnosti. Napríklad najlepšie grafické optimalizátory súčasnosti, Ulead SmartSaver a Ulead SmartSaver Pro od Ulead, sú zabudované do pluginov nielen vo Photoshope, ale aj vo FrontPage. Okrem toho existuje celý priemysel spoločností, ktoré vyvíjajú a uvoľňujú témy pre FrontPage;
Rozhranie FrontPage je veľmi podobné rozhraniu programov zahrnutých v balíku Microsoft Office, čo uľahčuje učenie. Okrem toho existuje úplná integrácia medzi programami zahrnutými v balíku Microsoft Office, čo vám umožňuje využívať informácie vytvorené v iných aplikáciách vo FrontPage.

Vďaka programu FrontPage môžu vytvárať webové stránky nielen profesionálni programátori, ale aj používatelia, ktorí chcú mať web na osobné účely, keďže nie je potrebné programovať v HTML kódoch a poznať HTML editory, domnieva sa väčšina autorov.

Hlavná sťažnosť, ktorú majú vývojári, ktorí vytvárajú webové stránky pomocou HTML kódu, na FrontPage je, že v niektorých prípadoch štandardne píše nadbytočný kód. Pre malé webové stránky to nie je kritické. Okrem toho FrontPage umožňuje vývojárom pracovať s HTML kódom.

Etapy návrhu a štruktúra shell programu „Virtuálne fyzikálne laboratórium“.

Dizajn je jednou z najdôležitejších a najťažších fáz vývoja, od ktorej závisí efektívnosť ďalšej práce a konečný výsledok.

Obrovským stimulom vo vývoji pedagogického dizajnu bolo rozšírenie výpočtovej techniky. S jeho príchodom do školstva sa metódy vyučovania začali meniť smerom k jeho technologizácii. Objavili sa informačné technológie pre vzdelávanie.

Pedagogický dizajn je činnosť zameraná na rozvoj a realizáciu vzdelávacích projektov, ktoré sú chápané ako formalizované komplexy inovatívnych myšlienok vo vzdelávaní, v sociálnom a pedagogickom hnutí, vo vzdelávacích systémoch a inštitúciách, v pedagogických technológiách (Bezrukova V.S.).

Navrhovanie pedagogických systémov, procesov alebo situácií je komplexná viacstupňová činnosť. Realizuje sa ako séria sekvenčných etáp, približujúcich vývoj nadchádzajúcej činnosti od všeobecnej myšlienky k presne popísaným konkrétnym činnostiam.

2.2.1 Štruktúra softvérového balíka „Virtuálne laboratórium pre fyziku“

Návrh programu „Virtuálne laboratórium vo fyzike“ prebiehal v nasledujúcich etapách:

uvedomenie si potreby vytvorenia produktu;
rozvoj programu „Virtuálne laboratórium vo fyzike“;
analýza riadiaceho systému pomocou IKT;
výber laboratórií pre tepelné a mechanické javy z hotových databáz, ako aj vytvorenie laboratória na montáž elektrických obvodov;
stručný popis technologických možností každého virtuálneho laboratória, jeho účel, pravidlá správania, poradie vykonávania;
vypracovanie metodiky využívania programu „Virtuálne laboratórium vo fyzike“.

Na základe uvažovaných fáz bola vyvinutá štruktúra softvérového balíka „Virtual Physics Laboratory“ (obrázok 1).

Obrázok 1 - Štruktúra softvérového balíka

"Virtuálne fyzikálne laboratórium"

Štruktúra shell programu zahŕňa jadro pre riadenie programu „Virtual Physics Laboratory“. Jadrom ovládania je úvodná stránka programu. Blok je určený na navigáciu vo vyvinutom programe na výber a predvádzanie virtuálnych laboratórií a umožňuje vám prejsť do ktoréhokoľvek z ďalších blokov. Poskytuje rýchly prístup k nasledujúcim sekciám:

„Informácie o virtuálnom laboratóriu“;
"Virtuálne laboratóriá";
"O vývojárovi";

Časť „Informácie o virtuálnom laboratóriu“ obsahuje teoretické aspekty, ktoré pomáhajú pochopiť úlohu virtuálnych vzdelávacích nástrojov vo vzdelávacom procese.

Časť „Virtuálne laboratóriá“ zahŕňa samotnú laboratórnu prácu v dvoch oblastiach: tepelné a mechanické javy, ako aj podsekciu „Zostavenie elektrického obvodu“. Tepelné a mechanické javy obsahujú najzákladnejšie a najvýznamnejšie laboratórne práce a zostava elektrického obvodu umožňuje zostaviť obvod v súlade s pokynmi a zákonmi fyziky.

Sekcia „O vývojárovi“ obsahuje základné informácie o autorovi a očakávané výsledky zavádzania shell programu do moderného vzdelávacieho procesu.

2.2.2 Štruktúra virtuálneho laboratória

Webová stránka obsahuje 13 strán a s prihliadnutím na ostatné dostupné dokumenty obsahuje spolu 107 súborov.

Zoznam stránok vytvoreného webu je na obrázku 2.

Obrázok 2 - Zoznam stránok vytvoreného webu.

Priečinok images obsahuje obrázky použité pri vývoji softvérového balíka (obrázok 3).

Obrázok 3 - Použité obrázky

Priečinok js obsahuje sadu kódov, ktoré sú potrebné na fungovanie softvérového balíka (obrázok 4). Napríklad súbor data.js obsahuje kód, ktorý definuje okno s úlohami na zostavenie elektrického obvodu.

Obrázok 4 - Prvky priečinka js

Obrázok 5 zobrazuje štruktúru virtuálneho laboratória vo fyzike podľa sekcií.

Obrázok 5 - Štruktúra virtuálneho laboratória podľa sekcií fyziky

Každá stránka uzla v tomto diagrame je označená obdĺžnikom. Čiary spájajúce tieto obdĺžniky symbolizujú vzájomnú podriadenosť strán.

Nižšie je uvedený popis hlavných blokov virtuálneho laboratória.

Jadro pre správu shell programu “Virtual Physics Laboratory” je uvedené na stránke index.html. Je zostavený tak, aby ho používateľ mohol použiť na prechod do všetkých ostatných blokov programu. Inými slovami, riadiace jadro poskytuje prístup k informačnej pomoci, prístup k vykonávaniu a predvádzaniu virtuálnych laboratórnych prác, prístup k informáciám o autorovi a očakávaných výsledkoch vývoja. Pri vývoji riadiaceho jadra programu Virtual Physics Laboratory boli použité aj rámce, nastavenia pozadia a formátovanie textu.

Informačný blok shellového programu „Virtual Physics Laboratory“ predstavuje stránka Info.html. Blok má poskytnúť stručné všeobecné informácie o virtuálnom laboratóriu, jeho úlohe v modernom vzdelávaní a tiež uviesť hlavné výhody.

Vývoj softvérového balíka „Virtual Laboratory for Physics“

Vývoj softvérového balíka „Virtual Physics Laboratory“ začína vytvorením webovej stránky, ktorej štruktúra vychádza z vyššie diskutovaných blokov (obrázok 3). Obrázok 6 zobrazuje štruktúru softvérového balíka „Virtual Physics Laboratory“. Každá stránka uzla v tomto diagrame je označená obdĺžnikom. Čiary spájajúce tieto obdĺžniky symbolizujú vzájomnú podriadenosť strán.

Obrázok 6 - Štruktúra softvérového balíka

"Virtuálne laboratórium vo fyzike."

Riadiace jadro softvérového balíka je prezentované na stránke index.htm. Je zostavený tak, aby ho používateľ mohol použiť na prechod na všetky ostatné bloky softvérového balíka. Inými slovami, riadiace jadro poskytuje prístup k informáciám o programe, prístup k virtuálnej práci, prístup k metodickým odporúčaniam, ako aj prístup k informáciám o vývojárovi softvérového balíka „Virtual Physics Laboratory“.

Pri vývoji riadiaceho jadra softvérového balíka Virtual Physics Laboratory boli použité aj rámce, nastavenia pozadia a formátovanie textu.

Komunikačná schéma medzi stránkami sa konfiguruje pomocou tlačidiel a hypertextových odkazov. Hypertextové odkazy vám umožňujú rýchlo prejsť na požadovanú stránku a tiež organizovať prepojenie medzi stránkami webovej lokality, čo určuje jej integritu. Obrázok 7 zobrazuje strom hypertextových odkazov. Toto zverejnenie vetiev v schéme hypertextových odkazov vám umožňuje vizuálne modelovať logiku fungovania uzla bez otvárania samotných webových stránok.

Obrázok 7 - Schéma hypertextových odkazov uzla

Ukážka vytvoreného softvérového balíka „Virtual Laboratory for Physics“

2.4.1 Vývoj softvérového balíka na vytvorenie virtuálneho laboratória

Vývoj softvérového balíka na vytvorenie virtuálneho laboratória prebiehal v nasledujúcich etapách:

analýza virtuálnych laboratórií v školiacom systéme a uvedomenie si potreby vytvorenia produktu;
vývoj shell programu „Virtual Physics Laboratory“;
vývoj schémy virtuálneho laboratória;
stručný popis technologických možností laboratória a ich účelu;
popis didaktických možností virtuálnych laboratórií vo fyzike;
vývoj metodiky používania shell programu „Virtual Physics Laboratory“.

Úvodná stránka virtuálneho laboratórneho shell programu je znázornená na obrázku 8. S jeho pomocou môže používateľ prejsť do ktorejkoľvek z prezentovaných sekcií.

Obrázok 8 - Úvodná stránka

Príslušný softvérový balík má štyri navigačné tlačidlá:

informácie o virtuálnom laboratóriu;
virtuálne laboratóriá;
usmernenia;
o vývojárovi.

Informácie o virtuálnom laboratóriu.

Časť „Informácie o virtuálnom laboratóriu“ obsahuje hlavné teoretické aspekty, hovorí o hlavných výhodách virtuálneho laboratória, želaných výsledkoch implementácie vývoja a je znázornená na obrázku 9.

Obrázok 9 - Informácie o virtuálnom laboratóriu

Časť „Informácie o virtuálnom laboratóriu“ hovorí o výhodách vizuálnej fyziky, konkrétne o možnosti demonštrovať fyzikálne javy zo širšej perspektívy a ich komplexnom štúdiu. Každá práca zahŕňa veľké množstvo vzdelávacieho materiálu, a to aj z rôznych sekcií fyziky. To poskytuje dostatok príležitostí na upevňovanie interdisciplinárnych súvislostí, na zovšeobecňovanie a systematizáciu teoretických poznatkov.

Interaktívna práca vo fyzike by sa mala vykonávať na hodinách vo forme workshopu pri vysvetľovaní nového materiálu alebo pri dokončení štúdia určitej témy. Ďalšou možnosťou je vykonávanie práce mimo vyučovania, vo výberových, individuálnych triedach. Virtuálna fyzika je nový jedinečný smer vo vzdelávacom systéme. Nie je žiadnym tajomstvom, že 90% informácií vstupuje do nášho mozgu cez optický nerv. A nie je prekvapujúce, že kým sa človek neuvidí sám, nebude schopný jasne pochopiť povahu určitých fyzikálnych javov. Preto musí byť proces učenia podporený vizuálnymi materiálmi. A je to jednoducho úžasné, keď môžete nielen vidieť statický obraz zobrazujúci akýkoľvek fyzikálny jav, ale aj pozrieť sa na tento jav v pohybe.

Časť „Virtuálne laboratóriá“ obsahuje tri hlavné podsekcie: elektrický obvod, mechanické a tepelné javy, z ktorých každá priamo zahŕňa samotné virtuálne laboratóriá. Táto časť je znázornená na obrázku 10.

Obrázok 10 - Virtuálne laboratóriá

Pododdiel „Elektrické obvody“ obsahuje tri úlohy, ktorých účelom je zostaviť elektrický obvod v súlade s uvedenými popismi práce.

Mechanické a tepelné javy zahŕňajú štyri laboratóriá, z ktorých každé pokrýva veľké množstvo vedomostí.

2.4.2 Výber prvkov z hotových databáz na vytvorenie virtuálneho fyzikálneho laboratória

V súčasnosti existuje veľa hotových prvkov virtuálnych fyzikálnych laboratórií, od najjednoduchších až po inštalácie vážnejšieho charakteru. Po zvážení rôznych zdrojov a webových stránok sa rozhodlo použiť materiál z webovej stránky virtuálnych laboratórií - http://www.virtulab.net, pretože tu je nielen materiál podrobnejšie a originálne prezentovaný, ale aj laboratóriá vo fyzike aj v iných predmetoch. To znamená, že by som rád poznamenal, že táto stránka pokrýva rozsiahlu oblasť vedomostí a materiálu.

Každá práca obsahuje veľké množstvo vzdelávacieho materiálu. To poskytuje dostatok príležitostí na upevňovanie interdisciplinárnych súvislostí, na zovšeobecňovanie a systematizáciu teoretických poznatkov.

Virtuálna fyzika je nový jedinečný smer vo vzdelávacom systéme. Nie je žiadnym tajomstvom, že 90% informácií vstupuje do nášho mozgu cez optický nerv. A nie je prekvapujúce, že kým sa človek neuvidí sám, nebude schopný jasne pochopiť povahu určitých fyzikálnych javov. Preto musí byť proces učenia podporený vizuálnymi materiálmi. A je to jednoducho úžasné, keď môžete nielen vidieť statický obraz zobrazujúci akýkoľvek fyzikálny jav, ale aj pozrieť sa na tento jav v pohybe.

Chcete napríklad vysvetliť mechaniku? Prosím, tu sú animácie zobrazujúce druhý Newtonov zákon, zákon zachovania hybnosti pri zrážke telies, pohyb telies po kružnici pod vplyvom gravitácie a pružnosti atď.

Po preskúmaní a analýze materiálu na stránke www. Virtulab.net na vytvorenie programu shell, bolo rozhodnuté vziať dva hlavné aspekty fyziky: tepelné a mechanické javy.

Virtuálne laboratórium „Elektrické obvody“ zahŕňa nasledujúce úlohy:

zostaviť obvod s paralelným pripojením;
zostaviť obvod so sériovým pripojením;
zostaviť obvod so zariadeniami.

Virtuálne laboratórium „Thermal Phenomena“ zahŕňa nasledujúce laboratórne práce:

štúdium Carnotovho ideálneho tepelného motora;
stanovenie špecifického tepla topenia ľadu;
chod štvortaktného motora, animácia Ottovho cyklu;
porovnanie molárnych tepelných kapacít kovov.

Virtuálne laboratórium „Mechanické javy“ zahŕňa nasledujúce laboratórne práce:

ďalekonosná zbraň;
štúdium druhého Newtonovho zákona;
štúdium zákona zachovania hybnosti pri zrážkach telies;

štúdium voľných a vynútených vibrácií.

2.4.3 Popis virtuálnych laboratórií v časti „Mechanické javy“.

Laboratórna práca č. 1 „Diaľkový dostrel“. Virtuálna laboratórna práca „Long-Range Gun“ je znázornená na obrázku 11. Po nastavení počiatočných údajov pre zbraň simulujeme výstrel a ťahaním vertikálnej červenej čiary kurzorom určíme hodnotu rýchlosti pri vybraný bod trajektórie.

Obrázok 11 - Virtuálne laboratórium

"Diaľkové delo"

V okne zdrojových údajov sa nastaví počiatočná rýchlosť odletu projektilu, ako aj uhol k horizontu, po ktorom môžeme začať strieľať a analyzovať výsledok.

Laboratórna práca č. 2 „Štúdia druhého Newtonovho zákona“. Virtuálna laboratórna práca „Štúdium druhého Newtonovho zákona“ je znázornená na obrázku 12. Účelom tejto práce je ukázať základný Newtonov zákon, ktorý hovorí, že zrýchlenie, ktoré teleso získa v dôsledku nárazu naň, je priamo úmerné sila alebo výsledné sily tohto nárazu a nepriamo úmerné hmotnosti tela.

Obrázok 13 - Virtuálne laboratórium

„Skúmanie druhého Newtonovho zákona“

Pri vykonávaní tejto laboratórnej práce, zmene parametrov (výška protizávažia, hmotnosť bremien) sledujeme zmenu zrýchlenia, ktoré telo nadobúda.

Laboratórna práca č. 3 „Štúdium voľných a vynútených vibrácií“. Virtuálna laboratórna práca „Štúdium voľných a vynútených vibrácií“ je prezentovaná na obrázku 14. V tejto práci sa študujú vibrácie telies pod vplyvom vonkajších periodicky sa meniacich síl.

Obrázok 14 - Virtuálne laboratórium

"Štúdia voľných a nútených vibrácií"

V závislosti od toho, čo chceme získať, amplitúdy oscilačného systému alebo amplitúdovo-frekvenčnej odozvy, výberom jedného z parametrov a nastavením všetkých parametrov systému môžeme začať pracovať.

Laboratórna práca č. 4 „Štúdium zákona zachovania hybnosti pri zrážkach telies“. Virtuálna laboratórna práca „Štúdium zákona zachovania hybnosti pri zrážkach telies“ je znázornená na obrázku 15. Zákon zachovania hybnosti je splnený pre uzavreté systémy, teda také, ktoré zahŕňajú všetky interagujúce telesá, takže žiadne vonkajšie sily pôsobiť na ktorýkoľvek z orgánov systému. Pri riešení mnohých fyzikálnych problémov sa však ukazuje, že hybnosť môže zostať pre otvorené systémy konštantná. Je pravda, že v tomto prípade je množstvo pohybu zachované len približne.

Obrázok 15 - Virtuálne laboratórium

„Štúdium zákona zachovania hybnosti pri zrážkach telies“

Nastavením počiatočných parametrov systému (hmotnosť strely, dĺžka tyče, hmotnosť valca) a stlačením tlačidla štart uvidíme výsledky práce. Výberom rôznych východiskových hodnôt môžeme vidieť, ako sa mení správanie a výsledky laboratórnej práce.

2.4.4 Popis virtuálnych laboratórií v časti „Tepelné javy“

Laboratórna práca č. 1 „Štúdia ideálneho Carnotovho tepelného motora.“ Virtuálna laboratórna práca „Štúdia ideálneho Carnotovho tepelného motora“ je znázornená na obrázku 16.

Obrázok 16 - Virtuálne laboratórium

"Štúdia Carnotovho ideálneho tepelného motora"

Po spustení prevádzky tepelného motora podľa Carnotovho cyklu použite tlačidlo „Pauza“ na zastavenie procesu a načítanie údajov zo systému. Pomocou tlačidla „Rýchlosť“ zmeníte prevádzkovú rýchlosť tepelného motora.

Laboratórna práca č. 2 „Stanovenie merného tepla topenia ľadu“. Virtuálna laboratórna práca „Stanovenie merného tepla topenia ľadu“ je znázornená na obrázku 17.

Obrázok 17 - Virtuálne laboratórium

"Stanovenie špecifického tepla topenia ľadu"

Ľad môže existovať v troch amorfných odrodách a 15 kryštalických modifikáciách. Fázový diagram na obrázku vpravo ukazuje, pri akých teplotách a tlakoch existujú niektoré z týchto modifikácií.

Laboratórna práca č. 3 "Prevádzka štvortaktného motora, animácia Ottovho cyklu." Virtuálna laboratórna práca „Prevádzka štvortaktného motora, animácia Ottovho cyklu“ je znázornená na obrázku 18. Práca má len informatívny charakter.

Obrázok 18 - Virtuálne laboratórium

"Prevádzka štvortaktného motora, animácia Ottovho cyklu"

Štyri cykly alebo zdvihy, ktorými piest prechádza: nasávanie, stláčanie, zapaľovanie a vypudzovanie plynov dávajú meno štvortaktnému alebo Ottovmu motoru.

Laboratórna práca č. 4 „Porovnanie molárnych tepelných kapacít kovov“. Virtuálna laboratórna práca „Porovnanie molárnych tepelných kapacít kovov“ je znázornená na obrázku 19. Výberom jedného z kovov a spustením práce môžeme získať podrobné informácie o jeho tepelnej kapacite.

Obrázok 19 - Virtuálne laboratórium

"Porovnanie molárnych tepelných kapacít kovov"

Cieľom práce je porovnať tepelnú kapacitu prezentovaných kovov. Ak chcete vykonať prácu, mali by ste vybrať kov, nastaviť teplotu a zaznamenať hodnoty.

2.4.5 Ukážka možností vytvorenia softvérového balíka „Virtual Physics Laboratory“

Montážny blok elektrického obvodu main.html bol vyvinutý samostatne a nie príliš inak. Pozrime sa bližšie na proces.

Krok. Prvým krokom bolo vytvorenie prototypu pomocou http://gomockingbird.com/, online nástroja, ktorý vám umožňuje jednoducho vytvárať, prezerať a zdieľať modely aplikácií. Pohľad na budúce okno je znázornený na obrázku 20.

Obrázok 20 - Prototyp okna „Zostava elektrického obvodu“.

Bolo rozhodnuté umiestniť panel s elektrickými prvkami na ľavú stranu okna, hlavné tlačidlá v hornej časti (otvoriť, uložiť, vymazať, skontrolovať), zvyšná časť bude vyhradená na zostavenie elektrického obvodu. Na navrhnutie prototypu som zvolil bootstrap base - to je niečo ako univerzálne štýly pre dizajn, príklady nájdete tu http://getbootstrap.com/getting-started/#examples

Krok. Ako šablónu pre diagram som si vybral http://raphaeljs.com/ – jednu z najjednoduchších knižníc, ktorá vám umožňuje vytvárať grafy (príklad http://raphaeljs.com/graffle.html) (obrázok 21).

Obrázok 21 - Návrh a schéma okna „Zostava elektrického obvodu“.

Ako predloha na zostavenie elektrického obvodu bola použitá knižnica na zostavenie grafov a vybratý vhodný obvod, ktorý bude neskôr upravený a prispôsobený našim požiadavkám.

Krok. Ďalej som pridal niekoľko základných prvkov.

Na grafe boli geometrické tvary nahradené obrázkami, zvolená knižnica umožňuje použiť ľubovoľné obrázky (obrázok 22).

Obrázok 22 - Návrh a schéma okna „Zostava elektrického obvodu“.

V tomto kroku boli vytvorené obrázky prvkov elektrického obvodu, zoznam samotných prvkov bol rozšírený a v okne na zostavenie elektrického obvodu teraz môžeme pripojiť elektrické prvky.

4 Krok. Na základe toho istého bootstrapu som vytvoril model vyskakovacieho okna - malo sa použiť na akékoľvek akcie vyžadujúce potvrdenie používateľa (príklad http://getbootstrap.com/javascript/#modals) Obrázok 23.

Obrázok 23 - Vyskakovacie okno

V budúcnosti sa plánovalo umiestňovať úlohy do tohto vyskakovacieho okna s právom výberu používateľa.

Krok. Vo vyskakovacom okne vytvorenom v predchádzajúcom kroku som pridal zoznam niekoľkých možností úloh, ktoré budú študentovi ponúknuté. Úlohy som sa rozhodol vybrať na základe učebných osnov pre strednú školu (8. – 9. ročník).

Úlohy zahŕňajú: názov, popis a obrázok (obrázok 24).

Obrázok 24 - Výber možnosti úlohy

V tomto kroku sme teda dostali vyskakovacie okno s výberom úloh, keď na jednu z nich kliknete, stane sa aktívnou (zvýraznenou).

Krok. Vzhľadom na použitie rôznych elektrických prvkov v úlohách bolo potrebné pridať ďalšie. Po pridaní si otestujme, ako fungujú spojenia medzi prvkami (obrázok 25).

Obrázok 25 - Pridanie prvkov elektrického obvodu

Všetky prvky môžu byť umiestnené v okne konštrukcie obvodu a môžu byť vytvorené fyzické spojenia, takže prejdime k ďalšiemu kroku.

Krok. Pri kontrole úlohy musíte používateľa nejakým spôsobom informovať o výsledku.

Obrázok 26 - Popisy nástrojov

Hlavné typy chýb pri vykonávaní úloh montáže reťaze sú uvedené v tabuľke 1.

Tabuľka 1 – Hlavné typy chýb.

Krok. Po dokončení úlohy sa sprístupní tlačidlo „Skontrolovať“, čím sa spustí kontrola. V tomto kroku bol pridaný popis prvkov a spojení, ktoré musia byť na diagrame pre úspešnú implementáciu (obrázok 27).

Obrázok 27 - Kontrola elektrického obvodu

Ak je úloha úspešne dokončená, po overení sa zobrazí dialógové okno informujúce o úspešnom dokončení úlohy.

9 Krok. V tomto kroku bolo rozhodnuté pridať prípojný bod, ktorý nám umožní zostaviť zložitejšie obvody s paralelným zapojením (obrázok 28).

Obrázok 28 - Miesto pripojenia

Po úspešnom pridaní prvku „bod pripojenia“ bolo potrebné pridať úlohu pomocou tohto prvku.

Krok. Spustenie a kontrola úlohy zostavenia elektrického obvodu so zariadeniami (obrázok 29).

Obrázok 29 - Výsledok vykonania

2.4.6 Návod na používanie vytvoreného softvérového balíka „Virtual Laboratory for Physics“

2.4.7 Popis časti „O vývojárovi“.

Časť „O vývojárovi“ obsahuje základné informácie o autorovi a očakávané výsledky zavedenia softvérového balíka do moderného vzdelávacieho procesu (obrázok 31).

Obrázok 31 - O vývojárovi

Táto časť bola vytvorená s cieľom poskytnúť stručné informácie o vývojárovi softvérového balíka „Virtual Physics Laboratory“.

Táto časť obsahuje najzákladnejšie informácie o autorovi, stručne popisuje očakávané výsledky vývoja, pripája osvedčenie o schválení softvérového balíka a uvádza aj riaditeľa diplomového projektu.

Záver

V predloženej práci bol vykonaný prehľad vedeckej a pedagogickej literatúry o využití virtuálnych nástrojov v modernom vzdelávacom systéme. Na základe toho bol identifikovaný osobitný význam používania virtuálneho laboratória v procese učenia.

Príspevok skúma využitie IKT vo vzdelávacom procese, problematiku virtualizácie vzdelávania a možnosti virtuálnej laboratórnej práce pri štúdiu procesov a javov, ktoré sú v reálnych podmienkach ťažko skúmateľné.

Vzhľadom na skutočnosť, že moderný trh so softvérovými produktmi poskytuje veľké množstvo rôznych programov - shell, vznikla otázka, či je potrebné vytvoriť softvérový balík, ktorý vám umožní vykonávať virtuálne laboratórne práce bez akýchkoľvek problémov. Pomocou počítača môže študent pomerne jednoducho a rýchlo dokončiť potrebnú prácu a sledovať priebeh jej realizácie.

Pred začatím implementácie softvérového balíka bola vyvinutá zovšeobecnená štruktúra virtuálneho fyzikálneho laboratória, ktorá je znázornená na obrázku 1.

Potom sa uskutočnil výber prostredia nástrojov pre vývoj softvérového balíka „Virtuálne laboratórium pre fyziku“.

Bola vyvinutá špecifická štruktúra softvérového komplexu, znázornená na obrázku 5.

Bola analyzovaná databáza hotových prvkov, ktoré je možné použiť na vytvorenie softvérového balíka.

Nástrojom vybraným na vytvorenie virtuálneho fyzikálneho laboratória je prostredie FrontPages, pretože vám umožňuje jednoducho a jednoducho vytvárať a upravovať HTML stránky.

V priebehu práce bol vytvorený softvérový produkt „Virtuálne laboratórium pre fyziku“. Vybudované laboratórium pomôže učiteľom realizovať vzdelávací a pedagogický proces. Môže tiež výrazne zjednodušiť komplexnú laboratórnu prácu, uľahčiť vizuálnu prezentáciu vykonávanej skúsenosti, zvýšiť efektivitu vzdelávacieho procesu a motivovať študentov.

V softvérovom balíku boli vytvorené tri virtuálne laboratóriá:

Elektrické obvody.
Mechanické javy.
Tepelné javy.

V každej práci si žiaci môžu vyskúšať svoje individuálne vedomosti.

Na zabezpečenie interakcie študentov so softvérovým balíkom boli vyvinuté metodické odporúčania, ktoré im pomôžu ľahko a rýchlo začať vykonávať virtuálne laboratóriá.

Softvérový balík „Virtuálne laboratórium pre fyziku“ testoval na školských hodinách učiteľ I. kategórie O.S. (certifikát o aprobácii je v prílohe).

Softvérový produkt bol testovaný, počas ktorého sa ukázalo, že softvérový produkt spĺňa stanovené ciele a zámery, funguje stabilne a je použiteľný v praxi.

Preto je potrebné poznamenať, že virtuálna laboratórna práca nahrádza (úplne alebo v určitých fázach) prirodzený objekt výskumu, čo umožňuje získať zaručené experimentálne výsledky, zamerať pozornosť na kľúčové aspekty skúmaného javu a skrátiť čas. experimentu.

Pri realizácii práce je potrebné pamätať na to, že virtuálny model zobrazuje reálne procesy a javy vo viac-menej zjednodušenej, schematickej forme, takže zistenie, čo je v modeli skutočne zdôraznené a čo zostáva v zákulisí, môže byť jedným z formy úlohy. Tento typ práce môže byť vykonávaný celý v počítačovej verzii alebo vykonaný ako jedna z etáp širšej práce, ktorá zahŕňa aj prácu s prírodninami a laboratórnym vybavením.

Zoznam použitej literatúry

Abdrakhmanova, A. Kh. Informačné technológie pre výučbu v kurze všeobecnej fyziky na technickej univerzite / A. Kh. Abdrakhmanova - M Vzdelávacie technológie a spoločnosť 2010. T. 13. č. 3. 293-310.
Bayens D. Efektívna práca s Microsoft FrontPage2000/D. Bayens - Petrohrad: Peter, 2000. - 720 s. - ISBN 5-272-00125-7.
Krasilníková, V.A. Využitie informačno-komunikačných technológií vo vzdelávaní: učebnica / V.A. Krasilníková. [Elektronický zdroj], RUN 09K121752011. - Prístupová adresa http://artlib.osu.ru/site/.
Krasilníková, V.A. Technológia vývoja počítačových učebných pomôcok / V.A. Krasilnikov, kurz prednášok „Technológie pre vývoj počítačových učebných pomôcok“ v systéme Moodle - El.resource - http://moodle.osu.ru
Krasilniková, V.A. Formovanie a rozvoj počítačových technológií výučby / V.A. Krasilnikov, monografia. - M.: RAO IIO, 2002. - 168 s. - ISBN 5-94162-016-0.
Nové pedagogické a informačné technológie v systéme vzdelávania: učebnica / Ed. E.S. Polat. - M.: Akadémia, 2001. - 272 s. - ISBN 5-7695-0811-6.
Novoseltseva O.N. Možnosti využitia moderných multimédií v edukačnom procese / O.N. Novoseltseva // Pedagogická veda a vzdelávanie v Rusku av zahraničí. - Taganrog: GOU NPO PU, 2006. - č.2.
Uvarov A.Yu. Nové informačné technológie a reforma vzdelávania / A.Yu. Uvarov // Informatika a vzdelávanie. - M.: 1994. - č.3.
Shutilov F.V. Moderné počítačové technológie vo vzdelávaní. Vedecká práca / F.V. Shutilov // Učiteľ 2000. - 2000. - č.3.
Yakushina E.V. Nové informačné prostredie a interaktívne učenie / E.V. Yakushina // Vzdelávanie na lýceách a gymnáziách. - 2000. - č. 2.
E.S. Polat Nové pedagogické a informačné technológie v systéme vzdelávania, M., 2000
S.V. Simonovich, Informatika: Základný kurz, Petrohrad, 2001.
Bezruková, V.S. Pedagogika. Projektívna pedagogika: učebnica pre priemyselné vysoké školy pedagogické a pre študentov inžinierskych a pedagogických odborov / V.S. Bezrukova - Jekaterinburg: Obchodná kniha, 1999.
Fyzika v animácii. [Elektronický zdroj]. - URL: http://physics.nad.ru.
Webová stránka ruskej spoločnosti "NT-MDT" na výrobu nanotechnologických zariadení. [Elektronický zdroj]. - URL: http://www.ntmdt.ru/spm-principles.
Bleskové modely tepelných a mechanických javov. [Elektronický zdroj]. - URL: http://www.virtulab.net.
Yasinsky, V.B. Skúsenosti s tvorbou elektronických učebných zdrojov // “Využitie moderných informačných a komunikačných technológií v pedagogike.” Karaganda, 2008. s. 16-37.
Syn, T.E. Multimediálny vzdelávací program pre praktické hodiny fyziky // „Fyzika v systéme pedagogického vzdelávania“. M.: /I.E. Multimediálny vzdelávací program Sleep pre praktické hodiny fyziky. VVIA im. Prednášal prof. NIE. Žukovskij, 2008. S. 307-308.
Nuzhdin, V.N., Kadamtseva, G.G., Panteleev, E.R., Tikhonov, A.I. Stratégia a taktika riadenia kvality vzdelávania - Ivanovo: 2003./ V.N Nuzhdin, G.G. Kadamtseva, E.R. Panteleev, A.I. Tichonov. Stratégia a taktika riadenia kvality vzdelávania.
Starodubtsev, V. A., Fedorov, A. F. Inovatívna úloha virtuálnej laboratórnej práce a počítačových dielní // Všeruská konferencia "EOIS-2003"./V.A. Starodubtsev, A.F. Fedorov, Inovatívna úloha virtuálnej laboratórnej práce a počítačových dielní.
Kopysov, S.P., Rychkov V.N. Softvérové prostredie na zostavovanie výpočtových modelov metódy konečných prvkov pre paralelné distribuované výpočty / S.P. Kopyšov, V.N. Rychkov Informačné technológie. - 2008. - Číslo 3. - S. 75-82.
Kartasheva, E. L., Bagdasarov, G. A. Vizualizácia údajov z výpočtových experimentov v oblasti 3D modelovania virtuálnych laboratórií / E.L. Kartasheva, G.A. Bagdasarov, Vedecká vizualizácia. — 2010.
Medinov, O. Dreamweaver / O. Medinov - Petrohrad: Peter, 2009.
Midhra, M. Dreamweaver MX/ M. Midhra - M.: AST, 2005. - 398 c. - ISBN 5-17-028901-4.
Bayens D. Efektívna práca s Microsoft FrontPage2000/D. Bayens Petrohrad: 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. Vzdelávacie informačné technológie. 2. časť. Pedagogické merania: učebnica. / I. A. Morev - Vladivostok: Vydavateľstvo Dalnevost. Univerzita, 2004. - 174 s.
Demin I.S. Využitie informačných technológií vo vzdelávacej a výskumnej činnosti / I.S. Demin // Školské technológie. - 2001. Číslo 5.
Kodzhaspirova G.M. Technické učebné pomôcky a spôsoby ich využitia. Učebnica / G.M. Kodžaspirová, K.V. Petrov. - M.: Akadémia, 2001.
Kupriyanov M. Didaktické nástroje nových vzdelávacích technológií / M. Kupriyanov // Vysoké školstvo v Rusku. - 2001. - č.3.
B.S. Berenfeld, K.L. Butyagina, Inovatívne vzdelávacie produkty novej generácie využívajúce nástroje IKT, Educational Issues, 3-2005.
IKT v predmetnej oblasti. Časť V. Fyzika: Metodické odporúčania: Ed. V.E. Fradkina. - Petrohrad, Štátna vzdelávacia inštitúcia ďalšieho odborného vzdelávania TsPKS Petrohrad „Regionálne centrum pre hodnotenie kvality vzdelávania a informačných technológií“, 2010.
V.I. Elkin „Pôvodné hodiny fyziky a vyučovacie metódy“ „Fyzika v škole“, č. 24/2001.
Randall N., Jones D. Using Microsoft FrontPage Special edition / N. Randall, D. Jones - M.: Williams, 2002. - 848 s. - ISBN 5-8459-0257-6.
Talyzina, N.F. Pedagogická psychológia: učebnica. pomoc pre študentov priem. ped. učebnica prevádzkarne / N.F. Talyzina - M.: Edičné stredisko "Akadémia", 1998. - 288 s. - ISBN 5-7695-0183-9.
Thorndike E. Princípy učenia na základe psychológie / E. Thorndike. - 2. vyd. - M.: 1929.
Hester N. FrontPage2002 pre Windows/N. Hester - M.: DMK Press, 2002. - 448 s. - ISBN 5-94074-117-7.

Stiahnuť ▼: Nemáte prístup k sťahovaniu súborov z nášho servera.

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

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

"Atwoodov prístroj. Testovanie druhého Newtonovho zákona".

Účel práce: skontrolujte druhý Newtonov zákon.

Virtuálna laboratórna práca. " Stanovenie koeficientu vnútorného trenia kvapaliny pomocou Stokesovej metódy".

Cieľ práce: oboznámiť sa s metódou stanovenia súčiniteľa vnútorného trenia kvapaliny z rýchlosti, ktorou gulička padá do tejto kvapaliny.

Virtuálna laboratórna práca. "Vzťah veličín počas rotačného pohybu".

Účel práce: overiť pomocou Oberbeckovho kyvadla závislosť uhlového zrýchlenia od momentu sily a od momentu zotrvačnosti.

Virtuálna laboratórna práca. "Skúmanie matematického kyvadla".

Cieľ práce: študovať tlmené a netlmené kmity matematického kyvadla.

Virtuálna laboratórna práca. "Štúdia pružinového kyvadla".

Cieľ práce: študovať tlmené a netlmené kmity pružinového kyvadla.

Virtuálna laboratórna práca vo fyzike.

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

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

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

Študenti si nevedia predstaviť niektoré javy makrosveta a mikrosveta, keďže jednotlivé javy preberané na stredoškolskom kurze fyziky nie je možné pozorovať v reálnom živote a navyše experimentálne reprodukovať vo fyzikálnom laboratóriu, napríklad javy atómovej a jadrovej fyziky atď. .

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Všetky počítačové laboratórne práce sa vykonávajú podľa klasickej schémy:

Teoretické zvládnutie materiálu;

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

Vykonávanie experimentálnych štúdií;

Spracovanie výsledkov experimentu na počítači.

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

Vlastnosti EOR „Fyzika. Elektrina. Virtuálne laboratórium“.

V súčasnosti existuje pomerne veľa elektronických vzdelávacích nástrojov, ktoré zahŕňajú vývoj virtuálnej laboratórnej práce. V našej práci sme použili elektronický vzdelávací nástroj „Fyzika. Elektrina. Virtuálne laboratórium"(ďalej len ESO je určený na podporu vzdelávacieho procesu na tému „Elektrina“ vo všeobecných vzdelávacích inštitúciách (obr. 1).

Obr.1 ESO.

Tento manuál vytvorila skupina vedcov z Polotskej štátnej univerzity. Používanie tohto ESO má niekoľko výhod.

Jednoduchá inštalácia programu.

Jednoduché používateľské rozhranie.

Zariadenia úplne kopírujú tie skutočné.

Veľké množstvo zariadení.

Dodržiavajú sa všetky skutočné pravidlá pre prácu s elektrickými obvodmi.

Možnosť vykonania dostatočne veľkého počtu laboratórnych prác za rôznych podmienok.

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

Možnosť vykonávania laboratórnych prác mimo vzdelávacej inštitúcie.

Všeobecné informácie

ESE je navrhnutý tak, aby poskytoval počítačovú podporu pri výučbe predmetu „fyzika“. Hlavným cieľom tvorby, šírenia a aplikácie ESE je zvyšovanie kvality vzdelávania prostredníctvom efektívneho, metodicky správneho, systematického využívania všetkými účastníkmi vzdelávacieho procesu na rôznych stupňoch výchovno-vzdelávacej činnosti.

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

Pojmový aparát použitý vo vyvinutom ESE vychádza zo vzdelávacieho materiálu existujúcich učebníc fyziky, ako aj príručiek fyziky odporúčaných pre použitie na stredných školách.

Virtuálne laboratórium je implementované ako samostatná aplikácia operačného systémuWindows.

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

Obr.2 Vybavenie.

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

Obr. 3 Nežiaduce výsledky experimentu.

Je tu možnosť organizovať si individuálnu prácu, kedy môžu študenti samostatne vykonávať experimenty, ako aj opakovať experimenty mimo vyučovania, napríklad na domácom počítači.

Účel ESO

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

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

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

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

Vysvetlenie vzdelávacieho materiálu,

Jeho upevnenie a opakovanie;

Organizácia samostatnej kognitívnej činnosti študenta;

Diagnostika a náprava vedomostných medzier;

Priebežná a konečná kontrola.

ESE možno využiť ako efektívny prostriedok na rozvíjanie praktických zručností u žiakov v nasledujúcich formách organizovania vzdelávacích aktivít:

Vykonávať laboratórne práce (hlavný účel);

Ako prostriedok na organizovanie demonštračného experimentu vrátane demonštrácie následkov, ktoré sú nedosiahnuteľné alebo nežiaduce v plnohodnotnom experimente (poistka, žiarovka, vypálenie elektrického meracieho zariadenia, zmena polarity zapínania zariadení atď.)

Pri riešení experimentálnych úloh;

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

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

O kapacita RAM: 1 GB;

frekvencia procesora od 1100 MHz;

disková pamäť - 1 GB voľného miesta na disku;

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

v operačnom systémeaPrehliadač nesmie byť nainštalovanýPANIPrieskumník 6.0/7.0;

pre pohodlie užívateľa musí byť pracovisko vybavené manipulátorom myši a monitorom s rozlíšením 1024X 768 a vyššie;

Dostupnosť zariadeníčítanieCD/ DVDdisky na inštaláciu ESO.