1

Липоводолинська районна державна адміністрація

Відділ освіти

Методичний кабінет

Доповідь

Комп’ютерне моделювання

фізичних явищ як один з методів оптимізації навчання

на уроках фізики

Підготував

учитель фізики та інформатики

Саївського НВК

Дрозденко С. І.

2017

2

ВСТУП

Впровадження в практику особистісно-орієнтованого навчання, при якому

вчитель орієнтується не на «середнього» учня, а на кожного конкретного учня, що

є для нього особистістю з його здатностями, рисами, схильностями й інтересами,

вимагає розробки нових методів, засобів і організаційних форм навчання. У

наявності протиріччя між новими цілями навчання й традиційних технологій

навчання фізиці, звідки випливає проблема створення нових технологій навчання

фізиці, що дозволяють реалізувати ідею особистісно-орієнтованої освіти.

Останнім часом у процес навчання фізиці активно входить персональний

комп'ютер. Відбувається це принаймні по трьох причинах. По-перше, загальний

процес комп'ютеризації всіх сфер діяльності торкнулося й навчання, і комп'ютер

стає помічником учителя й учнів на уроках майже будь-якого предмета. По-друге,

комп'ютер став настільки розповсюдженим інструментом фізика-дослідника, що

поряд з фізикою теоретичною і експериментальною виділяють новий розділ –

комп'ютерну фізику. Нарешті, шкільний курс інформатики потребує підтримки з

боку курсу фізики, коли мова заходить про будову комп'ютера, принципах

функціонування окремих його елементів, і, у свою чергу, забезпечує курс фізики

матеріалом, що викликає великий інтерес учнів.

У результаті комп'ютер виявляється в курсі фізики в ролі й засобу навчання, і

предмета вивчення.

Як засіб навчання комп'ютер може виступати помічником і вчителя, і учня. Для

вчителя він – автоматизований класний журнал, засіб проведення опитувань і

обробки результатів навчання, інструмент для підготовки до уроків і для

проведення демонстрацій. Для учня – засіб виконання завдань, для обох –

інструмент моделювання реального світу.

Як предмет вивчення комп'ютер використовується у двох напрямках: у зв'язку з

вивченням методів дослідження в сучасному природознавстві й у зв'язку з

вивченням фізичних законів і явищ.

3

Зокрема, в учнів варто створити уявлення про те, що основними напрямками

використання комп'ютера у фізиці-науці є комп'ютерне моделювання фізичних

явищ і робота комп'ютера в поєднанні з експериментальними установками, де він

виконує два завдання – служить для фіксації експериментальних даних, які він

може робити зі швидкістю й в обсягах, зовсім недоступних при роботі на

некомп'ютеризованій установці, автоматизує керування експериментом. Крім того,

комп'ютер використається для обробки експериментальних даних, зберігання й

швидкого пошуку величезних масивів інформації, як засіб комунікації.

Використання персонального комп'ютера на уроках і в позаурочний час дозволяє

познайомити учнів з усіма цими напрямками.

Основними педагогічними цілями використання комп'ютерних технологій у

навчанні фізиці є наступні:

1. Розвиток творчого потенціалу учня, його здыбностей до комунікативних дій,

умінь експериментально-дослідницької діяльності, культури навчальної діяльності;

підвищення мотивації навчання.

2. Інтенсифікація всіх рівнів навчально-виховного процесу, підвищення його

ефективності і якості.

3. Реалізація соціального замовлення, обумовленого інформатизацією сучасного

суспільства (підготовка користувача засобами комп'ютерних технологій).

Соціально-психологічною характеристикою стилю навчання в умовах

функціонування комп'ютерних технологій є розвиток і саморозвиток потенційних

можливостей учня, і його творчої ініціативи. Це забезпечується наданням

можливості для самостійного здобування знань і інформації; самостійного вибору

режиму навчальної діяльності.

Використання дозволяє організувати самостійну пізнавальну роботу учнів по

вивченню явищ навколишнього середовища. Можливі різні варіанти організації

роботи учнів: виконання дослідження під керівництвом і по інструкції вчителя;

можна запропонувати учням самостійно висувати гіпотези, а дослідження

проводити за планом, запропонованому учителем. Можливий варіант, при якому

учны самі складають план дослідження, виконують його й роблять висновки. У

4

цьому випадку репродуктивний метод навчання заміняється самостійним

придбанням знань на основі здійснення експериментально-дослідницької

діяльності, що приводить учня, (при відповідній методиці) до самостійного

відкриття досліджуваної закономірності.

Таким чином, процес повідомлення готових знань і їхня експериментальна

перевірка (розвиток компонентів репродуктивного й продуктивного типів

мислення) у традиційній методиці заміняються експериментально-дослідницькою

діяльністю, що забезпечує самостійне відкриття тим, яких навчають,

закономірності або властивості досліджуваних об'єктів (розвиток компонентів

теоретичного типу мислення).

При виконанні дослідження може бути організована індивідуальна, групова,

колективна експериментально-дослідницька діяльність.

Використання досягнень нових інформаційних технологій для формування

знань, умінь та навичок при вивченні квантової фізики засобами комп’ютерного

моделювання з урахуванням психолого-педагогічних особливостей учня, його

темпера метру та базової підготовки, є актуальним питанням методики викладання

фізики.

Технології комп’ютерного моделювання як різновид НІТН

Оскільки нові інформаційні технології навчання (НІТН) включають універсальні

засоби опрацювання інформації, то відкриваються перспективи широкої

диференціації навчання, розкриття творчого потенціалу, пізнавальних здібностей

кожного окремого учасника навчального процесу. За рахунок наявності в складі

НІТН наперед розроблених засобів автоматизації рутинних, технічних операцій,

виконання яких необхідне під час дослідження різноманітних процесів і явиш,

можна значно зменшити навчальне навантаження, надати навчальній діяльності

творчого, дослідного характеру, що природно приваблює учня, результати якої

приносять задоволення, пізнавальну активність.

Аналіз застосовності педагогічного програмного забезпечення (ППЗ) або

програмного засобу загального призначення в навчальному процесі потребує

аналізу ППЗ як з погляду дидактичних, психолого-педагогічних вимог, так і

5

реалізованості даного ППЗ на наявному апаратному забезпеченні. У більшості

випадків постає проблема встановлення програмного засобу на наявному

апаратному забезпеченні та його конфігурування для ефективного вирішення

навчальної задачі [6].

Сформульовані раніше для шкільних фізичних демонстрацій вимоги з певним

застереженням можуть бути перенесені на засоби НІТ, що використовуються для

підтримки навчання фізики. Характерними відмінностями, які притаманні засобам

НІТН, є:

а) інтерактивність, під якою для навчального процесу розуміють доступність

моделі фізичного явища для безпосередньої корекції вхідних даних та параметрів

моделі;

б) адаптивність, тобто можливість зміни (у певних межах) темпу навчання,

способів подання навчального матеріалу, реакції ППЗ на відповіді учня тощо,

причому здійснювану без участі вчителя або за мінімальної особистої участі

вчителя;

в) можливість гіпертекстової побудови структури навчального матеріалу

(текстового і графічного, включаючи засоби мультиплікації, когнітивної графіки).

На лабораторних роботах з фізики зручно використовувати програми, які дають

змогу автоматизувати проведення фізичного експерименту: інформація від

фізичних приладів надходить не до людини, яка її обробляє (можливо із

застосуванням ЕОМ), а відразу до комп'ютера, який практично миттєво обчислює,

будує графіки і т. ін.

Використання датчиків і пристроїв для вимірювання фізичних величин і

пристроїв, що забезпечують введення і виведення аналогових і дискретних

сигналів (приладового інтерфейсу), лає змогу візуалізувати на екрані ЕОМ різні

фізичні закономірності у вигляді моделей, графіків, діаграм, які динамічно

змінюються залежно від зміни вхідних параметрів.

При цьому НІТН дають змогу провести десятки експериментів за порівняно

невеликий проміжок часу при швидкому зворотному зв'язку і візуалізації

результатів експериментів.

6

Більшість авторів ще 5–6 років тому передбачали, що зростання «дружності»

засобів інформатики суттєво зменшить вимоги до підготовленості користувача для

предметного, галузевого використання програмних засобів як спеціалізованих, так

і загального призначення.

Нині уже стає зрозумілим, що дана проблема у ряді випадків не розв'язується

так, як передбачалося, а саме шляхом ускладнення програмно-апаратного

забезпечення і спрощення доступу користувача до нього і використання його

можливостей.

Протиріччя, яке виникло між зростаючими можливостями засобів опрацювання

інформації і психофізіологічними обмеженнями каналу взаємодії людини з

програмно-апаратними засобами, спричинило появу та поширення засобів

Multimedia, поняття «віртуальна реальність». Водночас виникло протиріччя між

доступністю результатів опрацювання інформації та все зростаючою прихованістю

самого процесу опрацювання інформації. При створенні НІТН фізики прихованість

опрацювання інформації, на нашу думку, не завжди бажана, оскільки на певних

етапах одним з обов'язкових результатів навчання є формування умінь і навичок

проведення фізичних вимірювань, а не лише опрацювання їх результатів [2].

Необхідно зазначити, що учні середніх шкіл не завжди володіють необхідними

навичками мислення для глибокого розуміння явищ, процесів, які описано в цих

розділах. У таких випадках на допомогу приходять сучасні засоби навчання, і в

першу чергу – ПК. Такі уроки викликають в учнів справжній інтерес, змушують

працювати всіх, навіть слабко підготовлених дітей. Якість знань при цьому

відчутно зростає.

Багато явищ в умовах шкільного фізичного кабінету не можна

продемонструвати. Це наприклад, явища мікросвіту, або процеси, що швидко

відбуваються, досліди з приладами, яких немає в фізичному кабінеті. Діти

відчувають труднощі, бо не в змозі уявити ці явища, а комп'ютер може створити

моделі явищ; які допоможуть подолати цю проблему.

Комп'ютерне моделювання дає змогу створити на екрані комп'ютера живу,

наочну й динамічну картинку фізичного досліду або явища, яке важко пояснити

7

«на пальцях», і відкриває для вчителя широкі можливості для удосконалення

уроків.

Слід зазначити, що під комп'ютерними моделями розуміємо комп'ютерні

програми, які імітують фізичні досліди, явища або ідеалізовані модельні ситуації,

що трапляються у фізичних задачах. Вони легко вписуються у традиційний урок.

Комп'ютер також підвищує і стимулює інтерес до навчання, активізує

мислительну діяльність і ефективність засвоєння нового матеріалу, допомагає

учням, які пропускають заняття через хворобу, сприяє розвитку самостійності

учнів.

Комп'ютерні уроки потребують особливої підготовки. Потрібно чітко визначити

мету, якої ми хочемо досягти. До таких уроків треба писати сценарії, продумано

«вплітати» справжній і віртуальний експерименти.

Варто пам'ятати, що моделювання різних явищ у жодному разі не замінить

справжніх дослідів, а в сукупності з ними дасть змогу на вищому рівні пояснити

фізичні закономірності [4].

Немає сумніву, що введення ПК у практику навчання фізики в школі сприятиме

вдосконаленню навчального процесу та інтелектуальному розвитку учнів

відповідно до потреб часу.

Удосконалення навчальної роботи з учнями, які лише починають вивчати

фізику, передбачає формування їхньої внутрішньої готовності до сприйняття

якісно нового змісту науки про природу. З перших уроків фізики діти повинні

сприймати інформацію, на перший погляд легку і просту для розуміння.

Подібну інформацію вони осмислювали і до вивчення предмета, але тепер їм

треба свій досвід коригувати, переосмислювати відповідно до нових знань. Це

вимагає певних вольових зусиль і розвинутої уваги.

Перші уроки фізики якісно відрізняються від уроків з предметів, уже знайомих

учням. Ця відмінність полягає в тому, що уроки фізики насичені не лише

звичайною інформацією, а й експериментами, розв'язуванням розрахункових і

якісних задач, лабораторними і практичними роботами, висуненням гіпотез та їх

доведенням, спостереженнями явищ природи з наступним формуванням висновків.

8

Крім того, учні повинні запам'ятати символи і вміти записувати за їх допомогою

формули фізичних величин, розуміти функціональну залежність величин, вивчити

Серед засобів, що сприяють формуванню в учнів абстрактного мислення й

підвищення теоретичного рівня, виділимо моделювання. Воно може бути опорою

для виконання розумових операцій та систематизувати одиниці вимірювання

величин, розуміти фізичний зміст явиш, знаходити табличні значення фізичних

величин, вміти аналізувати їх та ін.

Це далеко неповний перелік видів роботи учня на уроці фізики. пізнавальних

завдань. Зміст фізики наповнений об'єктами, які можна моделювати. Система такої

роботи дасть змогу використати процес моделювання як дидактичний прийом

розкриття внутрішніх зв'язків і відношень в явищах природи і виявлення на цій

основі законів та закономірностей, що стимулюватиме виховання довільної уваги

учнів на уроці. У процесі виготовлення моделей учні привчаються відповідальніше

ставитися до праці, а сам процес праці виховує вольові якості учня, такі необхідні

для виховання довільної уваги. Особливо важливе значення має моделювання під

час вивчення складного теоретичного матеріалу, коли сам процес моделювання

включає пізнавальні завдання, стимулюючи пізнавальну діяльність учня. На уроці

необхідно забезпечити органічне поєднання використання моделей та інших

наочних посібників зі словом учителя.

Отже, використовуючи досвід учнів, набутий у результаті виготовлення моделі, і

поєднуючи його з інформацією, одержаною на уроці за допомогою зору, слуху та

інших органів чуття, учитель створює сприятливі умови для уважнішого вивчення

явищ природи в майбутньому. Спостереження показують, що без використання

наочності учні погано засвоюють подібні залежності. Разом з тим, концентруючи

увагу учнів на одних і тих самих явищах протягом кількох уроків (під час вивчення

матеріалу, перевірки знань та їх закріплення), учитель має змогу об'єднання в одну

систему старих зв'язків, які утворилися в одних учнів під час виготовлення

моделей, а в інших – під час використання їх у процесі вивчення теми, з тими

новими зв'язками, що утворюються в учнів при подальшому осмисленні ними

здобутих знань.

9

Частина учнів пасивно ставиться до сприйняття навчального матеріалу на уроці,

оскільки у них немає звички завжди працювати уважно. Моделювання сприяє

якомога частішому використанню довільної уваги учня, бо він сам себе змушує

систематично й уважно ставитися до результатів своєї праці, розвиває

самостійність і творчість мислення, створює емоційну обстановку на уроці [9].

Учень, який вирішив виготовляти модель, повинен уважно вивчити теоретичний

матеріал, виділити суттєві моменти теорії, що покладені в основу конструкції,

розробити власну теоретичну схему виготовлення моделі. Залежно від цих

чинників одні учні приходять до незадовільних результатів, інші, спрямовуючи

свою волю і використовуючи знання та вміння, перемагають труднощі і впевнено

завершують розпочату роботу.

На прикладах конкретних проблем розглянуто весь основний цикл моделювання:

аналіз досліджуваної проблеми з метою виявлення суттєвих властивостей об'єкту

(перебігу процесу, явища), постановка задачі (формалізація на основі прийняття

певних спрощуючих припущень), побудова моделі, складання алгоритму,

обчислювальний експеримент, включаючи перевірку моделі на адекватність,

інтерпретація результатів, вдосконалення моделі. З погляду природи

досліджуваних нами явищ виділяються детерміновані й стохастичні моделі;

особливості побудови моделей кожного типу розглядаються та відпрацьовуються

на конкретних прикладах.

У процесі вивчення розділу обговорюються такі специфічні питання

моделювання, як вибір придатного типу моделі, дискретизація процесів, що

моделюються, використання чисельних методів, походження похибок обчислень та

шляхи їх зменшення. Реалізовано можливість побудови моделей різних типів для

вивчення одного й того ж явища та однотипних моделей для вивчення різних явищ.

Спрощений спочатку опис виучуваного явища в подальшому поглиблюється.

Майже кожна модель має не менше трьох версій. При цьому поступово

нарощується понятійний апарат і триває опанування нових методів роботи (проте

кількість спеціальних понять та термінів зведено до мінімуму).

10

Початкові версії усіх моделей, що пропонуються учням, є украй спрощеними. У

процесі перевірки на адекватність результатів роботи виявляється їхня майже

повна якісна та кількісна невідповідність дослідним фактам. Далі здійснюється

поступове ускладнення моделі шляхом уведення до розгляду нових суттєвих

факторів, які в попередній версії моделі не бралися до уваги, тобто впливом яких

нехтували. У результаті таких дій модель стає дедалі все більш достовірною, що й

позначається на результатах моделювання. При такій роботі суттєво важливим є

дотримання принципу відповідності: кожна наступна вдосконалена версія моделі

повинна містити у собі всі попередні версії як окремі випадки.

Практична робота з комп'ютерними моделями і зокрема, обчислювальний

експеримент із подальшою графічною інтерпретацією результатів потребують

вирішення принципового питання про вибір середовища для моделювання.

Традиційно таке питання вирішується на користь мов програмування високого

рівня, що вимагає з боку учнів значних зусиль, спрямованих на створення зручного

користувального інтерфейсу, і тим самим помітно відволікає від безпосередньої

роботи з моделлю. На основі докладного аналізу зазначеної методичної трудності

нами була висунута гіпотеза про те, що на початковому етапі (під час роботи з

детермінованими моделями) цілком достатньо, щоб середовище для моделювання

задовольняло таким вимогам:

– результати дослідження мають виводитися на екран у вигляді таблиць із

довільною кількістю доступних для перегляду рядків і, зокрема, з такою, що може

перебільшувати один екран;

– користувач повинен мати можливість за цими результатами швидко будувати

графіки залежності між величинами, що характеризують досліджуване явище.

11

Комп'ютерні моделі і віртуальні лабораторії на уроках фізики

З широким впровадженням інформаційних технологій в навчальний процес, у

багатьох педагогів виникли запитання: "А чи потрібен взагалі комп'ютер на уроках

фізики? Чи не витіснять комп'ютерні імітації реальний експеримент з навчального

процесу?".

Багаторічний досвід дає мені підстави стверджувати, що використання

комп'ютера на уроках виправдано, насамперед, у тих випадках, в яких він

забезпечує суттєву перевагу в порівнянні з традиційними формами навчання.

Одним з таких випадків є використання комп'ютерних моделей і віртуальних

лабораторій.

У чому ж полягає перевага комп'ютерного моделювання в порівнянні з натурних

експериментом? Комп'ютерне моделювання дозволяє наочно ілюструвати

експерименти і явища, відтворювати їх тонкі деталі, які можуть бути непоміченим

спостерігачем за реальних експериментах. Використання комп'ютерних моделей і

віртуальних лабораторій надається як унікальна можливість візуалізації спрощеної

моделі реального явища. При цьому можна поетапно включати у розгляд додаткові

чинники, які поступово ускладнюють модель і наближають її до реального явища.

Крім того, комп'ютер дозволяє моделювати ситуації, які не реалізовуються

експериментально.

Наприклад, при вивченні теми "Ядерний реактор" в 9-му класі я використовую

модель "Робота ядерного реактора" з навчального електронного видання "Фізика 7-

11 клас. Практикум " компанії Физикон, яка яскраво і наочно представляє процеси,

що відбуваються при роботі ядерного реактора. Робота учнів з комп'ютерними

моделями і віртуальними лабораторіями, надзвичайно корисна, оскільки вони

можуть ставити численні експерименти і навіть проводити невеликі дослідження.

Інтерактивність відкриває перед учнями величезні пізнавальні можливості,

роблячи їх не тільки спостерігачами, але й активними учасниками проведених

експериментів. Процес комп'ютерного моделювання для учнів захоплюючий і

повчальний, так як результат моделювання завжди цікавий, а в ряді випадків може

12

бути дуже несподіваним. Створюючи моделі і спостерігаючи їх у дії, учні можуть

познайомитися з багатьма явищами, вивчити їх на якісному рівні, а також провести

невеликі дослідження. Зрозуміло, комп'ютерна лабораторія не може замінити

справжню фізичну лабораторію.

Тим не менше, при виконанні комп'ютерних лабораторних робіт у школярів

формуються навички, які знадобляться їм і для реальних експериментів - вибір

умов експериментів, встановлення параметрів дослідів і т.д. Все це перетворює

виконання багатьох завдань у мікродослідження, стимулює розвиток творчого

мислення учнів, підвищує їх інтерес до предметів природничо-наукового циклу.

Робота учнів з комп'ютерними моделями корисна тому, що, завдяки можливості

зміни в широких межах початкових умов експериментів, комп'ютерні моделі

дозволяють їм виконувати численні віртуальні досліди. Деякі моделі дозволяють

одночасно з ходом експериментів спостерігати побудова відповідних графічних

залежностей, що підвищує їх наочність. Подібні моделі мають особливу цінність,

так як учні, як правило, відчувають значні труднощі при побудові й читанні

графіків.

Як приклад можна привести модель "Рівноприскорений рух тіла" з вище

названого диска. У цій моделі, крім рухомого спортсмена, який у відповідності з

заданими початковими умовами гальмує, розвертається і набирає швидкість у

протилежному напрямку, відповідно змінюється довжина і напрям вектора його

швидкості, а також у динамічному режимі будуються графіки координати, модуля

переміщення і проекції швидкості. До того ж, така самостійна дослідницька

діяльність настільки для них цікавою та захоплюючою, що питання забезпечення

дисципліни і уваги взагалі не виникають.

Звичайно, комп'ютерні демонстрації будуть мати успіх, якщо вчитель працює з

невеликою групою учнів, яких можна розсадити поблизу монітора. Оскільки

кількість комп'ютерів і наповнюваність класів в нашій школі невелика, то я маю

можливість широко застосовувати інформаційні технології в навчальному процесі.

При цьому я використовую комп'ютери для самостійної підготовки учнів

(вивчення конспектів, перегляд відеозаписів, проведення практичних робіт).

13

Проводжу класні лабораторні роботи (у комп'ютерному класі), самостійні

практичні роботи учнів (розв’язування прикладів з бази даних питань і завдань),

готую матеріали для проведення контрольної роботи в традиційному (

"паперовому") варіанті в класі, для підготовки до заняття або контрольної роботи,

для виконання учнями творчих робіт під керівництвом вчителя, а також

самостійно. Комп'ютерні моделі легко вписуються в традиційний урок і

дозволяють вчителю організовувати нові види навчальної діяльності.

Як приклади наведу три види уроків з використанням моделей, випробуваних

мною на практиці. Урок закріплення знань - вирішення задач з наступною

комп'ютерною перевіркою отриманих відповідей. Можна запропонувати учням для

самостійного розв’язування в класі або в якості домашнього завдання завдання,

правильність вирішення яких вони зможуть перевірити, поставивши комп'ютерні

експерименти. Самостійна перевірка отриманих результатів за допомогою

комп'ютерного експерименту підсилює пізнавальний інтерес учнів, робить їх

роботу творчої, а в ряді випадків наближає її за характером до наукового

дослідження. У результаті, на етапі закріплення знань багато учнів починають

придумувати свої завдання, вирішувати їх, а потім перевіряти правильність своїх

міркувань, використовуючи комп'ютер. Складені школярами завдання можна

використовувати в класній роботі або запропонувати іншим учням для

самостійного опрацювання у вигляді домашнього завдання.

Урок узагальнення і систематизації знань - дослідження. Учням пропонується на

етапі узагальнення та систематизації нового матеріалу самостійно провести

невелике дослідження, використовуючи комп'ютерну модель або віртуальну

лабораторію, і отримати необхідні результати. Комп'ютерні моделі і віртуальні

лабораторії дозволяють провести таке дослідження за лічені хвилини. Звичайно,

вчитель формулює теми досліджень, а також допомагає учням на етапах

планування та проведення експериментів.

Урок комплексного застосування знань, умінь та навичок - комп'ютерна

лабораторна робота. Для проведення такого уроку необхідно, перш за все,

розробити відповідні роздаткові матеріали, тобто бланки лабораторних робіт.

14

Завдання в бланках робіт слід розташувати по мірі зростання їхньої складності.

Спочатку має сенс запропонувати прості завдання ознайомлювального характеру

та експериментальні завдання, потім розрахункові завдання і, нарешті, завдання

творчого та дослідницького характеру. Відзначу, що завдання творчого та

дослідницького характеру суттєво підвищують зацікавленість учнів у вивченні

предметів і є додатковим мотивуючим чинником. За зазначеної причини уроки

останніх двох типів особливо ефективні, тому що учні одержують знання в процесі

самостійної творчої роботи. Ці знання необхідні їм для отримання конкретного,

видимого на екрані комп'ютера, результату. Вчитель у таких випадках є лише

помічником у творчому процесі формування знань.

Останнім часом багато говориться про індивідуальний підхід при навчанні учнів.

Як же можна здійснити індивідуальний підхід при використанні комп'ютерних

моделей у навчальному процесі? При індивідуальній роботі учні з великим

інтересом "вовтузяться" із запропонованими моделями, пробують їх регулювання,

проводять експерименти. Розглянемо види завдань до комп'ютерних моделей з

точки зору їх використання при роботі з обдарованими і слабовстигаючими

учнями. Наприклад, ознайомчі завдання, прості комп'ютерні експерименти,

експериментальні і якісні завдання більше підійдуть для слабких учнів. У той час

як розрахункові завдання з наступною комп'ютерною перевіркою підходять і для

слабких і для обдарованих учнів. У цьому випадку все залежить від складності

пропонованих задач.

А ось неоднозначні завдання, задачі з відсутніми даними, творчі, дослідницькі та

проблемні завдання більше підходять для сильних учнів. Хоча, якщо вчитель може

надати істотну допомогу слабким учням, то й вони можуть здолати деякі з цих

завдань. Найбільш здібним учням можна пропонувати дослідні завдання, тобто

завдання, в ході виконання яких їм буде необхідно спланувати і провести ряд

комп'ютерних експериментів, що дозволяють підтвердити або спростувати певні

закономірності. Самим сильним учням можна запропонувати самостійно

сформулювати такі закономірності. Відзначимо, що на уроках більшим і незмінним

15

успіхом, як у сильних, так і у слабовстигаючих учнів користуються творчі завдання

на вигадування власних завдань.

16

КОМП’ЮТЕРНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ЯК ОДИН ІЗ МЕТОДІВ

ОПТИМІЗАЦІЇ НАВЧАННЯ НА УРОКАХ ФІЗИКИ

У останні роки посилилася увага до теорії оптимізації навчальних процесів у

зв’язку з широким застосуванням інноваційних технологій у навчанні, що

необхідно для отримання високоякісної освіти.

Усе більшого значення набувають створення умов для глибокого аналізу явищ,

розвиток умінь самостійної роботи, прищеплення потреби в постійному

поповненні знань. Це допоможе випускникам шкіл самоствердитися в житті:

підвищувати свою кваліфікацію, самостійно здобуваючи знання,

перекваліфіковуватися. Для цього в українській системі освіти планується

провести оптимізацію навчального навантаження за рахунок використання

ефективних методів навчання при забезпеченні державних освітніх стандартів з

урахуванням постійного росту об’єму наукової інформації.

Оптимізація – це удосконалення процесу навчання, яке організовується на основі

всебічного врахування закономірностей, принципів навчання, сучасних форм і

методів навчання з метою досягнення найбільш ефективного функціонування

процесу навчання.

Основними задачами оптимізації навчального процесу є зростання ефективності

навчальної роботи і, тим самим, збільшення конкурентноспроможності

випускників на ринку праці.

У зв’язку з цим в останнє десятиріччя значно посилився вплив інноваційних, у

тому числі і комп’ютерних технологій у навчально-виховний процес у середніх

загальноосвітніх та вищих навчальних закладах. Основними характеристиками

застосування сучасних інформаційних технологій є можливість диференціації та

індивідуалізації навчання, а також можливість розвитку творчої пізнавальної

активності учнів.

На основі сучасних інформаційних технологій розроблено багато навчальних

програм і навчальних посібників. Далеко не кожен учитель розробляє свої

програми, а також навчальні та дидактичні матеріали. Самостійна робота з

комп’ютером, робота над інформаційним об’єктом, використання матеріалів різних

дисків, ресурсів Internet, деяких програм може дозволити вчителям за короткий час

створювати власні роботи.

Найбільш важливими серед таких програм є інтерактивні навчальні програми,

що передбачають обмін інформацією не менш ніж між двома учасниками діалогу, а

17

також розвивальні програми, здатні зацікавити учнів пошуком розв’язку

навчальних проблем, розвивати їхній інтелектуальній рівень.

Комп’ютерні програми часто об’єднують в електронні та мультимедійні

підручники на електронних носіях і використовують з метою вдосконалення

навчального процесу (оптимізації навчання).

Особливу роль відіграє отримання візуальної інформації. Наприклад, засвоєння

матеріалу при вивченні принципів роботи двигуна внутрішнього згоряння, процес

роботи якого здійснюється в закритій системі або на уроках астрономії, де всі

об’єкті вивчення знаходяться на космічних відстанях, а процеси відбуваються в

умовах позалюдських можливостей та ефективність лабораторних робіт

надзвичайно низька. Значна кількість такого роду інформації невізуалізовано

існуючими методами, що примушує демонструвати її статичною графікою або

розповідати про неї усно. Розвиток комп’ютерної техніки дозволяє долати ці

проблеми.

Комп’ютерний підручник поєднує всі переваги звичайного підручника з

можливістю швидкого тиражування і неперервного вдосконалення. Лабораторна

робота на комп’ютері за допомогою комп’ютерної графіки показує перетворення в

закритих системах і дозволяє без суттєвих витрат вивчати найскладніші процеси.

Комп’ютерний екзаменатор дозволить учню засвоїти матеріал за допомогою

самоконтролю або об’єктивно перевірити свої знання при використанні

незалежного контролю.

Треба підкреслити: діти ставляться до комп’ютера не як до цінності (як

дорослі), а як до об’єкту власного інтересу; комп’ютер допомагає створити

пізнавальну мотивацію, без якої не можливе успішне навчання в школі.

Одним із найперспективніших напрямків використання інформаційних технологій

у викладанні фізики, астрономії та інших навчальних предметів є комп’ютерне

моделювання процесів та явищ, спрямоване на підвищення ефективності

(оптимізації) навчання. Комп’ютерні моделі легко вписуються в традиційний урок,

дозволяючи вчителю продемонструвати на екрані комп’ютера більшість фізичних,

астрономічних та інших ефектів, а також дозволяють організовувати нові

нетрадиційні види навчальної діяльності.

18

Основні задачі використання комп’ютера на уроках :

Розвиток творчих здібностей школярів, уміння аналізувати, моделювати,

прогнозувати, творчо мислити.

Підвищення мотивації навчання.

Удосконалення практичних навичок учнів під час роботи з ПК.

Формування умінь учнів отримувати знання самостійно, працюючи

з навчальними програмами на комп’ютері.

Формування умінь учнів використовувати пакет MS Office (Word, Excel,

PowerPoint та інш.) для моделювання, дослідження фізичних та інших

процесів та оформлення результатів роботи.

Здійснення диференційованого підходу до учнів при вивченні різних

предметів, використовуючи комп’ютер.

Коли ж доцільно використовувати комп’ютерні програми на уроках фізики?

Насамперед, необхідно розуміти, що застосування комп’ютерних технологій в

освіті доцільно тільки в тих випадках, коли виникає суттєва перевага порівняно з

традиційними формами навчання. Одним із таких випадків є викладання фізики та

астрономії з використанням комп’ютерних моделей.

Комп’ютерні моделі дозволяють отримувати в динаміці наочні

запам’ятовувальні ілюстрації фізичних експериментів та явищ, відтворити їхні

тонкі деталі, які можуть «вислизати» при спостереженні реальних експериментів.

Комп’ютерне моделювання дозволяє змінювати часовий масштаб, змінювати у

широких межах параметри і умови експериментів, а також моделювати ситуації,

недосяжні в реальних експериментах. Деякі моделі дозволяють виводити на екран

графіки залежності від часу величин, які описують експерименти, причому графіки

виводяться на екран одночасно з відображенням самих експериментів, що надає їм

особливу наочність і полегшує розуміння загальних закономірностей процесів, що

вивчаються. У цьому випадку графічний спосіб відображення результатів

моделюваня полегшує засвоєння великих обсягів отриманої інформації.

Під час використання моделей комп’ютер надає унікальну, нереалізовану у

реальному фізичному експерименті, можливість візуалізації нереального явища

природи, а його спрощеної теоретичної моделі з поетапним включенням у розгляд

додаткових ускладнюючих факторів, поступово наближаючи цю модель до

реального явища. Крім того, не секрет, що можливості організації масового

виконання різноманітних лабораторних робіт, причому на сучасному рівні, у

19

середній школі досить обмежені внаслідок слабкої обладнаності кабінетів фізики.

У цьому випадку робота учнів з комп’ютерними моделями також неймовірно

корисна, так як комп’ютерне моделювання дозволяє створити на екрані

комп’ютера живу, динамічну картину фізичних дослідів чи явищ, яку краще

запам’ятати.

У той же час використання комп’ютерного моделювання не повинно

розглядатися в якості спроби підмінити реальні фізичні експерименти їхніми

симуляціями, так як кількість фізичних явищ, які вивчаються у школі, не

охоплених реальними демонстраціями, навіть при найкращому оснащенні кабінета

фізики, дуже велика. Декілька умовний характер відображення результатів

комп’ютерного моделювання можна компенсувати демонстрацією відеозаписів

реальних експериментів, які дають адекватне уявлення про реальний перебіг

фізичних явищ.

При грамотному використанні комп’ютерних моделей фізичних явищ можна

досягти більшості з того, що вимагається для неформального засвоєння курсів

фізики та астрономії, а також формування фізичної картини світу.

Комп’ютер допомагає зробити це навіть у несприятливих умовах, таких як:

відсутність інтересу до предмету в учня, коли він вважає, що фізика у

майбутньому йому не буде потрібна;

недостатнє лабораторне обладнання у школі для демонстрації експерименту.

Для ефективного включення учнів у навчальну діяльність з використанням

комп’ютерних моделей необхідні індивідуальні роздавальні матеріали із

завданнями та питаннями різного рівня складності.

Ці матеріали можуть містити наступні види завдань:

Ознайомлювальне завдання. (Призначення моделі, керування

експериментом, завдання і питання з управління моделлю).

Комп’ютерні експерименти. (Провести прості експерименти по заданій

моделі і за наданим планом, питанням до них та результатам вимірювань).

Експериментальне завдання. (Спланувати і провести низку комп’ютерних

експериментів).

Тестові завдання. (Обрати вірну відповідь, використовуючи модель).

20

Дослідницьке завдання. (Провести експеримент, який доводить деяку

запропоновану закономірність або спростовуючи її; самостійно

сформулювати низку закономірностей та підтвердити їх експериментом.

Творче завдання. (Придумати задачу, розв’язати її, поставити експеримент

для перевірки отриманих відповідей).

Принципи застосування комп’ютерної моделі на уроці:

Модель явища необхідно використовувати лише в тому випадку, коли

неможливо провести експеримент або коли це явище відбувається дуже

швидко та за ним неможливо простежити детально.

Комп’ютерна модель повинна допомогати розумітися на деталях явища, яке

вивчають, або служити ілюстрацією умови розв’язувальної задачі.

Внаслідок роботи з моделлю учні повинні виявити як якісні, так і

кількісні залежності між величинами, які характеризують явище.

Під час роботи з моделлю необхідно пропонувати учням завдання різного

рівня складності, які міститимуть елементи самостійної творчості.

Планувати уроки з використанням комп’ютера необхідно починати з ретельного

вивчення можливостей програмних навчальних продуктів. Комп’ютер може бути

використано на будь-якому уроці, тому необхідно спланувати, що і коли

використати для більш ефективного результату.

Можна сформулювати принципи комп’ютерної підтримки

уроків фізики і не тільки їх:

Комп’ютер не може повністю замінити вчителя. Тільки вчитель має

можливість зацікавити учнів, пробудити в них допитливість, завоювати їх

довіру, він може направити їх увагу на ті чи інші аспекти предмету, який

вивчається, нагородити їх зусилля та примусити навчатися.

Методика проведення уроку фізики з використанням комп’ютера залежить

від підготовленності вчителя та від програм, що забезпечують комп’ютерну

підтримку.

Реальний експеримент необхідно проводити завжди тоді, коли це можливо, а

комп’ютерну модель доцільно використовувати, якщо немає можливости

показати данне явище.

21

Список використаних джерел

1. Машбиц Е.И., Бабенко Л.П. и др. Основы компьютерной грамотности / Под

ред. А.А. Стогния и др. – К.: Вища шк., 1988. – 215 с.

2. Головін М.Б. Використання нових інформаційних технологій на уроках фізики

// Матеріали науково-практичної конференції “Роль задач в процесі вивчення

природничо-математичних дисциплін”. – Луцьк – Нововолинськ, 2000. – С. 9-

10.

3. Александров Г.Н. Программированное обучение и новые информационные

технологии обучения // Информатика и образование. -1993. – №5. – с. 7–19.

4. Андреев В.И. Эвристическое программирование учебно-исследовательской

деятельности: Метод. пособие. – М.: Высшая школа, 1981. с. 167 – 182.

5. Бігун М.І. Використання елементів комп’ютерного моделювання при вивченні

фізики // Освіта. – 2003. – 23–30 липн. (№34). – с. 5.

6. Борбат О.М., Смолянець В.В. Методика викладання оптики. Посібник для

вчителів. К.: Рад. школа, 1978. – 110 с.

7. Бугайов О.І., Головко М.В., Коваль В.С. Програмно-методичний комплекс

«Фізика-8» // Фізика. – 2004. – №27. – с. 2–7.

8. Буров В.А. Демонстрационный эксперимент по физике в средней школе. – М.:

Просвещение. – 1979. – 147 – 179 с.

9. Буров В.А. Демонстрационный эксперимент по физике в средней школе. – М.:

Просвещение. – 1979. – 179 с.

10. Викладання фізики в школі. За ред. Коршака Є. В. – К. Радянська школа, 1986.

– с. 68 – 84.

11. Викладання фізики в школі. За ред. Коршака Є. В. – К.: Радянська школа, 1986.

– с. 168 – 184.

22

12. Вища освіта України. – Комп’ютеризація шкільної освіти: переваги та сфери

ризику. – №4. – 2004. – с. 77.

13. Волинський В.П. Використання відеоінформації як засобу навчання //

Педагогіка і психологія. – 1995. – №3 (8). – С. 73–76.

14. Волинський В.П., Жук Ю.О. Використання графопроектора в поєднанні з

іншими засобами навчання // Педагогіка і психологія. – 1999. – №2. – с. 39–42.

15. Волинський В.П., Коршак Є. В., Сердюк А.В. Технічні засоби навчання фізики

в школі. – К.: Радянська школа, 1977. – 128 с.

16. Галковська Т. У тенетах мережі // Дзеркало тижня. – 2002. – 17 серпня.

17. Гершунский Б.С. Философия образования XXI века (В поисках практико-

ориентированньїх образовательных концепций). – М., 1998. – С. 306.

18. Голубєва Г.Р. Сучасний урок: Фрагмент уроку в 8 (11) класі. Тема «Лінзи». //

Фізика в школах України: Науково-методичний журнал. – №8 (12) 04.2004 р.

с. 12–14.

19. Гончаренко С.У. Методика навчання фізики в середній школі. – К. Радянська

школа, 1974. – с. 95–114.

20. Городецький К., Людвіковський А. Тести з фізики: оптичні прилади (Л.М.

Хольвінська, переклад з польської). – №34 – К.: Бібліотека «Першого вересня»

– 2000.

21. Гуржій А.М., Орлова І. В., Шут М. 1., Самсонов В.В. Засоби навчання

загальноосвітніх навчальних закладів (теоретико-методологічні основи):

Навчальний посібник. – К.: НМЦ засобів навчання, 2001. – 95 с.

22. Данилюк Р. Використання комп’ютерних моделей у шкільному курсі фізики //

Фізика. – 2004. – Жовт. (№30). – с. 1–2.

23

23. Желюк О., «Засоби НІТ у навчальному фізичному експерименті», – Фізика, –

2001 р., №9.

24. Желюк О.М., «Компютерна техніка в навчальному курсі фізики»., Метод.

рекомендації., – Рівне, РДПУ, 1994 р.

25. Засекін Д.О. Використання комплексів аудіовізуальних засобів навчання на

уроках фізики в середній школі // Наукові записки: Збірник наукових статей

Національного педагогічного університету ім. М.П. Драгоманова. – К.:НПУ,

2003. – Випуск LІІІ (53). – 421 с.

26. «Комп’ютер – інформаційні і комунікативні технології у навчальному процесі

середніх та вищих шкіл» // Міжнародна наукова конференція, – Освіта, – №34

– 2003 р.

27. Клос Е.С., Шульга М.С. Оптика в демонстрационных опытах: Пособие для

учителей. – К.: Рад. Школа,! 983. – 159 с.

28. Коваль В.С. Дидактичні можливості та особливості побудови програмно-

методичного комплексу «Фізика-7» // Фізика та астрономія в школі. – 2004. –

№7. – с. 16–18.

29. Комплексне використання дидактичних засобів у навчанні фізики: Збірник

статей / За ред. Є. В. Коршака. Упорядник В.Г. Нижник. – К.: Радянська школа,

1983. – 132 с.

30. Концевой М.П. Здоровье и компьютер // Информатика и образование. – М. –

2000. – №1.

31. Корнієнко М., «ІТ в освіті»., – Фізика та астрономія в школі, – 1999 р., №3.

32. Коршак Є.В., Миргородський Б.Ю. Методика і техніка шкільного

експерименту. Практикум: Київ: Вища школа. 1981. – 280 с.

33. Коршак Є.В., Миргородський Б.Ю. Методика і техніка шкільного

експерименту. Практикум: Київ: Вища школа. – 1981. – 280 с.

24

34. Крилов І.Р., «Методическое пособие по курсу оптики», – М.1993 р., с. 53–86.

35. Левина И.И. Опытно-экспериментальная разработка методики

самостоятельной работы учащихся на уроке при изучении педагогических

дисциплин (в индустриально-педагогических техникумах профессионально-

технического образования): Автореф. дис. канд. пед. наук. – М. – 1971.

36. Лемберг Р.Г. О самостоятельной работе учащихся. // Советская педагогика. –

1962. – №2.

37. Матрос Д.Ш. Внедрение информационных и коммуникационных технологий в

школу // Информатика и образование. – М. – 2000. – №8.

38. Машбиц Е.И. Психолого-педагогические проблемы компьютеризации

обучения. М.: Педагогика. – 1988. – 191 с.

39. Машбиц Е.И. Психолого-педагогические проблемы компьютеризации

обучения. М.: Педагогика. – 1988. – 191 с.

40. Миргородський Б.Ю., Шабель В.К. Демонстраційний експеримент з фізики:

Механіка. К.: Радянська школа. – 1980. – 144 с.

41. Найдан В.М., Грабовий А.К. Використання засобів навчання на уроках хімії:

Посібник для вчителів. – К.: Радянська школа, 1988. – 218 с.

42. Національна доктрина розвитку освіти України у ХХІ ст. // Освіта. – 2001. –

№60–61. – с. 4.

43. Палтішев М. «Психолого-педагогічні основи навчання фізики»., Освіта, – №6,

2002 р.

44. Педагогіка: Навчальний посібник / В.М. Галузяк, М.І. Сметанський, В.І.

Шахов. – Вінниця: РВВ ВАТ «Вінницька обласна друкарня», 2001. – 200 с.

45. Пидкасистый И.П. Самостоятельная познавательная деятельность школьников

в обучении. М.: Педагогика. – 1980 – 240 с.

25

46. Попов Н.В. Перспективы развития технических средств обучения и

аудиторной техники. – К.: Вища школа, 1980. – 100 с.

47. Прессман Л.П. Методика применения технических средств обучения. – М.:

Просвещение, 1988. – 191 с.

48. Прессман Л.П. Технические средства обучения в средней школе. – М.:

Педагогика, 1972. – 221 с.

49. Роберт И.В. Распределенное изучение информационных и коммуникационных

технологии в образовательных предметах // Информатика и образование. – М.

– 2001. – №5.

50. Сільвейстр А. «Актуалізація пізнавальної діяльності учнів на уроках з

застосуванням НІТН».

51. Сумський В.І. ЕОМ при вивченні фізики: Навч. Посібник / За ред. М.І. Шута. –

К.:ІЗМН. – 1997. – 184 с.

52. Теория и методика обучения физики в школе: Частные вопросы: Учеб.

Пособие для студентов педагогических вузов // С.Е. Каменецкий,

Н.С. Пупышева, Т.И. Носова и др.; под ред. С.Е. Каменецкого. – М.: Изд.

Центр «Академия», 2000. – 384 с.

53. Тищук В., В. Мислінчук. Роль та функції фізичного експерименту в сучасному

навчально-виховному процесі. // Збірник наукових праць: Спеціальний випуск

/ Гол. ред. В.Г. Кузь. – К.: Наук. світ, 2003. – 319 с.

54. Тищук В.І. Педагогічні основи розвитку навчального фізичного експерименту.

В зб.: Оновлення змісту, форм та методів навчання фізики / Наукові записки

РДПІ. Вип. 2. – Рівне: РДПІ, 1997. – с. 18–34.

55. Чашко Л.Б. Аудіовізуальна навчальна інформація на уроках // Педагогіка і

психологія. – 1999. – №1. – С. 51–57.

26

56. Чашко Л.В. та ін. Застосування технічних засобів навчання в умовах кабінетної

системи. – К.: Радянська школа, 1985. – 97 с.

57. Шахмаев Н.М. Дидактические проблеми применения технических средств

обучения в средней школе. – М: Педагогика, 1973. – 268 с.

58. Шахмаев Н.М. Технические средства обучения. – М: Знание, 1975. – 63 с.

59. Шевандрин Н.И. Психодиагностика, коррекция и развитие личности. М.:

Гуманит. изд. центр ВЛАДОС. – 1998. – 512 с.

60. Шилов В.Ф. Демонстрационный экеперимент по молекулярной физике и

термодинамике. В сб.: Учебный экеперимент по молекулярной физике и

теплоте. Библ. ж-ла «Физика в шк.». Вып. 6 / Ред.-сост. В.Ф. Гудкова. – М.:

Школа-Пресс, 1995. – С. 4–17.

61. Шилов В.Ф. Демонстрационный экеперимент по электродинамике. В сб.:

Учебный экеперимент по злектродинамике. Библ. ж-ла «Физика в шк.». Вып. 7

/ Ред.-сост. А.В. Чеботарёва. – М.: Школа-Пресс, 1996. – С. 4–27.

62. Ю. Дорошенко, «Педагогічні програмні засоби»., – Фізика та астрономія в

школі, – 1997 р., №7.

27