Информационные технологии: образовательные возможности. Часть 3.

---

Страница:   1   2   3

---

3.1 Виды компьютерных моделей

Одним из новейших видов учебных объектов, обогативших систему средств обучения, считаются компьютерные модели. С момента своего появления компьютерные модели стремительно вошли в состав фактически всех образовательных ресурсов по физике. Это связано с их особенными дидактическими свойствами. Опирающиеся, как правило, на качественных физических и математических моделях существующих объектов и процессов учебные компьютерные модели как средство наглядности и объект познавательной деятельности учащихся несравнимы ни с одним другим учебным объектом. При помощи компьютерных моделей можно: 1) изучать относительно сложные физические явления природы и технические объекты на доступном уровне понимания учащихся; 2) акцентировать внимание на главном, существенном в явлении благодаря упрощенной форме его представления и использованию эффектов мультимедиа; 3) изучать явление в «чистом» виде, точно моделируя требуемые условия его протекания; 3) наблюдать явление в динамике, т.е. фиксировать его развитие в пространстве и времени; 4) сопровождать работу модели визуальной интерпретацией закономерных связей между ее параметрами в форме графиков, диаграмм, схем; 5) осуществлять операции, невозможные в реальности, в частности: изменять пространственно-временные масштабы протекания явления, задавать и изменять параметры исследуемой системы объектов, не опасаясь за ее состояние, а также безопасность и сохранность среды окружения.

Моделинг – это не единственная функция виртуальной среды. Интерактив – еще одна принципиально важная ее функция. В соответствии с этими новыми возможностями виртуальной среды возник и стал развиваться наряду с демонстрационными моделями (анимациями) класс интерактивных моделей. Это уже не только «живая», но и управляемая пользователем картинка изучаемой реальности[17, с.19].

Список преимуществ компьютерной модели можно дополнить за счет использования интерактива, как значимой функции виртуальной среды обучения: 1) обеспечение деятельностного подхода к обучению, ориентированного на развитие ключевых компонентов учебной активности школьников: мотивационной сферы, умения планировать действия, выполнять их и контролировать качество полученного результата; 2) интенсификация процессов развития познавательной самостоятельности учащихся, определяющей успех учебной активности; 3) создание дополнительных условий для творческой деятельности [44, с.28].

Компьютерная модель как новое средство обучения достойна серьезного внимания и разработчиков, и преподавателей. В составе других средств обучения компьютерная модель должна обеспечивать безусловный рост эффективности обучения.

Понятие «компьютерная модель» широко используется в педагогическом лексиконе. Компьютерная модель – это модель, реализация и исследование которой осуществляется с помощью компьютера (т. е. средствами виртуальной информационной среды). Учебная компьютерная модель – это компьютерная модель, которая предназначенная для предъявления учащимся предмета учения (элементов «готового» научного знания – концептуального, процессуального) и формирования у них соответствующих познавательных умений, в том числе умений в выполнении компьютерного эксперимента как метода познания явлений природы.

В определение понятия учебной компьютерной модели заложена информация об ее образовательном назначении. С одной стороны, компьютерная модель может служить одним из эффективных способов предъявления и отработки у учащихся «готового» знания. В этом случае обнаруживают себя дидактические функции компьютерной модели. С другой стороны, данную модель можно использовать в обучении с целью формирования у учащихся опыта исследовательской деятельности – компьютерного моделирования. В этом качестве доминирует ее методологическая функция.

При анализе дидактических функций компьютерных моделей наиболее очевиден их иллюстративный потенциал. На самом деле диапазон данных функций шире. Виртуальная модель в обучении может успешно использоваться:

1) как средство предъявления элементов «готового» знания (манипуляции с моделью позволяют учащимся выявить и уяснить «встроенную» в модель информацию о свойствах объектов реального мира);

2) средство наглядности, сопровождающее традиционные словесные способы предъявления «готового» знания:

– концептуального:

– при изучении содержания и результатов научных экспериментов (научных фактов);

– для иллюстрации сущности эмпирических понятий;

– при анализе эмпирических закономерностей протекания природных явлений;

– при изложении компонентов теоретического знания: идеализированного объекта теории, теоретических понятий, принципов и постулатов, мысленных экспериментов и следствий теории;

– для визуального отображения элементов научно-технического знания (устройства и принципа действия отдельных приборов и их взаимодействующих систем, способов и приемов работы с приборами и техническими устройствами);

– процессуального (для иллюстрации содержания, порядка и правил выполнения действий и операций);

3) тренажер (средство отработки у учащихся отдельных познавательных умений и формирования навыков);

4) средство контроля уровня сформированности знаний и умений учащихся[8, с.90].

Дидактические и методологические функции компьютерных моделей в сочетании дают обширное представление об их учебном назначении. Для осуществления всего спектра функций компьютерных моделей в образовании следует предоставить необходимое и достаточное разнообразие их возможных видов.

Полная и объективная оценка возможного разнообразия учебных моделей предметной виртуальной среды может быть выполнена только при условии решения проблемы их систематизации. Построение наиболее полной систематизации компьютерной модели позволит уточнить перспективные направления дальнейшего развития их разнообразия в цифровых образовательных ресурсах, а также указать способы использования компьютерных моделей в обучении.

При построении классификации учебных моделей должны быть выделены важнейшие для обучения основания деления. Такими основаниями являются: 1) объект моделирования; 2) способы и инструменты моделирования; 3) задачи, которые могут быть поставлены перед учащимися в работе с моделью. Соответственно, представляется возможным построение как минимум трех наиболее существенных классификаций компьютерных моделей.

Первая классификация компьютерной модели по физике связана с выбором объекта моделирования. Это компьютерные модели:

1) реальных объектов и процессов: естественной и второй природы (инструментов, приборов, технических комплексов и реализуемых на них технологических процессов);

2) идеализированных объектов, отображающих сущность физических теорий;

3) действий и операций исследователя с объектами природы и техники.

Модели первого вида необходимы для формирования у обучающихся компонентов эмпирического и научно-технического знаний. Они позволяют отобразить явления в виртуальной среде в варианте, приближенном к реальности. При этом глубина детализации в отображении свойств объектов, особенностей их поведения может быть различной. Демонстрация таких моделей может служить замещением показа реальных объектов и процессов в случаях, когда натурные наблюдения в ходе учебного процесса не предусмотрены, а выполнение соответствующего эксперимента в условиях школьной лаборатории затруднительно. Не менее полезны такие модели и в качестве средства сопровождения натурных опытов, поскольку за счет мультимедийного инструментария виртуальной среды эти компьютерные модели позволяют успешно акцентировать внимание учащихся на главном, существенном в наблюдаемом явлении. При формировании у учащихся верных представлений о содержании эмпирических понятий, роль моделей этого вида трудно переоценить в формировании [42, с.155].

Виртуальная модель явления, в основном, ярко и убедительно демонстрирует его внешние и существенные признаки. Именно эти признаки фиксируются в определении эмпирических понятий. Виртуальные модели первого вида служат качественной иллюстрацией эмпирических закономерностей протекания природных процессов. С помощью этих моделей разумно изучать устройство различных технических объектов, а также особенности их работы.

Модели второго вида можно использовать для формирования у учащихся теоретических представлений. Эти модели фактически являются компьютерной версией нашего теоретического знания о природе вещей. С помощью таких компьютерных моделей можно достигнуть наиболее глубокого понимания учащимися:  структуры идеализированного объекта;  сущности теоретических понятий, его характеризующих;  принципов и постулатов теории, описывающих поведение идеализированного объекта; основных следствий теории.

Модели третьего вида предназначены для развития у учащихся практических навыков (предварительная подготовка). При разработке таких моделей в виртуальной среде воспроизводится с той или иной долей подобия не только исследуемый объект, но и соответствующие действия пользователя с этим элементом. Для пользователя наглядное отображение результатов этого решения на экране монитора создает фактически ситуацию виртуальной реальности. Такие учебные модели называются симуляторами. Симулятор может работать в демонстрационном и интерактивном режимах.

Второй классификацией компьютерных учебных моделей может быть классификация, в которой основанием деления является тип математической модели, выбранной для количественного описания явления. Это могут быть математические модели, предполагающие: 1) аналитическое описание явления на основе известных экспериментальных законов (или уравнений теории); 2) правдоподобное аналитическое описание явления на основе изначально иных математических уравнений, но включающих те же характеристики, что и исследуемое явление (при правильном выборе такие уравнения в своем решении могут достаточно хорошо описывать особенности протекания моделируемого явления)[16, с.147].

У моделей первого вида какого-либо определенного названия не закрепилось. Модели второго вида получили название «имитационных моделей».

Такая классификация учебных моделей имеет для системы образования особое значение, так как затрагивает вопрос моделирования физических явлений в виртуальной среде не только профессиональными разработчиками электронных изданий, но и обычными юзерами. На самом деле, построение простейших имитационных моделей физических явлений является задачей вполне доступной и для непрофессиональных разработчиков (учащихся, учителей). Для учащихся это возможность в ситуации, отвечающей уровню их подготовки по информатике, реализовать в своей учебной деятельности обе стадии компьютерного эксперимента как метода познания (создание модели и дальнейшее ее исследование). Для учителя – возможность самостоятельно создавать учебные модели, и задания, реализующие его авторский подход к организации учебной деятельности школьников.

В рамках данной классификации можно с достаточной долей условности рассмотреть компьютерные модели, в основе математического описания которых лежат количественные соотношения, весьма далекие от соотношений, отражающих реальные свойства и закономерности поведения моделируемого объекта. Такие модели можно определить как грубую имитацию лишь отдельных характеристик объекта. Единственной целью такого моделирования является создание на экране некоего яркого образа, внешне подобного реальному явлению. При этом выделяются, как правило, единичные, но существенные для восприятия (распознавания) особенности поведения изучаемого объекта. Примером таких моделей могут служить некоторые компьютерные анимации. Создание простейших визуальных имитаций объектов природы и техники становится вполне доступным видом моделирования,в условиях развития стандартных офисных приложений и инструментов визуального программирования (ASAP, FlashMacromedia,VisualJava, Cassandra и др.). При этом, понятие компьютерного эксперимента к таким виртуальным моделям неприменимо.

Третья классификация учебных компьютерных моделей связана со спецификой учебной задачи, которая ставится перед юзером при работе с моделью. Это могут быть модели, предназначенные: 1) для усвоения элементов «готового» знания; 2) выполнения учебного исследования: а) в соответствии с заранее подготовленным сценарием (степень «жесткости» сценария может варьироваться, соответственно, будет меняться уровень самостоятельности учащегося в выполнении исследования); б) по плану, разработанному учащимся (максимально высокий уровень самостоятельности исследования). Содержание поставленной перед учащимися задачи значимым образом определяет тип интерфейса программы, реализующей соответствующую модель. Модели первого вида отличаются относительно простым учебным интерфейсом, включающим, в основном, ограниченное число «рычагов управления». Это кнопки «старт», «стоп», «пауза». В интерфейс таких моделей часто входят инструменты для наблюдения явления с разных позиций наблюдающего и в различных пространственно-временных масштабах. В ряде случаев в демонстрационном режиме могут варьироваться отдельные условия протекания явления. По запросу пользователя (или без него) представляется подробная справка, включающая описание наблюдаемых на экране монитора эффектов, предъявляются поясняющие ситуацию графики, диаграммы, схемы, рисунки и пр. При такой организации интерфейса практически закрыт доступ к управлению алгоритмом программы, реализующей модель. Модель  вида носит существенно предъявляющий характер. Такие модели называются компьютерными демонстрациями. Интерактивная составляющая таких демонстраций может варьироваться от минимума (клавиши «старт», «стоп», «пауза») до вполне заметного числа управляющих клавиш, задающих предъявления пользователю «готового» знания («справка», «масштаб», «поворот» и т. п.). [36, с.26]

Модели второго вида, как правило, имеют более сложный интерфейс, так или иначе схожий с интерфейсом компьютерного эксперимента, реализуемого в научных исследованиях. В отличие от моделей первого вида в этих моделях открыт доступ к управлению алгоритмом исполнения программы, реализующей решение соответствующей математической задачи (блоку ввода данных, блоку обработки данных и блоку вывода результатов на экран). Число степеней свободы, заданное в модели, и уровень доступа к управлению моделью могут быть разными, и этим определяется уровень интерактивности модели и, соответственно, уровень сложности исследования работы данной модели. Пользователь сам предполагает цели и порядок исследования такой модели. Для сложных моделей имеется поддержка процесса планирования в форме встроенного в учебную программу сценария исследования модели. В таких случаях в программе, реализующей модель, в основном выделяются относительно самостоятельные части или этапы. В рамках каждой части (этапа) пользователь может спланировать свои действия вполне самостоятельно. Количество частей, или этапов, исследования модели, представленных в сценарии, определяет степень дробления действий пользователя и задает, соответственно, тот или иной уровень «гибкости» внешнего управления процессом его исследовательской работы. Интерфейс моделей второго вида ни как  не отображает «готовое» научное знание. Последствия работы такой модели заранее не известны. Они не являются очевидными для обучающегося и требуют от него творческого подхода к решению поставленной задачи. Результатом работы с такой моделью является, как правило, открытие «субъективно нового знания». Представленные выше классификации компьютерных моделей охватывают, как представляется, достаточное для учебной практики их разнообразие. Различные сочетания указанных в данных классификациях видовых признаков моделей порождают множество их конкретных вариантов (см. Таблица3.1.1). Отдельным, часто используемым при проектировании учебных моделей сочетаниям их видовых признаков может быть присвоено вполне определенное название. Введем ряд терминов, обозначающих виды конкретных учебных компьютерных моделей (Таблица 3.1.1)

Таблица 3.1.1. Классификации компьютерных моделей

1. Учебные компьютерные модели, для которых характерны видовые признаки 1.1 в сочетании с признаком 3.1 (независимо от вида модели в рамках классификации 2), можно назвать компьютерными демонстрациями.

К таким моделям можно отнести компьютерную демонстрацию физического опыта (наблюдения, эксперимента). Это модель, которая иллюстрирует ход опыта, но не допускает при этом вмешательства пользователя в алгоритм программы, реализующей ее работу. После запуска такой модели пользователю демонстрируется весь опыт от начала до конца в соответствии с заранее разработанным сценарием. Существуют варианты компьютерной демонстрации физического опыта: 1) компьютерная демонстрация явления (пользователю предъявляется модель явления в естественных условиях его протекания); 2) компьютерная демонстрация физического эксперимента (пользователю предъявляется модель работы экспериментальной установки и наблюдаемого на ней эффекта). Возможны также компьютерные демонстрации технических объектов.

Интерактивная составляющая любых компьютерных демонстраций сводится к управлению запуском модели, порядком и некоторыми особенностями способов предъявления «готового» знания, носителем которого выступает данная модель. В зависимости от выбора признаков, относящихся к классификации 2 (2.1, 2.2 или 2.3), демонстрационные возможности таких моделей будут существенно отличаться.

2. Учебные компьютерные модели с видовыми признаками 1.2 в сочетании с признаком 3.1 можно обозначить компьютерными демонстрациями структуры и свойств идеализированного объекта теории. Математическое описание такой модели в соответствии с классификацией 2 также может быть любым. По интерактивным свойствам эти модели аналогичны моделям, рассмотренным в пункте 1.
3. Учебные компьютерные модели с видовыми признаками 1.3 в сочетании с любыми признаками классификации 2 и 3 следует определить как компьютерные симуляции. Компьютерная симуляция деятельности человека в условиях, приближенных к реальным, чрезвычайно эффективна в учебных целях. Согласно классификации 3 целевые ориентиры компьютерных симуляций могут существенно различаться. Одни симуляторы могут использоваться с целью предъявления учащимся образа выполнения действия (демонстрация работы «виртуального пользователя») и далее для многократной отработки этого действия в однотипных условиях (тренаж) (см. признак 3.1). Другие симуляторы могут использоваться с целью организации учебного исследования (см. признак 3.2).

При проектировании таких моделей в зависимости от того, какой признак реализуется из классификации 3, подбираются соответственно признаки 2.1–2.3 из классификации 2 (см. табл.3.1.1), т. е. определяется вид математической модели для разработки алгоритма программы, реализующей данную симуляцию. При сочетании признаков 1.3, 2.1 (или 2.2) и 3.2 (компьютерная симуляция, реализуемая как учебное исследование) получается модель, которая очень удачно сочетает в себе возможности полноценного компьютерного эксперимента и имитацию реальных действий пользователя с объектом исследования («виртуальная реальность»). Это, безусловно, очень ценно в учебном плане, так как позволяет за счет эффектных визуальных приемов сосредоточить внимание обучаемых на существенных свойствах исследуемого объекта и освоении основных этапов его исследования. Надо отметить, что учебные модели этого типа являются наиболее сложными и трудоемкими для разработки[13,с.147].

3.2 Использование моделирования в обучении физики

Что касается конкретных примеров учебных симуляций, то в курсе физики достаточно популярны компьютерные симуляции физических экспериментов (наблюдений и опытов). Модели данного вида в той или иной степени имитируют деятельность научного процесса по «добыванию» научных фактов. У такой симуляции в варианте «тренаж» целью является не только изучение особенностей устройства и работы конкретной опытной установки, но и ориентация на практическую подготовку учащихся к проведению отдельных этапов натурного физического опыта. С помощью такого симулятора возможно формирование у учащихся отдельных экспериментальных умений и навыков: 1) выполнения некоторых действий и операций (предъявление образца действия и тренаж); 2) проведения конкретного физического эксперимента в целом (демонстрация образца деятельности и тренаж). Разработанные на основе математических моделей вида 2.1 и 2.2 (см. табл.3.1.1) симуляторы будут эффективны и при проведении учебных исследований – учебных компьютерных экспериментов, включающих, как правило, только вторую стадию поиска (т. е. исследование «готовой» модели) [19, с.30].

При изучении прикладных вопросов курса физики будут интересны и полезны для учащихся компьютерные симуляции работы с техническими устройствами (инструментами, приборами, машинами, технологическими комплексами т. п.). Симуляции этого вида также допускают и режим тренажера, и режим исследования технического объекта на «виртуальном стенде».

Важно не только построить классификации компьютерных моделей и обозначить их конкретные варианты, но и показать, как эти модели могут использоваться в обучении при решении вполне определенных образовательных задач.

Учебные компьютерные модели, предназначенные для усвоения «готового» знания:

а) компьютерные демонстрации физических явлений как средство изучения:

– внешних признаков явлений;

– содержания эмпирических понятий;

– проявлений эмпирических законов в природе и технике;

– эмпирических оснований изучаемой теории;

б) компьютерные демонстрации физического эксперимента как иллюстрация содержания и логики проведения соответствующего натурного эксперимента, в том числе содержания постановки исторических опытов, включающая визуализацию натурной установки и порядка ее работы, предъявление результатов эксперимента (в форме наблюдаемых эффектов, таблиц, схем, диаграмм, графиков функциональной зависимости);

в) компьютерные демонстрации технических объектов (приборов, машин, технологических комплексов), включающие:

– визуализацию устройства технического объекта и его отдельных частей;

– принципа и порядка работы,

– области и правил использования;

г) компьютерные демонстрации идеализированного объекта теории как средство иллюстрации элементов физических теорий:

– структуры идеализированного объекта;

– теоретических понятий, постулатов и принципов, описывающих его поведение;

– содержания мысленных экспериментов, в том числе исторических, подтверждающих справедливость исходной теоретической модели явления;

– следствий теории;

д) компьютерная симуляция физического эксперимента (тренаж) – пошаговое отображение содержания и логики проведения соответствующего натурного эксперимента, в том числе исторических опытов, включающее:

– визуализацию натурной установки и возможных режимов ее работы;

– интерактивную процедуру подготовки установки к эксперименту;

– процедуру сбора фактов (в форме данных виртуального эксперимента);

– обработку данных эксперимента, их представление в форме таблиц; схем, диаграмм, графиков функциональной зависимости;

е) компьютерные симуляции работы технических устройств (тренаж) как средство изучения и первичного практического освоения их правил сборки и использования.

Выводы по III главе

Учебные компьютерные модели и инструментальные среды, предназначенные для учебного исследования:

а) компьютерная симуляция физического эксперимента (исследование) – пошаговое отображение содержания и логики проведения натурного эксперимента, в том числе исторических опытов, включающее:

– визуализацию натурной установки и выбор режима ее работы;

– имитацию процедуры подготовки установки к эксперименту;

– имитацию действий по управлению работой установки и снятию показаний приборов (сбор фактов в форме данных виртуального эксперимента);

– самостоятельную обработку данных эксперимента, их представление в форме таблиц, схем, диаграмм, графиков функциональной зависимости с использованием встроенного инструментария;

б) инструментальные среды для построения сложных моделей из некоторой совокупности «готовых» базовых моделей – учебные конструкторы, предназначенные для моделирования и исследования:

– физических явлений,

– технических объектов и их систем (в частности экспериментальных установок для проведения эксперимента);

в) компьютерный эксперимент (исследование поведения «готовой» численной модели явления):

– для исследования особенностей поведения модели физического явления при различных значениях его параметров и в различных условиях;

– для исследования особенностей поведения моделей технических объектов и их систем (в частности для проведения эксперимента).

Итак, видовой состав компьютерных моделей весьма разнообразен. Указанные виды и направления использования компьютерных моделей в обучении физике помогут разработчикам виртуальной учебной среды определиться с составом КМ, необходимых для организации учебного процесса по физике, а учителям сориентироваться в выборе «готовых» моделей для учебных занятий и определении целей их использования в обучении.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В наши дни невозможно представить себе исследовательскую физическую лабораторию без большого числа компьютеров. Объемы информации, получаемой в экспериментах на современном оборудовании, столь велики, что «переварить» ее без предварительной автоматизированной обработки в принципе невозможно. Компьютеры приносят неоценимую пользу, как при обработке результатов измерений, так и непосредственно при проведении физического эксперимента. Компьютерное управление экспериментальными установками и ходом эксперимента позволяет сделать физическую лабораторию с уникальным современным оборудованием потенциально доступной большому числу пользователей благодаря возможностям дистанционной работы через Интернет.

Благодаря компьютерам постепенно меняется облик не только исследовательских, но и учебных физических лабораторий, хотя происходит это, к сожалению, значительно медленнее, чем хотелось бы. Тем не менее, важная роль компьютерного управления экспериментом и необходимость автоматизированной обработки результатов измерений даже в учебной лаборатории признается всеми, и в недалеком будущем соответствующие перемены неизбежны.

Не столь очевидна ситуация с компьютерным моделированием. Все признают, что компьютерные тренажеры и имитаторы очень полезны на стадии подготовки к выполнению достаточно сложного реального эксперимента. Но о полном взаимопонимании среди педагогов относительно роли моделирования физических явлений при обучении физике говорить пока не приходится.

Общим местом стало утверждение о том, что при обучении физике компьютерное моделирование ни в коем случае не должно подменять собой физическую лабораторию и вытеснять реальный эксперимент. И это правильно. Но, тем не менее, в преподавании физики компьютерное моделирование может прочно занять вполне определенную нишу. Речь идет не только о численном моделировании экспериментов, которые по тем или иным причинам не могут быть выполнены в учебной лаборатории. Даже моделирование физических явлений, в принципе доступных непосредственному наблюдению, имеет определенную педагогическую ценность. Компьютерное моделирование дает учащимся один из важнейших инструментов, облегчающих проникновение в тайны науки.

С точки зрения преподавателя очевидное достоинство компьютерного моделирования состоит в возможности создавать образы, которые впечатлят и запомнятся учащимся. Подобные наглядные образы сопутствуют скорейшему  пониманию изучаемого явления и запоминанию важных аспектов в гораздо большей степени, чем соответствующие математические уравнения. Моделирование позволяет придавать наглядность теоретическим законам и концепциям, привлечь внимание учащихся к тонким деталям изучаемого явления, ускользающим при непосредственном наблюдении. Графическое отображение результатов моделирования на мониторе компьютера одновременно с анимацией изучаемого явления или процесса позволяет учащимся с легкостью воспринимать большие объемы обширной информации.

Интерактивный характер моделирующих компьютерных программ также представляет собой не маловажный аргумент в пользу использования моделирования. При не активном поглощении информации учащиеся быстро теряют интерес к теме, а в следствии и к предмету. Обучение становится намного интересней при необходимости управлять работой программы, постоянно взаимодействовать с ней и реагировать на ее запросы. Хорошая интерактивная компьютерная программа должна не вести учащегося по строго предопределенному пути, пусть даже и тщательно выверенному автором, а, напротив, должна предоставлять выбор из множества разнообразных возможностей. Но в то же время непомерная гибкость и интерактивность программы чревата определенными опасностями. Учащийся может потерять направляющую нить, случайным образом блуждая по многочисленным закоулкам разветвленной программы. Поэтому интерактивные программы учебного назначения должны быть хорошо структурированы, чтобы ученик не ушел с пути и не упустил из виду конечную цель учебного задания.

Еще один важный аспект особой роли компьютерного моделирования в преподавании физики связан с самой парадигмой физического исследования. Физики считают, что понимают некоторое физическое явление, если могут предложить для него достаточно простую математическую модель, в основу которой положены твердо установленные фундаментальные законы. Обычно такие математические модели физических систем или явлений выражаются дифференциальными уравнениями. В некоторых случаях в рамках принятой модели удается получить точное или приближенное аналитическое решение поставленной задачи. К сожалению, точные аналитические решения редко встречаются в физике. Часто бывает так, что даже для очень простых моделей дифференциальные уравнения не имеют аналитического решения. В таких случаях без опоры на численные методы практически невозможно понять свойства предложенной математической модели явления и сделать какие-либо заключения об ее соответствии реальной действительности, а тем самым и о нашем понимании изучаемого явления. Правильность наших представлений о реальном изучаемом явлении можно проверить с помощью с помощью вычислительного эксперимента на компьютере.

Поэтому для современного этапа развития физической науки характерно становление (в дополнение к экспериментальной и теоретической физике) третьей ее ветви – вычислительной физики, в основе которой лежит компьютерное моделирование физических явлений. Эта тенденция безусловно должна найти отражение и в преподавании физики. Компьютерный эксперимент, выполняемый не с реальной физической системой, а с ее математической моделью, не только во многом обогащает и облегчает изучение фундаментальных принципов и традиционных разделов курса физики, но и дает ключ к изучению многих трудных для усвоения вопросов, недоступных традиционным методам. В частности, с помощью компьютерных моделей можно изучать нелинейные явления, где аналитические методы зачастую оказываются бессильными.

Данные преимущества моделирования в преподавании физики можно реализовать только при использовании высококачественных программных продуктов, специально разработанных для учебного процесса. К сожалению, сложившуюся на сей день ситуацию с предложением учебных компьютерных программ по физике трудно назвать благополучной. Но качество существующих программ – это тема для отдельного разговора.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Конституция Российской Федерации // www.constitution.ru
2. Гражданский кодекс Российской Федерации: Часть I, II, III, IV // www.consultant.ru
3. Федеральный закон от 29.12.2012 № 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» (с изм. и доп., вступ. в силу с 06.05.2014)
4. Авдеева, С. Учебные материалы нового поколения в проектеИСО / Светлана Авдеева // Народное образование. –2007. –№ 9. –С.187-194.
5. Ананьев, И.И. Использование информационной системы для модульной организации образовательного процесса /  И. И. Ананьев, П. И. Ананьев, А. В. Бобров // Измерение, контроль, информатизация. –Барнаул, 2007. –С. 161-163.
6. Андреев, А.А. Зарубежный опыт использования ЭВМ в образовании. Совершенствование учебного процесса вузов на основе его компьютеризации / А.А. Андреев –М.:ВПА, 1991. –С.105-111.
7. Баранова, Н.М. Информационные технологии как средство моделирования учебного процесса / Н.М. Баранова // Прикладная информатика. –2011. –№5. –С.28-30.
8. Башмаков, А.И. Систематизация информационных ресурсов для сферы образования: классификация и метаданные / А.И. Башмаков, В.А. Старых –М.:РГУИТП,2003. –С.87-95.
9. Баяндин, Д.В. Моделирующие системы как средство развития информационно-образовательной среды / Д.В. Баяндин –Пермь: Изд-во Перм. гос. тех. ун-та, 2007. –С.400.
10. Беспалько, В.П. Образование и обучение с участием компьютеров (педагогика третьего тысячелетия) / В.П. Беспалько–М.: МПСИ, 2002. –С.56-63.
11. Бешенкова, С.А.Формирование системно-информационной картины мира на уроках информатики/ С.А. Бешенкова, Н.Н. Прытко, Н.В. Матвеева // Информатика и образование. –2000. –№4. –С.40-45.
12. Бидайбеков, Е.Ы. Информатизация образования как деятельность (задачи и проблемы) / Е.Ы. Бидайбеков // Информатика и образование. –2010. –№ 14. –С.32-34.
13. Боев, В.Д. Компьютерное моделирование / В.Д. Боев, Р.П. Сыпченко –ИНТУ ИТ.РУ, 2010. –С.137-150.
14. Бондаренко, Е.А. Технические средства обучения в современной школе / Е.А. Бондаренко, А.А. Журин, И.А. Милютина –М.: ЮНВЕС, 2004. –С.264.
15. Босова, Л.Л. Информатика и ИКТ / Л.Л. Босова –Бином. Лаборатория знаний, 2012. С.78-85.
16. Булавин, Л.А. Компьютерное моделирование физических систем / Л.А. Булавин, Н.В. Выгорницкий, Н.И. Лебовка –Долгопрудный: Издательский Дом «Интеллект», 2011. –С.142-149.
17. Бутиков, Е.И. Роль моделирования в обучении физики / Е.И. Бутиков // Компьютерные инструменты в образовании. –2002. –№5. –С.15-20.
18. Ваграменко, Я.А. Информатика: образовательный аспект / Я.А. Ваграменко –М.:ИИО РАО, 2011. –С.90-92.
19. Васильева,И.А. Психологические аспекты применения информационных технологий / И.А. Васильева, Е.М. Осипова // Вопросы психологии. –2002. – №3. –С.29-33.
20. Высотина, В.Г. Введение в основы информатики и вычислительной техники / В.Г. Высотина –Компания спутник, 2009. –С.106-115.
21. Горячкин, Е.Н. Методика преподавания физики в семилетней школе / Е.Н. Горячкин – Рипол Классик, 2013. –С.45.
22. Гусева, Е.Н. Информатика / Е.Н. Гусева –М.:ФЛИНТА, 2011. –С.66-70.
23. Дворецкий, С.И. Моделирование систем / С.И. Дворецкий, Ю.Л. Муромцев, В.А. Погонин – М.: Изд. центр «Академия», 2009. –С.123-130.
24. Иванов, И.А., Иванова М.Н. Компьютерные модели как средство реализации принципа наглядности в обучении / И.А. Иванов, М.Н. Иванова // Вестник СГУТиКД. –2012. –№1. –С.124-126.
25. Извозчиков, В.В. Интернет как компонент информационной картины мира и глобального информационно-образовательного пространства / В.В. Извозчиков, Г.Ю. Соколова, Е.А. Тумалева // Наука и школа. –2000. –№4. –С.18-19.
26. Кавтрев, А. Ф. Брошюра «Методические аспекты преподавания физики с использованием компьютерного курса «Открытая физика 1.0» / А.Ф. Кавтрев – ООО «Физикон», Москва, 2000. –С.2-6.
27. Компьютерная система обучения: аппаратные и программные средства. Сетевые обучающие системы: сайт Педагогика. – 2014 [Электронный ресурс]. – URL: http://paidagogos.com/?p=134 (дата обращения: 19.02.1024).
28. Красильникова, В.А. Концепция компьютерной технологии обучения / В.А. Красильникова –Орегбург.: ОГУ, 2008. –С.12-16.
29. Майер, Р.В. Компьютерное моделирование физических явлений / Р.В. Майер –Глазов: ГГПИ, 2009. –С.43-50.
30. Макарова, Н.В. Информатика и ИКТ: 11 класс / Н.В. Макарова – Питер, 2012. –С.91-96.
31. Малев, В.В. Общая методика преподавания информатики / В.В. Малев –Directmedia, 2013. –С.23-27.
32. Матвеев, Р.А. Использование компьютерных моделей при обучении физике: сайт Компьютерного моделирования электродинамики. – 2005 [Электронный ресурс]. URL:http://kmodel.narod.ru/statihtm (дата обращения: 30.03.2014).
33. Меламуд, В.Э. Информационное пространство управления школой / В.Э. Меламуд, И.А. Фастовский // Информатика и образование. –2007. –№ 8. –С.20-25.
34. Минькова, Р. Физика 9 класс / Р. Минькова, А. Иванова –Litres, 2014. –С.67.
35. Могилев,А.В. Практикум по информатике / А.В. Могилев, Н.И. Пак, Е.К. Хённер – М.: Академия, 2005. –С.42-50.
36. Осин, А.В. Электронные образовательные ресурсы нового поколения: открытые образовательные модульные мультимедиа системы / А.В. Осин– М.: Просвещение, 2007. –С.12-29.
37. Оспенникова, Е.В. Методологическая функция виртуального лабораторного эксперимента / Е.В. Оспенникова // Информатика и образование. –2002. –№11. –С.11-15.
38. Оспенников, Н.А. Школьный физический эксперимент в условиях развития компьютерных технологий обучения / Н.А. Оспенников // ИКТ в образовании. –2006. –№2. –С.34-35.
39. Пащенко, О.И. Информационные технологии в образовании / О.И. Пащенко –Нижневартовск: Изд-во Нижневарт. гос. ун-та, 2013. –С.232-237.
40. Петренко, М.А. Единое информационное пространство образовательного учреждения / М.А. Петренко // Информационные ресурсы России. –2008. –№5. –С.16-21.
41. Палат, Е.С. Новые педагогические и информационные технологии в системе образования / Е.С, Палат –М.: Издательский центр «Академия», 2009. –С.76-77.
42. Разумовский, В.Г. Физика 10 класс, Часть 1 / В.Г. Разумовский – Владос, 2013. –С.153-167.
43. Разумовский, В.Г. Физика 10 класс, Часть 2 / В.Г. Разумовский  –Владос, 2013. –С.83-85.
44. Сайков, Б.П. Информатизация образования / Б.П. Сайков // Информатика. –2007. –№ 2. –С.27-30.
45. Смирнов, А.В. Методика применения информационных технологий в обучении физики / А.В. Смирнов –Академия, 2008. –С.41-43.
46. Софронов, Н.В. Проблемы информатизации образования / Н.В. Софронов –Перфектум, 2010. –С.103-109.
47. Старовиков, М.И. Становление исследовательской деятельности школьников в курсе физики в условиях информатизации обучения: монография / М.И.Старовиков –БГПУ, 2006. –С.154-162.
48. Степанов, А.Н. Информатика / А.Н. Степанов –Питер, 2010. –С.49-53.
49. Угринович, Н.Д. Информатика и ИКТ: практикум / Н.Д. Угринович –Бином. Лаборатория знаний, 2013. –С.39-42.
50. Усенков Д.Ю. ЦОРы? ЦОРы… ЦОРы!!!: сайт Вопросы информатизации образования. –2011 [Электронный ресурс]. – URL: http://krasgmu.net/publ/uchebnye_materialy/obuchajushhie_materialy/1/11-1-0-278 (дата обращения: 11.03.2014).

---

Страница:   1   2   3

---