Деякі перспективи реалізації модельних експериментів на комп’ютері та створення віртуальних лабораторних практикумів із фізики

-нечислове керування (структурна зміна моделюючого об’єкта за допомогою клавіш керування курсором, інших нецифрових клавіш);

-числове керування (задання конкретних значень параметрів моделюючого об’єкта);

-змішане керування.

До першої групи комп’ютерних моделей належать моделі демонстраційного характеру, які використовують для:

а) моделювання фізичних дослідів, які неможливо продемонструвати в умовах школи;

б) розкриття механізму фізичних явищ чи процесів.

Особливість моделей другої групи полягає в тому, що вони дають можливість не тільки демонструвати фізичні явища та процеси, а й досліджувати їх. Такі моделі досить ефективно можна використовувати під час проведення дослідницьких лабораторних робіт.Дослідницькі лабораторні роботи є однією з форм самостійної роботи учнів. У дидактиці самостійною роботою учнів вважають такий вид їхньої діяльності, при якому вони здобувають знання без допомоги вчителя або під його керівництвом. При виконанні дослідницьких лабораторних робіт рівень самостійності учнів дуже високий. Учням, крім обладнання, роздають інструктивні картки, де вказано тему та мету роботи, обладнання, подано запитання, таблиці, які заповнюють учні в процесі дослідження, виділено місце для висновків. Результати, які отримують учні під час дослідження, заносяться в картку. Вчитель використовує інструктивну картку як засіб керівництва самостійною роботою учнів. На початку роботи експеримент проводять за допомогою реального обладнання. Подальші дослідження виконують за допомогою комп’ютерної моделі.

Як приклад, проаналізуємо дослідницьку лабораторну роботу “З’ясування умов плавання тіла в рідині” (7-й клас). На початку заняття кожному учневі роздають інструктивну картку (додаток 1.). Вчитель дає коротке пояснення щодо її заповнення. Для виконання цієї роботи учні повинні знати, як визначити виштовхувальну силу, що діє на тіло, занурене в рідину, а також уміти обчислити рівнодійну сил, які діють вздовж однієї прямої. З цією метою в картці подано запитання 1, 2, 3. Відповіді на запитання учні вписують в інструктивну картку. Відповівши правильно на запитання 1-3, учні висувають припущення, що поведінка досліджуваного тіла в рідині буде залежати від значень тих сил, які прикладені до нього (сила тяжіння та виштовхувальна сила). Провівши експеримент за допомогою обладнання, діти заповнюють таблицю 1. Дослідження умов плавання тіл в рідині буде більш загальними, коли експеримент проводити з рідинами різної густини. Безпосередні дослідження з цими рідинами (бензин, нафта, сірчана кислота) неможливо провести в умовах шкільного фізичного кабінету. Значно спрощує розв’язання цієї проблеми використання комп’ютерної моделі. Тому наступним етапом роботи учнівського дослідження є робота з комп’ютерною моделлю. Дослідження учнями цієї моделі дає змогу визначити силу тяжіння, виштовхувальну силу, обчислити середню густину тіла, яку порівнюють з густиною рідини, визначити глибину занурення тіла в рідині. Причому, розміри досліджуваного тіла в моделі, збігаються з розмірами пробірки, з якою проводять експеримент за допомогою реального обладнання. Дослідження моделі супроводиться графічною ілюстрацією, за допомогою якої учні спостерігають поведінку тіла в рідині. Дані, які отримані при дослідженні комп’ютерної моделі, заносяться в таблицю 2. Ця таблиця відрізняється від попередньої тим, що крім колонок, що є в таблиці 1, у ній є додаткові колонки – густина рідини, середня густина тіла та глибина занурення тіла в рідину. Провівши аналіз даних 5-ї, 6-ї та 7-ї колонок, учні роблять другий висновок про умови плавання тіл у рідині.

Аналіз результатів використання даної комп’ютерної моделі показує, що учні краще засвоюють умови плавання тіл у тому випадку, коли, крім порівняння виштовхувальної сили та сили тяжіння, паралельно йде порівняння густини рідини та середньої густини тіла.

Додатковим завданням цієї роботи є визначення максимальної маси шроту в пробірці, при якій вона ще не тоне. Визначивши цю масу для однієї рідини, учні можуть передбачити поведінку цієї пробірки в іншій рідині, а потім перевірити правильність свого припущення за допомогою комп’ютерної моделі. У цьому випадку модель виконує функцію самоконтролю.

Деякі учні в позаурочний час займаються вивченням різних мов програмування. Цим дітям можна запропонувати самим створити комп’ютерні моделі. Виконати такі завдання під силу учням із творчим рівнем пізнавальної активності, які можуть проявити вміння застосувати набуті знання в новій ситуації, вміння самостійно працювати з різною навчальною та науковою літературою. Такими завданнями можуть бути: