Компьютерное моделирование на уроках физики

Муниципальное образовательное учреждение школа-интернат среднего (полного) общего образования  №16 Болотнинского района

Новосибирской области 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Компьютерное  моделирование на уроках физики 
 
 

Выполнила: Нагель А.В.,

учитель физики и математики 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Болотное 2010

     Я думаю, Вы согласитесь со мной, что  лучше один раз увидеть, чем 100 раз  услышать. Физика – это тот предмет, где наглядность играет важную роль в становлении научного мировоззрения  учеников, формированию в их сознании единой картины мира. Сейчас, когда  компьютер занял свое прочное  место ни только в доме и в офисе, но и в школе, он становится хорошим  помощником в подготовке и проведении уроков физики. Из экзотики ПК превращается в весьма эффективное техническое  средство для организации и проведения урока. Компьютер дает возможность  продемонстрировать те явления природы, которые мы увидеть не можем, например явления микромира или быстро протекающие процессы.

      Компьютерное  моделирование – это метод  решения задачи, анализа или синтеза  сложной системы на основе использования  ее компьютерной модели. Суть компьютерного  моделирования заключается в  получении количественных и качественных результатов на основе имеющейся  модели. На основе математической модели с помощью ЭВМ проводится серия  вычислительных экспериментов, т.е. исследуются  свойства объектов или физических процессов, находятся их оптимальные параметры  и режимы работы, уточняется модель. Это очень упрощает проведение в  школах уроков физики.

     Физика  – наука, в которой моделирование  является чрезвычайно важным методом  исследования. Наряду с традиционным делением физики на экспериментальную  и теоретическую сегодня уверенно выделяется  третий фундаментальный  раздел – вычислительная физика и  компьютерное моделирование. Использование компьютера на уроках физики позволяет расширить возможности лабораторной базы школы и изучить большее количество материала за одно занятие. Кроме того, компьютерное моделирование физических процессов может быть выполнено учащимся дома, в дополнительное время. Все это делает тему проекта очень актуальной. 

     Цель  данного проекта: разработка методической системы по использованию компьютерного моделирования на уроках физики для организации экспериментально-исследовательской деятельности учащихся.

     Задачи  проекта:

• Формирование у школьников системного естественнонаучного мировоззрения на основе создания опорных образовательных образов.
• Применение виртуальных лабораторных практикумов на уроках физики.
• Изучение природы микро- и макромиров, окружающих человечество, которое с помощью физического лабораторного оборудования школы практически невозможно.
• Глубокий анализа физических процессов и явлений за счет имитации и учета существенно большего количества параметров и факторов по сравнению с возможностями физического лабораторного оборудования.
• Изучение и овладение навыками способов разработки и создания компьютерных моделей.

   В чем же преимущество компьютерного  моделирования по сравнению с  натурным экспериментом? Прежде всего, компьютерное моделирование позволяет  получать наглядные динамические иллюстрации  физических экспериментов и явлений, воспроизводить их тонкие детали, которые  часто ускользают при наблюдении реальных явлений и экспериментов. При использовании моделей компьютер  предоставляет уникальную, не достижимую в реальном физическом эксперименте, возможность визуализации не реального  явления природы, а его упрощённой модели. При этом можно поэтапно включать в рассмотрение дополнительные факторы, которые постепенно усложняют  модель и приближают ее к реальному  физическому явлению. Кроме того, компьютерное моделирование позволяет  варьировать временной масштаб  событий, а также моделировать ситуации, не реализуемые в физических экспериментах.

   Работа  учащихся с компьютерными моделями чрезвычайно полезна, так как  компьютерные модели позволяют в  широких пределах изменять начальные  условия физических экспериментов, что позволяет им выполнять многочисленные виртуальные опыты. Такая интерактивность  открывает перед учащимися огромные познавательные возможности, делая  их не только наблюдателями, но и активными  участниками проводимых экспериментов. Некоторые модели позволяют одновременно с ходом экспериментов наблюдать  построение соответствующих графических  зависимостей, что повышает их наглядность. Подобные модели представляют особую ценность, так как учащиеся обычно испытывают значительные трудности  при построении и чтении графиков.

   Разумеется, компьютерная лаборатория не может  заменить настоящую физическую лабораторию. Тем не менее, выполнение компьютерных лабораторных работ требует определенных навыков, характерных и для реального  эксперимента - выбор начальных условий, установка параметров опыта и т. д.

   Большое число компьютерных моделей по всему  школьному курсу физики содержится в мультимедийных курсах, разработанных компанией "Физикон": "Физика в картинках", "Открытая физика 1.1", "Открытая физика 2.0", "Открытая астрономия 2.0". Главной отличительной особенностью этих компьютерных курсов являются многочисленные компьютерные модели - уникальные и оригинальные разработки, которые высоко оценили пользователи во многих странах. Значительное число моделей расположено также на сайте "Открытый колледж" по адресу: http://www.college.ru/.

     Компьютерные  модели можно использовать как в  дистанционном обучении, так и  в традиционном обучении, в том  числе и с сетевой поддержкой. Кроме того, для обучения с использованием компьютерных моделей важно организовать взаимодействие учащегося с моделью  для вовлечения его в активную исследовательскую деятельность, поэтому  эффективным является использование  интерактивных компьютерных моделей.

     Большие возможности представляют среды  программирования для решения задач  по физике, а, следовательно, для создания компьютерных моделей.

     Компьютерные  модели разработанные компанией "Физикон" легко вписываются в урок и позволяют учителю организовать новые, нетрадиционные виды учебной деятельности учащихся. В качестве примеров приведу три вида такой деятельности:

     1. Урок решения задач с последующей  компьютерной проверкой. 

 Учитель  предлагает учащимся для самостоятельного  решения в классе или в качестве  домашнего задания индивидуальные  задачи, правильность решения которых  они могут проверить, поставив  компьютерные эксперименты. Самостоятельная  проверка полученных результатов,  при помощи компьютерного эксперимента, усиливает познавательный интерес  учащихся, а также делает их  работу творческой, а зачастую  приближает её по характеру  к научному исследованию.

     2. Урок - исследование.

Учащимся  предлагается самостоятельно провести небольшое исследование, используя  компьютерную модель, и получить необходимые  результаты. Тем более что многие модели позволяют провести такое  исследование буквально за считанные  минуты. Конечно, учитель помогает учащимся на этапах планирования и проведения экспериментов.

     3. Урок - компьютерная лабораторная  работа.

Для проведения такого урока необходимо разработать  соответствующие раздаточные материалы. Задания в бланках лабораторных работ следует расположить по мере возрастания их сложности. Вначале имеет смысл предложить простые задания ознакомительного характера и экспериментальные задачи, затем расчетные задачи и, наконец, задания творческого и исследовательского характера. При ответе на вопрос или при решении задачи учащийся может поставить необходимый компьютерный эксперимент и проверить свои соображения. Расчётные задачи рекомендуется вначале решить традиционным способом на бумаге, а затем поставить компьютерный эксперимент для проверки правильности полученного ответа.  

     Ожидаемый результат методического  проекта:

• Создать компьютерную лабораторию, в рамках которой можно провести демонстрацию любого эксперимента из курса физики или проиллюстрировать любую задачу из школьного сборника задач.
• Создать задачник с вопросами и задачами, условие которых будет согласовано с функциональными возможностями компьютерных моделей, а также рабочие тетради для учащихся с бланками компьютерных лабораторных работ.
• Вовлечение учащихся в активную экспериментально-исследовательскую деятельность по созданию компьютерных моделей физических процессов и явлений.

Этапы реализации проекта

    Внедрение информационных технологий во все сферы  жизнедеятельности человека постепенно происходит и в основном звене образования – школе. Несмотря на плохую техническую оснащенность школы в целом, и кабинетов физики в частности, учителя с помощью имеющихся средств выполняют демонстрации опытов и проводят с учащимися лабораторные работы, определенные государственной программой и обязательным минимумом содержания образования по физике.

    В настоящее время, с развитием  компьютерной техники и подорожанием составляющих экспериментальных установок, роль численного моделирования физических процессов значительно возрастает. Не вызывает сомнения необходимость  наглядной демонстрации исследуемых  в процессе обучения зависимостей для  их лучшего понимания и запоминания.

    На  современном этапе компьютерное моделирование в области физики является очень популярной формой образования.

    В заключении я хочу сказать, что компьютер  стал для меня верным помощником в  подготовке и проведении уроков физики, отрыл для меня новые возможности  в преподавании, сделал мои уроки  более современными и увлекательными. 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  литературы: 

1.     Варламов С.Д., Эминов П.А.. Сурков В.А. Использование Microsoft Office в школе. Учебно-методическое пособие для учителей. Физика. М: ИМА-пресс, 2003. – 112 с ил.

2.     Дьячук П.П., Лариков Е.В. Применение компьютерных технологий обучения в средней школе. Красноярск: Изд-во КГПУ, 1996. С.167.

3.     Мастропас З.П., Синдеев Ю.Г. Физика: Методика и практика преподавания/ Серия “Книга для учителя”.– Ростов н/Д: Феникс, 2002. – 288

4.     Усова А.В., Бобров А.А.Формирование учебных навыков на уроках физики. – М.: Просвещение, 1988. – 112.: ил.– (Б-ка учителя физики).

5.     Хорошавин С.А.Физический эксперимент в средней школе: 6–7 кл.– ил.: Просвещение. 1988. – 175 с.: ил. – (Б-ка учителя физики).

6.     Виртуальная школа Кирилла и Мефодия. Сетевая версия 2003. Медиатека по физике.