Интерактивные лаборатории на примере программы Algodoo

Что такое «виртуальная лаборатория»?

По определению В.В. Трухина, виртуальная лаборатория «представляет собой

программно-аппаратный комплекс, позволяющий проводить опыты без непосредственного

контакта с реальной установкой или при полном отсутствии таковой. В первом случае мы

имеем дело с так называемой лабораторной установкой с удаленным доступом, в состав

которой входит реальная лаборатория, программно-аппаратное обеспечение для управления

установкой и оцифровки полученных данных, а также средства коммуникации. Во втором

случае все процессы моделируются при помощи компьютера»

Итак, под виртуальными лабораториями понимается два типа программно-аппаратных

комплексов:

? лабораторная установка с удаленным доступом – назовем такие комплексы дистанционные лаборатории

? программное обеспечение, позволяющее моделировать лабораторные опыты – виртуальные лаборатории (в узком смысле)

Виртуальные лаборатории

В чём состоят преимущества виртуальных лабораторий перед реальными ?

Согласно упомянутому выше источнику, основными преимуществами виртуальных лабораторий

являются:

? Отсутствие необходимости приобретения дорогостоящего оборудования и реактивов. Из-за недостаточного финансирования во многих лабораториях установлено старое оборудование, которое может искажать результаты опытов и служить потенциальным источником опасности для обучающихся. Кроме того, в таких областях как, например, химия, кроме оборудования требуются также расходные материалы (реактивы), стоимость которых достаточно высока. Разумеется, компьютерное оборудование и программное обеспечение также стоит недешево, однако

универсальность компьютерной техники и ее широкая распространенность компенсируют этот недостаток.

? Возможность моделирования процессов, протекание которых принципиально невозможно в лабораторных условиях.· Наглядная визуализация на экране компьютера. Современные компьютерные технологии позволят пронаблюдать процессы, трудноразличимые в реальных условиях без применения дополнительной техники, например, из-за малых размеров наблюдаемых частиц.

? Возможность проникновения в тонкости процессов и наблюдения происходящего в

другом масштабе времени, что актуально для процессов, протекающих за доли секунды

или, напротив, длящихся в течение нескольких лет.

? Безопасность. Безопасность является немаловажным плюсом использования виртуальных лабораторий в случаях, где идет работа, например, с высокими напряжениями или химическими веществами.

? В связи с тем, что управлением виртуального процесса занимается компьютер, появляется возможность быстрого проведения серии опытов с различными значениями входных

параметров, что часто необходимо для определения зависимостей выходных параметров от входных.

? Экономия времени и ресурсов для ввода результатов в электронный формат. Некоторые работы требуют последующей обработки достаточно больших массивов полученных цифровых данных, которые выполняются на компьютере после проведения серии экспериментов. Слабым местом в этой последовательности действий при использовании реальной лаборатории является ввод полученной информации в компьютер. В виртуальной лаборатории этот шаг отсутствует, так как данные могут заноситься в электронную таблицу результатов непосредственно при выполнении опытов экспериментатором или автоматически. Таким образом, экономится время и значительно уменьшается процент возможных ошибок.

? И, наконец, отдельное и важное преимущество заключается в возможности использования виртуальной лаборатории в дистанционном обучении, когда в принципе отсутствует возможность работы в школе.

Algodoo, как пример виртуальной лаборатории.

Algodoo – программа предназначенная для физических 2D симуляций. Имеет очень

богатый инструментарий для создания различных объектов, механизмов и систем с целью

моделирования их физического взаимодействия и свойств. Например можно создать модель

работающих часов, модель планетохода или пневматической винтовки.

Программа способна симулировать не только механические процессы, но и оптические, а

возможность программирования при помощи скриптового языка Thyme позволяет создавать

объекты с оригинальными физическими свойствами, различные функции, эффекты и явления.

Также имеется возможность загружать рисунки: рисунок становится объектом симуляции и ему

можно задать любые физические свойства. Программа бесплатна.

Имеется хранилище algobox, где пользователи могут обмениваться своими моделями.

Данная программа по сути игровой симулятор, но это не обычная игра, она позволяет при помощи игрового инструментария создавать окружающий мир, который полностью завязан на законах физики и физических свойствах предмета. Созданный физический мир, можно и нужно делать меняющимся, подвижным, оживлять его с помощью законов динамики, реалий физических объектов.

Задавать параметры вводимым объектам можно как во время подготовки эксперимента, так и во время паузы и даже на ходу.

Можно задавать вес, объем, скорость, характер материала, упругость, силу и длину натяжения пружины, шаг и высоту зубцов шестерёнки и многое другое. В считанные секунды вы можете превратить нарисованный объект в камень, металл, воду и даже в воздушный шар, наполненный гелием.

По ходу демонстрации эксперимента в любой момент можно внести коррективы: добавить объект или изменить его характеристики.

В процессе выполнения некой физической модели, на экран можно вывести необходимые физические параметры. Такие как: силы действующие на тело, импульс и скорость движения. В реальном времени отобразить график различных физических величин – кинетической, потенциальной и полной механической энергии, момента вращения, угловой скорости и многое другое.

Пример работы программы.

• В процессе решения физических задач, учащиеся часто сталкиваются с тем, что не могут представить себе процессы описанные в условии задачи. При помощи данного симулятора можно быстро и просто наглядно изобразить и продемонстрировать о чем идет речь в задаче. К примеру:

Деревянный брусок скользит по наклонной плоскости без начальной скорости, определить скорость тела в момент остановки. В игре данная ситуация строиться за несколько минут, причем сразу можно задать отображение сил, скорость в процессе движения, а так же в реальном времени строится график зависимости необходим нам величин. Таким образом можно представить, практически любую задачу по физике. (если посидеть по дольше можно смоделировать даже ракетный двигатель или вращение планет, взаимодействие заряженных частиц и т.д.). В данной задаче можно отработать такие УУД как познавательные и регулятивные.

• Программу можно использовать так же и в процессе объяснение нового материала, как демонстрацию изучаемого явления. Например при изучение оптических явлений.
• В этой симуляции вырабатываем познавательные и коммуникативные УУД.

• И конечно же программу можно использовать при выполнение лабораторных работ. Например лабораторная по изучению Архимедовой силы

Во время проведения лабораторной работы развиваются познавательные, регулятивные и коммуникативные УУД.

Данный симулятор легко использовать на интерактивной доске, что увеличивает его образовательные возможности. Симулятор Algodoo может быть полезен не только на уроках физики, но и в других предметных дисциплинах. Прежде всего, на уроках технологии, ОБЖ и окружающего мира в младшей школе.

Заключение.

В процессе работы с данной программой на уроке физики у учащихся

• появляется возможность самостоятельно осуществлять такое действие как учение, ставить перед собой учебные цели, искать и использовать необходимые средства и способы их достижения, контролировать и оценивать процесс и результаты деятельности;
• ученику создаются условия для гармоничного развития личности и ее самореализации на основе готовности к непрерывному образованию, необходимость которого обусловлена поликультурностью общества и высокой профессиональной мобильностью;
• обеспечивается успешное усвоения знаний, умений и навыков и формирование компетентностей в любой предметной области.

Овладение учащимися универсальными учебными действиями происходит в контексте разных учебных предметов и в конечном счете ведет к формированию способности самостоятельно успешно усваивать новые знания, умения и компетентности, включая самостоятельную организацию процесса усвоения, т. е. умение учиться.