Компьютерные модели в обучении физике

Моделирование - это метод учебного познания, который является одной из основных задач физического образования, поскольку способствует становлению правильных представлений о современной научной картине мира, формированию научного мировоззрения, развитию творческого мышления, а также позволяет обучающимся проводить на своём уровне научные исследования явлений, процессов, объектов [2].

Компьютеризация процесса обучения в курсе физики совершенно преображает деятельность преподавателей и учащихся, изменяя ее содержание, формы и мотивы. Среди всех учебных дисциплин физика – наиболее поддающийся компьютеризации предмет. Уже давно компьютер здесь успешно применяется для облегчения рутинной работы по выполнению расчетов. Но информационные технологии можно использовать и для изучения теоретического материала, тренинга, в качестве средства моделирования и визуализации и т.д.

В настоящее время появилось большое количество программных педагогических средств (ППС), которые призваны облегчить работу преподавателя. Использование их дает ряд явных преимуществ: наглядность представления содержания обучения, моделирование физических процессов, замена сложных дорогостоящих и опасных опытов (например, моделирование работы ядерного реактора); экономия времени при подготовке и проведении занятий и т.д. Фонд таких компьютерных программ разнообразен по назначению: электронные учебники, тренажеры, репетиторы, энциклопедии и справочники, моделирующие программы, лабораторные работы и практикумы (например, «Живая физика», «Открытая физика»).

Несомненное достоинство компьютерного моделирования заключается в возможности создавать запоминающиеся зрительные образы. Моделирование позволяет придать наглядность абстрактным законам. Графическое представление результатов моделирования на экране компьютера одновременно с анимацией изучаемого явления или процесса позволяет учащимся легко воспринимать и усваивать большие объемы информации [1].

Большинство моделирующих программ соответствуют образовательному стандарту, но сильно различаются по дидактическим целям. ППС часто демонстрируют лишь технические возможности самого компьютера и не учитывают педагогической целесообразности. Использование таких программ на занятиях вызывает целый ряд проблем, главная из которых, – сложность построения занятия с использованием ППС. Нельзя допустить, чтобы занятие строилось вокруг программы. Выход из сложившейся ситуации, – либо совсем отказаться от ППС, либо использовать их фрагментарно.

В этом случае мы предлагаем третий вариант – создание собственного ППС: компьютерной модели с помощью программного продукта Excel из пакета Microsoft Office.

Выбор рабочей среды для создания модели был сделан неслучайно. Во-первых, использование таких программных сред как Delphi, Турбо Паскаль или MathCAD является чрезмерно сложным для категории преподавателей и обучающихся, специальность которых не предполагает глубокого изучения информатики. Что же касается программы Excel, то изучение ее обязательно входит в учебную программу по информатике. Во-вторых, данный программный продукт на сегодняшний день является самым популярным и вполне доступным. Возможности программы весьма обширны. Одних только математических, логических, статистических функций, которые Excel умеет выполнить над табличными данными, более двухсот. В-третьих, если все готовые ППС могут применяться лишь для конкретной цели, для которой они и были созданы, то возможности предлагаемой нами модели ограничены лишь творческой способностью преподавателя, его педагогическим воображением. В-четвертых, разработанные таким образом компьютерные модели весьма компактны по объему, могут быть без сжатия легко отправлены по электронной почте; не требуют инсталляции. Достаточно только, чтобы на компьютере был установлен пакет Microsoft Office с входящим в него программным продуктом Excel.

От свойств и функций компьютерных моделей во многом зависит содержание и эффективность познавательной деятельности учащихся. При проектировании и создании модели необходимо, прежде всего, решить педагогическую и дидактическую проблемы. Первая обращает к целям разработки и использования компьютерных моделей в учебном процессе, т.е. рассматривает ряд вопросов: какие педагогические задачи будет решать компьютерная модель, для учащихся какой формы обучения и каких профессий будет предназначена, в каких организационных формах, не нарушающих традиционный процесс обучения, будет использована.

После этого необходимо решить дидактическую проблему интерфейса модели. Во-первых, ответить на вопрос: какую учебную информацию должен получать учащийся, в какой форме необходимо ее вывести на экран компьютера. Во-вторых, следует максимально упростить все рутинные операции ввода и изменения параметров моделирования, что позволит сократить потери времени на вспомогательные операции и больше внимания уделить процессу понимания визуально предъявляемой информации. В-третьих, проектируемый интерфейс должен быть понятным и дружественным пользователю, т.е. должен учитывать эргономические требования визуального восприятия информации, чтобы уменьшить появление чувства усталости, раздраженности при работе с моделью. Требования касаются разборчивости шрифтов обозначений и надписей, правильного расположения информации в поле восприятия, отсутствия цветового дискомфорта, оптимизации яркости графиков по отношению к фону, отсутствия засорения мелкими деталями поля главного объекта и т.д. [3].

При проектировании и создании компьютерной модели важно помнить о цветовом восприятии человека. При долгом взгляде на определенный предмет цвета оказывают ощутимое психическое воздействие. Красный цвет влияет на физическое состояние человека, желтый цвет – на умственное, а синий цвет влияет на эмоциональное состояние человека. Например, красный цвет привлекает внимание, воодушевляет и побуждает к активности, дает силы закончить начатое, стимулирует общую работоспособность. Желтый цвет способствует лучшему усвоению информации, снимает умственное напряжение, концентрирует внимание, стимулирует умственную деятельность. Зеленый цвет успокаивает, стабилизирует, помогает сконцентрироваться и принять правильное решение, но при этом обладает расслабляющим и снотворным действием. Синий цвет рассеивает внимание, уводит в себя на внутренние размышления, вгоняет в меланхолию и апатию. Каждый цвет, его оттенки и сочетания цветов несут свою психологическую нагрузку, которую необходимо учитывать при формировании и стимулировании учебной деятельности обучающихся.

Таким образом, преподаватель способен самостоятельно создать ППС с учетом индивидуальных особенностей учащихся, а также исходя из целей и задач занятия, придерживаясь при этом государственного образовательного стандарта и учебного плана. Но следует помнить, что никакие современные информационные технологии не сравнятся с живым общением студента с преподавателем. Для эффективного обучения исключительно важен человеческий фактор. Здесь существенным дополнением вербальной коммуникации являются невербальные средства общения: кинетика, паралингвистика, контакт глазами. Поскольку при разговоре двух людей вербальное общение занимает только 35 %, а невербальное – 65 %, с помощью слов передается содержание информации, тогда как невербальный компонент передает отношение информатора к ней, что облегчает не только прием информации, но также облегчает ее запоминание и понимание. Необходимо помнить, что компьютер ни в коем случае не должен вытеснять педагога из процесса обучения, он должен помогать ему, обогащать его деятельность, создавать обратную связь между преподавателем и студентами. Вполне возможно, что через некоторое время компьютер полностью войдет в сферу образования, растворится в ней и будет такой же необходимой вещью, как мел и доска.

Кроме того, компьютерная модель не должна вытеснить физический эксперимент, особенно в тех случаях, где его возможно поставить. Идеальным вариантом можно считать гармоничное сочетание реально наблюдаемого явления и его компьютерной модели.