Примечание автора:
Эта статья будет содержать мои мысли и реальные примеры использования виртуальных экспериментов в учебном процессе и в масштабных исследованиях
Зачем же нам нужны виртуальные лабораторные исследования?
Начнем с «малого» и перейдем к более масштабным проблемам.
Допустим ученик/студент заболел и пропустил важное занятие по физике, и чтобы не отставать от остальных в образовательной программе он должен, либо списать ее не получив знаний, либо воспользоваться добротой учителя чтобы на следующем практическом занятии «восполнить» знания в лаборатории, в которой есть спец оборудование.
Но что делать если тебе не хочет идти на встречу преподаватель, но и не хочешь списывать из-за любви к предмету? Для проведения эксперимента нужно иметь те самые инструменты, покупать их ради одноразового использования нет смысла, а вот воспользоваться компьютером и выполнить этот эксперимент виртуально, не предоставит много усилий.
И вот мы решили маленькую проблему учащегося, но что, если это проблема в том, что нельзя давать квалифицированному работнику управлять какой-нибудь АЭС и при малейшей ошибке будет катастрофа планетарных масштабов по типу той что была на ЧАЭС.
Существует много сфер в которых нужно пройти долгосрочные курсы на виртуальных машинах для обучения тому или другому ремеслу: от обычных транспортных профессий по типу дальнобойщиков, летчиков, водителей спец техники и до управляющих на тех же АЭС, ТЭС, ВЭС. Ну или же экспериментов, которые проходят сначала над моделями виртуальными после чего, при успешном ходе эксперимента, создают реальную модель.
Но давайте по порядку
В настоящее время большое внимание уделяется повышению эффективности обучения. Решение этой проблемы связано с применением в учебном процессе новых методов и приемов обучения. Новые информационные технологии могут эффективно использоваться на традиционных уроках, включающих демонстрационные опыты по физике, на лабораторных занятиях, а также на занятиях физического практикума.
На лабораторных занятиях по физике компьютер может использоваться и как инструмент познания, и как средство обучения. Эти две функции поддерживаются программными продуктами. Инструментальные программы (Excel MatCA D, Grapher, Maple, Matab, Stratum и др.) применяются для моделирования явлений, обработки результатов измерении, их графической интерпретации и пр. обучающие программы предназначены для предъявления учебного материала, укрепления знаний, формирования учебных умений, контроля качества усвоения.
В содержание многих современных ЭУИ по физике входят анимации, физических экспериментов, виртуальные лабораторные работы и пр. Эти учебные объекты могут служить основой для организации самостоятельной работы учащихся как в классе, так и в домашних условиях, они призваны обеспечить подготовку школьников к лабораторным занятиям по физике. Данные объекты разнятся по своим обучающим возможностям. Так, например, нередко представленный в ЭУИ модельный эксперимент, являясь эмоционально привлекательным для учащихся, не выполняет — не способствует существенному обновлению знаний, не ориентирован и на формирование у ученика каких-либо познавательных умений. Некоторые виртуальные модели отличаются низким уровнем проработанности в целом верной сценарной идеи, положенной в их основу. и в силу этого не позволяют учащимся обстоятельно и глубоко исследовать особенности протекания моделируемого интерактивные конструкторы, тренажеры, модели, видеозаписи своей основной учебной функции явления.
В виртуальной среде представлены модели и высокого достаточно дидактического качества. Некоторые из них ориентированы на отработку у учащихся отдельных экспериментальных умений (тренажеры, конструкторы), другие помогают изучать физические явления, недоступные для воспроизведения в условиях школьной лаборатории: третьих обучаемым разнообразных физических ситуаций. четвертых позволяют проводить на самостоятельного моделирования создают условия для самостоятельного моделирования обучаемым разнообразных физических ситуаций, четвертые позволяют проводить на модельной установке эксперименты, вошедшие в историю физической науки, и тд.
Необходим тщательный отбор молельных объектов ЭУИ для лабораторных занятий. Наиболее эффективным для занятий этой организационной формы, на наш взгляд, является использование виртуальных манипулятивных моделей (в том числе конструкторов и тренажеров). а также видеофрагментов натурных опытов. Таких объектов пока недостаточно в виртуальной информационной среде. Класс таких учебных объектов необходимо последовательно развивать.
Направления использования объектов виртуальной среды на лабораторных занятиях не физике
Возможны следующее варианты применения видео-демонстраций и модельных экспериментов на лабораториях заняитиях:
1. Просмотр видеозаписи эксперимента или чисто виртуальной модельной демонстрации с последующим объяснением наблюдаемых аффектов.
2. Просмотр и анализ видеоверсии натурного эксперимента или его виртуальной модельной демонстрации с последующим планированием и проведением данного опыта в условиях школьной лаборатории.
3 Моделирование физических ситуаций в виртуальной среде Выполнение манипуляторного молельного эксперимента, обработка изученных результатов.
4. Просмотр видеозаписи натурного эксперимента. Выполнение измерений и обработка полученных данных с использованием встроенного в программный продукт виртуального инструментария
5. Отработка на манипулятивных виртуальных моделях, в том числе тренажерах, отдельных экспериментальных умений (постановка цели, выдвижение гипотезы, планирование и выполнение модельного эксперимента, обработка и анализ полученных результатов, формулировка выводов) .
Несмотря на то, что учителя проявляют заинтересованность в использовании программно-педагогических средств (ППC) Уроках физики, широкого в практике школьного обучения они не получили. Невысокая на распространения активность в применении электронных учебных изданий связана с отсутствием свободного доступа учителей-предметников к компьютеру, с одной стороны, и недостаточным уровнем развития учебно-методического сопровождения электронных учебных изданий (отсутствием необходимых инструктивных и дидактических материалов(Дидактика – раздел педагогики и теории образования, изучающий проблемы обучения) для учащихся и методических указаний для учителя по применению ППС в учебном процессе) с другой.
Разработка методических материалов для электронных учебных пособий может вестись в разных направлениях. Представляет интерес проблема использования ППС» качестве дидактической поддержки лабораторных занятий по предмету. Анализ содержания ряда электронных изданий по физике с точки зрения возможности их использования на лабораторных работах по физике позволит вывить их пока еще не востребованный дидактический ресурс. Чтобы реализовать заложенный в каждый программный продукт обучающий потенциал, необходимо разрабатывать специальные дидактические материалы, направляющие познавательную деятельность учащихся в работе с виртуальной информационной средой. Данные материалы, с одной стороны, должны учитывать особенности каждого электронного издания, с другой- эффективно поддерживать процессы усвоения учащимися системы знаний и формирования у них необходимых познавательных умений в соответствии со школьным стандартом образования.
Работа учащихся с электронной библиотекой «Школьный физический эксперимент» может быть организована на учебном занятии, а также в часы консультаций и самоподготовки в компьютерном классе. Такая работа может быть проведена и в домашних условиях для учащихся, имеющих компьютер. Могут быть использованы различные формы организации учебной работы школьников с компьютером: самостоятельная работа, совместная работа (в паре, в малой группе). Подготовка и использование дидактических материалов, поддерживающих самостоятельную работу учащихся с электронными пособиями на лабораторных занятиях, будет способствовать формированию у них рационального опыта применения новой информационной среды в решении экспериментальных задач, обеспечит в итоге более высокие темпы становления их эксперимента в постановке физического умений и навыков.