Реформы, проводимые в области образования, требуют новых подходов в преподавании физики. Современное преподавание требует внедрение в образовательный процесс компьютерных технологий.

Одно из направлений ИКТ в физике - компьютерные лабораторные работы, виртуальные эксперименты и демонстрации.

Виртуальные физические эксперименты – это относительно новое направление, как в научно-исследовательском, так и в образовательном процессе, обусловленное реализацией физических моделей средствами вычислительной техники.

Компьютерные эксперименты представляют собой эксперименты над учебными моделями физического явления, процесса или объекта. Они обладают рядом преимуществ, в числе которых:

• Наглядность, запоминаемость,
• Воспроизведение тонких деталей, которые могут ускользать при наблюдении реальных экспериментов,
• Изменение временного масштаба,
• Изменение в широких пределах параметров и условий экспериментов,
• Моделирование ситуаций, недоступные в реальных экспериментах,
• Одновременный вывод на экран графиков временной зависимости величин, описывающих эксперименты,
• Компенсация недостатка оборудования в физической лаборатории школы.

Виртуальный физический эксперимент  выступает в роли дополнения к натурному лабораторному практикуму, который является обязательным элементом образовательной программы по физике. Его целью является

 • обретение школьниками базовых инструментальных компетенций (умение использовать измерительное оборудование),

 • освоение методик статистической обработки результатов измерений и оценки погрешности

 • получение представления о том, как можно убедиться в правильности физических законов путем проведения эксперимента.

В настоящее время, появились различные электронные издания, содержащие компьютерные модели и анимации разной степени сложности исполнения и дидактической ценности. Приведу лишь несколько примеров.

 Достаточно широким охватом учебных тем отличается «Библиотека наглядных пособий по физике для 7-11 классов» . помимо всего прочего в ней содержится 96 компьютерных интерактивных моделей ..

Конструктор виртуальных физических экспериментов Crocodaile phisics

При помощи этого мощного и простого в использовании симулятора можно моделировать любые процессы для изучения физических явлений и проведения опытов.
 

ИИСС «Интерактивные лабораторные работы по физике» для учащихся 7-11 классов состоит из набора компьютерных моделей для виртуальных экспериментов, охватывающего все разделы физики в средней школе.

С внедрением в школьный урок виртуального эксперимента появляются новые этапы и новые особенности познавательной деятельности учителя и учащихся. Можно рекомендовать следующую технологию бинарной (обучающей и познавательной) деятельности учителя и учащихся непосредственно на уроках физики на основе компьютерного моделирования:

I ЭТАП. Осмысление и формулировка возникшей в учебном процессе познавательной задачи.

II ЭТАП. Формулирование (уяснение) цели опыта.

III ЭТАП. Планирование эксперимента:

— выдвижение гипотезы, которую можно было бы положить в основу опыта;

— определение условий, необходимых для проведения опыта;

— теоретический анализ, выяснение и подбор оборудования, необходимого для опыта.

IV ЭТАП. Знакомство с компьютерной моделью (отвечает ли она необходимым условиям и цели постановки эксперимента)

V ЭТАП. Многократное выполнение учителем или учащимся эксперимента на модели.

VI ЭТАП. Обработка и обобщение результатов (подтверждение или опровержение выдвинутой гипотезы. Формулирование вывода).

VII ЭТАП. Контроль и усвоение знаний учащимися.

Проведенный анализ предопределяет обязательную поэтапность включения виртуального эксперимента в соответствующие уроки физики и постепенное возрастание доли самостоятельной деятельности школьников.

Следовательно, задача учителя при планировании овладения школьниками обобщенного приемов физического наблюдения и эксперимента с помощью НИТ состоит в разработке и определении места и времени осуществления каждого необходимого этапа.

Раскроем содержание и некоторые особенности методической деятельности учителя.

На начальном этапе главная задача учителя заключается в том, чтобы довести до сознания учащихся в каждом отдельном случае содержание поставленной перед ними цели предстоящей экспериментальной деятельности. Уяснение цели опыта предполагает анализ: 1) какой материальный объект подлежит опытному изучению; 2) что предлагается выяснить об исследуемом объекте. Первоначально анализ цели осуществляется учителем или учителем совместно с учащимися. Деятельность учителя заключается в постановке перед школьниками специальных уточняющих вопросов. Впоследствии, при условии понимания учащимися общего содержания действ оказывается возможным самостоятельное выполнение.

Знакомство с виртуальной моделью начинается с характеристики объекта исследования. Затем выявляются управляющие элементы которые обеспечивают начальное состояние объекта и условия взаимодействия.. Знакомство с моделью сопровождается показом возможных манипуляций и действий на исследуемый объект.

Описав и ознакомив школьников с имитационной моделью, учитель организует внимание учащихся на предстоящее наблюдение и проводит опыт, называя и описывая операции, которые производятся с элементами модели. Закончив опыт, учитель формулирует результат проведенного эксперимента. При необходимости условия и параметры воздействия меняются, и завершается опыт подведением итогов в виде утверждения о справедливости высказанного в начале суждения, например, такого: «Таким образом, мы убедились, что... (далее повторяется физическое утверждение с которого начиналась подготовка к восприятию школьниками опыта)».

Для успешной организации самостоятельной работы учеников с моделирующими программами учителю также необходимо определить готовность детей к такому виду деятельности, т. е. определить уровень знаний учащихся не только по физике, но и уровень компьютерной грамотности. Лишь в таком случае возможно определение и выбор адекватного метода обучения и развития учащихся.

Для учащихся с «высоким» уровнем знаний по физике и «высоким» уровнем компьютерной грамотности целесообразно применять исследовательский метод обучения, особенности которого заключаются в следующем:

1) учитель вместе с учащимися формулирует проблему, разрешению которой посвящается соответствующий отрезок учебного времени;

2) знания учащимся не сообщаются, они самостоятельно добывают их в процессе работы с компьютерной моделью;

3) деятельность учителя сводится к консультациям.

 Исследовательский метод обучения предусматривает творческий уровень усвоения знаний. Учебный процесс при таком подходе характеризуется высокой интенсивностью, полученные знания отличаются глубиной, прочностью. Однако здесь требуются достаточно большие затраты времени и сил преподавателя и учащихся.

Для учащихся, имеющих «средний» уровень знаний по физике и «высокую» компьютерную грамотность или «высокий» уровень по физике, но «средний» уровень компьютерной грамотности, применяется частично-поисковый метод, сущность которого выражается следующими характерными признаками:

1) учитель вместе с учениками формулирует проблему, выделяет этапы ее решения, поясняет способы действия на каждом этапе;

2) знания учащимся не сообщаются в готовом виде, их нужно добыть в ходе самостоятельной работы с моделирующими программами по выделенным этапам, опираясь на рекомендации учителя;

3) деятельность учителя сводится к консультированию учеников; в качестве дополнительной помощи при работе с программой предлагаются корточки-подсказки.

При работе с учениками, имеющими «низкий» уровень знаний по физике или «низкий» уровень компьютерной грамотности учитель применяет репродуктивный метод. Сущность данного метода заключается в следующем:

1) знания учащимся предлагаются в доступной, понятной и конкретной форме с объяснением каждого этапа работы;

2) учитель поочередно работает с каждой парой учащихся из этой группы, контролирует выполнение каждого этапа работы;

3) учащиеся самостоятельно работают с моделирующей программой под наблюдением учителя и с опорой на его рекомендации.

Сами виды обучающих заданий могут быть следующего вида:

ОЗНАКОМИТЕЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ - предназначено для того, чтобы помочь учащимся осознать назначение модели и освоить ее регулировку. Задание должно содержать инструкцию по управлению моделью и контрольные вопросы.

КОМПЬЮТЕРНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ - учащимся предлагается провести несколько простых экспериментов с использованием предлагаемой модели и ответить на контрольные вопросы.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ - это задачи, для решения которых необязательно проводить вычисления, а достаточно продумать и поставить соответствующий компьютерный эксперимент.

РАСЧЕТНЫЕ ЗАДАЧИ— задачи, правильность решения которых можно проверить, используя компьютерную модель.

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ ЗАДАНИЯ - ученику предлагается самому спланировать и провести ряд компьютерных экспериментов, которые подтверждают или опровергают некоторую гипотезу.

ТВОРЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ — учащиеся сами придумывают задачи, формулируют, решают их, а затем ставят компьютерный эксперимент для проверки.

Виртуальные эксперименты очень нравятся ученикам. Даже нерадивые ученики с интересом их выполняют. Эти работы алгоритмизированы, лишних движений не сделаешь, измерительный цилиндр не разобьют и не поранят руки, не обожгутся горячей водой. Измеренные физические величины после расчета дают хорошие результаты.

Использование компьютера в курсе физики позволяет наглядно представить сложные физические явления, часто невоспроизводимые в школьном демонстрационном эксперименте, что позволяет учащимся более глубоко усвоить материал и повысить интерес к предмету. Это оказывается очень существенным и при недостатке лабораторного оборудования в школе.