Комп`ютерний експеримент на уроках фізики

Автор: викладач фізики та астрономії Марченко Оксана Анатоліївна

В статті розглянуті переваги комп`ютерного експерименту на уроках фізики. Автором наведені приклади власних робочих оболонок для вивчення фізичних явищ та процесів.

Сучасний навчальний процес важко уявити без використання комп’ютерної техніки. Інформаційні технології − це потужний засіб навчання, який ще є багатофункціональним.

За вимогами навчальних програм рівня «Стандарт» викладання фізики у системі ПТНЗ, крім вивчення теоретичних основ, вимагає проведення ряду фізичних експериментів (близько 100 демонстрацій для учнів першого та другого курсу).

Нажаль, в більшості випадків, матеріальне забезпечення кабінетів фізики не відповідає сучасним потребам, обладнання те, що є застаріле, або не працює.

Комп’ютерний експеримент − це альтернатива реальному фізичному експерименту. Вона дає можливість виконувати лабораторну роботу за допомогою імітаційної моделі, а це вже не потребує наявності обладнання і вирішує проблему матеріального забезпечення. В кожну модель закладається математичний апарат, який дає можливість отримувати значення фізичних величин близькі до реальних, що в свою чергу, дає змогу отримувати правильні результати та робити відповідні висновки про фізичний зміст явища чи процесу. Комп’ютерний експеримент реалізується на основі діяльнісного підходу. Він передбачає безпосередню участь учнів (зокрема, вибір параметрів експерименту, тощо) для заданої моделі фізичного процесу, а це безумовно підсилює навчальний вплив.

Комп’ютерний експеримент можна використовувати для закріплення отриманих вмінь і навичок, для підготовки до реального експерименту, а також в позаурочний час за власним розсудом. Основними незручності, які виникають у викладача при проведенні класичного експерименту з фізики є:

1. Обов’язкова наявність необхідного матеріального забезпечення (прилади, тощо).
2. Налагодження та перевірка експерименту перед демонстрацією на уроці, що не дає гарантії вдалого виконання в наступний раз.
3. Неможливість зупинки деяких експериментів у потрібному місці для детального розгляду явища та процесу.
4. Часові граничні обмеження (урок, пара, тощо).
5. Дуже швидкий або досить повільний перебіг процесів (наприклад, ланцюгова ядерна реакція, явище радіоактивності).
6. Шкідливість проведення експерименту для здоров’я людини (радіоактивні речовини, гамма-промені, рентгенівські промені).
7. Нереально великі або малі значення деяких параметрів системи (наприклад, швидкість, тиск, температура, маса та заряд електрону).
8. Відносна складність у користування приладами і установками, висока вартість.

Зрозуміло, що повністю відмовлятися від стандартного експерименту на уроках фізики не потрібно, але інколи доцільно для якісного проведення уроку використовувати і комп’ютерний експеримент.

Я, за допомогою комп’ютерного моделювання у середовищі Delphi, створила робочі програмні додатки для вивчення руху матеріальної частики, молекул та осциляторів, можливість вивчення явища дифракції на щілинах різних форм. Нижче наведені робочі оболонки ( ехе файли), в яких є можливість задати необхідні параметри та отримати результати і візуалізацію самого процесу (див. малюнки нижче).

Рис. 1. Рух тіла під кутом до горизонту

Рис. 2 Рух молекул в реальному газі

Рис. 3 Рух системи осциляторів

Рис. 4 Коливання тіла на пружині (гармонічний осцилятор)

Рис. 5 Дифракція на системі щілин заданого розміру та кількості

Рис. 6 Дифракція Френеля на отворах заданого діаметру