ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВИРТУАЛЬНЫХ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ
Раздел: Материалы I Всероссийской очно-заочной практической конференции "Математика, физика, информатика:проблемы и перспективы современного образования" (Новокузнецк, февраль 2016)
Журнал: Проблемы и перспективы современного образования в области информатики и ИКТ
11 мая 2016 г.
Авторы: Соседко Олег Анатольевич , Яковлев А. Е.
О. А. Соседко, А. Е. Яковлев
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВИРТУАЛЬНЫХ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ
Виртуальная реальность – новый виток в использовании компьютерных средств и человеческо-машинного интерфейса для создания эффекта погружения в процесс, где в интерактивном режиме происходит взаимодействие с виртуальными объектами.
Виртуальные тренажеры моделируют реальные условия, которые позволяют организовать обучение вне зависимости от обстановки и эффективно формируют применение полученных знаний, навыков и умений.
Рассмотрим конкретную виртуальную образовательную лабораторию на ресурсе http://www.virtulab.net/.
Данный ресурс содержит интерактивные уроки и лабораторные работы по следующим наукам: биология, экология, химия, физика. В данной образовательной среде есть возможность проводить виртуальные эксперименты, как в двумерном, так и трехмерном пространстве [3].
Можно выделить следующие виды использования виртуальных лабораторных работ по отношению к реальным:
Демонстрационное (перед реальной работой) использование: изображение последовательности действий в реальной работе, с большого экрана монитора или через мультимедийный проектор; предпочтительны реалистичные качественные и полуколичественные модели.
Обобщающее (после реальной работы) использование: фронтальный режим (демонстрация, уточнение вопросов, формулирование выводов и закрепление рассмотренного) или индивидуальный (математическая сторона экспериментов, анализ графиков и цифровых значений, изучение модели как способа отражения и представления реальности; предпочтительны количественные, параметрические модели).
Экспериментальное (вместо реальной работы) использование: индивидуальное (в малых группах) выполнение заданий в виртуальной лаборатории без выполнения реальной работы, компьютерный эксперимент. Может выполняться как с реалистичными полуколичественными 3D-моделями, так и с параметрическими [4].
Рассмотрим виртуальную образовательную лабораторию на примере урока по физике 9 класса. Тема: изучение свободных и вынужденных колебаний.
На рисунке 1 представлен тренажер по изучению данной темы.
Рисунок 1. Интерфейс тренажера по изучению колебаний
Данный тренажер позволяет изменять параметры внешней силы, колебательной системы и просматривать полученные результаты в 3D-среде.
Можно также рассмотреть изучение данной темы в другой виртуальной среде: на рисунках 2-3 представлена цепочка демонстраций равномерного движения по окружности и гармонических колебаний.
На рисунке 2 обращается внимание на возможную при некоторых условиях синхронность движения тела по окружности и колебаний пружинного маятника.
Рисунок 2 – Совпадение временной развертки движения по вертикали
На втором этапе (рисунок 3) акцент ставится на периодичности обоих движений; даются определения периода для каждого движения и единое определение для частоты.
Обнаруживается, что условие синхронности движений состоит в совпадении периодов.
Рисунок 3 – Аналогичность понятий периодов вращения и колебаний
В третьей демонстрации (рисунок 4) прослеживается аналогичность радиуса круговой траектории и амплитуды колебаний, а также проекции вращающегося тела на ось и смещения маятника от положения равновесия при колебаниях.
Рисунок 4 – Аналогичность максимальных и мгновенных движений
В четвертой (рисунок 5) показана аналогичность углового перемещения и фазы колебаний в каждый момент времени, а также то, что обе характеристики изменяются на одинаковую величину за один оборот / один период колебаний.
Рисунок 5 – Аналогичность углового перемещения и фазы колебаний
Заключительная демонстрация серии посвящена аналогичности угловой скорости вращения и циклической частоты колебаний, начиная с определяющих формул и заканчивая параллельным выводом формул их записи через периоды и частоты.
Рисунок 6 – Аналогичность угловой скорости и циклической частоты колебаний
Поскольку каждый фрагмент серии насыщен значительным объемом информации, для вывода ее на экран «порциями» на нижней ограничивающей полосе предусмотрены специальные кнопки навигации [1].
Пример практического задания для изучения тренажера:
Груз массой 200 г, подвешенный на пружине, совершает колебания, амплитуда которых 5 см. Определите максимальную скорость движения груза, если коэффициент жесткости пружины равен k=200н/м. Трением пренебречь.
Таким образом, можно варьировать различные состояния системы и наблюдать ее поведение в зависимости от этих изменений.
Изучив поведение системы в различных условиях, можно провести тестовый контроль изученного материала.
Пример теста по физике для 9 класса, тема: «Гармонические, затухающие, вынужденные колебания»:
Вопрос 1. Единица измерения частоты колебаний могут быть:
- ГГц;
- нФ;
- мкс;
- мм.
Вопрос 2. Определите период свободных колебаний пружинного маятника, если масса груза 360 г, а коэффициент жесткости пружины равен 100н/м:
- T≈0, 97 (с)
- T≈0, 74 (с)
- T≈0, 04 (с)
- T≈0, 38 (с)
Вопрос 3. Замкнутая система – это система, на которую…
- действует только сила тяжести Земли;
- могут действовать все силы;
- не действуют внешние силы или действие внешних сил скомпенсировано;
- допускается действие только силы трения.
Вопрос 4. При затухании колебаний происходит:
- уменьшение амплитуды колебаний, а также увеличение их периода;
- увеличение амплитуды колебаний, а также уменьшение их периода;
- уменьшение периода колебаний и частоты;
- увеличение амплитуды колебаний и частоты.
Вопрос 5. Циклическая (круговая) частота ω связана с периодом колебаний T по формуле:
- ω = T/2π
- ω = 2π/T
- ω = 1/T
- ω = 2πT
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ
- Виртуальная образовательная лаборатория [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.virtulab.net/ – Заглавие с экрана. – (Дата обращения: 20.11.2015).
- Баяндин, Д.В. Мультиплетная структура виртуальной среды обучения и технологизация учебного процесса // Пермский исследовательский политехнический университет. – 2010. – С. 465-487.
- Якименко, О.В. Применение web-визуализаторов в школьном курсе программирования // Вестник Томского государственного педагогического университета. 2010. №10. С. 127-130.