Библиографическое описание:

Данилов О. Е. Сочетание натурного и вычислительного экспериментов в обучении физике // Молодой ученый. — 2014. — №19. — С. 10-11.

В статье предложена классификация учебного вычислительного эксперимента, построенная на базе классификации учебного физического эксперимента. Кратко рассмотрена методика изучения физических явлений и объектов, построенная на сочетании вычислительного и натурного экспериментов.

Ключевые слова:учебный физический эксперимент, вычислительный эксперимент, учебный вычислительный эксперимент, учебный натурный эксперимент, обучение физике.

 

В системе учебного физического эксперимента выделяют следующие его виды [4, с. 188]:

-        демонстрационные опыты;

-        фронтальные лабораторные работы;

-        кратковременные практические работы;

-        физические практикумы;

-        экспериментальные задачи;

-        внеклассные (домашние) экспериментальные работы.

Учитывая то, что вычислительный эксперимент (эксперимент с использованием компьютерных моделей объектов) может заменить в случае необходимости натурный эксперимент, можно прийти к выводу о том, что все эти виды учебного физического эксперимента можно сопоставить соответствующим типам учебного вычислительного эксперимента, который будет реализован с теми же организационными и учебными целями. Иными словами, преподаватель может осуществлять демонстрации компьютерных моделей для всего класса (демонстрационный вычислительный эксперимент); использовать фронтальную работу, когда каждый учащийся работает с одной и той же компьютерной моделью одновременно (фронтальный вычислительный эксперимент); конкретизировать с помощью таких моделей и развивать полученные учащимися знания (кратковременный вычислительный эксперимент); организовывать самостоятельную работу с моделями (вычислительный практикум); формировать умение решать практические задачи (решение экспериментальных задач с помощью компьютерных моделей); задавать задания для работы с моделями на дом (домашний вычислительный эксперимент).

Рис. 1. Связь между вычислительным и натурным экспериментом

 

Учебный вычислительный эксперимент может не только заменять учебный физический эксперимент в тех случаях, когда последний невозможен. Он может сочетаться с ним в тех случаях, когда натурные опыты возможны, дополняя при этом натурный эксперимент и облегчая задачу объяснения преподавателю с помощью современных вычислительных средств (рис. 1).

Рассмотрим, каким образом может быть организован процесс обучения физике с сочетанием натурного и вычислительного учебных экспериментов. В кибернетике широко применяется такой инструмент исследования как имитационное математическое моделирование [3, с. 18–19]. Выделяют следующие этапы имитационного моделирования [3, с. 19]:

-          постановка задачи и описание объекта исследования на естественном языке с формулировкой гипотезы, подлежащей проверке;

-          сбор исходных данных об объекте исследования;

-          построение имитационной математической модели;

-          экспериментирование с математической моделью;

-          интерпретация полученных результатов и перенесение их на объект исследования.

Таким образом, при использовании математических моделей, запрограммированных с помощью ЭВМ, можно говорить об имитационном эксперименте на ЭВМ [2]. Кроме того, использование таких моделей в обучении требует проведения серии имитационных экспериментов с различным входным воздействием [1]. Например, Н. Винером предложена методика раскрытия так называемого «черного ящика», которую можно представить следующим образом. Эксперименты проводятся с реальным объектом исследования («черным ящиком») и его моделью («белым ящиком»), для которой полностью известны и изменяемы в широких пределах параметры, характеризующие ее свойства. Эксперименты с объектом и его моделью проводятся таким образом, чтобы удалось добиться приемлемого совпадения результатов опытов. Это осуществляется с помощью подстройки «белого ящика» под поведение «черного ящика» (рис. 2). Если удается добиться такого результата, то можно говорить о том, что свойства модели в условиях данного вычислительного эксперимента (например, математическое описание закономерностей ее поведения) можно перенести на реальный объект в «аналогичных» (близких к условиям вычислительного эксперимента) условиях натурного эксперимента.

Рис. 2. Раскрытие «черного ящика» путем одновременного проведения имитационного эксперимента с объектом исследования («черным ящиком») и его моделью («белым ящиком»)

 

Литература:

 

1.                  Данилов О. Е. Изучение интерференции с помощью компьютерного моделирования / О. Е. Данилов // Дистанционное и виртуальное обучение. — 2013. — № 9. — С. 50–58.

2.                  Данилов О. Е. Применение имитационного моделирования механических взаимодействий при обучении физике / О. Е. Данилов // Дистанционное и виртуальное обучение. — 2014. — № 5. — С. 97–103.

3.                  Зарубин В. С. Моделирование: учеб. пособие для студ. учреждений высш. проф. образования / В. С. Зарубин. — М.: Издательский центр «Академия», 2013. — 336 с.

4.                  Смирнов А. В. Методика применения информационных технологий в обучении физике: учеб. пособие для студ. высш. пед. учеб. заведений / А. В. Смирнов. — М.: Издательский центр «Академия», 2008. — 240 с.

Основные термины (генерируются автоматически): вычислительный эксперимент, учебного физического эксперимента, вычислительного эксперимента, натурный эксперимент, учебного вычислительного эксперимента, физический эксперимент, учебный вычислительный эксперимент, фронтальный вычислительный эксперимент, демонстрационный вычислительный эксперимент, кратковременный вычислительный эксперимент, домашний вычислительный эксперимент, Учебный вычислительный эксперимент, и его моделью, учебный натурный эксперимент, учебный физический эксперимент, необходимости натурный эксперимент, эксперимент с использованием компьютерных, «черного ящика», натурный эксперимент и облегчая, компьютерных моделей.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос