Сочетание натурного и вычислительного экспериментов в обучении физике | Статья в журнале «Молодой ученый»

Автор:

Рубрика: Физика

Опубликовано в Молодой учёный №19 (78) ноябрь-2 2014 г.

Дата публикации: 09.11.2014

Статья просмотрена: 403 раза

Библиографическое описание:

Данилов О. Е. Сочетание натурного и вычислительного экспериментов в обучении физике // Молодой ученый. — 2014. — №19. — С. 10-11. — URL https://moluch.ru/archive/78/13559/ (дата обращения: 18.11.2018).

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): натурный эксперимент, вычислительный эксперимент, Учебный вычислительный эксперимент, учебный физический эксперимент, белый ящик, имитационный эксперимент, модель, черный ящик, эксперимент.


Ключевые слова

обучение физике., учебный физический эксперимент, вычислительный эксперимент, учебный вычислительный эксперимент, учебный натурный эксперимент

Похожие статьи

Применение компьютерных технологий в учебном физическом...

Применение компьютерного учебного физического эксперимента в учебном процессе предполагает

Основные термины (генерируются автоматически): учебный физический эксперимент, аналоговый датчик, принцип свободы экспериментирования, учитель физики...

Применение ИКТ в натурном эксперименте лабораторного...

Это натурный эксперимент, демонстрационный эксперимент, виртуальный, модельный, автоматизированный.

Метод компьютерного сканирования полей физических величин и его применение в учебном физическом эксперименте.

Компьютер как универсальный инструмент учебного физического...

Ключевые слова: компьютерные технологии, учебный физический эксперимент, компьютерное моделирование, обучающие и контролирующие программы, экспериментальные установки, учебные исследования.

Модельная поддержка натурных испытаний технологических...

натурный эксперимент в имитационной обстановке; – уточнение на основе экспериментальных данных разработанной модели и программ моделирования

Статьи по ключевому слову "вычислительный эксперимент..."

Сочетание натурного и вычислительного экспериментов в обучении физике.

Учебные компьютерные модели волновых процессов и явлений.

Учебные компьютерные модели маятников.

Учебное экспериментирование в виртуальной реальности

Поставить натурный эксперимент, подобный тому, который был рассмотрен выше, не представляется возможным, в силу того, что невозможно исключить присутствующие в реальности диссипативные силы.

"Черный ящик", как основа решателя задач оптимизации...

С ростом стоимости современного натурного и полунатурного эксперимента возрастает потребность в математическом моделировании рассматриваемых физических процессов. Одновременно с этим развивается и вычислительная техника...

Модельный характер представления физических знаний...

Ключевые слова: методология, учебные знания, учебные модели, моделирование, модель, обучение физике.

Эмпирическому уровню познания соответствуют такие методы, как наблюдение, эксперимент, измерение.

Применение компьютерных технологий в учебном физическом...

Применение компьютерного учебного физического эксперимента в учебном процессе предполагает

Основные термины (генерируются автоматически): учебный физический эксперимент, аналоговый датчик, принцип свободы экспериментирования, учитель физики...

Применение ИКТ в натурном эксперименте лабораторного...

Это натурный эксперимент, демонстрационный эксперимент, виртуальный, модельный, автоматизированный.

Метод компьютерного сканирования полей физических величин и его применение в учебном физическом эксперименте.

Компьютер как универсальный инструмент учебного физического...

Ключевые слова: компьютерные технологии, учебный физический эксперимент, компьютерное моделирование, обучающие и контролирующие программы, экспериментальные установки, учебные исследования.

Модельная поддержка натурных испытаний технологических...

натурный эксперимент в имитационной обстановке; – уточнение на основе экспериментальных данных разработанной модели и программ моделирования

Статьи по ключевому слову "вычислительный эксперимент..."

Сочетание натурного и вычислительного экспериментов в обучении физике.

Учебные компьютерные модели волновых процессов и явлений.

Учебные компьютерные модели маятников.

Учебное экспериментирование в виртуальной реальности

Поставить натурный эксперимент, подобный тому, который был рассмотрен выше, не представляется возможным, в силу того, что невозможно исключить присутствующие в реальности диссипативные силы.

"Черный ящик", как основа решателя задач оптимизации...

С ростом стоимости современного натурного и полунатурного эксперимента возрастает потребность в математическом моделировании рассматриваемых физических процессов. Одновременно с этим развивается и вычислительная техника...

Модельный характер представления физических знаний...

Ключевые слова: методология, учебные знания, учебные модели, моделирование, модель, обучение физике.

Эмпирическому уровню познания соответствуют такие методы, как наблюдение, эксперимент, измерение.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Применение компьютерных технологий в учебном физическом...

Применение компьютерного учебного физического эксперимента в учебном процессе предполагает

Основные термины (генерируются автоматически): учебный физический эксперимент, аналоговый датчик, принцип свободы экспериментирования, учитель физики...

Применение ИКТ в натурном эксперименте лабораторного...

Это натурный эксперимент, демонстрационный эксперимент, виртуальный, модельный, автоматизированный.

Метод компьютерного сканирования полей физических величин и его применение в учебном физическом эксперименте.

Компьютер как универсальный инструмент учебного физического...

Ключевые слова: компьютерные технологии, учебный физический эксперимент, компьютерное моделирование, обучающие и контролирующие программы, экспериментальные установки, учебные исследования.

Модельная поддержка натурных испытаний технологических...

натурный эксперимент в имитационной обстановке; – уточнение на основе экспериментальных данных разработанной модели и программ моделирования

Статьи по ключевому слову "вычислительный эксперимент..."

Сочетание натурного и вычислительного экспериментов в обучении физике.

Учебные компьютерные модели волновых процессов и явлений.

Учебные компьютерные модели маятников.

Учебное экспериментирование в виртуальной реальности

Поставить натурный эксперимент, подобный тому, который был рассмотрен выше, не представляется возможным, в силу того, что невозможно исключить присутствующие в реальности диссипативные силы.

"Черный ящик", как основа решателя задач оптимизации...

С ростом стоимости современного натурного и полунатурного эксперимента возрастает потребность в математическом моделировании рассматриваемых физических процессов. Одновременно с этим развивается и вычислительная техника...

Модельный характер представления физических знаний...

Ключевые слова: методология, учебные знания, учебные модели, моделирование, модель, обучение физике.

Эмпирическому уровню познания соответствуют такие методы, как наблюдение, эксперимент, измерение.

Применение компьютерных технологий в учебном физическом...

Применение компьютерного учебного физического эксперимента в учебном процессе предполагает

Основные термины (генерируются автоматически): учебный физический эксперимент, аналоговый датчик, принцип свободы экспериментирования, учитель физики...

Применение ИКТ в натурном эксперименте лабораторного...

Это натурный эксперимент, демонстрационный эксперимент, виртуальный, модельный, автоматизированный.

Метод компьютерного сканирования полей физических величин и его применение в учебном физическом эксперименте.

Компьютер как универсальный инструмент учебного физического...

Ключевые слова: компьютерные технологии, учебный физический эксперимент, компьютерное моделирование, обучающие и контролирующие программы, экспериментальные установки, учебные исследования.

Модельная поддержка натурных испытаний технологических...

натурный эксперимент в имитационной обстановке; – уточнение на основе экспериментальных данных разработанной модели и программ моделирования

Статьи по ключевому слову "вычислительный эксперимент..."

Сочетание натурного и вычислительного экспериментов в обучении физике.

Учебные компьютерные модели волновых процессов и явлений.

Учебные компьютерные модели маятников.

Учебное экспериментирование в виртуальной реальности

Поставить натурный эксперимент, подобный тому, который был рассмотрен выше, не представляется возможным, в силу того, что невозможно исключить присутствующие в реальности диссипативные силы.

"Черный ящик", как основа решателя задач оптимизации...

С ростом стоимости современного натурного и полунатурного эксперимента возрастает потребность в математическом моделировании рассматриваемых физических процессов. Одновременно с этим развивается и вычислительная техника...

Модельный характер представления физических знаний...

Ключевые слова: методология, учебные знания, учебные модели, моделирование, модель, обучение физике.

Эмпирическому уровню познания соответствуют такие методы, как наблюдение, эксперимент, измерение.

Задать вопрос