Способы компьютерной обработки экспериментальных данных для их визуального анализа на занятиях по физике | Статья в сборнике международной научной конференции

Автор:

Рубрика: 12. Технические средства обучения

Опубликовано в

международная научная конференция «Педагогика сегодня: проблемы и решения» (Чита, апрель 2017)

Дата публикации: 21.03.2017

Статья просмотрена: 28 раз

Библиографическое описание:

Данилов О. Е. Способы компьютерной обработки экспериментальных данных для их визуального анализа на занятиях по физике [Текст] // Педагогика сегодня: проблемы и решения: материалы Междунар. науч. конф. (г. Чита, апрель 2017 г.). — Чита: Издательство Молодой ученый, 2017. — С. 151-153. — URL https://moluch.ru/conf/ped/archive/213/12108/ (дата обращения: 16.11.2018).



Приводится пример использования компьютерной визуализации для достижения образовательных целей. Рассматриваются два вида учебных экспериментальных установок для изучения полей физических величин, позволяющие получать визуальное представление распределения физической величины вдоль отрезка прямой и на плоскости.

Ключевые слова: компьютерная визуализация, поле физической величины, визуализация полей, обучение физике

Существует два понимания визуализации. В первом случае под визуализацией понимают генерацию изображений по входному сигналу. Например, по тексту требуется построить изображение. Во втором случае визуализация предполагает изображение элементов сигнала, либо структур, извлеченных из сигнала, для образовательных или аналитических нужд. В этой статье нас будет интересовать только второй вариант понимания этого термина.

Современные электронные датчики регистрируют различные процессы, причем многие полученные с их помощью данные сохраняются с большой степенью детализации. Эта информация представляет определенную ценность. Она может содержать в себе скрытые знания и закономерности, которые могут быть использованы при соответствующем анализе в различных областях человеческой деятельности [1, с. 11–13; 5, с. 11–12].

Существует много способов поиска машиной скрытых закономерностей в данных, но не стоит пренебрегать возможностями человека по анализу данных. Можно сочетать огромные вычислительные ресурсы современных компьютеров с творческим и гибким человеческим мышлением. Особенно это важно в обучении. Визуальный анализ данных человеком вовлекает его в процесс отыскания знаний в этих данных. Основная идея при этом заключается в том, чтобы представить большие объемы данных в удобной для восприятия обучающимся форме, где он смог бы увидеть то, что трудно или невозможно разглядеть в других ситуациях. Обучающийся, анализируя полученные данные, работает не непосредственно с ними, а с их визуальным представлением, старается с помощью этого представления понять их суть и сделать выводы.

Рис. 1. Экспериментальная установка для исследования распределения поля физической величины вдоль отрезка прямой

В связи с этим возникает необходимость в учебных компьютерных средствах отображения информации и результатов анализа (рис. 1). С помощью новых технологий обучающиеся будут способны оценивать полученную информацию. Визуальный анализ данных особенно полезен, когда о самих данных обучающемуся мало что известно и цели исследования ему до конца не понятны. За счет того, что обучающийся работает с данными, представленными в виде визуальных образов, которые он может рассматривать с разных сторон и под любыми углами зрения, в прямом смысле этого слова, он может получить дополнительную информацию, которая, в свою очередь, поможет ему получить новые знания [3]. Прямое вовлечение обучающегося в визуальный анализ имеет два основных преимущества перед автоматическими методами:

‒ визуальный анализ данных позволяет работать с неоднородными и зашумленными данными, в то время как не все автоматические методы позволяют работать с такими данными и давать удовлетворительные результаты;

‒ визуальный анализ данных интуитивно понятен и не требует применения сложных математических или статистических алгоритмов.

Рис. 2. Экспериментальная установка для исследования распределения поля физической величины на плоскости

На наш взгляд, метод компьютерной визуализации необходимо применять систематически для учебных экспериментальных исследований полей физических величин, так как он является универсальным методом и позволяет изучать любые поля [3; 4]. Для этого могут быть использованы учебные компьютерные установки, которые включают датчик физической величины (аналоговый или цифровой), подключенный к компьютеру [2]. Экран компьютера является в этом случае визуализирующим устройством (рис. 1 и 2). При изучении одномерных полей используются направляющие, вдоль которых перемещается датчик (рис. 1) [4]. В случае двумерного поля датчик перемещается на плоскости (рис. 2). Трехмерные варианты учебных исследований, на наш взгляд, пока являются нецелесообразными в связи со сложностью восприятия обучающимися получающейся при этом картины распределения физической величины в пространстве.

Литература:

  1. Грегори Р. Л. Разумный глаз / Р. Л. Грегори. Пер. с англ. Изд. 2-е. — М.: Едиториал УРСС, 2003. — 240 с.
  2. Данилов О. Е. Автоматизация учебных экспериментальных исследований / О. Е. Данилов // Дистанционное и виртуальное обучение. — 2014. — № 12. — С. 43–49.
  3. Данилов О. Е. Компьютерная визуализация как наглядный метод теоретического изучения полей физических величин / О. Е. Данилов // Педагогическое мастерство: материалы VIII междунар. науч. конф. (г. Москва, июнь 2016 г.). — М.: Буки-Веди, 2016. — С. 168–171.
  4. Данилов О. Е. Экспериментальное изучение стоячей звуковой волны с помощью компьютерных технологий / О. Е. Данилов // Дистанционное и виртуальное обучение. — 2014. — № 9. — С. 53–58.
  5. Морозов А. Д. Визуализация и анализ инвариантных множеств динамических систем / А. Д. Морозов, Т. Н. Драгунов. — Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2003. — 304 с.
Основные термины (генерируются автоматически): физическая величина, визуальный анализ данных, данные, компьютерная визуализация, обучающийся, отрезок прямой, распределение поля, экспериментальная установка.

Похожие статьи

Компьютерная визуализация распределений физических...

поле физической величины, обучение физике, компьютерная визуализация, наглядность, наглядные методы, метод компьютерной визуализации

Способы компьютерной обработки экспериментальных данных... Ключевые слова: компьютерная визуализация, поле...

Компьютерная визуализация как наглядный метод...

физическая величина, компьютерная визуализация, пол, поле, обучающийся, предмет изучения, окружающий мир, помощь метода, сознание обучающихся, внешний мир.

Как компьютерное моделирование помогает школьникам изучать...

обучение физике, теория поля, визуализация, компьютерное моделирование, компьютерная модель, модель, электростатическое поле, силовые линии, эквипотенциальные линии, линии равного

Компьютерная визуализация распределений физических величин...

Компьютерная визуализация учебной информации по физике

С технической точки зрения ЭОР — это совокупность программ и данных

Как правило, такие операции производятся в активном поле контента

объяснительную часть (учебную теорию), виртуальную экспериментальную часть (учебные компьютерные модели механических...

Метод компьютерного сканирования полей физических...

Методы визуализации волновых полей (методы получения видимой картины распределения физической величины, характеризующей

виртуальный прибор, учебный физический эксперимент, метод компьютерного сканирования полей физических величин, сканирование.

Применение компьютерных технологий в учебном физическом...

Для внедрения метода компьютерного сканирования полей физических величин в процесс обучения физике нами предлагается учебная экспериментальная установка, включающая компьютер...

Учебная компьютерная модель дифракции | Статья в сборнике...

Применение метода компьютерной визуализации распределений физических величин в пространстве может являться определяющим фактором при формировании понятия поля физической величины [1; 2; 3; 5; 7]...

Актуальность использования виртуальных лабораторных работ...

Данные лабораторные работы создаются с помощью графики и анимации. Существует несколько программ для создания анимации.

модель, компьютерное моделирование, визуализация, компьютерная модель, обучение физике, теория поля, электростатическое...

Статьи по ключевому слову "компьютерная визуализация..."

Компьютерная визуализация как наглядный метод теоретического изучения полей физических величин.

Способы компьютерной обработки экспериментальных данных для их визуального анализа на занятиях по физике.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Компьютерная визуализация распределений физических...

поле физической величины, обучение физике, компьютерная визуализация, наглядность, наглядные методы, метод компьютерной визуализации

Способы компьютерной обработки экспериментальных данных... Ключевые слова: компьютерная визуализация, поле...

Компьютерная визуализация как наглядный метод...

физическая величина, компьютерная визуализация, пол, поле, обучающийся, предмет изучения, окружающий мир, помощь метода, сознание обучающихся, внешний мир.

Как компьютерное моделирование помогает школьникам изучать...

обучение физике, теория поля, визуализация, компьютерное моделирование, компьютерная модель, модель, электростатическое поле, силовые линии, эквипотенциальные линии, линии равного

Компьютерная визуализация распределений физических величин...

Компьютерная визуализация учебной информации по физике

С технической точки зрения ЭОР — это совокупность программ и данных

Как правило, такие операции производятся в активном поле контента

объяснительную часть (учебную теорию), виртуальную экспериментальную часть (учебные компьютерные модели механических...

Метод компьютерного сканирования полей физических...

Методы визуализации волновых полей (методы получения видимой картины распределения физической величины, характеризующей

виртуальный прибор, учебный физический эксперимент, метод компьютерного сканирования полей физических величин, сканирование.

Применение компьютерных технологий в учебном физическом...

Для внедрения метода компьютерного сканирования полей физических величин в процесс обучения физике нами предлагается учебная экспериментальная установка, включающая компьютер...

Учебная компьютерная модель дифракции | Статья в сборнике...

Применение метода компьютерной визуализации распределений физических величин в пространстве может являться определяющим фактором при формировании понятия поля физической величины [1; 2; 3; 5; 7]...

Актуальность использования виртуальных лабораторных работ...

Данные лабораторные работы создаются с помощью графики и анимации. Существует несколько программ для создания анимации.

модель, компьютерное моделирование, визуализация, компьютерная модель, обучение физике, теория поля, электростатическое...

Статьи по ключевому слову "компьютерная визуализация..."

Компьютерная визуализация как наглядный метод теоретического изучения полей физических величин.

Способы компьютерной обработки экспериментальных данных для их визуального анализа на занятиях по физике.

Задать вопрос