Мымрина Н.В.

ЗКГУ им.М. Утемисова.

Компьютерные методы обучения физике.

Реалии современной жизни ставят перед высшей школой высокие стандарты: качественное образование, эффективность обучения и способность к самообучаемости. Для того чтобы достичь поставленных задач применяют различные технологии обучения. В данной работе мы остановимся на применении компьютерных средств обучения, используя продукт созданный ООО «Физикон». Не стоит использовать компьютер на занятиях по физике только лишь для того, чтобы где-нибудь, кто-нибудь поставил галочку «учитель использует компьютер». Использование только компьютера никогда не заменит реальных физических лабораторий. Мы считаем использование компьютера на занятиях по физике необходимо в тех случаях, где есть преимущество компьютера перед традиционными формами обучения. Прежде всего, это различные компьютерные модели и виртуальные лаборатории. Причём, различные модели, рассматривают то или иное явление в разных приближениях, но в любом случае, компьютерное моделирование рассматривает некую идеализированную ситуацию. Компьютерное моделирование очень наглядно демонстрирует различные физические явления и позволяет многократно их повторять, углублять знания о предмете исследования, замечать тонкие детали. Представляет интерес компьютерная модель «Движение тел по наклонной плоскости». В реальной физической лаборатории мы можем менять углы наклонной плоскости, массу движущегося тела, менять коэффициент трения, меняя исследуемые тела. Но мы не можем определить скорость тела на каждом участке пути, не можем ответить на вопрос, а зависит ли сила сухого трения от скорости тел? Компьютерная модель позволяет, глядя на монитор компьютера, не только следить за движением тела по наклонной плоскости, анализировать силы, действующие не тело, но и на графике видеть, изменяется ли сила трения в зависимости от изменения скорости тел. Наглядность в обучении важнейшая вещь! Другая сторона компьютерного моделирования: возможность рассмотреть явление, которое в условиях Вузовского или школьного кабинета физики, в принципе невозможно. Это с эксперименты с дорогостоящим оборудованием и исследованиями, связанными с риском для здоровья и строгим соблюдением техники безопасности. Особый интерес у студентов вызывают вопросы, связанные с физикой ядра и элементарных частиц. В реальной жизни микромир нам недоступен. Рассмотрим данный аспект компьютерного моделирования на примере распада. В физике известно три вида распада: при минус распаде из ядра вылетает электрон, при плюс распаде из ядра вылетает позитрон, а при электронном захвате ядро захватывает электрон. Зная строение ядра, мы можем однозначно сказать, что внутри ядра нет ни электронов, ни позитронов. Компьютерная модель «Ядерные превращения» демонстрирует различные виды распадов. Студенты могут на экране монитора видеть, что при - минус распаде нейтрон превращается в протон, при этом вылетает электрон и антинейтрино; что при - плюс распаде протон превращается в нейтрон, при этом вылетает позитрон и нейтрино. В свободном состоянии процесс превращения протона в нейтрон невозможен, масса протона меньше массы нейтрона. Недостаточную энергию протон забирает у ядра, за счёт энергии кулоновского отталкивания между протонами в ядре, так как их становится меньше. При электронном захвате модель позволяет заметить, что протон захватив электрон, превращается в нейтрон и вылетает нейтрино.

Третья особенность компьютерного обучения физики – сделать наглядным то, что в принципе на современном уровне развития науки видеть невозможно. Это относится к сложнейшим вопросам квантовой физики. Состояние микрообъектов описывается при помощи пси-функции. Очень сложно представить столь абстрактное понятие. В то же время квадрат модуля пси-функции пропорционален вероятности обнаружения частицы в определённой области пространства. Максимум квадрата модуля волновой функции, соответствует боровскому радиусу орбиты электрона, хотя в действительности орбиты у электрона не существует. Компьютерная модель «Атом» позволяет наблюдать, как меняется форма электронного облака в зависимости от изменения квантовых чисел. Очень интересна работа с различными виртуальными лабораториями. Дело в том, что при работе с такими программами студенты и школьники, могут влиять на характер исследования: менять различные параметры, начальные условия, проверять те или иные выводы. То есть интерактивность даёт возможность развивать познавательные интересы, делая из студентов и школьников не пассивных слушателей и наблюдателей, а своего рода исследователей, учёных. ООО «Физикон» представляет компьютерную модель эффекта Доплера. Суть его заключается в том, что изменяется частота сигнала при относительном движении приёмника или источника волн. Эффект описывается формулой , где -частота волны излучаемая неподвижным источником, -частота воспринимаемая наблюдателем, -скорость распространения волны, скорость приёмника волн, -скорость источника волн. Меняя параметры - можно анализировать, как меняется частота воспринимаемая наблюдателем, и проверить справедливость формулы, выражающей суть эффекта Доплера.

Компьютерные методы стимулируют творческую активность обучаемых, развивают мышление, повышают интерес к физике, ведут к самореализации.

Очень часто в школе, да и в институте мы встречаем большие трудности у обучаемых с построением графиков, умением их понимать, оценивать целесообразность построения. Компьютерное моделирование позволяет устранить этот пробел в образовании, как при решении задач, так и при объяснении нового материала. График в физике сам по себе представляет собой модель того или иного процесса. Производя анализ графиков, мы учимся с одной стороны получать информацию из графика, а с другой стороны систематизировать и унифицировать наши знания о каком-либо физическом явлении, сравнивать различные явления, предсказывать изменения различных физических величин.