WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 12 | 13 || 15 |

6. Справочные системы — СС. Программы этого класса предназначены для хранения и предъявления обучаемому разнообразной учебной информации справочного содержания. Для них характерны иерархическая организация материала и быстрый поиск информации по различным признакам (гипертексты). Гипертекст состоит из некоторого числа страниц, одни из которых содержат ссылки на другие. У каждого гипертекста есть головная страница. Она появляется на экране в начале работы и содержит название гипертекста и заголовки разделов. Можно выбирать любой раздел и переходить от одного к другому последовательно. Таким образом, СС обеспечивает возможность получения контекстной справки, возможность сохранения и вывода в твердой копии полученной справки.

7. Компьютерные игры — КИ. Их можно разделить на два обширных класса. Первый — это игры, движущей силой которых является желание подражать какой-либо жизненной ситуации (например, деловые игры). Второй класс — игры, стержнем которых является желание выиграть. Анализируя процесс обучения в ходе КИ, можно выделить ориентирующий и исполнительный этапы. КИ существенно обогащают учебный процесс и позволяют реализовывать новые подходы к обучению. При этом процесс становится куда более продуктивным и менее утомительным.

Конкретное использование вычислительной техники зависит от предмета обучения, глубины его освоения и сферы практического применения. Сфера применения компьютера в учебных предметах не ограничивается предметами физико-математического и естественнонаучного циклов. Компьютер позволяет на качественно новом уровне изучать и гуманитарные учебные дисциплины, например, историю, литературу, языки.

Современная физика требует высокого уровня технического обеспечения физического образования на всех этапах обучения. Новые информационные технологии (НИТ) активно внедряются в учебный процесс.

Знаковый символ НИТ — компьютер, обеспечивающий хранение, передачу и обработку информации, вычисления и моделирования. Развитие сети Internet устраняет территориальную разобщенность университетов, формирует единое образовательное пространство. Разрабатываются и внедряются дистанционные формы образования, становятся традиционными телеконференции, телеолимпиады.

Экспериментально установленные количественные соотношения между физическими величинами являются важнейшей основой развития физической науки. Соответственно, глубокое понимание физики невозможно без изучения совокупности классических экспериментов, а воспитание физика-профессионала — без развития у него навыков экспериментальных исследований.

Компьютеризация раздела ведется в следующих направлениях: 1) составление и использование обучающих программ;

2) соединение компьютера с экспериментальным оборудованием; 3) самостоятельное составление студентами программ для решения тех или иных физических проблем. Широкое развитие получило первое направление. Профессионалы-программисты совместно с профессионалами-предметниками составили довольно сложные для создателей, но простые для пользователя программы и программные системы-оболочки.

Студент выбирает в меню и разнообразных подменю нужную информацию, отвечает на вопросы, выполняет предлагаемые упражнения, вводит свои результаты, получает компьютерные оценки своих успехов и таким образом осваивает ту или иную тему классической электродинамики. Этот вид работы студента особенно эффективен в самостоятельной работе. Второе направление — организация интерфейса с измерительной и исполняющей аппаратурой. Это ведет к автоматизации работы с лабораторным оборудованием, открывая тем самым новые возможности в учебном и научном экспериментах. Здесь также используются совершенные сложные готовые программные продукты.

Если этими двумя направлениями ограничиться, то студент будет лишь пользователем. Если принять за важнейшее умение специалиста умение смоделировать и предсказать дальнейшее развитие физического процесса или явления, то третьему направлению — самостоятельному составлению уравнений и программ для их решения на языках программирования или с использованием пакетов математических программ — следует придать наибольшее значение.

До недавнего времени учебные количественные эксперименты являлись предметом исключительно физического практикума. Большой объем рутинной работы по обработке экспериментальных данных значительно увеличивал время эксперимента. Это делало практически невозможным постановку количественных экспериментов во время лекций.

Развитие электронных средств сбора и обработки информации, появление быстродействующих, компактных компьютеров в корне изменило ситуацию. Время на получение количественных соотношений между величинами может быть существенно сокращено, что заставляет искать возможности постановки количественных экспериментов непосредственно на лекциях.

Бурное развитие микроэлектроники и компьютерной техники привело к тому, что в настоящее время в состав любой экспериментальной установки для научных исследований входит компьютер. Область применения компьютера простирается от непосредственного управления работой установки и регистрации результатов измерений (автоматизация эксперимента) до обработки накопленного экспериментального материала с последующими представлением информации на экране монитора и выводом на печатающее устройство. Поэтому чрезвычайно важно, чтобы студенты уже на младших курсах приобрели опыт работы на автоматизированных установках. Сказанное позволяет ставить вопрос о развитии новых информационных технологий в обучении с привлечением современных технических средств.

Из всех задач дистанционного образования самой неразработанной и противоречивой является проблема лабораторного практикума. Хорошо скомпенсированный лабораторный практикум при его обширной компьютеризации и оптимальном сочетании натурных, модельных и компьютерных экспериментов легко обеспечивает выход в международное образовательное пространство, соответствующее идее непрерывного физико-математического образования, и обеспечивает движение по восходящей линии от бакалавра до магистра. При этом обеспечивается не только моделирование, но и создание уникальных видеофильмов, демонстрация и показ лабораторной установки, ее принципиальной и рабочей схем.

Современный физический практикум совершенствуется с точки зрения новых информационных технологий в направлениях: автоматизации экспериментальных установок; реализации «базы данных» реальных физических экспериментов, доступных наблюдению и исследованию (рис. 30).

НИТ в физическом практикуме Автоматизация Создание базы данных экспериментальной реальных физических установки экспериментов Рис. Лабораторный комплекс практикума позволяет обеспечить доступ к информации о физическом явлении или характеристиках реальных физических систем в течение 1–3 минут.

Современный компьютер для связи с внешними устройствами оснащен несколькими стандартными портами (параллельными LPT и последовательными RS-232). Экспериментальная установка может соединяться с компьютером по одному из этих каналов связи. Нами разработан универсальный многофункциональный интерфейсный модуль, с помощью которого достаточно просто автоматизировать ряд экспериментальных установок как для научных, так и для учебных целей. Данная микропроцессорная система позволит автоматизировать наиболее трудоемкие задачи всех разделов физического практикума.

К таким работам относятся: изучение распределения электронов по энергии и скорости при термоэлектронной эмиссии; изучение переходных процессов в RLC-цепях; изучение резонанса напряжений и токов в последовательном и параллельном контурах.

Отметим основные достоинства применения автоматизированных учебных установок при выполнении практических работ. Во-первых, студент избавляется от необходимости выполнять зачастую однообразные измерительные операции, отвлекающие его внимание от предмета изучения (исследования).

Во-вторых, можно резко увеличить объем проводимых исследований, что позволяет глубже и подробнее познакомиться с изучаемым явлением. В-третьих, появляется возможность изучения быстропротекающих явлений в реальном масштабе времени. В-четвертых, возрастает точность измерений, что приводит к возможности наблюдения тонких эффектов.

Участие студентов в компьютеризации лабораторных работ — важнейший вид учебно-исследовательской и самостоятельной работы студентов. Компьютерное моделирование применяется наряду с выполнением лабораторных работ на реальном оборудовании. НПО «Росучприбор» разработало и выпускает лабораторное оборудование по всем основным разделам курса общей физики.

Например, студентом могут составляться необходимые теоретические сведения: а) к анимированным рисункам; б) к расчетным моделям эксперимента; в) к отснятым фотографиям используемого оборудования; г) о том, как уменьшить влияние побочных явлений и факторов, приводящих к методическим и случайным погрешностям (при сравнении результатов, выполнение на натурной установке и на компьютере), или сравнить результаты, полученные на натурной установке и на компьютерном аналоге; д) к анализу ошибок, наглядное представление результатов своих действий; е) компьютер сообщает не только о правильном решении, но и о сильных и слабых сторонах выбранного решения; ж) работа с электронными таблицами при решении задач (в современных электронных таблицах элементами могут быть фрагменты изображений, показания измерительных приборов, переменные из физических законов), их применяют при изучении электрических цепей, при построении графиков физических процессов, при решении задач, где требуется найти значение параметра, зависящего от многих факторов.

В ряде вузов апробирована практика выполнения компьютерных (виртуальных) лабораторных работ.

Приведем пример выполнения компьютерной части лабораторной работы (табл. 13).

Таблица Этапы Действия Операции 1 Воспроизведение данных Студент должен удостовериться в справедливости проведенного на реальном математической модели рассматриваемого явления, оборудовании физического лежащей в основе программы имитационного эксперимента моделирования; оценить типовые искажения, обусловленные несовершенством реальных элементов установки, и неточности сборки схемы в целом.

2 Воспроизведение реальных Студент должен получить представления о лабораторных эксперимен- специфических артефактах цифровых алгоритмов тов при критических значе- имитационного моделирования, особенностях их ниях параметров, трудно проявления в различных экспериментах и возможных реализуемых на имеющемся способах нейтрализации их влияния.

оборудовании.

3 Проведение дидактически важных имитационных экспериментов, которые невозможно выполнить на имеющемся лабораторном оборудовании.

4 Проведение имитационных экспериментов, самостоятельно конструируемых студентами с целью получения тех или иных требуемых в задании результатов.

5 Готовится отчет в электронном виде (файл формата Word).

Компьютерным ядром практикума является моделирующая программа.

В последние годы разрабатывается пакет программ, предназначенных для выполнения лабораторных заданий по различным разделам курса физики (рис. 31).

Пакет включает в себя Программы, Собственно программу поддержки позволяющие создать лабораторной работы, позволяющую студенту сценарий выполнения работать в трех режимах лабораторных работ Ручная (когда ком- Автоматическая Имитационная (копьютер использует- (когда компьютер гда студент взаимося только для хране- управляет действует только с ния, обработки, лабораторной компьютером, польвывода результатов) установкой) зуясь для работы файлами данных, хранящихся в базе данных) Рис. Состояние проблемы:

1) унифицированные комплексы-стенды, включающие несколько лабораторных работ, характеризуются низким коэффициентом использования, поскольку за каждым таким стендом одновременно могут работать лишь два (в редких случаях четыре) человека; кроме того, работы, размещаемые на стенде, как правило, посвящены одной теме, т.е. студент за семестр выполняет измерения лишь один-два раза;

Как повысить коэффициент использования оборудования Можно монтировать работы, требующие сходных наборов приборов.

2) при создании лабораторных установок не предусмотрена возможность задания нескольких вариантов наборов параметров, которые задаются преподавателем в качестве исходных непосредственно перед выполнением работы;

Как предотвратить попытки бездумного списывания студентами результатов друг у друга Как быстро оценить разумность (в качественном отношении) получаемых студентами результатов их измерений 3) проблема организации выездного лабораторного практикума (для использования в школах на педпрактике);

4) проблема ремонта, поддержания лабораторного парка в рабочем состоянии;

Каким должен быть физический практикум Общепринятой концепции на этот счет до сих пор нет.

5) перечень лабораторных работ складывается, по существу, стихийно, основываясь на двух обстоятельствах: а) наличие оборудования; б) пристрастие преподавателей к тем или иным темам курса.

В конце 70-х гг. разработаны типовые практикумы. Недостаток их в том, что они не охватывали все темы курса, так что по некоторым темам число работ было непропорционально велико.

Требуются: 1) изменение структуры практикума; 2) постановка новых лабораторных работ; 3) новые методические указания к лабораторному практикуму (табл. 14).

Таблица Содержание лабораторного курса Знания Умения 1) основные методы физических измерений; 1) наблюдать и понимать исследуемые 2) физические основы современной аппара- процессы; планировать логику туры, приборов; исследований;

3) основы экспериментального исследова- 2) пользоваться измерительными ния физических закономерностей; приборами;

4) минимальные сведения из дифферен- 3) обрабатывать полученные результаты.

циального и интегрального исчислений, векторной алгебры и теории вероятности.

Проблемы лабораторного физического практикума представлены на рис. 32.

Pages:     | 1 |   ...   | 12 | 13 || 15 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.