Г.Н. Юнусова Информационные технологии в обучении по

Юнусова Г.Н. Информационные технологии в обучении по трудноусваиваемым темам
курса физики. // Проблемы информатики в образовании, управлении, экономике и технике:
Сб. статей XIII Междунар. научно-техн. конф. – Пенза: ПДЗ, 2013. – С. 93-97.
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ОБУЧЕНИИ ПО
ТРУДНО УСВАИВАЕМЫМ ТЕМАМ КУРСА ФИЗИКИ
Г.Н. Юнусова
Наманганский государственный университет,
г. Наманган, Узбекистан,
gulshoda_gulnora@lenta.ru
Рассматриваются трудно усваиваемые и труднодоступные темы и разделы физики в бакалавриате. Определены критерии отбора трудно усваиваемых тем курса физики и дан анализ изучения этих тем в традиционных условиях. Предлагается визуальное (наглядное) изучения труднодоступных тем в среде информационных технологий с использованием методологии виртуализации и визуализации.
Yunusova G. Information technologies in the teaching of difficult-teaching themes of
physics. Difficult to digest and hardly accessible themes and physics sections in a bachelor degree
are discussed. Selection criteria of difficult acquired topics of course of physics are defined and the
analysis of study topics in traditional conditions is given. Visual learning of difficult topics in the IT
environment using the methodology of virtualization and visualization is proposed.
Примечание: Непрерывное образование включает следующие свои этапы: 9
летнее общеобразовательное образование, далее трёх летнее образование:
включает трёх летнее профессиональное обучение или обучение в академическом лицее по выбору. 11 летнее образование считается обязательным. Далее
идёт 4 летнее образование в бакалавриате, а затем 2 летнее образовагние в магистратуре и т.д. Можно продолжить учёбу в аспирантуре или адъюнктуре,
докторантуре.
На сегодняшнем этапе развития человеческого разума и информационных
технологий немыслим сам процесс образования без их применения. Они незаметно внедряются в процесс обучения, созданы целые системы
и обучающие программы, программы контроля знаний обучаемых. В непрерывном процессе обучения все предметы имеют своё значение и передают суть
существования материи, дают правильную интерпретацию существования элементарных частиц, строения атома, материи в целом, дают полную картину
мира, в котором мы живём. Каждый предмет дополняет другой, и создаётся
полная картина существования реального мира. Среди этих предметов большое
место занимают точные науки, в том числе физика. Она изучает явления природы, происхождение физических процессов в природе.
Долгое обучение физике и её анализ привели нас к выявлению данной проблемы. На этапе обучения физике в бакалавриате (четырёхлетнее фундаментальное высшее образование) студенты затрудняются в усвоении некоторых
фундаментальных тем курса. Мы определили критерии таких труднодоступных, трудно усваиваемых и трудно воспринимаемых тем.
Это темы, которые требуют вывода распределения функций, формул с использованием глубоких знаний математического аппарата: дифференцирования, интегрирования, перехода из одной системы координат в другую (к
примеру, темы «Распределение Максвелла молекул по скоростям»,
«Распределение Максвелла молекул по компонетам скоростей», «Формула Резерфорда»).
Это темы, которые изучают явления и эффекты, обучающие взаимодействия
между атомами и молекулами порядка в 1 ангстрем (1А =10-10 м), т.е. это
явления, которые невозможно увидеть невооружённым глазом (“Опыт Штерна
и Герлаха”, “Опыт Эйнштейна и Де Хааза”, “Опыт Франка и Герца” и др.).
Действительно, спин электрона нельзя потрогать и ощутить, увидеть, но по
опыту Штерна и Герлаха можно увидеть полосы, которые доказывают его
существование.
Это темы по опытам, которые невозможно провести в обычных лабораторных
условиях (к примеру, тема “Опыт Резерфорда”). Для проведения этого опыта
необходимы радиоактивный препарат, золотая фольга, люминисцирующий экран,
считывающий число сцинциляций и т. д. В традиционных лабораторных такие
устройства отсутствуют!!!
Это темы изучающие эффекты, проведение которых требует установки
приборов с высокой разрешающей способностью (“Эффект Штарка”, “Эффект
Зеемана” и др.).
На основе критериев наглядности, прочности, последовательности,
научности и т.д. мы отобрали темы из курса физики. Цепочка выделенных тем
такова:
- модель атома Томсона;
- опыт Резерфорда;
- модель атома по Резерфорду;
- планетарная модель атома;
- теория и постулаты Бора, модель атома по Бору;
- дискретность атомных линий, опыт Франка и Герца, эластические и неэластичные соударения;
- опыт Штерна и Герлаха;
- опыт Эйнштейна и Де Хааза;
- эффект Штарка;
- эффект Зеемана.
Этот ряд тем можно продолжить и включить сюда разделы “Оптики”,
“Атомной и ядерной физики”, “Молекулярной физики”.
При традиционном обучении по вышеуказанным темам необходимы рисунки, плакаты, чертежи графиков, большое количество физических устройств, которые требуют немалых затрат, установки с высокоразрешающей способностью. Использование информационных технологий приводит к визуализации
трудно воспринимаемых или труднодоступных процессов физики. Визуализация и виртуальное обучение облегчает усвоение труднодоступных тем курса
физики.
Информационные технологии и программные средства, такие, как Macromedia Flash, 3d Max технологии, учебные и обучающие программы Ispring,
Crocodile Physics, Interactive Physics, помогает наглядно изобразить эффекты и
эксперименты, а также физические процессы близко к их происхождению в
природе. Эти явления на компьютере изображаются в виде анимации, в движении. Визуализация физических процессов или труднодоступных, трудно усваиваемых тем курса физики и виртуальное обучение помогают усвоению труднодоступных тем. Кроме этого помогает правильному формированию мировоззрения о строении атома и вещества в целом, о реальной картине построения
мира. Это и является базисом в создании методологии виртуального обучения
по труднодоступным темам.
Объясним понятия визуализации и виртуализации. Визуализация в физике –
это похожая копия на компьютере протекания физических процессов в реальности. Мы можем показать хаотическое движение молекулы, атома, электрона
в виде шара. Но в реальности атом может иметь сферическую форму в виде
“гантели”. Поэтому мы должны давать правильную интерпретацию необходимых понятий по строению вещества.
Визуализация в физике – это устранение неполадок и недостатков традиционных лабораторных стендов, их компьютерная визуализация и виртуальное обучение посредством компьютера. Виртуализация в физике – это использование готовых анимационных кадров, созданных средствами компьютера и интернета.
Мы знаем, что традиционные лабораторные стенды имеют ряд недостатков:
они стареют со временем; приходится постоянно обновлять в них материалы;
традиционные лабораторные стенды требуют немалых затрат.
Замена традиционных лабораторных стендов виртуальными даёт намного
более эффективный результат: экономятся средства; визуализация физических
процессов и наглядное изображение связи между физическими параметрами
позволяют добиться сохранения физического материала до 75% и более; объяснение сути физических явлений и эффектов помогает формированию представлений о строении вещества, об эволюционном представлении строения
атома, создаёт мировоззрение о реальном мире, о материи, о строении мира.
Мы создали анимации к эффектам, экспериментам и явлениям к трудно
усваиваемым темам курса физики. Визуализация этих физических процессов и
виртуальное обучение дают большой эффект в усвоении этих тем. Известно,
что волновые частицы – это элементарные частицы среднего уровня, в квантовой физике изучают их существование, взаимодействие и превращение их друг
в друга. Под виртуальностью физического процесса мы понимаем течение физического процесса в каких-нибудь определённых условиях. В физике приходится изучать явления и процессы, которые невозможно увидеть невооружённым глазом. Для этого необходимы специальные приборы и установки. В таких
условиях необходимо использование виртуальных лабораторных стендов.
Традиционное обучение по выделенным выше темам даёт нам следующую
картину.
Изучение темы «Опыт Резерфорда» дало следующие представления о строении атома, что в середине находится положительно заряженное ядро, в нём
сконцентрирован большой объём положительного заряда. Вокруг ядра движутся отрицательно заряженные электроны. Появляется идея, если ядро заряжено
положительно, а электроны отрицательно, то ведь электрон может упасть в ядро?!!! Но этого не происходит. Почему это не происходит объяснил в своей
теории Бор и выдвинул идеи о стационарных состояниях. Атом в стационарных
состояниях не излучается, и поэтому электрон не падает на орбиту. Эти открытия дали следующие представления о строении атома, дали модели по Резерфорду и Бору. Опыт Франка и Герца дал нам понятие о дискретности атомных
линий, эластических и неэластических ударах. Опыты Эйнштейна и Де Хааза,
Штерна и Герлаха доказывают существование спина электрона. Ведь его на самом деле нельзя ощутить, увидеть, осязать, но наглядное изображение опытов
помогает понять суть спина электрона, его существование. При введении атомных линий в магнитное или электрическое поле атомные линии расщепляются
на дублет или триплет. Эти опыты проведены Штарком и Зееманом. Для проведения всех этих опытов нужны специальные приборы и установки, которые
имеются только в крупных научных лабораториях.
Эти темы расширяют представление об атоме. Эта цепочка тем даёт эволюционное представление о строении атома. Помогает сформировать мировоззрение студентов. Таким образом, обучение по этим темам помогает понять секреты природы и даёт полную картину строения мира.
Библиографический список
1. Sokolov, Ternov. Atom and yadro physics. – 325 р.
2. Yunusova G.N. Theory and methods of teaching physics in the medium of information technologies. – Т., 2003. – 512 р.
3. Yunusova G.N. Theory and methods of teaching physics in the medium of information technologies. – Т., 2006. – 32 р.
4. Yunusova G.N. Theory and methods of teaching physics in the medium of information technologies // Journal “Nodiskret education”, O’zbekistan, 2006. – 6 p,
0,3 p.p.
5. Diyakonov V.P. MatLAB 6/6,1/6,5. Sumlink 4/5. Base of using. – М.: Solon
Press, 2004.
6. Dadajanov T., Muhitdinov M. Base of MatLab. – Science, 2008.