Е-лаборатория

УДК 001(06) Телекоммуникации и новые информационные технологии…
Е.А. ЛЮХТАН1, В.Н. ГОРБАЧ1, Н.В. ГОРБАЧ2, С.П. ГОКОВ1
1Харьковский
национальный университет им. В.Н. Каразина, Украина,
технический университет «ХПИ», Харьков, Украина
2Национальный
Е-ЛАБОРАТОРИЯ – ПОЛИГОН НЕСТАНДАРТНЫХ
ЗАДАЧ
Электронное методическое пособие к выполнению лабораторных работ по
общей физике. Разработан ряд разделов пособия, как специфичных только для
электронного представления информации, так и традиционных, но
адаптированных к экранному просмотру и интерактивному взаимодействию с
пользователем. Рассматривается возможность применения одного из разделов
пособия – виртуальных установок – для наглядной интерпретации задач,
выходящих за рамки традиционных (и возможных) для реального физического
практикума.
Электронное методическое пособие Lab4 предназначено для
самостоятельной работы студентов биологического, химического и
геолого-географического факультетов. Все разделы разработаны таким
образом, чтобы обеспечить студенту максимальный комфорт на этапе
подготовки к выполнению работы [1]. Помимо традиционных для
«методички», электронное пособие включает ряд разделов, которые
принципиально не могут быть реализованы в печатной форме, в том числе
– виртуальные установки.
В основу интерактивных анимационных моделей положено реальное
лабораторное оборудование. Виртуальная установка разрабатывалась
таким образом, чтобы, во-первых, создать максимальный эффект «участия
в процессе» за счёт имитации (при помощи мыши) физического
воздействия на подвижные фрагменты оборудования, и, во-вторых,
обеспечить возможность симуляции выполнения экспериментальных
заданий, которые принципиально невозможно выполнить на
лабораторном оборудовании – за счёт вариации параметров установки и
внешних факторов [2].
Приведём ряд примеров:
Установка к лабораторной работе «Определение момента инерции
тела неправильной формы» представляет собой подвешенный на
проволоке металлический диск, на который накладывается некое тело.
Определяя период крутильных колебаний, вычисляем момент инерции
данного тела. Виртуальная установка предлагает студенту набор
«заготовок» – тела в форме сегмента, «бабочки», N-угольника, N-лучевой
______________________________________________________________________
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 10
105
УДК 001(06) Телекоммуникации и новые информационные технологии…
звезды и т. д. Параметры фигур могут варьироваться. Кроме того, есть
возможность выбора материала – и, следовательно, плотности тела –
данная форма заливается текстурой «материала». Закономерным
развитием данной задачи является задача определения момента инерции
цилиндрического тела, направляющая которого задаётся самим студентом
(произвольный нарисованный замкнутый контур заполняется текстурой).
Данная задача подразделяется, опять-таки, на две – случай небольшого
количества заданных точек с известными координатами, соединённых
отрезками (аналитическое решение) и случай плавной линии
(накладывается сетка). Таким образом, чисто расчётная задача обретает
наглядную и привлекательную форму.
Виртуальная установка «Определение скорости звука в газах методом
интерференции» позволяет варьировать молекулярную массу и число
степеней свободы молекулы газа (и, следовательно, скорость звука) за
счёт
соответствующим
образом
подобранного
набора
газов
(иллюстрируется 3d-моделью молекулы). Вариация температур и
давлений в достаточно широком диапазоне позволяет провести
виртуальный эксперимент для реальных газов, удовлетворяющих
уравнению Ван-дер-Ваальса.
Лабораторные работы «Изучение законов вращательного движения
тел с помощью маятника Обербека» и «Определение момента инерции и
силы трения в опорах махового колеса» наряду с возможностью
изменения параметров установки предоставляют студенту возможность
изменения одного из, казалось бы, незыблемых внешних условий
эксперимента – ускорения свободного падения (выбор из списка одной из
планет солнечной системы, либо их спутников, сопровождается
изображением выбранной планеты).
Интерактивные анимационные модели, независимо от уровня
реализации, безусловно, не могут служить альтернативой реальному
физическому практикуму [3], но могут и должны использоваться как его
дополнение и логическое продолжение, позволяя вернуться к изученному
материалу на качественно новом уровне.
Список литературы
1. Люхтан Е.А., Горбач В.Н., Гоков С.П. Сравнительный анализ функциональности
традиционного (печатного) методического пособия к выполнению лабораторных работ по
общей физике и авторского электронного пособия Lab4 // Компьютерное моделирование
2004: Тр. V международной науч.-техн. конференции. Часть II. С.-Петербург, 2004. 199 с.
2. Люхтан Е.А., Горбач В.Н., Гоков С.П. Виртуальные механические лабораторные
установки как компонент электронного методического пособия к выполнению лабораторных
______________________________________________________________________
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 10
106
УДК 001(06) Телекоммуникации и новые информационные технологии…
работ по общей физике // Информационные технологии в XXI веке: сборник докладов и
тезисов II Международного молодёжного форума. Днепропетровск, 2004. С. 107-108.
3. Теплицкий И.А., Семериков С.А. «Виртуальный физический лабораторный
практикум» как актуальная проблема современной дидактики // Теория и методика изучения
математики, физики, информатики: сборник научных работ. Выпуск 4. Т. 2. Кривой Рог,
2004. С. 414-420.
______________________________________________________________________
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 10
107