Файл: Лекции_по_дисциплине.pdf

Компьютерное моделирование

лучше сделать не в компьютерном классе, а в кабинете физики. После того, как ваши ученики окажутся перед экранами компьютеров, общаться с ними будет возможно только индивидуально. Многолетний опыт показывает, что ребята так сильно увлекаются работой (не обязательно продуктивной), что учителя они просто не слышат, как бы громко он к ним ни обращался.

Только после того, как вы проведѐте несколько фрагментов уроков и на своѐм опыте ощутите основные преимущества и трудности такого преподавания, имеет смысл попытаться провести целый урок в компьютерном классе. Для этого вам лучше разработать подробный план урока, а также сформулировать вопросы и задания к компьютерным моделям, которые будут предложены учащимся для изучения, причѐм вряд ли целесообразно предлагать для изучения на одном уроке более двух-трѐх моделей. Для того, чтобы урок дал максимальный эффект, необходимо вопросы и задания к моделям заранее распечатать и раздать учащимся в начале урока. Часть разработанных нами заданий, которые вы можете использовать на своих уроках, содержится на дискете данного методического комплекта. Содержание дискеты приведено в приложении.

При разработке плана урока постарайтесь учесть, что длительность работы ребят за компьютерами не должна превышать 30 минут, так как они обязательно должны в конце урока оформить небольшой отчѐт (можно в виде ответов на заготовленные вами вопросы) с осмыслением выполненной работы. Возможно, стоит обсудить всей группой основные трудности и обменяться мнениями о полученных результатах. Компьютерные уроки без указанной концовки, как показывает опыт, менее эффективны.

Заметим, что на первых уроках, возможно, следует выделять учащимся время на не запланированные вами эксперименты. Пусть они познакомятся даже с не относящимися к теме урока моделями (ведь на первых порах им всѐ интересно), иначе они обязательно будут пытаться делать это украдкой. После этого стоит обсудить с учащимися следующие вопросы:

Какие модели с их точки зрения самые интересные?

Что они узнали нового, поработав с той или иной моделью?

Какие опыты они поставили, и какие получили результаты?

Цель обсуждения - показать, что поставить осмысленный опыт и получить результат совсем не просто и здесь есть чему поучиться. Возможно, даже имеет смысл объявить конкурс на самый интересный опыт. Пусть ребята вволю поэкспериментируют и освоят интерфейс курса. Это вам сэкономит время на последующих уроках.

Конечно, если вы смелый и решительный учитель, то можете сразу попытаться провести целый урок в компьютерном классе. Но, в таком случае, постарайтесь психологически подготовиться к тому, что урок будет скомкан или вообще сорван как по техническим причинам, так и по причинам того, что ни вы, ни ваши ученики к такому старту, возможно, окажетесь не готовы.

165

Тарова Инна Николаевна

Прежде всего, на основе вашего календарного плана определите, какие компьютерные модели вы сможете использовать при объяснении нового материала и/или предложить учащимся для работы в компьютерном классе. Далее имеет смысл к каждой выбранной модели составить таблицу, в которую следует занести названия параметров, которые может изменять пользователь, задавая при этом начальные условия экспериментов, обозначения этих параметров, пределы и шаг их изменения. В эту таблицу также следует занести аналогичную информацию о параметрах модели, которые рассчитываются компьютером при выполнении экспериментов, и выводятся на экран монитора. Для создания такой таблицы нужно открыть соответствующую модель, определить диапазоны изменения регулируемых параметров, а затем провести несколько экспериментов с крайними значениями этих параметров, чтобы определить предельные значения и шаг расчѐта рассчитываемых параметров.

Хочется выразить уверенность, что в следующих версиях курса "Открытая физика" количество компьютерных моделей будет расти, их функциональные возможности станут разнообразнее, а пределы изменения числовых значений параметров, описывающих эксперименты, будут расширены. Надеемся, что со временем появится задачник с вопросами и задачами, условие которых будет согласовано с функциональными возможностями моделей, а также рабочие тетради для учащихся с бланками компьютерных лабораторных работ. Вполне возможно, что через некоторое время появятся компьютерные обучающие задачники, в которых также будут использоваться компьютерные модели. Так что в перспективе учитель будет располагать компьютерной лабораторией, в рамках которой он сможет провести демонстрацию любого эксперимента из курса физики или проиллюстрировать любую задачу из школьного сборника задач.

Необходимо отметить, что сильно усложняет работу с обсуждаемыми курсами при работе с классом и, тем более, при индивидуальной работе ограниченное число задач и вопросов, которыми авторы сопровождают модели. Функциональные возможности моделей позволяют составить значительное число задач различных типов почти к каждой модели, но авторы ограничились лишь одной задачей в "Открытой физике". Надеемся, что со временем появится задачник с вопросами и задачами, условие которых будет согласовано с функциональными возможностями моделей, а также рабочие тетради для учащихся с бланками компьютерных лабораторных работ. Вполне возможно, что через некоторое время появятся компьютерные обучающие задачники, в которых также будут использоваться компьютерные модели. Так что в перспективе учитель будет располагать компьютерной лабораторией, в рамках которой он сможет провести демонстрацию любого эксперимента из курса физики или проиллюстрировать любую задачу из школьного сборника задач.

Тем не менее, даже на сегодняшний день, компьютерные курс "Открытая физика", безусловно, являются чрезвычайно полезными при изучении физики, как в

166

Компьютерное моделирование

классе, так и при индивидуальной работе. Итак, кратко подведем итоги. Можно ли изучать физику при помощи компьютерных моделей? Безусловно, да. Более того, роль компьютерного моделирования в учебном процессе будет повышаться по мере появления новых компьютерных программ. Однако, качественный скачок в этой области будет возможен тогда, когда разработчики осознают, что, для получения действительно эффективных обучающих программ, им необходим тесный контакт с учителями-педагогами, хорошо знакомыми с компьютерными технологиями и использующими эти технологии при работе с учащимися.

9.3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ МОДЕЛЕЙ В ШКОЛЬНОМ КУРСЕ МАТЕМАТИКИ

Программа курса Компьютерное моделирование для учащихся 9 классов

Разработала учитель математики Малярик Нина Павловна

средняя школа № 28 г. Мурома На основе интерактивного компьютерного курса «Открытая математика 2.5.

Планиметрия», «Функции и графики» ООО «ФИЗИКОН»

Пояснительная записка

С каждым годом все более возрастают требования к умственной деятельности людей. Поэтому, в настоящее время традиционный взгляд на состав предметов, изучаемых школьниками, пересматривается и уточняется. Вводятся новые предметы, специальные курсы и факультативы. Одним из таких специальных курсов в профильных классах может быть - "Компьютерное моделирование". Стараясь избежать перегрузки учащихся, не загружала программу дополнительными вопросами. Данная программа предполагает, прежде всего, наполнение курса разнообразными, интересными задачами школьной программы, овладение основным программным материалом на другом, более интересном уровне. Более того, так как программа состоит из 10 различных тем, являющимися поддержкой школьного курса, то ученик может начать посещать занятия с любой темы. Состав учащихся спецкурса не статичен, а подвижен.

Для поддержания и развития интереса к спецкурсу на первых занятиях включены в процесс обучения занимательные задачи. Это важно на данном этапе профильных классов, когда интерес учащихся ещѐ недостаточно устойчив. На последующих занятиях возрастает роль теоретических знаний, становятся весьма значимыми такие их качества, как системность и обобщѐнность. В связи с тем, что в 9 классе занимаются ученики с разным уровнем подготовки, в процесс обучения на каждом этапе включаются повторение и систематизация опорных знаний. Большая

167

Тарова Инна Николаевна

роль отведена самостоятельной математической деятельности – решению задач, проработке теоретического материала, выполнению лабораторных работ, компьютерных экспериментов - наблюдений. Важно организовать дифференцированный подход к учащимся, позволяющий избежать перегрузки и способствующий реализации возможностей каждого из них.

Почему именно компьютерное моделирование? С понятием "модель" мы сталкиваемся с детства. Игрушечный автомобиль, самолет или кораблик для многих были любимыми игрушками, равно как и плюшевый медвежонок или кукла. В развитии ребенка, в процессе познания им окружающего мира такие игрушки, являющиеся, по-существу, моделями реальных объектов, играют важную роль. В подростковом возрасте для многих увлечение авиамоделированием, судомоделированием, собственноручным созданием игрушек, похожих на реальные объекты, оказало влияние на выбор жизненного пути.

Что же такое модель? Откроем большой энциклопедический словарь — там не менее восьми "определений" значения этого слова. Что общего между игрушечным корабликом и рисунком на экране компьютера, изображающим сложную математическую абстракцию? И все же общее есть: и в том, и в другом случае мы имеем образ реального объекта или явления, "заместителя" некоторого "оригинала", воспроизводящего его с той или иной достоверностью и подробностью. Или то же самое другими словами: модель является представлением объекта в некоторой форме, отличной от формы его реального существования. Практически во всех науках о природе, живой и неживой, об обществе, построение и использование моделей является мощным орудием познания. Математическая модель выражает существенные черты объекта или процесса языком уравнений и других математических средств. Собственно говоря, сама математика обязана своим существованием тому, что она пытается отразить, т.е. промоделировать, на своем специфическом языке закономерности окружающего мира.

Уроки компьютерного моделирования - это исследование каких то свойств; использование моделей для уточнения характеристик; построение вновь конструированных объектов, моделей; наблюдение; целенаправленное восприятие информации, обусловленное какой-то задачей и т.д. Возможность проведения численного эксперимента с математической моделью значительно углубит знания по предмету, сделает процесс их изучения более живым и увлекательным. Такая работа — прекрасный способ усиления прикладной и практической направленности обучения, преодоления известной схоластичности. У математического моделирования есть и другая привлекательная сторона — возможность приобщения учащихся к компьютерной технике и выработка навыков ее систематического использования, чего трудно достичь на одних лишь уроках информатики.

В последнее время можно часто слышать вопросы: «А нужен ли вообще компьютер на уроках математики? В каких случаях оправдано использование компьютерных программ на уроках?»

168

Компьютерное моделирование

Прежде всего, в тех случаях, в которых он обеспечивает существенное преимущество по сравнению с традиционными формами обучения. Одним из таких случаев является использование компьютерных моделей при изучении графиков функций и их свойств, когда требуется уточнить их характеристики, построить вновь сконструированные модели; пронаблюдать их изменение в зависимости от параметров.

Работа учащихся с компьютерными моделями чрезвычайно полезна, так как компьютерные модели позволяют в широких пределах изменять начальные условия задач, что позволяет им выполнять многочисленные задачи за небольшой промежуток времени. Такая интерактивность открывает перед учащимися огромные познавательные возможности, делая их не только наблюдателями, но и активными участниками. Некоторые модели позволяют одновременно с ходом решения наблюдать построение соответствующих графических зависимостей, что повышает их наглядность. Подобные модели представляют особую ценность, так как учащиеся обычно испытывают значительные трудности при построении и чтении графиков.

В чем же преимущество компьютерного моделирования? Прежде всего, компьютерное моделирование позволяет получать наглядные динамические иллюстрации, воспроизводить их тонкие детали, которые часто с трудом усваиваются при словесном объяснении с демонстрацией статичных рисунков. При использовании моделей компьютер предоставляет уникальную, не достижимую в реальном уроке, возможность визуализации упрощѐнной модели.

Надо стремиться пользоваться методами, реализуемыми на компьютерах. Это создает определенное методическое единство курса и заметно снижает барьер необходимой математической подготовки учащихся. Разумеется, при занятии математическим моделированием приходится углубляться настолько, что при этом требуется значительное математическое образование, а это и является целью данного факультатива, направить, подтолкнуть, показать необходимость углубления знаний по математике, чтобы понятия "аналитическое решение" и "компьютерное решение" не противостояли друг другу.

Структура программы

Программа «Компьютерное моделирование» состоит из четырѐх разделов: "Требования к подготовке учащихся", "Содержание обучения", "Тематическое планирование учебного материала", "Связь спецкурса со школьной программой".

Раздел "Требования к подготовке учащихся" определяет итоговый уровень умений и навыков, которыми учащиеся должны владеть по окончании курса. Требования распределены по основным содержательным линиям курса и характеризуют тот безусловный минимум, которого должны достигать все учащиеся.

Раздел "Содержание обучения" задает минимальный объем материала, обязательного для изучения данного курса. Содержание распределено не в соответствии

169