Сторінка
7

Психолого-педагогічні аспекти комп’ютерного моделювання при вивченні розділу "Геометричної оптики"

Mathcad 2000 – потужна і гнучка універсальна система комп'ютерної математики. Для неї характерні великі обчислювальні можливості, не тільки числові, а й аналітичні, багатий арсенал графічних засобів та інструментів форматування електронних документів. У той же час – простий. Інтуїтивно зрозумілий інтерфейс, звична і зручна форма завдання вихідних даних – констант, змінних, функцій, виразів (майже повністю відтворюється стандартна математична символіка), Хоч ознайомлення із зазначеним програмним пакетом не є обов'язковим елементом навчальної програми з інформатики для загальноосвітніх шкіл, найпростіші прийоми роботи з Mathcad 2000, необхідні для розв'язання задач комп'ютерного моделювання нескладних фізичних процесів, можуть бути засвоєні учнями впродовж одного додаткового заняття.

Наступне завдання, яке повинен вирішувати вчитель фізики, впроваджуючи елементи комп'ютерного моделювання у навчальний процес з предмета, – визначення кола задач, для розв'язання яких доцільно застосовувати електронно-обчислювальну техніку. Типи задач, які можна доручити комп'ютеру, уже визначено у методичній літературі. У шкільному курсі фізики дуже часто виникають чотири класи графічних задач, які потребують комп'ютерної підтримки:

– побудова графіків складних функціональних залежностей між фізичними величинами;

– побудова траєкторій складних рухів;

– дослідження зміни вигляду графіка функціональної, залежності при зміні одного з параметрів;

– побудова групи характеристик одного явища чи процесу на одному графіку.

Комп'ютерне моделювання у фізиці розгортається у двох напрямках:

чисельне моделювання фізичних явищ та процесів;

розробка та створення демонстраційних програм з фізики.

Загальновизнано, що чисельне моделювання – невід’ємна складова сучасної фундаментальної та прикладної науки, яка не поступається за важливістю традиційним експериментальним і теоретичним методам. У багатьох випадках тільки чисельне моделювання, що замінює дорогий експеримент. Уміння «обчислювати» є обов’язковим для майбутніх науковців та викладачів.

Побудова фізичної моделі вимагає більш детального та поглибленого розуміння фізичних процесів, що розглядаються, аби обґрунтовано зробити потрібні припущення, виділити першорядні та відкинути другорядні фактори. Задачі, що пропонуються, оригінальні, їх розв'язання потребує опрацювання додаткової літератури, вдумливої та копіткої самостійної роботи. Закінчується етап затвердженням робочої моделі, яка у подальшому може коригуватись.

Математична модель – це система рівнянь, яка відображає прийняту фізичну модель на відповідному рівні знань.

Для фізичного опису явища добирають кілька простих демонстрацій, які найбільш наочно та повно відображають суть явища. Демонстрації не повинні бути складними для програмної реалізації на комп'ютері . Крім того, вони мають добре «виглядати» на екрані дисплею.

Для кількісного зв'язку величин у фізичному явищі наводяться математичні співвідношення, які виражають фізичні закони. Для більшої наочності ці співвідношення підтверджуються доведенням та графіками. Однак виведення співвідношень та інший допоміжний матеріал не повинні захаращувати екран дисплею та відволікати від демонстрації.

Компоновка матеріалу на екрані дисплею, послідовність його подачі, кольорова гама малюнків тощо обговорюються при створенні сценарію демонстраційної програми. Сценарій – це набір ілюстрацій з фрагментами малюнків, пояснюючих написів, математичних формул, розміщених у певному порядку.

Реалізація демонстраційної програми передбачає хорошу комп'ютерну підготовку учня: знання алгоритмічної мови з відповідними графічними можливостями та графічного редактора. Крім того, демонстраційна програма повинна мати дружній та зручний для користувача інтерфейс. У перспективі демонстраційна програма може бути модернізована у навчальну.

Педагогічні спостереження показали, що в роботі з засобами НІТ та конкретними ППЗ, що використовуються для розв'язання навчальної задачі, предметна галузь якої знаходиться за межами власне інформаційних технологій, учень перебуває в ситуації, коли повинен використовувати дві паралельно-послідовні перцептивні схеми. Одна схема – основна – дає йому можливість здійснювати діяльність у предметній галузі навчальної задачі, інша – додаткова – здійснювати діяльність щодо управління засобами НІТ (виступати в ролі активного користувача). Під час використання тієї чи іншої перцептивної схеми, одна з них відступає на другий план, тобто переходить в область «затемнення». Переведення уваги, перенесення акцентів діяльності визначає специфіку застосування засобу НІТ та відповідного ППЗ у навчальному процесі, впливає на процес прийняття рішення.

Важливим також є питання про те, в якому співвідношенні повинні формуватися теоретичні уявлення, що пов'язані з використанням засобів НІТ, й операційно-технічні навички використання цих засобів у дітей молодшого віку. Тут треба враховувати той факт, що засоби НІТ не можуть знайти в дитини діяльнісної опори в повсякденній практиці, не виступають як знаряддя праці дитини. Не можна також забувати про те, що штучне розширення сфери використання засобів НІТ дитиною обмежується медико-біологічними проблемами.

Особливу увагу слід звернути на дослідження операціонально-технічного компонента специфічно-перцептивних видів навчальної діяльності дитини з використанням засобів НІТ. Актуальним може бути дослідження динаміки формування смислових відношень, що пов'язують перцептивні дії дитини під час використання засобів НІТ з діяльністю, в контексті якої вони здійснюються, враховуючи обмежену множину цієї діяльності, що пов'язано з розумовим віком дитини.

За будь-якої організації навчального середовища, тобто середовища, в якому відбувається навчальна діяльність дитини, використання в ньому програмно-апаратних засобів потребує формування в дитини специфічних структур діяльності, котрі «нав'язуються» цими засобами. Мова йде не про змістовне наповнення навчального курсу, що подається з використанням засобів НІТ, а про діяльнісну складову на рівні управління цим засобом.

Будь-яка операція з засобом НІТ пов'язана з прийняттям рішення про подальшу діяльність, тобто, як у нашому випадку, з плануванням дій, спрямованих на використання засобу НІТ, на підставі аналізу ситуації, що сформована низкою попередніх дій, та того представлення щодо результату наступних дій, яке виступає як поведінка, що спрямована на реалізацію мети як «образу майбутнього» в самому матеріалі діяльності дитини. У процесі використання в навчальній діяльності засобу НІТ ця діяльність багато в чому обумовлена специфікою апаратно-програмного комплексу, активне використання якого може здійснюватися тільки у діалоговому режимі. Тут важливим є питання про необхідну і достатню «глибину» аналізу дитиною низки попередніх дій, що привели навчальне середовище «дитина-комп'ютер» до того стану, який повинна аналізувати дитина, та визначення кількості «кроків», яку вона повинна «пройти» до реалізації «образу майбутнього» на екрані комп'ютера. Ці питання пов'язані, з одного боку, з цілепокладанням проектантів та організаторів навчального процесу, а з другого-з рівнем розумового розвитку дитини, тобто потребують комплексного психолого-педагогічного дослідження.