Введение 3
Глава 1. Модель и моделирование в обучении физики 7
1.1 Модели в физике и их дидактические функции 7
1.2 Классификация моделей 9
1.3 Описание программного обеспечения 12
Глава 2. Моделирование оптических явлений для урока физики 22
2.1 Моделирование природных процессов и систем на уроках физики 22
2.2 Этапы проектирования 27
2.3 Описание моделей и процесса их создания 28
2.4 Методические рекомендации по созданию виртуальной модели
«Дисперсия света» 31
2.5 Разработка уроков по оптике с использованием компьютерных
моделей 44
Заключение 56
Библиографический список
С процессом моделирования и различными моделями человек начинает
сталкиваться с самого раннего детства. Так, в детстве ребенок ещё не умея ходить, начинает играть с различными кубиками и игрушками. Его окружают различные игрушки: плюшевые, резиновые, металлические, различающиеся по размерам, форме, цвету, предназначению. При этом большинство игрушек повторяют (моделируют) свойства и форму существующих объектов и предметов. В этом смысле игрушки можно рассмотреть в качестве моделей соответствующих объектов.
Далее в школе всё обучение построено на использование моделей. Например в русском языке, для знакомства с основными конструкциями и правилами родного языка используются различные структурные схемы и таблицы, которые можно считать моделями. На других уроках пользуются плакатами, схемами, а также макеты изучаемых реальных объектов. Практически все любит рисовать или чертить во время этого мы на листе бумаги рисуем и создаём модели разных объектов, это можно выразить изобразительным языком или более формализованным языком чертежа. За всю свою жизнь человек постоянно сталкивается с моделями, а также сам создает новые.
Моделирование хорошо распространено в сфере образования, научных исследований, проектирования, а также в серийном производстве. В каждой области моделирование имеет свои особенности.
Термин «модель» постоянно используется для обозначения
• устройства, воспроизводящего строение или действие какого-либо другого устройства (уменьшенное, увеличенное или в натуральную величину);
• аналога (чертежа, графика, плана, схемы, описания) какого-либо явления, процесса или предмета.
Недостатком термина модель, является его многозначность. В словарях можно увидеть много разных вариантов этого термина, из которых в научной литературе наиболее распространены два:
• модель как аналог реального объекта;
• модель как образец будущего изделия.
У компьютерного моделирования есть одно важное свойство, которое стало неотъемлемой частью производственного процесса — возможность копировать настоящие физические параметры предмета и по этим параметрам строить виртуальную модель и хранятся в памяти компьютера до тех пор, пока они нужны.
Манипуляции с моделью позволят выявить различные характеристики, которые до какого-то времени не наблюдаются, и на основе этого делать прогнозирование о поведении предмета физического мира. Пример: конструирование сложных технических объектов, таких как танк, самолет, машина. Например, можно построить машину, затратить огромные средства и выявить конструкторские ошибки, несовместимые с его дальнейшей эксплуатацией, гораздо удобнее и дешевле промоделировать все на компьютере и снизить риск неожиданных отказов.
Также компьютером, возможно, воспользоваться так, чтобы присвоить объектам свойства, не существующие в реальной действительности. При прибавление реальных к нереальным свойствам (характеристики) объектов, существование объекта кажется вполне реальным. Например, хождение человека по воде невозможно, но на компьютере можно заставить модель человека пойти по воде, причем она будет обладать всеми реальными характеристиками: движение мускулов, освещение по реальным физическим законам и т. д. Мы понимаем, что такого не может быть в жизни.
Только компьютерной графике присуще смешивания реальных и
вымышленных свойств. Этими возможностями широко пользуются:
■ В кино и на телевидении. Там, где необходимо создать фантастику, претендующую на реальность;
■ Для создания "живых" (live) Web-страниц в сети Internet;
■ В дизайнерских и издательских фирмах;
■ В рекламной деятельности;
■ В промышленности для представления заказчику разработки, еще не существующей в реальности, но существующей в документации;
■ Для создания игровых персонажей.
Проведя ознакомительную работу с имеющимися программными продуктами, предназначенными для использования на уроках физики, а также изучив необходимую литературу, мы выделяем актуальность работы. Она заключается в наполнении школьного физического кабинета яркими, гибкими в методологическом плане виртуальными моделями созданных в современных компьютерных программах.
Цель работы: разработка уроков физики с применение виртуальных компьютерных моделей.
Объект - это физические модели и моделирование физических процессов.
Предметом исследования выступает проектирования уроков физики с использованием виртуальной модели.
Задачи:
1. Изучение методической и специальной литературы по проблеме выпускной квалификационной работы.
2. Анализ имеющихся программных продуктов, предназначенных для использования на уроках физики.
3. Выбор программных средств и создание анимированных моделей оптических явлений.
4. Разработка комплекта уроков использующих созданные модели.
Таким образом, в моей работе использовались методы: анализ
специальной и психолого-методической литературы, анализ школьного курса оптики и отбор явлений для их моделирования, изучение программных средств и конструирование с их помощью моделей, разработка проектов уроков с использованием моделей.
Структура работы:
Выпускная квалификационная работа состоит из введения, двух глав, заключения, библиографического списка. Во введении обоснована актуальность выбранной темы, представлен методологический аппарат. Первая глава посвящена исследованию анализу современного состояния проблем моделирования физических процессов в школе. Проведен выбор оптимальной среды моделирования, определены темы школьного курса физики, также отражены особенности проведения уроков с использованием моделей. Во второй главе рассмотрен процесс моделирования конкретных физических процессов и явлений из раздела «Оптика». Разработан комплект уроков, использующих виртуальные модели. Заключение содержит общие выводы по теме исследования. Приложения с интерактивными моделями размещены на электроном носители.
В ходе выполнения данной дипломной работы, нами было изучена методическая литература по теме исследования, большая их часть отражена в библиографическом списке.
Выявлены дидактические функции компьютерных моделей, определен их иллюстративный потенциал. Выбрана среда для моделирования. Нами проведен анализ некоторых из них: Maya, Softimage 3D и Light Wave 3D. Пакет 3D Studio MAX выделяется среди других рядом очевидных достоинств. Это наиболее популярный пакет, который наряду с полным набором инструментов и большими возможностями имеет интуитивно понятный интерфейс, который несмотря на наличие фантастического объема кнопок, переключателей и всего прочего оставляет пользователю шанс до конца разобраться в нем.
Разработаны виртуальные модели, и представлены фрагменты уроков по темам: «Дисперсия света»; «Скорость света»; «Фотоэффект», «Преломление света»; «Дифракция света». Представленные модели можно использовать:
• как средство показа полученных знаний (управление с моделью разрешает учащимся найти и понять информацию о свойствах объектов реального мира);
• средство наглядности для иллюстрации сущности эмпирических понятий, при анализе эмпирических закономерностей прохождений природных явлений, при рассказе сущности теоретического знания идеализированного объекта теории, теоретических понятий, принципы и постулаты, мысленных экспериментов и следствий теории;
• тренажер (помогает учащимся тренировать отдельные познавательные умения и формирования навыков).
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
