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

Проте інформування студентів як базова процедура навчального процесу все-таки потребує участі людини (викладача) і певною мірою не формалізується, як не формалізується і процес відтворення знань. Розвиток пакетів прикладних програм загального призначення дозволив дещо ширше розглядати можливості діалогу тих, кого навчають, із системою, що супроводжує машинний навчальний курс.

Інші процедури навчального процесу (консультація, контроль тощо), які за логікою застосування підпорядковані базовій навчальній процедурі - інформуванню, можуть бути формалізовані більшою мірою.

Підсумовуючи викладені міркування, можна констатувати, що успішність впровадження обчислювальної техніки з метою безпосередньої реалізації навчальних процедур передусім пов'язана з рівнем та якістю інформаційно-методичного забезпечення.

Контроль знань є складовою частиною практично всіх видів і форм занять, а його результати використовують як основу для корекції роботи тих, кого навчають, а також для зміни методики викладання і змісту навчальних курсів, оптимізації структури навчальних процедур. Тому, автоматизуючи контрольні процедури, необхідно не тільки намагатися позбутися недоліків, які має традиційний контроль знань (тривалість процесу, локальність результату, суб'єктивність при оцінці знань тощо), але й докласти зусиль щодо побудови умов, за яких можливі реалізація в ході машинного навчання творчих операцій викладача, розширення можливостей діагностики знань великих груп тих, кого навчають, зменшення часу контролю із збереженням чи навіть розширенням його обсягу і підвищенням точності результатів.

Виключне значення для машинного навчання має консультація, тому що на цю процедуру покладається завдання не тільки корекції неправильно засвоєних знань, але й побудова інформаційних повідомлень, які є реакцією на запити студентів до системи. Розвиток машинного навчання пов'язаний з ростом можливостей системи, інтерпретації базового інформаційно-методичного забезпечення, що потребує, на наш погляд, розробки засобів, які автоматизують процес формування пояснень і консультативних повідомлень. Таким чином, у режимі машинної консультації на автоматизовану навчальну систему покладено функцію генерації повідомлень інформації. Процедуру консультації можна розглянути як базову функцію навчальної довідкової системи, яку дозволяється використовувати як самостійний компонент машинного навчального середовища, значення якого для навчальної роботи постійно зростає. Дійсно, саме довідники з різних напрямків знань, що містять у стислому вигляді основні поняття, їх характеристики й особливості об'єктів спостереження завжди користуються попитом, бо вони є одним з найважливіших засобів для забезпечення постійної творчої діяльності, а щодо навчального процесу - необхідні, перш за все, в курсовому та дипломному проектуванні.

Найбільш ефективно консультація може бути реалізована на розширеній базі навчальної інформації за рахунок розподілу навчального курсу на дози чи структурування його якимось іншим чином, також побудови моделі відношень між поняттями курсу й апарату утворення посилань на фрагменти базового навчального посібника.

Перейдемо до розгляду і обговорення конкретних форм організації навчання і спробуємо оцінити роль ЕОМ в кожному з них.

Найбільш стійкою формою організації навчання, що виправдала себе з точки зору ефективності і економічності в застосуванні до масового навчання, є лекція. В основі лекційного навчання лежить спосіб передачі знань у готовому вигляді чи так званий інформаційно-рецептивний метод, згідно з яким викладач проводить попередній відбір інформації, організовує її сприйняття, демонструє зразки діяльності із застосування отриманих знань на практиці.

Об'єднання аудиторної лекції з лабораторним експериментом дозволяє значно підвищити ефективність навчання, органічно сумістити теорію з практикою, а машинна графіка дозволяє студентам наочно «побачити» абстрактне явище і тим самим швидко виробити інтуїтивне уявлення про нього. На звичайній лекції студенти ведуть себе в більшості пасивно. В результаті студенти практично не вникають у матеріал, що вивчається, до того часу, поки не приступають до виконання домашнього завдання. Тим самим роль лекції знецінюється. Викладач же, який має наділену засобами машинної графіки АНС, може вводити новий матеріал, пояснюючи його за допомогою серії мультиплікаційних зображень, після він може запропонувати кожному із студентів самостійно попрацювати з одним і тим же «інтерактивним фільмом». В розвинутих АНС з машинною графікою користувачі можуть вирішувати, які ілюстративні матеріали з даної теми показати, керувати швидкістю кадрів мультиплікаційного фільму, створюючи різноманітні відеоефекти - накладання зображень, стоп-кадр, зворотня зйомка тощо. Можливість

спостерігати багаточисленні динамічні зображення складних процесів становить значний інтерес не тільки для студентів, але й для викладачів.

Доповнені комп'ютерною мультиплікацією, подібні демонстрації повинні суттєво скоротити затрати часу в роботі лектора на громіздкі малюнки і пояснення, покращити розуміння фізичних принципів роботи технічних пристроїв студентами за рахунок покращення наочності матеріалу, що викладається. По-друге, дуже важливим застосування комп'ютерних демонстрацій є ілюстрація ключових для розуміння логіки розвитку фізики експериментів, натурна постановка яких в рамках лекції неможлива.

Моделювання на ЕОМ фізичних процесів, що недоступні для масового спостереження, робить їх наочними і дає можливість демонструвати широкій аудиторії. [26]

Застосування класу ПЕОМ, дозволяє в аудиторії розв'язувати фізичні задачі, які практично неможливо запропонувати студентам в межах звичайних практичних занять (наприклад, задачі, що потребують великої кількості складних розрахунків, або задачі, які не мають аналітичного розв'язку і потребують для розв'язання застосування числових методів).

Комп'ютерні роботи, що не так давно офіційно увійшли до програми курсу фізики, демонструють хороші можливості для створення проблемних ситуацій на практичних заняттях.

Використання ЕОМ на практичних заняттях з фізики поряд з традиційними методиками може дати певні наслідки і буде ефективним з точки зору дидактики.

Розв'язавши задачу, студент набирає за допомогою клавіатури відповідь, перевіряє її на екрані дисплея і, переконавшись, що помилок немає, відправляє її в оперативну пам'ять ЕОМ, яка аналізує відповідь. Якщо задача розв'язана вірно, то студенту видається чергове контрольне завдання або чергова доза навчального матеріалу.

У випадку, якщо у відповіді виявлена помилка, то ЕОМ видає студентові (учневі) на екран пояснення: яка допущена помилка і що потрібно зробити. Цей процес повторюється до того часу, поки студент самостійно не закінчить розв'язок контрольного завдання. Студент може запросити допомогу у ЕОМ або у викладача. Всі дії студента (учня) (кількість зроблених спроб розв'язку, затрачений час тощо) фіксується ЕОМ. Всі статистичні дані про хід навчання передаються викладачеві.

Застосування персональних комп'ютерів у навчальному процесі дозволяє:

1) інтенсифікувати процес навчання і підвищити його ефективність за рахунок можливості опрацювання великого об'єму навчальної інформації;

2) розвивати пізнавальну активність, самостійність, підвищувати інтерес до дисципліни, яка вивчається;

3) встановлювати зворотній зв'язок, необхідний для керування навчальним процесом, систематично контролювати знання і вміння та підвищувати якість перевірки знань;

4) удосконалювати форми і методи організації самостійної роботи студентів;

5) індивідуалізувати процес навчання у масовій аудиторії зі збереженням цілісності, що дозволяє враховувати індивідуальні особливості студента, розвивати їх здібності;

6) здійснювати принцип алгоритмізації навчальної діяльності.

Крім того, застосування ЕОМ у навчальному процесі є не тільки як засіб навчання, але і як предмет вивчення. Засвоюючи за допомогою ЕОМ певний навчальний курс, студент одночасно оволодіває навичками роботи з електронно-обчислювальною технікою, яка відіграє все зростаючу роль у всіх сферах народного господарства [28]. Проте це не значить, що всі завдання удосконалення навчального процесу можна вирішити за допомогою ЕОМ. Основним критерієм тут повинен бути принцип педагогічної доцільності. Форми і методи навчання, які стимулюють пізнавальну активність студентів, повинні вибиратися залежно від конкретного змісту навчального матеріалу і від конкретної дидактичної мети, що ставиться і може бути найбільш ефективно досягнута за допомогою саме таких форм і методів.

Педагогічні задачі комп'ютерізації семінарських занять з методики фізики можна класифікувати, відзначає Гуревич Ю.Л. [27], за трьома основними напрямками:

- формування операційного стилю мислення у всіх студентів;

- підвищення ефективності навчального процесу при вивченні методики викладання фізики із застосуванням ЕОМ;

суттєва активізація розумової діяльності студентів за допомогою програм, що оперативно збирають інформацію з робочих студентських місць і аналізують її.

Важливо не забувати, що незалежно від насичення комп'ютерами кабінету методики і техніки фізичного експерименту, все ж основною ланкою на семінарському занятті, яка регулює взаємодію в системі «Студент - ЕОМ», залишається викладач, який володіє методологією і методикою навчального процесу в умовах широкого застосування ЕОМ і загальної комп'ютерної грамотності.

У даному розділі найбільш повна відповідність специфіці ЕОМ має місце у випадках тренування і контролю, що, як правило, є окремими елементами методичної підструктури практичного, лекційного чи семінарського заняття, але час від часу кожному з них (або обом одночасно) присвячуються повні заняття тренувально-контролюючого типу. Ці заняття можуть бути як аудиторними, так і позааудиторними, виконуваними в рамках самостійної роботи.

В застосуванні до автоматизованого навчання поняття «самостійна робота» може практикуватися скоріше як режим чи як компонент дидактичних умов навчання.

В процесі передлабораторного заняття студенти попередньо моделюють лабораторні умови: «збирають» апаратуру, знімають покази приладів, проводять обчислення і інтерпретують результати. На постлабораторних заняттях частина часу витрачається студентами на введення результатів (отриманих в лабораторіях) в ЕОМ для перевірки їх достовірності, а час, що залишився, використовується для обговорення специфічних індивідуальних проблем з викладачем. Заняття, які розширюють рамки лабораторних, присвячуються моделюванню експериментів, які вже виконувались в лабораторних умовах, якщо їх важко повторити з причини тривалості в часі, а також складного чи дорогого обладнання.

Останній тип занять - заняття в режимі «тренажер» - дозволяють відтворювати реальну обстановку, що виникла, наприклад, в кабіні пілота, в космічному кораблі тощо. Цей режим вимагає використання особливих терміналів, які імітують специфічне обладнання. Крім того, заняття в цьому режимі багато в чому перегукуються з лабораторними і тому спеціальний розгляд їх не доцільний.

Закінчуючи розгляд різних форм заняття, потрібно зауважити щодо неповноти їх представлення. Зокрема, ми спеціально не надавали уваги екскурсіям, конференціям, заняттям-дискусіям і багатьом іншим організаційним формам, що входять до навчального процесу. Будь-яка з цих форм потенційно може бути автоматизована. Однак їх автоматизація не завжди доречна. Краще зберегти ці форми як колективні для активізації навчального процесу. Тому їх аналіз не такий важливий в рамках даного дослідження.

Геометрична оптика - граничний випадки хвильової оптики. Підставою для такого твердження є те, що в процесі розвитку класичної електродинаміки було показано, що формули геометричної оптики можуть бути отримані з рівнянь Максвелла, як граничний випадок, що відповідає переходу до зникаюче малої довжини хвилі. Геометрична оптика вивчає закони поширення оптичного випромінювання на основі подання про світлові промені. А світловий промінь - це лінія, уздовж якого поширюється світлова енергія, світловий промінь перпендикулярний фронту світлової хвилі. Користуватися поняттям променя можна лише в тих випадках, коли не треба враховувати дифракційних явищ, тобто коли довжина світлової хвилі ?, багато менше розмірів перешкод, різних неоднорідностей на шляху поширення світла.



Мал. 2.2.1.

Якщо в базовому курсі фізики явища відбиванняя й заломлення світла розглядали тільки як експериментальний факт.

То в старших класах цього ж явища розглядають як прояв хвильових властивостей світла при взаємодії з речовиною. Теоретичний висновок законів відбивання й заломлення світла здійснюють із залученням принципу Гюйгенса на підставі вихідного положення: світло - електромагнітна хвиля.

Мал. 2.2.2.

Це в більш наглядному вигляді можна продемонструвати за допомогою компютерних програм.

Принцип Гюйгенса вводять саме в цьому місці курсу як правило, що дозволяє, виходячи з положення хвильового фронту в який-небудь момент часу, знайти положення хвильового фронту для найближчого моменту часу (мал. 2.2.1.). Необхідність залучення цього додаткового принципу обумовлена недостатньою математичною підготовкою учнів. Але за допомогою комп'ютера цей процес можна спростити і прискорити.

У навчальній і методичній літературі звичайно приводять доказу законів відбиття й переломлення світла, що майже цілком відтворюють докази самого X. Гюйгенса. З розгляду трикутників АCВ і ADВ (мал. 2.2.2.) знаходять співвідношення між кутами (закон відбивання). З розгляду трикутників АDВ і АСВ (мал. 2.2.3.) визначають співвідношення між кутами ? і ? (закон заломлення).

Мал. 2.2.3.

Дійсно, ВР = ?₁? = AВ Sin ? = ?₂? = А В Sin ?

(де ?₁ - швидкість світла в першому середовищі, ?₂ - швидкість світла в другому середовищі), звідки

Якщо позначити відношення через п _2.1, то одержують закон заломлення в звичайній формі

Величина п _2.1 (постійна для даних двох середовищ) не залежить від кутів ? і ?; її називають відносним показником заломлення другого середовища відносно першого.

Важливо показати, що, користуючись принципом Гюйгенса, ми не тільки знаходимо закон заломлення, який можна перевірити експериментально, але й одержуємо можливість пояснити фізичний зміст показника заломлення п: показник заломлення дорівнює відношенню швидкості світлової хвилі в першому середовищі до швидкості її в другому середовищі. А також показати приклади, які б довели важливість введених понять.

Після розгляду законів відбивання й заломлення світла вивчають явище повного відбивання світла (мал. 2.2.4.). Учні повинні засвоїти, що повне відбивання спостерігають при переході світла з оптично більш щільного середовища в оптично менш щільне (візьмемо для простоти випадок переходу світла зі скла в повітря), наглядніше це продемонструвати за допомогою ЕОМ. Для цього випадку граничний кут повного відбивання ?₀ визначають із формули

де п - показник заломленняскла щодо повітря. При вивченні повного відбивання світла цікаво й важливо розглянути його технічні застосування - волоконну оптику, світловоди й т. п.

Доцільно вирішувати завдання, за допомогою яких насамперед заглиблюється поняття про фізичну сутність показника заломлення, а також закон заломлення світла.

Можливо тут виконання фронтальної лабораторної роботи з вимірювання показника



Мал. 2.2.4. заломлення скла й додатково цікаві спостереження й досліди, виконані за допомогою комп'ютера.

2.3 Організація та проведення педагогічного експерименту (Методика викладання геометричної оптики за допомогою комп'ютерного моделювання)

Педагогічний експеримент полягає у планомірній зміні умов педагогічного процесу і реєстрації відповідних наслідків. Умову, яку експериментатор спеціально і планомірно змінює, щоб оцінити її вплив на той чи інший аспект педагогічного процесу, називають незалежною змінною. Аспект педагогічного процесу, який змінюється у відповідь на зміну незалежної змінної, називається залежною змінною. Якщо, наприклад, експериментальне перевіряється ефективність нового методу навчання, то сам цей метод є незалежною змінною, а якість знань учнів - залежною.

Експеримент - це контрольоване педагогічне спостереження, з тією різницею, що експериментатор спостерігає наслідки змін, які сам цілеспрямовано викликає у педагогічному процесі. Ще однією особливістю експерименту є тісний зв'язок з теорією він не тільки спрямовується певною теоретичною гіпотезою, але саме його проведення стає можливим лише тоді, коли дослідник має попередні уявлення про природу процесу, який вивчається, про чинники, що його детермінують. Педагогічний експеримент вимагає обґрунтування робочої гіпотези, складання детального плану її перевірки, точної фіксації результатів, ретельного аналізу отриманих даних, формулювання остаточних висновків.

Ефективність застосування ЕОМ в експериментально-дослідницькій роботі зумовлюється тим, що вони забезпечують: велику точність результатів та їх достовірність, оскільки програмні засоби дають можливість застосовувати методи, які знижують нагромадження похибок при округленні й обчисленні проміжних величин; скорочення кількості складних, дорогих і унікальних приладів; підвищення якості й інформативності дослідження за рахунок ретельнішої обробки даних; збільшення кількості об'єктів, що контролюються, та підвищення емоційного впливу; скорочення циклів дослідження на основі прискорення підготовки і проведення експерименту, оперативного використання результатів аналізу, зменшення часу обробки та систематизації даних.

Комп'ютеризація експерименту розширює обізнаність учнів з досліджуваним фізичним явищем, формує навички і надає їм упевненості у використанні сучасних експериментальних методів, ознайомлює з передовими способами пізнання, видами контролю за технологічними процесами на виробництві, дає змогу по-новому підійти до методики постановки шкільного фізичного експерименту.

Підвищення ефективності і якості навчання фізики тісно пов'язане з удосконаленням існуючих і пошуком нових методів та засобів навчання, що забезпечували б високий рівень її вивчення.

Використання ЕОМ особливо ефективне під час вивчення питань квантової фізики, оскільки вчитель за їх допомогою може звертатися до тих аспектів, які раніше були недоступні учням через складність, недостатню наочність, громіздкість математичного апарату, обмеженість проведення шкільного фізичного експерименту тощо [14]. З метою усунення недоліків, що мають місце під час вивчення розділу «Геометричної оптики», в дипломній роботі розроблені навчальні комп'ютерні моделі (НКМ): «Відбивання і заломлення світла»,» Дзеркала», «Тонка лінза», «Система двох лінз»,» Око як оптичний інструмент», «Мікроскоп», «Зорова труба Кеплера», їх використання, на мою думку, дає змогу вчителю зробити матеріал більш наочним, організувати самостійну роботу учнів на уроці, активізувати їхню розумову діяльність.

Перевагою цих моделей є те, що вони написані для графічного середовища Windows. Тому в процесі використання, можна швидко засвоїти правила керування програмою, сконцентруватися на явищі або процесі що розглядається, якомога менше думати про способи спілкування з ЕОМ.

Насамперед, надзвичайно зручно використовувати комп'ютерні моделі в демонстраційному варіанті при поясненні нового матеріалу або при рішенні задач. Погодьтеся, що набагато простіше і наочніше показати, як промінь рухається на границі повітря-середовище и середовище-повітря, використовуючи модель «Відбивання і заломлення світла.» (Модель 1, в додатках ком пакт-диск), ніж пояснювати це за допомогою дошки, крейди та не завжди справних приладів, чи наявності потрібних умов для демонстрації.

Модель 1. Відбивання і заломлення світла.

В геометричній оптиці закони відбивання і заломлення світла на границі розділу двох прозорих середовищ формулюється на основі поняття світлових променів. Комп'ютерна модель дозволяє вивчати закони відбивання і заломлення світла на границі повітря-середовище и середовище-повітря. При цьому показник заломлення n середовища може змінюватись від 1 до 2. Модель являється комп'ютерним варіантом приладу для вивчення законів відбивання і заломлення світла.

Промінь світла направляється на плоску границю двох середовищ або зі сторони повітря, або зі сторони досліджуваного середовища. В обох випадках кут падіння можна змінювати в межах від 0 до 90°. На екрані дисплея висвічується відбитий і заломлений промені, напрямок яких можна визначити по круговій градусній шкалі.

Зверніть увагу, що при падінні світла на границю розділу зі сторони середовища (n > 1) під кутом, перевищуючим деяке значення ?₀, заломлений промінь відсутній. Це явище називається повним внутрішнім відбиванням, а кут ?₀ - граничним кутом повного внутрішнього відбивання (?₀ = ?_пр). При падінні світла на цю же границю зі сторони повітря заломлений промінь не може відклонитися від перпендикуляра до границі розділу на кут, перевищуючий ?₀.

Зображення предмета в плоскому дзеркалі (Модель 2. Плоске дзеркало) формується за рахунок променів, відбитих від дзеркальної поверхні. Предмет і його уявне зображення розташовуються симетрично щодо дзеркала, розмір зображення дорівнює розмірові предмета.

Комп'ютерна модель ілюструє хід променів у плоскому дзеркалі. Зверніть увагу, що якщо предмет розташовується перпендикулярно до дзеркала, то його уявне зображення виявляється перевернутим. Якби предмет розташовувався паралельно дзеркальної поверхні, то його уявне зображення виявилося би прямим.

Модель дозволяє змінювати положення предмета щодо дзеркала або за допомогою миші.



Модель 2. Плоске дзеркало

Модель 3. Сферичне дзеркало

Комп'ютерна модель 3 (Сферичне дзеркало) ілюструє хід променів при відображенні від ввігнутого і опуклого сферичних дзеркал і утворення зображень (прямих і перевернених, дійсних і уявних). Можна змінювати оптичну силу дзеркала F-¹ і відстань d від предмета до дзеркала. На екрані за допомогою стандартних променів будується зображення предмета, і висвічуються значення відстані f від дзеркала до зображення і лінійного збільшення ? = - (f / d). Для прямих зображень ? > 0, для перевернених ? < 0.

Положення предмета щодо дзеркала, а також розташування на екрані всієї системи - предмета, його зображення і дзеркала - можна змінювати за допомогою миші.

Комп'ютерна модель 4 (Тонка лінза.) дозволяє створювати на екрані тонкі лінзи, що збирають і розсіюють з різною оптичною силою. Модель будує зображення за допомогою пари стандартних променів і визначає положення зображення і його характер, а також лінійне збільшення. Положення предмета щодо лінзи можна змінювати за допомогою миші. Установивши курсор на оптичний центр лінзи, і кликнувши мишею, можна переміщати по екрані всю систему в цілому: предмет, його зображення і саму лінзу.

Модель 4. Тонка лінза

Комп'ютерна модель 5 (Система двох лінз.) призначена для вивчення системи з двох лінз. Можна змінювати положення обох лінз щодо предмета за допомогою миші. У широких межах можна змінювати оптичні сили (F-¹) обох лінз. Комп'ютер обчислює положення першого і другого зображень і визначає лінійні збільшення системи з двох лінз і кожної лінзи окремо. Точковий предмет розташовується на загальній оптичній осі лінз. На дисплеї висвічується хід двох довільних променів від предмета, що випробують заломлення в обох лінзах.

Модель 5. Система двох лінз

Комп'ютерна модель 6 (Око як оптичний інструмент.), призначена для вивчення роботи ока як оптичного приладу. Моделюється хід променів в очній оптиці і визначається положення зображення об'єкта щодо сітківки для трьох різних типів очей - нормального, короткозорого і далекозорого. Кожний з цих трьох типів очей володіє своєю далекою точкою акомодації (при розслабленому очному м'язі) і відстанню найкращого зору, при якому око може тривалий час розглядати дрібні деталі предмета без надмірної напруги. У нормального ока відстань найкращого зору приймається рівним 25 см. При сильній напрузі очного м'яза око може акомодуватися на свою ближню точку акомодації. Око здатне автоматично перебудовувати акомодацію на предмети, розташовані між ближньою і далекою точками акомодації. Комп'ютерна програма дозволяє змоделювати роботу ока в трьох режимах: око акомодоване на відстань найкращого зору (нормальна акомодація), око акомодоване на далеку точку акомодації і режим автоматичної акомодації ока.

Моделюється також дія окулярних лінз при акомодації ока на далеку точку або на відстань найкращого зору.

Зверніть увагу, що оптична сила окулярів, призначених для розглядання вилучених предметів, може не збігатися з оптичною силою окулярів, призначених для читання дрібного тексту.

Положення предмета щодо ока можна змінювати або за допомогою миші.

Модель 6. Око як оптичний інструмент



Модель 7. Мікроскоп

В комп'ютерній моделі мікроскопа можна змінювати фокусні відстані F₁ і F₂ об'єктива і окуляра. Відстань ? між ними вибрана рівна 16 см (стандартна довжина тубуса мікроскопів). На екрані дисплея висвічується хід променів в мікроскопі і вказується лінійне збільшення. Зверніть увагу, що в комп'ютерній моделі умова F₁, F₂ << ? не виконується.

Комп'ютерна програма 8, моделює роботу підзорної труби Кеплера, яка складається з двох збиральних лінз. Підзорна труба Кеплера призначена для астрономічних спостережень, так як вона дає перевернуте зображення, що незручно для земних спостережень. Програма, що око спостерігача акомодований на безмежність. То в трубі реалізується телескопічний хід променів - паралельний пучок променів від віддаленого предмета, що входить в об'єктив під кутом ?, виходить з окуляра також паралельним пучком, але під іншим кутом ? по відношенню до оптичної вісі. Відношення кутів ? = ? / ? називається кутовим збільшенням підзорної труби. Кутове збільшення труби можна виразити через фокусну відстань об'єктива F₁ і окуляра F₂:

	? = - F1 / F2.

Від'ємні значення ? показують на перевернутий характер зображення.

Можна виміряти фокусні відстані F₁ і F₂ об'єктива і окуляра, а також кут ? нахилу що входить в об'єктив пучка променів. На екрані дисплея висвічуються значення кута ? і кутового збільшення ?.

Модель 8. Зорова труба Кеплера

Звичайно, такі демонстрації будуть мати успіх, якщо вчитель працює з невеликою групою учнів, яких можна розсадити поблизу монітора комп'ютера або, якщо в кабінеті мається проекційна техніка, що дозволяє відобразити екран комп'ютера на стінний екран великого розміру. У противному випадку вчитель може запропонувати учнем самостійно попрацювати з моделями в комп'ютерному класі або в домашніх умовах, що іноді буває більш реально. Слід зазначити, що при індивідуальній роботі учні з великим інтересом повозяться з запропонованими моделями, пробують усі регулювання, як правило, не особливо вникаючи у фізичний зміст демонстрації на екрані. Як показує практичний досвід, звичайному школяреві конкретна модель може бути цікава в плині 3 -5 хвилин, а потім неминуче виникає питання: А що робити далі? Опитування, що проводив автор після такої самостійної роботи, показали, що навчальний ефект незначний, тому що діти при такій роботі мало що розуміють.

Що ж потрібно зробити, щоб урок у комп'ютерному класі був не тільки цікавий за формою, але і дав максимальний навчальний ефект?

Учителеві необхідно заздалегідь підготувати план роботи з обраної для вивчення комп'ютерною моделлю, сформулювати питання і задачі, погоджені з функціональними можливостями моделі, також бажано попередити учнів, що їм наприкінці уроку буде необхідно відповісти на питання або написати невеликий звіт про пророблену роботу. Ідеальним є варіант, при якому вчитель на початку уроку роздає учнем індивідуальні завдання в роздрукованому вигляді.

Висновки

Аналіз показує, що комп'ютеризація уроків фізики виразилася в такому.

1. Світоглядна спрямованість здійснена за допомогою:

а) чіткішого викладу в тексті та відображення в ілюстраціях діалектико-матеріалістичних поглядів на природу;

б) безпосереднього включення в нього додаткової інформації;

в) систематичного залучення фактів, цифр;

г) введення узагальнюючих розділів, тем, питань світоглядного характеру.

2. Науковий рівень підвищений за рахунок:

а) збільшення обсягу загальних і часткових висновків;

б) введення нових наукових понять і строгіших їх означень, формулювань закономірностей, принципів;

в) розширення в тексті пояснень за рахунок описів;

г) значної уваги до методів науки як у тексті, так і в ілюстраціях, завданнях для учнів;

д) збільшення кількості завдань на встановлення фізичних зв'язків, порівняння й узагальнення.

3. Активізація пізнавальної діяльності учнів здійснюється за допомогою:

а) системи завдань теоретичного і практичного характеру, які ускладнюються;

б) збільшення кількості нестандартних завдань для самостійної роботи учнів;

в) збільшення кількості ілюстрацій, їх розмаїтості за змістом і видами;

г) включення словників термінів і додатків;

Слід підкреслити, що всі три напрями, за якими вдосконалювалася фізика, тісно взаємозалежні.

Так, посилення світоглядної спрямованості змісту одночасно підвищує науковий рівень. Вплив на світогляд школярів не може бути забезпечений без науково обґрунтованої системи завдань, які активізують інтелектуальні, емоційні, практичні напрямки навчальної діяльності. Проте слід врахувати, що навчальну діяльність учнів активізує лише та система завдань, яка охоплює всі етапи пізнання (спостереження, аналіз зібраних фактів, побудова гіпотез, їх перевірка і переведення в теорію, усвідомлення форм і прийомів мислення), тобто система, створена на чітких науково-методичних принципах.

1. Впровадження комп'ютеризації навчання в процес навчання фізики має сприяти оновленню змісту фізичної освіти, залучення педагогів до розроблення варіативних навчальних підручників, пошуку програм, створенню різнорівневих методів і прийомів навчання.

2. Аналіз методологічної, психолого-педагогічної, методичної літератури дозволив визначити, що позитивний ефект в процесі впровадження дистанційного навчання фізики досягається за умов:

* поваги до учня як до особистості;

* врахування емоційного впливу навчального матеріалу на особистість учня;

* такої організації навчального процесу, за якої учневі надається можливість вибрати форму виконання завдань, спосіб навчальної роботи, а обдарованим учням ще й обсяг матеріалу;

* такої оцінки учня, що випливає з суб'єктної діяльності, на що й спрямовано нині весь навчальний процес.

3. З'ясовано мотиви впровадження комп'ютеризації освіти в процес навчання фізики:

- комп'ютер значно розширив можливості подання навчальної інформації;

- комп'ютер дозволяє підсилити мотивацію навчання;

- комп'ютер активно зацікавлює в навчальний процес;

- набагато розширяються застосовуваних навчальних задач;

- комп'ютер дозволяє якісно змінити контроль за діяльністю учнів;

- комп'ютер сприяє формуванню в учнів рефлексії своєї діяльності

4. Розглянуто і висвітлено науково-методичні та психолого-педагогічні основи дистанційного навчання як засобу підвищення інтересу до вивчення фізики зокрема та організації системи самостійної роботи при вивченні фахових дисциплін.

5 Запропоновано навчальний посібник в електронному вигляді по темі «Геометрична оптика».

Переваги розробленого електронного навчального посібника:

стійкість роботи програми при неправильних або випадкових натисканнях клавіш;

забезпечення захисту від несанкціонованого введення даних (значень, що виходять за зазначені межі або свідомо невірних);

забезпечення свідомості й активності дій користувача при роботі з програмами;

програма за допомогою діалогу повинна ініціювати діяльність користувача (учня) відповідно до зазначеного в супровідній документації методичними цілями і визначеннями;

відповідність тематики програми навчальним програмам шкільних предметів.

* забезпечення доступності навчання (вимога відповідності пропонованого навчального матеріалу раніше придбаним знанням, умінням, навичкам).

Література

1. Андреев В.И. Эвристическое программирование учебно-исследовательской деятельности: Метод. пособие. - М.: Высшая школа, 1981. с. 167-182;

2. Машбиц Е.И. Психолого-педагогические проблемы компьютеризации обучения. М.: Педагогика. - 1988. - 191 с.;

3. Ю. Дорошенко, «Педагогічні програмні засоби»., - Фізика та астрономія в школі, - 1997 р., №7;

4. М. Корнієнко, «ІТ в освіті»., - Фізика та астрономія в школі, - 1999 р., №3;

5. О. Желюк, «Засоби НІТ у навчальному фізичному експерименті», - Фізика, - 2001 р., №9;

6. І. Заводський, «Інформаційні освітні технології»

7. О. Сергєєв, Н. Сосницька - «Шкільні підручники з фізики для основної школи: досягнення, проблеми, перспективи розвитку»;

8. Ю. Жук., «Можливості нової технології»., Освіта, - №10, 2003 р.

9. М. Палтішев., «Психолого-педагогічні основи навчання фізики»., Освіта, - №6, 2002 р.;

10. І.Р. Крилов, «Методическое пособие по курсу оптики», - М.1993 р., с. 53-86;

11. Коршак Е.В., Миргородський Б.Ю. Методика і техніка шкільного експерименту. Практикум: Київ: Вища школа. 1981. - 280 с.

12. Гончаренко С.У. Методика навчання фізики в середній школі. - К. Радянська школа, 1974. - с. 95-114.

13. Викладання фізики в школі. За ред. Коршака Є. В. - К. Радянська школа, 1986. - с. 68 - 84.

14. Савченко В.Ф., Коршак Е.В., Ляшенко О.І. Уроки фізики у 7-8 класах. - Київ: Перун. - 2002. - 320 с.

15. Буров В.А. Демонстрационный эксперимент по физике в средней школе. - М.: Просвещение. - 1979. - 147-179 с.

16. О.М. Желюк., «Компютерна техніка в навчальному курсі фізики»., Метод. рекомендації., - Рівне, РДПУ, 1994 р.;

17. В. Савченко, «Деякі міркування, щодо повного відбивання світла», - Освіта., 2000 р. №5;

18. «Комп'ютер - інформаційні і комунікативні технології у навчальному процесі середніх та вищих шкіл» // Міжнародна наукова конференція, - Освіта, - №34 - 2003 р.;

19. А. Сільвейстр «Актуалізація пізнавальної діяльності учнів на уроках з застосуванням НІТН»;

20. Александров Г.Н. Программированное обучение и новые информационные технологии обучения // Информатика и образование. -1993. - №5. - с. 7-19.

21. Шевандрин Н.И. Психодиагностика, коррекция и развитие личности. М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС. - 1998. - 512 с.

22. Пидкасистый И.П. Самостоятельная познавательная деятельность школьников в обучении. М.: Педагогика. - 1980 - 240 с.

23. Лемберг Р.Г. О самостоятельной работе учащихся. // Советская педагогика. - 1962. - №2.

24. Буров В.А. Демонстрационный эксперимент по физике в средней школе. - М.: Просвещение. - 1979.-179с

25. Викладання фізики в школі. За ред. Коршака Є. В. - К.: Радянська школа, 1986. - с. 168 - 184.

26. Машбиц Е.И. Психолого-педагогические проблемы компьютеризации обучения. М.: Педагогика. - 1988. - 191 с.

27. Миргородський Б.Ю., Шабель В.К. Демонстраційний експеримент з фізики: Механіка. К.: Радянська школа. - 1980. - 144 с.

28. Сумський В.І. ЕОМ при вивченні фізики: Навч. Посібник / За ред. М.І. Шута. - К.:ІЗМН. - 1997. - 184 с.

29. Левина И.И. Опытно-экспериментальная разработка методики самостоятельной работы учащихся на уроке при изучении педагогических дисциплин (в индустриально-педагогических техникумах профессионально-технического образования): Автореф. дис. канд. пед. наук. - М. - 1971.

30. Коршак Е.В., Миргородський Б.Ю. Методика і техніка шкільного експерименту. Практикум: Київ: Вища школа. - 1981. - 280 с.