Особенности реализации реального эксперимента при обучении

Пермский институт (филиал) ГОУ ВПО «Российский государственный торгово-экономический университет» Парадигма современного образования ставит перед вузами задачу активного внедрения новых форм и интенсивных педагогических технологий обучения. B настоящее время не вызывает сомнения, что при обучении физике необходимо широкое применение реального эксперимента. В ходе него воспроизводится изучаемое физическое явление, исследуются сопутствующие условия и параметры, характеризующие данное явление, производятся необходимые измерения. В процессе реального эксперимента также происходит активное вмешательство в ход физического явления, что позволяет студенту понять и усвоить это явление (3).

Развитие персональных компьютеров на основе микропроцессорной техники привело к созданию информационного пространства с использованием высоких технологий, в основе которого лежит практически вся имеющаяся информация в мире. В связи с этим ведущими направлениями развития стали информационные технологии и высокие технологии, базирующиеся на получаемой информации, возможности работы с различными источниками информации, ее преобразовании и управлении. Именно поэтому в процессе подготовки студентов технологических специальностей большое внимание должно уделяться информационным технологиям, их физическим основам, применению их в реальном эксперименте, отражающем новейшие достижения науки и техники.

Возможности технических средств информационных технологий позволяют организовать реальный эксперимент в физике с использованием интерфейсных блоков, сопрягаемых с компьютерами; датчиков физических величин, управляемых реальными объектами; отображение на экранах мониторов различных объектов и их моделей, а также различных физических процессов; автоматизированный контроль с использованием обратной связи при исследовании физических процессов (1).

Проведенный анализ современных инновационных проектов по критерию соответствия уровню разработанности предлагаемых идей в педагогической науке позволяет сделать вывод, что реальный эксперимент нашел широкое применение не только при изучении студентами физики, но и других технических дисциплин. В ходе реального эксперимента воспроизводится не только изучаемое физическое явление, при этом исследуется его зависимость от параметров, характеризующих эти условия, производятся необходимые измерения. При проведении реального эксперимента студент активно участвует в физическом процессе и постигает eго сущность.

Подробный анализ средств информационных технологий обучения студентов физике показал, что наиболее перспективным является применение микропроцессорной техники как инструментального средства. Ввиду этого компьютерная техника может широко использо- ваться в реализации названного эксперимента при изучении физики и других естественных дисциплин (1; 2).

Учебный эксперимент, который может состоять из демонстрационного и лабораторного эксперимента, развивается в следующих направлениях (1):

• 1)    использование, а также частичная модернизация имеющегося оборудования при выполнении демонстрационного и лабораторного эксперимента;

• 2)    моделирование физических процессов с помощью компьютерных анимационных программ и мультимедийной техники;

• 3)    применение датчиков физических величин, интерфейсных блоков, сопрягаемых с компьютерами, для демонстрационного и лабораторного учебного эксперимента.

В первом случае используется имеющееся или усовершенствованное оборудование. Студенты исследуют физические явления, процессы с помощью реального эксперимента с применением имеющегося оборудования в физических лабораториях, чем и обусловлены два типа моделей: физические и математические. Анализ лабораторных работ по физике показал, что реальный эксперимент возможен в ходе лабораторного практикума при комплексном изучении процессов колебаний различных конструкций деталей, зафиксированных на голограмме. Голограмма, записанная на стеклянном или пленочном носителе, восстанавливается с помощью оптического газового лазера. Восстановленное изображение полностью соответствует физическому процессу реальной, колеблющейся детали, оно фиксируется цифровым фотоаппаратом. Полученное цифровое изображение вводится в компьютер, где осуществляется его обработка, при этом автоматически устанавливается тип колебаний детали, величины амплитуд во всех точках детали, рисуется распределение амплитуд колебаний на ее поверхности. При проведении комплексной лабораторной работы студенты изучают возможные типы колебаний реальной детали, процесс записи и восстановления голографического изображения, методы цифровой обработки голографического изображения с помощью компьютерной техники. Голограммы дают возможность студентам наблюдать записанную картину различных реальных колебаний исследуемого объекта. Выполнение такого уникального реального эксперимента позволяет повысить интенсивность изучения физических процессов, в частности колебания (2).

Реальный эксперимент не проводят в тех случаях, когда для его реализации требуется дорогостоящее оборудование; его проведение опасно для здоровья; велики время выполнения и трудоемкость; сложно произвести расчеты полученных экспериментальных данных; при решении задачи исследования нельзя применить современное оборудование.

К наиболее перспективной функции компьютерных анимационных программ можно отнести возможность моделирования физических процессов при проведении лабораторного практикума по физике. В данном случае применяются компьютерные анимационные программы, которые могут выступать в роли непосредственного физического процесса или существенно его дополнять.

Применение микропроцессорной техники позволило также производить исследования сложных систем со многими параметрами, сократить сроки проведения циклов измерения и проводить динамическое моделирование физических процессов.

Использование интерфейсных блоков, сопряженных с компьютером, датчиков физических величин позволяет реализовывать измерительно-вычислительные системы, обеспечивающие реальный физический эксперимент с конкретным исследованием объектов. Студент при этом полностью управляет и динамично влияет на ход эксперимента.

В настоящее время при изучении физики студентами широко применяется реальный эксперимент, который может выступать в качестве средства представления знаний, совершенствующего процесс преподавания, повышающего его эффективность и качество, а также для управления учебным демонстрационным оборудованием.