«Газовые законы. Закон Бойля-Мариотта»

Тема: Методика использования виртуального физического эксперимента на уроках физики
План:
Введение
I. Теоретическая часть
I.1. Экспериментальный метод в обучении физике в школе
I.2. Компьютерные технологии в учебном физическом эксперименте
I.3. Роль и место виртуального физического эксперимента в школьном курсе физики
II. Методический раздел
II.1. Методика разработки и проведения виртуальных физических экспериментов в старшей школе при изучении молекулярной физики и термодинамики
II.2. Тема урока: «Газовые законы. Закон Бойля-Мариотта»
Заключение
Литература


ВВЕДЕНИЕ

Виртуальные физические эксперименты – это относительно новое направление, как в научно-исследовательском, так и в образовательном процессе, обусловленное реализацией физических моделей средствами вычислительной техники.

Развитие физической науки и изучение физики неразрывно связаны с построением и изучением моделей различных физических систем. Изучать окружающий мир во всем его многообразии и невероятной сложности невозможно. Поэтому, вероятно, единственный научно-обоснованный подход к решению проблемы изучения окружающего мира, заключается в построении и исследовании некоторого упрощенного его эквивалента.
Все развитие физики – это процесс создания и исследования различных моделей. Усилия выдающихся ученых, начиная с древних греков, были направлены на создание тех или иных моделей как окружающего мира в целом, так и его фрагментов. Системы Птолемея, Коперника, Галилея, Ньютона, Эйнштейна и многих других выдающихся мыслителей, основывались на тех или иных моделях окружающего мира.
Некоторые модели оказывались очень плодотворными и широко использовались для объяснения большого круга вопросов, например, материальная точка, идеальный газ, абсолютно твердое тело, гармонический осциллятор и т.п.
Новый этап в применении моделей начался с появлением вычислительной техники. Компьютерные модели обладают повышенной эвристической способностью, позволяют получать результаты в результате выполнения виртуальных экспериментов. Для выполнения виртуального эксперимента требуется математическое, программноеобеспечение и мощная, высокопроизводительная вычислительная техника. Именно благодаря этому ведущим ядерным державам удалось прекратить натурные испытания ядерного оружия. Виртуальных экспериментов оказалось достаточно для изучения свойств новых типов ядерных зарядов. Тот факт, что некоторые страны продолжают натурные испытания говорит лишь о том, что эти страны не имеют ресурсов для выполнения виртуальных испытаний.
Быстрое развитие математической и технической базы виртуальных экспериментов привело к появлению вычислительной физики.
Это новое направление, наряду с теоретической и экспериментальной физикой, позволяющее более эффективно исследовать окружающий мир.
Другая область применения физических моделей – это область образования. Обучение физике – это изучение готовых моделей. На наивысшей ступени обучения – это построение собственных моделей учащимся. Учебное компьютерное моделирование физических процессов, реализованное в форме виртуальных физических экспериментов, играет все возрастающую роль в обучении физике.
Виртуальные эксперименты имеют много преимуществ перед натурными:
- легкость организации фронтальной лабораторной работы – для чего нужен только компьютерный класс;
- низкая стоимость виртуального эксперимента – все эксперименты выполняются на одних и тех же компьютерах. «Виртуальное оборудование» не изнашивается, не ломается, не требует обслуживания и ремонта;
- возможность многократных, итерационных исследований с изменением начальных условий, что позволяет решить сложную задачу методом имитационного моделирования;
- возможность виртуального экспериментирования во внеучебное время, самостоятельно, на домашнем компьютере.
В качестве недостатка виртуального эксперимента обычно указывают на весьма ограниченный характер взаимодействия учащегося с исследуемым объектом. Ясно, что реальный объект, реальные измерительные приборы значительно сложнее и богаче по своим свойствам по сравнению с виртуальными аналогами. Однако представляется, что это временный недостаток. По мере развития физической науки будут появляться все более сложные и точные модели физических процессов, объектов, явлений. Дальнейшее совершенствование
компьютерной техники позволит реализовать модели, требующие колоссальных вычислительных мощностей. Перспективные интерфейсные методы общения с компьютером уже начинают использовать тактильный канал связи в дополнение к зрительному и слуховому. Когда это удастся реализовать в достаточной мере, то отличить виртуальный эксперимент от натурного будет практически невозможно. Обонятельный и вкусовой каналы связи, в ближайшей перспективе, видимо не будут использованы, ввиду их весьма ограниченного применения в натурных экспериментах.
Таким образом, вполне вероятно, что недостатки виртуальных экспериментов будут преодолены в недалеком будущем и натурный эксперимент будет практически полностью вытеснен из образовательного процесса.