Диссертация на соискание ученой степени кандидата педагогических наук 04201164470

Лабораторная работа — одна из форм учебных занятий, практического обучения. Различают: 1) фронтальные лабораторные занятия, 2) физический практикум, 3) факультативный практикум по физике.
Для реализации межпредметных связей физики с информатикой кроме лабораторных работ, указанных в работе А.В.Усовой [132 , с.79], в этот пере­чень можно включить лабораторные работы с применением компьютера, ис­пользуемого в качестве источника информации. Применение компьютерной техники также позволяет моделировать реальные физические процессы, про­водить компьютерные эксперименты, обрабатывать экспериментальные дан­ные, извлекая при этом информацию, необходимую для учебной деятельно­сти. Возможности компьютерного моделирования в школьном курсе физики рассмотрены С.Е. Каменецким. В частности, он пишет, что «при обучении физике в школе широко используются моделирующие компьютерные про­граммы, так как многие фундаментальные физические эксперименты и неко­торые процессы не могут быть продемонстрированы в средней школе из-за их сложности и отсутствия соответствующих специальных учебных прибо­ров. Эффективным приемом в этом случае является моделирование с помо­щью ЭВМ, при котором отражаются реальные данные, соответствующие ил­люстрациям результатов работ ученых по изучению того или иного физиче­ского процесса или фундаментального эксперимента» [35]. Эти выводы спра­ведливы и для вузовского образования.
Для того, чтобы реализовать межпредметные связи физики с информа­тикой в условиях военного вуза с учетом его профессиональной направлен­ности, на основе моделирования реальных физических процессов, рассмот­рим определения понятий «моделирование» и «модель».


34

Моделирование — изучение реальных физических явлений, процессов, объектов на моделях.

Моделью называют искусственный объект в виде чертежа, схемы, логи­ко-математических знаковых формул, физической конструкции, словесного описания, который, будучи аналогичен исследуемому объекту (явлению, процессу), отображает и воспроизводит в более простом, уменьшенном виде структуру, свойства, взаимосвязи, отношения между элементами исследуе­мого объекта, непосредственное изучение которого затруднено, неэкономич­но, недоступно [65].
Различают физические, вещественно-математические и логико­математические модели. Физические модели могут быть заменены компью­терными посредством программ, позволяющим воспроизводить на компью­тере физические явления и процессы, изучать их в учебном эксперименте в ходе лабораторных работ. В настоящее время в обучении физике получает все более широкое распространение компьютерный эксперимент [106, 92].
Лабораторные работы в высшей школе применяются в обучении раз­личным научным дисциплинам: химии, биологии и др. Применяемые при их проведении ИКТ являются важным средством реализации межпредметных связей между информатикой и этими дисциплинами. Для организации лабо­раторных работ по физике в военном вузе на основе компьютерного имита- . ционного моделирования необходимо установить соответствие элементов содержания учебных дисциплин физики и информатики.
В частности, курс физики в военном вузе включает следующие темы, по которым проводятся лабораторные работы:
• Определение времени и силы соударения шаров при упругом цен­тральном ударе.
® Определение модуля Юнга на растяжения.
© Изучение основного закона динамики вращательного движения.
© Определение момента инерции диска. ■' •
© Определение отношения теплоемкостей воздуха.


35




Определение коэффициента вязкости жидкостей методом Стокса. Изучение электростатических полей.
Определение электроемкости конденсатора.
Определение электрического сопротивления при помощи моста Уит­стона. •
Определение ЭДС гальванического элемента методом компенсации. Определение магнитной индукции.
Определение горизонтальной составляющей напряженности магнит­ного поля Земли.
Определение индуктивности первичной обмотки катушки зажигания. Определение скорости звука в воздухе методом стоячей волны. Изучение релаксационных колебаний в цепи с неоновой лампой.
Определение частоты генератора ВЧ методом стоячей электромаг­нитной волны.
Исследование фотометрических характеристик автомобильных фар. Определение длины световой волны с помощью дифракционной ре­шетки.
Изучение внутренних механических напряжений в твердых телах оп­тическим методом.
Измерение высоких температур и определение поглощательной спо­собности вольфрама в данном интервале температур.
Исследование характеристик фотоэлемента.
Градуирование термопары.
Изучение зависимости сопротивления полупроводников от темпера­туры и определение энергии активации примесной проводимости.
Исследование статистических характеристик полупроводникового диода.
Исследование электронной лампы (триода).


36




© Исследование статических характеристик полупроводникового трио­да.
© Изучение характеристик счетчика Гейгера-Мюллера.
© Определение коэффициента поглощения веществом у-излучения.
Изучение курса информатики начинается раньше, чем изучение курса физики. Курс информатики в военном вузе состоит из следующих разделов:
© Введение. ПК, принципы функционирования. Использование средств вычислительной техники.
© Технические средства реализации информационных процессов.
© Системное программное обеспечение.
© Компьютерные сети.
© Программы обработки текстовой и графической информации.
© Применение новых информационных технологий в военном деле.
Сформированные при изучении информатики по указанным разделам соответствующие умения и навыки могут быть использованы при выполне­нии любой из указанных выше лабораторных работ при наличии соответст­вующего методического и программного обеспечения, оснащения компью­терной техникой.
Изучение курса физики курсантами военного вуза при условии исполь­зования ими компьютерного имитационного моделирования в ходе выполне­ния лабораторных работ может быть более эффективным для их будущей профессиональной деятельности. В данном случае лабораторные работы, ор­ганизованные преподавателями физики и информатики, позволят формиро­вать у будущих военных специалистов умения эмпирического и информаци­онно-коммуникационного поиска информации. .
Реализация межпредметных связей между физикой и информатикой требует от преподавателей владения определенными методическими знания­ми и умениями [44, с. 19], к которым можно отнести: 1) умение осуществлять методический анализ фундаментальных понятий, которые являются общими для цикла естественных наук; 2) умение отбирать межпредметный материал


37




для освещения его на аудиторных занятиях и в ходе самоподготовки; 3) зна­ние основных этапов и методических приемов формирования знаний физиче- • ской и естественнонаучной картины мира, что позволяет подвести курсантов военного вуза к мировоззренческим выводам о взаимосвязи и взаимодейст­вии научных теорий и методов познания.
В основу разработки компьютерных лабораторных работ, выполненных в виде виртуального практикума, целесообразно положить системный анализ. Каждая лабораторная работа требует от курсанта понимания того, как взаи­мосвязаны практическая и теоретические части, более конкретно (уже на эм­пирическом уровне) - как связаны между собой части лабораторной установ­ки (например: связь амперметра и источника тока, гальванометра; связь сйс- * темы грузиков между собой через нити для осуществления балансировки и т.д.). Если рассматривать каждый элемент отдельной лабораторной установ­ки, то в них тоже можно найти части системы (весы - чаши, подвесы и т. д.). Поэтому для разработки предлагаемой нами методики мы проанализировали понятие системы.