Виртуальный лабораторный практикум

Раздел III. Физика

В.Ф. Горбатюк ВИРТУАЛЬНЫЙ ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

Известен спор между физиками, чему надо учить студентов (и школьников): знаниям или умениям. Более древняя формулировка: студент (ученик) - это сосуд или факел. Одни отдают предпочтение тому, что студента надо наполнить знаниями (как сосуд). Но, в наш стремительный XXI век объем знаний растёт так быстро, что угнаться за ростом практически невозможно. Сторонники второй точки зрения считают, что нужно научить умениям или зажечь как факел. Но, научить каким-либо умениям без базовых знаний невозможно. Следовательно, необходимо учить и знаниям и умениям. Причем, в нашем XXI веке нужны особые умения - умения получать новые знания. Особенно это актуально для преподавания физики. Имеющиеся лабораторные практикумы (и не только в ТГПИ, но и общеобразовательных школах и многих вузах) традиционны, так как ограниченность финансирования не позволяет исследовать многие интересные разделы физики, особенно современные. И здесь целесообразно перейти к исследованию моделей этих явлений.

Виртуальный лабораторный практикум по курсу «Общая физика» предназначен для изучения на моделях некоторых физических явлений, которые изучаются в курсе физики. В результате выполнения лабораторного практикума обучаемые получают более глубокие и прочные знания по физике, а также развивают свои познавательные способности.

Использование моделей позволяет в полной мере использовать преимущества технологий дистанционного образования. В любом случае как для студента, так и для современного преподавателя желательно владение навыками и умениями пользователя персонального компьютера в сети Интернет.

Тип обучения: смешанный. Обучение можно проводить как в компьютерном классе, так и при дистанционном образовании.

Обучаемому необходимо иметь доступ в Интернет (предпочтительнее ADSL), а также «скачать» из Интернета и установить на своем персональном компьютере бесплатную программу SKYPE (программа SKYPE обеспечивает общение в чате, аудио- и видео-режимах). Желательно приобрести микрофон, наушники (или звуковые колонки) и веб-камеру.

Временных ограничений нет. Расписание общения обучаемого и преподавателя-тьютора выбирается приемлемым для двух сторон. При обучении по дистанционным технологиям обучаемый не приходит в ТГПИ, а обучается дома, используя персональный компьютер, в удобное для себя время. А это может быть также при переходе студента на индивидуальное обучение.

Платформа системы дистанционного образования: информационно-образовательная среда (ИОС) ТГПИ - это программно-телекоммуникационная среда, обеспечивающая едиными технологическими средствами ведение учебного процесса, его информационную поддержку и документирование в среде Интернет любому числу обучаемых, независимо от их профессиональной специализации и уровня образования. Приемлемой для ТГПИ является бесплатная система управления обучением MOODLE - Modular Object-Oriented Dynamic Learning Environment. (официальный сайт: www.moodle.org; поддержка IMS/SCORM спецификаций; платформа PHP, MySQL, PostgreSQL; лицензия GNU General Public License (GPL); поддержка русского языка - есть). Дизайн и разработка Moodle направляются особой философией обучения, которую можно вкратце назвать "педагогика социального конструкционизма" (social constructionist pedagogy).

Правила аттестации:

Обучаемый перед выполнением каждого цикла виртуальных лабораторных работ общается со своим преподавателем-тьютором, получая допуск к выполнения цикла. Циклов всего 5: а) механика, б) термодинамика и молекулярная физика, в) электричество и магнетизм, г) колебания и волны, д) оптика, квантовая и атомная физика.

Далее обучаемый дома самостоятельно выполняет соответствующий лабораторный цикл (а это по 5-6 лаб. работ, в каждой из которых надо поработать с интерактивными моделями в количестве от 8 до 12). По каждой лабораторной работе оформляется отчет, который посылается преподавателю-тьютору.

Самое трудное - сделать правильные выводы по работе.

Преподаватель проверяет отчет по каждой работе цикла и при необходимости просит провести дополнительные исследования по той или иной модели и уточнить или исправить выводы.

После выполнения всех лабораторных работ производится защита цикла работ. Для этого обучаемый и преподаватель общаются друг с другом непосредственно, либо используя аудио-или/и видеоканал (SKYPE).

При необходимости что-либо писать или рисовать можно использовать из меню ИНСТРУМЕНТЫ SKYPE бесплатное приложение WhiteBoardMeeting, в которое можно загружать любые файлы и любые картинки (графики). Есть и другие возможности. Таким образом, защита цикла лабораторных работ происходит не только в интерактивном режиме, но обучаемый и его тьютор видят и слышат друг друга.

Виды контента:

Носитель - смешанный (электронный и печатный).

Тип представления - смешанный (текст, графика, мультимедиа, интерактивные модели).

Тип учебного инструментария - программный пакет № (интерактивная физика), электронные лекции и учебники из библиотеки/коммуникативные инструменты - электронная почта и мощная программа SKYPE/процедуры оценки - допуск и защита лабораторных работ.

Источники контента: бесплатный пакет № (интерактивная физика), который обучаемый «скачивает» с сайта ТГПИ при обучении, а также электронные лекции и др. из электронной библиотеки ТГПИ.

Структура курса:

1. Физические основы механики (лекции, практические занятия, лабораторные работы).

2. Молекулярная физика и термодинамика (лекции, практические занятия, лабораторные работы).

3. Электричество и магнетизм (лекции, практические занятия, лабораторные работы).

4. Колебания и волны (лекции, практические занятия, лабораторные работы).

5. Оптика, квантовая и атомная физика (лекции, практические занятия, лабораторные работы).

Лабораторный практикум:

1. Физические основы механики

1.1. Кинематика. 1.2. Законы Ньютона. 1.3. Работа, энергия. 1.4. Законы сохранения.

1.5. Статика. Гидростатика. 1.6. Динамика твердого тела.

2. Молекулярная физика и термодинамика

2.1. Идеальный газ. 2.2. Изопроцессы. Уравнение Менделеева-Клапейрона.

2.3. Второе начало термодинамики. 2.4. Цикл Карно. КПД теплового двигателя. 2.5. Фазовые превращения. Поверхностные явления.

3. Электричество и магнетизм

3.1. Законы электростатики. 3.2. Электрическая емкость. 3.3. Постоянный ток. Закон Ома.

Законы Кирхгофа. 3.4. Электрический ток в проводящей среде и газах. 3.5. Магнетизм.

3.6. Самоиндукция. Переменный ток.

4. Колебания и волны

4.1. Гармонические колебания. 4.2. Математический, пружинный и физический маятники.

4.3. Волны. Звук. Акустика. Эффект Доплера.

4.4. Колебательный контур. Формула Томпсона. 4.5. Уравнения Максвелла.

5. Оптика, квантовая и атомная физика

5.1. Геометрическая оптика. Формула линзы. 5.2. Интерференция. Дифракция.

5.3. Квантовая физика. Фотоэффект. 5.4. Атомная физика. 5.5. Физика атомного ядра.

РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ РЕСУРСЫ

1. Электронные конспекты лекций фирмы «ФИЗИКОН» и дополнения.

2. Электронные лекции по физике А.Н. Огурцова.

3. Обучающая программа фирмы «ФИЗИКОН» - «Физика в картинках».

4. Пакет №

На рисунке показана лабораторная работа «Модель циклотрона»

Выводы:

1. Виртуальные лабораторные работы позволяют обучаемым студентам более глубоко изучать курс физики. С одной стороны это обеспечивается согласованностью тематики выполняемых лабораторных работ и лекционного курса. А с другой стороны - студенты имеют возможность выполнять лабораторные работы не только в компьютерном классе, но и дома, прорабатывая трудные моменты до получения полной ясности, или проводя дополнительные исследования.

2. Использование виртуального лабораторного практикума экономически оправдано и выгодно, так как приобретение, например, лабораторной установки по современным разделам физики (атомная, квантовая и т.д.) не сможет себе позволить ни одно обычное учебное заведение (МГУ, МФТИ и МИФИ вне конкуренции).

3. Подобные виртуальные лабораторные практикумы можно внедрить во все школы России, что уже возможно благодаря успешной реализации национальной программы «Образование». После соответствующей переподготовки школьных учителей физики в стране повысится уровень преподавания физики, а, значит, научный потенциал нашей страны (определяемый уровнем преподавания физики и математики) начнёт восстанавливаться, а затем и повышаться. Причем, школьные учителя физики смогут вернуться к творчеству, а не тупо натаскивать учеников на тестах ЕГЭ. И то, что ЕГЭ по физике до сих пор не сдаётся, наносит колоссальнейший ущерб нашей стране.

4. Студентам приходится много размышлять, учиться обобщать и делать правильные выводы, а не писать на лекциях диктанты, а потом в режиме магнитофона «выдавать» полученную (часто обрывочную) информацию на зачёте или экзамене.

5. Студентам (обучаемым) созданы благоприятные условия для самообразования. А ведь высшее образование - это, прежде всего - самообразование и обучение технологиям получения новых знаний и формирование новых умений. Особенно это актуально благодаря быстрому развитию и внедрению информационных технологий во всём мире.

6. Проведённый опрос студентов (группа И21, факультет Информатики, осенний семестр 2007/08 учеб. год) показал, что студенты с энтузиазмом и большим интересом выполняли виртуальный лабораторный практикум по курсу общей физики.

Интересное приложение:

Министерство образования Южной Кореи и Корейский Центр информационных исследований сегодня сообщили о начале амбициозного проекта в области образования. Проект предусматривает полный отказ от традиционных бумажных учебников в школе и переход на более перспективные носители информации.

Начать в Корее намерены с учеников младших классов, которым уже в новом году выдадут "цифровые книги", представляющие собой планшетные устройства, оснащенные большим контрастным дисплеем, электронной памятью и пита-ющиеся от сети или аккумулятора. Пилотный проект по внедрению начнется уже в марте 2008 года, когда ряд школ получат цифровые книги с курсом занятий по корейскому и английскому языкам, математике, обществознанию, музыке и другим предметам.

В Минобразование отмечают, что в перспективе цифровые учебники оснастят сенсорными экранами, чтобы школьники могли писать, возможностями беспроводной связи, что нужно для получения и оперативного обновления учебных материалов, просмотра видео, а также для проверки знаний учителем, который сможет скачать школьные работы. Помимо всего вышеперечисленного, корейские цифровые учебники также заменят и школьные тетради, однако произойдет это через 1-2 года, когда чувствительность сенсорных экранов возрастет и школьники смогут писать стилусом на экране точно также, как и ручкой на бумаге.

В Центре информационных исследований сообщили, что в Корее разработка цифровых учебников идет уже на протяжении 5 лет и первые прототипы новинок появились еще в 2006 году. Тогда же их опробовали на 300 учащихся и преподавателях, которые новшество одобрили.

Сейчас в корейском Минобразования заняты разработкой соответствующего цифрового учебного материала, который будет закачан в новые учебники.

Ожидается, что перевод всех учащихся в Южной Корее на цифровые учебники будет завершен к 2011 году.

Источник: http://www.cybersecurity.ru/hard/39904.htm

В.Ф. Горбатюк

РАЗВИТИЕ ДИСТАНЦИОННОГО ОБРАЗОВАНИЯ В ТГПИ

Дистанционное образование - достаточно древнее изобретение. В XVII веке известный педагог Ян Коменский первым ввел иллюстрации в учебниках, чтобы школьники могли заниматься по ним самостоятельно.

В конце XIX века благодаря появлению регулярной почтовой связи началась эпоха "корреспондентского" образования. Студенты отсылали письменные работы по почте, а назад получали комментарии преподавателей, новые задания и учебные материалы. Такого рода обучение, было очень популярно в Советском Союзе: заочные отделения были созданы в каждом вузе, а студенты съезжались на сессии из самых удаленных уголков страны.

Первый в мире университет дистанционного образования - Открытый Университет - был создан в Великобритании, его лично курировал премьер-министр Гарольд Уилсон, при участии которого были разработаны учебные планы, программы, учебно-методические пособия и образовательные технологии. Учредителем университета выступила сама королева, а ректором был назначен спикер палаты общин. Так началось триумфальное шествие дистанционного образования по всему миру.

Во Франции национальный центр дистанционного обучения (СЕМЫБ) был основан в 1969 году. Сейчас здесь преподают 2,5 тысячи учебных курсов по самой разнообразной тематике. В разработке учебных программ участвуют более 5 тысяч преподавателей. Количество студентов достигло 350 тысяч человек. Связь с ними осуществляется посредством спутникового телевидения, электронной почты и Интернета. В обучении также используются видео- и аудиокассеты и традиционные печатные учебники.

Другие старейшие центры дистанционного образования в Европе - это Национальный университет дистанционного образования (иМЕБ) в Испании (58 учебных центров в стране, 9 за рубежом) и Балтийский университет (Ви) со штаб-квартирой в Стокгольме, объединяющий 10 стран Балтийского региона.