Опыт разработки учебных компьютерных моделей по физике в среде Adobe Flash для раздела «Электромагнитные колебания и волны» курса физики средней школы

ПЕРВЫЕ ПУБЛИКАЦИИ: ОПЫТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЦИФРОВЫХ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ РЕСУРСОВ

УДК 53(072.3) + 004.9

Р.Р. Хабибуллин

ОПЫТ РАЗРАБОТКИ УЧЕБНЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ МОДЕЛЕЙ ПО ФИЗИКЕ В СРЕДЕ ADOBE FLASH ДЛЯ РАЗДЕЛА «ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ» КУРСА ФИЗИКИ СРЕДНЕЙ ШКОЛЫ

Обсуждается необходимость разработки современных интерактивных средств обучения по физике для средней общеобразовательной школы. Представлены компьютерные модели к разделу «Электромагнитные колебания и волны» («Цифровой фотоаппарат», «СВЧ-печь»). Модели реализованы в инструментальной среде Adobe Flash с помощью языка ActionScript 3.0. Рассматривается содержание цифровых учебных инструкций к самостоятельной работе учащихся с данными моделям.

Ключевые слова : обучение физике, физико-техническое знание, принцип наглядности в обучении, учебные компьютерные модели.

В условиях информатизации системы образования является актуальной проблема разработки направлений, методов и приемов применения ИКТ в реализации политехнической направленности обучения физике. Целью данной работы является разработка современных интерактивных средств обучения на материале политехнической составляющей курса физики средней школы.

Анализ научно-методических исследований и практики применения новых информационных технологий в преподавании учебных предметов показал, что компьютерные модели являются новым и эффективным средством обучения. Общим моментом стало бесспорное утверждение, что компьютерное моделирование не должно подменять собой натурный эксперимент в учебной физической лаборатории, тем более вытеснять его из учебного процесса. Компьютерные модели как средство обучения могут и должны занять дидактически целесообразную «нишу» в учебном процессе. Речь идет, в первую очередь, о моделях физических явлений, недоступных непосредственному наблюдению учащимися. Компьютерное моделирование в этом случае дает учащимся один из важнейших инструментов, облегчающих понимание физических процессов, в том числе на микроуровне их протекания.

С точки зрения преподавателя очевидное достоинство компьютерного моделирования заключается в возможности создавать запоминающиеся зрительные образы. Такие образы способствуют пониманию сущности изучаемого физического явления и наиболее важных особенностей его протекания. Моделирование позволяет привлечь внимание учащихся к существенным признакам изучаемых явлений, ускользающим при непосредственном наблюдении, придать наглядность абстрактным концепциям и законам. Графическое отображение на экране компьюте-

© .Хабибуллин Р.Р., 2015

ра физических объектов и процессов, эффекты анимации позволяют школьникам воспринимать большие объемы учебной информации, глубже и основательнее усваивать учебный материал.

Приведем аргументы в пользу необходимости применения учебных компьютерных моделей в процессе обучения. Интерактивные модели позволяют:

визуализировать физические явления в динамике, а не только в виде привычных статистических иллюстраций;

создавать модели явлений природы, изучение которых в лабораторном эксперименте в условиях школьного кабинета физики невозможно (необходимо специальное оборудование и специализированные лаборатории);

значительно расширить спектр возможных условий наблюдения явления, исследовать его особенности протекания при изменении различных параметров, причем в достаточно широких диапазонах, включая их экстремальные значения;

изучать опыты, включающие работу с материалами и устройствами, прямой контакт с которыми небезопасен или нежелателен (например, опыты с применением высоких напряжений и токов, высоких температур, кислотных и щелочных растворов, радиоактивных препаратов и др.);

проводить сложные лабораторные и практические работы в условиях отсутствия в школьном кабинете физики соответствующей материально-технической базы (имитация реального физического эксперимента - симулятор);

отрабатывать у учащихся отдельные экспериментальные умения (тренаж). Использование моделей и анимации в процессе обучения обеспечивает активное восприятие нового учебного материала и мотивирует учащихся к его изучению. Работа с моделями повышает наглядность представления учебного материала и способствует более прочному его усвоению, позволяет преподавателю организовать новые, нетрадиционные виды учебной работы.

Компьютерные модели можно применять на любом этапе учебного занятия: при объяснении материала, его повторении и закреплении, а также на этапе контроля знаний и умений учащихся.

Современные технические и программные средства (Adobe Flash, MS Visual Studio и др.) помогают создавать компьютерные модели объектов и процессов, максимально приближенные к реальности. Сочетание видео- и звуковых эффектов обеспечивает одновременное воздействие на два важнейших органа чувств человека: зрение и слух, что существенно повышает информативность учебного процесса и эффективность восприятия учебного материала. Комплекс средств воздействия (красочная графика, звуки, тексты, устная речь и ее интонации) обеспечивает многообразие ощущений у учащегося, которые анализируются, сравниваются, сопоставляются с уже имеющимися у него представлениями и понятиями.

Одним из средств разработки компьютерных моделей является среда Adobe Flash. Данная среда имеет богатые возможности. Графическая составляющая данной среды содержит мощные инструменты создания векторной графики, работы с изображениями. Возможен импорт и экспорт самых распространенных графических форматов. Как инструмент для создания графики среда Adobe Flash достаточно удобна в работе и активно используется дизайнерами. Работа со средой будет несложной для тех, кто уже работал в графических программах, особенно ориентированных на работу с векторной графикой. Для пользователей, не сталкивавшихся

ранее с работой в графических программах, среда Flash может показаться одной из самых дружелюбных. Ее освоение пользователем будет более простым в сравнении с другими известными специальными графическими пакетами.

Распространенность и популярность среды Flash во всем мире обеспечивает ее хорошую поддержку и развитие. Имеется множество учебных материалов по работе с данной. Это полиграфические издания (учебные пособия и учебники) и электронные публикации. В Интернете можно найти многочисленные форумы, участие в которых помогает начинающему разработчику моделей успешно преодолевать возникающие трудности в работе [1, 3-5].

Помимо своей графической составляющей Flash - это еще и среда программирования, обладающая богатыми возможностями. Используемый в ней язык Action Script с момента своего появления претерпел существенные изменения: от небольшого набора скриптовых команд в первой версии до серьезного объектно-ориентированного языка программирования в его последней версии (Action Script 3.0). Синтаксис и структура языка Action Script аналогична распространенным языкам программирования, благодаря чему возможно быстрое его освоение для разработчиков, обладающим базовыми знаниями в программировании. Опытным программистам тем более не составит большого труда перейти на его использование.

Инструментальная среда Adobe Flash (и встроенный язык Action Script) имеет богатую библиотеку компонентов, что позволяет создавать в этой среде сложные динамические интерактивные модели.

Освоение данной среды в рамках специальных учебных дисциплин в педагогическом вузе позволяет будущим учителям физики и информатики самостоятельно создавать компьютерные модели. В нашей работе деятельность студентов по созданию моделей была организована при изучении дисциплины «Проектирование и разработка интерактивных учебных моделей». В рамках данной дисциплины после освоения основ программирования в среде Macromedia Flash (позже Adobe) студентам предлагалось разработать учебные модели по курсу физики средней школы. Была поставлена задача создания интерактивных компьютерных моделей различных объектов техники, иллюстрирующих устройство и принципы их работы.

Развитие политехнической составляющей содержания цифровых ресурсов для средней школы является актуальным направлением обновления современной виртуальной образовательной среды. Необходимо ее пополнение учебной информацией по прикладной физике. К сожалению, большая часть современных цифровых ресурсов для средней школы практически не включает учебных материалов по технике. Если какие-либо объекты техники и представлены в виртуальной среде, то, как правило, это статические объекты, реже - анимации, совсем редко используются интерактивные модели [7].

Эффективность изучения вопросов прикладной физики может быть достигнута за счет широкого применения в виртуальной среде интерактивных учебных моделей различных технических объектов. Это позволяет не только передать учащимся необходимый объем информации о данных объектах, но и сформировать у них представления о работе с данными объектами.

Ниже приведены примеры созданных студентами учебных компьютерных моделей: «Цифровой фотоаппарат», «СВЧ-печь». Данные модели могут использоваться при изучении основного курса физики и элективных курсов по предмету [2, 3, 7].

Компьютерная модель «Цифровой фотоаппарат». Модель предназначена для изучения устройства и принципа действия цифрового аппарата. Интерфейс модели включает несколько рабочих сцен. На рис. 1 приведена сцена «Назначение прибора». Данная сцена демонстрирует устройство фотоаппарата и процесс преобразования светового потока от объекта к виду удобному для документирования (запоминания).

Затвор

^^^^ Матрица

Фотоаппарат

Рис. 1. Сцена «Назначение»

Далее (рис. 2) показано, из каких частей состоит цифровой фотоаппарат. Учащийся может воспользоваться инструментом «увеличительное стекло» для детального изучения элементов фотоаппарата.

Рис. 2. Сцена «Основные части»

В следующей сцене (рис. 3) описаны физические явления и законы, лежащие в основе работы цифрового фотоаппарата. Здесь же демонстрируется средствами компьютерной анимации принцип действия фотоаппарата.

Пвнтапризма

Камера

В НАЧАЛО | С НАЗАД ДАЛЕЕ

Рис. 3. Сцена «Принцип действия»

Далее учащемуся предлагается выполнить сборку цифрового фотоаппарата из базовых элементов (рис. 4). В качестве подсказки в данной сцене имеются всплывающие окна с названиями элементов фотоаппарата. В случае затруднения учащийся может обратиться к предыдущим сценам, на которых показано устройство фотоаппарата.

Рис. 4. Сцена «Сборка цифрового фотоаппарата»

На заключительном этапе работы с моделью учащемуся предлагается пройти тест по изученному материалу. По окончании теста приложение выводит список верных ответов и процентное соотношение верных и неверных ответов. Имеется возможность посмотреть вопросы, в которых учащихся допустил ошибку и узнать правильный ответ.

Компьютерная модель «СВЧ-печь». Модель «СВЧ-печь» предназначена для изучения устройства и принципа действия СВЧ-печи (рис. 5). Модель включает несколько сцен.

На первой сцене демонстрируется внешний вид устройства, использующего разогрев водосодержащих веществ электромагнитным излучением дециметрового диапазона (обычно с частотой 2450 МГц).

Рис. 5. Сцена «Общее устройство и принцип работы»

Сцены «Основные части устройства СВЧ-печи» и « Устройство магнетрона» показаны на рис. 6 и 7.

Рис. 6. Сцена «Основные части устройства СВЧ-печи»

Далее демонстрируется принцип действия СВЧ-печи (рис. 7). С этой целью используется анимация.

Затем учащимся предлагается тестирование по изученному материалу. Учитель физики и информатики, освоивший технологии программирования в среде Adobe Flash может создать целую коллекцию подобных моделей. К разработке моделей полезно привлекать наиболее способных учащихся. Работа над проектом поможет учащимся не только

приобрести дополнительные умения и навыки в программировании, но основательно изучить устройство и принципы действия моделируемых технически объектов.

ТЪлпкнчлт ^ч^лкнин элемрииа

Рис. 7. Сцена «Анимация принципа действия»

Созданные модели технических объектов при их применении в учебном процессе призваны обеспечить формирование у учащихся необходимого уровень современных физико-технических знаний, познакомить их с отдельными видами технической деятельности.

1. Бхангал, Ш. Flash. Трюки. 100 советов и рекомендаций профессионала [Текст] - СПб.: Питер, 2008. - 357 с.

2. Ильин И.В., Оспенникова Е.В. Систематизация и метауровень обобщения технического знания как одно из направлений реализации принципа политехнизма в обучении физике [Текст] // European Social Science Journal. - 2012. - № 3. - С. 111-118.

3. Ильин И.В., Оспенникова Е.В. Формирование системы метатехнического знания как базовой составляющей технической культуры современного школьника // Педагогическое образование в России. - 2011. - № 3. - С. 208-216.

4. Исагулиев К. Самоучитель Adobe Flash 6 [Электронный ресурс] - СПб.: BHV, 2001

5. Лотт Д., Шалл Д. Питерс. ActionScript 3.0 Сборник рецептов - М.: Символ-Плюс, 2007

6. Мук К. ActionScript 2.0. Основы [Текст] - СПб.: Символ-Плюс, 2006. - 576 с.

7. Принцип политехнизма в обучении физике: современная интерпретация и технологии реализации в средней школе: монография / И.В. Ильин, Е.В. Оспенникова, М.Г. Ершов, А.А. Оспенников; под общ. ред. Е.В. Оспенниковой; Перм. гос. гуманит.-пед. ун-т. - Пермь, 2014. -

Список литературы

608 с.

504 с.