, ,
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
В ЛАБОРАТОРНОМ ПРАКТИКУМЕ
ПО ОБЩЕЙ ФИЗИКЕ
В докладе представлены компьютерные обучающие программы, являющиеся компьютерным аналогом лабораторных работ по курсу общей физики. Данные программы воссоздают реальные условия проведения эксперимента, позволяют проводить изучение теоретического материала в преломлении к решению практических проблем, а также осуществлять автоматический контроль знаний.
Одной из базовых дисциплин, которую изучают все студенты МИФИ, является курс общей физики. Он включает в себя емкий лабораторный практикум, которому традиционно уделяется большое внимание. Выполнение каждой работы состоит из нескольких этапов: допуск к работе, проводимый в виде собеседования преподавателя с каждым студентом для определения уровня его теоретической подготовки по данному разделу курса; получение экспериментальных данных на лабораторной установке; домашняя обработка результатов эксперимента, составление заключения по итогам работы; защита полученных результатов перед преподавателем.
Таким образом, налицо существенная загрузка преподавательского состава кафедры работой, связанной с контролем подготовленности студентов к работе и проверкой правильности интерпретации полученных результатов. В то же время, студент при домашней подготовке в условиях отсутствия лабораторной установки не имеет возможности полностью продумать ход предстоящего эксперимента и оценить достоверность результатов, которые могут быть получены в процессе работы.
В состав предлагаемого комплекса входят компьютерные лабораторные работы по различным разделам курса. Структура работ полностью аналогична структуре традиционной лабораторной работы по общей физике. При выполнении работы студент должен ознакомиться с теоретическим материалом, провести необходимые измерения, используя модели приборов и измерительных инструментов, обработать результаты, выбрав наиболее подходящей метод расчёта погрешностей, построить графики, отображающие полученные экспериментальные зависимости.
Компьютерные лабораторные работы работают в двух режимах: «с оценкой» и «без оценки». В режиме работы «без оценки» программа живо реагирует на каждое действие пользователя, показывая ему его ошибки и выдавая подсказки в сложных ситуациях. Прежде чем приступить к выполнению экспериментальных заданий, студент должен пройти контрольное тестирование, определяющее уровень его знаний теоретического материала. В режиме работы «с оценкой» студент выполняет лабораторную работу уже без подсказок компьютера. Одним из преимуществ компьютерной реализации лабораторных работ является то, что программа не позволяет осуществлять так называемый «подгон» экспериментальных данных.
Лабораторная работа «Определение моментов инерции тел методом крутильных колебаний» состоит из двух заданий. В первом студент должен определить момент инерции исследуемого тела двумя способами: на основе геометрических параметров и массы исследуемого тела, а во втором – провести экспериментальную проверку теоремы Гюйгенса-Штейнера.
Работа «Изучение затухающих и вынужденных колебаний маятника» состоит из трех заданий. В первом задании определяется период затухающих колебаний. Во втором задании требуется найти коэффициент затухания среды через логарифмический декремент затухания. Третье задание предназначено для изучения вынужденных колебаний. Для выполнения данных заданий студенту необходимо с помощью виртуального секундомера провести измерения длительности периода затухающих и вынужденных колебаний и по результатам измерений определить необходимые параметры маятника.
В работе «Изучение распространения электромагнитного импульса в коаксиальном кабеле» студент составляет схему из коаксиальных кабелей и сопротивлений, необходимую для изучений указанного явления, и производит измерения с помощью подробной имитации осциллографа, встроенной в урок. Студент выполняет последовательно три задания, в которых определяет скорость распространения импульса в кабеле и его диэлектрическую проницаемость, волновое сопротивление коаксиального кабеля и, наконец, коэффициент затухания сигнала в кабеле.
Компьютерные обучающие программы не заменяют полностью физического эксперимента, а способствуют его более осознанному проведению. Студенты могут лучше подготовиться к выполнению работы на лабораторной установке, а преподаватель может быстро и качественно проверить готовность студента, и за счет этого во время занятия больше времени уделять именно особенностям работы студента на физической установке.
