Использование интерактивных компьютерных моделей при изучении раздела «Механическое движение» (VII класс)
информационных образовательных технологий
Национального института образования,
, директор НПЧУП «Инфотриумф»
кандидат педагогических наук, доцент,
, ведущий научный сотрудник
лаборатории математического и естественнонаучного образования
Национального института образования
кандидат физико-математических наук, доцент
В статье приведен пример изложения раздела «Механическое движение» в курсе физики VII класса с использованием интерактивных моделей, созданных НПЧУП «Инфотриумф». Данный раздел отличается высокой степенью абстракции и его понятия трудно усваиваются учащимися. Интерактивные модели, построенные на принципах наглядности и доступности, снимают эти трудности. В статье показано, как «работают» данные модели при объяснении и усвоении такого сложного понятия, как «относительность».
Ключевые слова: кинематика, механическое движение, траектория, тело отсчета, относительность, интерактивная модель.
Одним из ведущих направлений развития современного информационного общества является информатизация образования. Среди всех учебных дисциплин физика – наиболее поддающийся компьютеризации предмет. Уже давно компьютер здесь успешно применяется для облегчения рутинной работы по выполнению расчетов. Информационные технологии можно использовать и для изучения теоретического материала, тренинга, в качестве средства моделирования и визуализации и т. д. Наряду с компьютерным моделированием возник и стал развиваться класс интерактивных моделей. Это уже не только «живая», но и управляемая картинка изучаемой реальности. Использование интерактива как значимой функции виртуальной среды обучения позволяет:
- не только наблюдать физические явления и процессы, но и изменять условия их протекания, обеспечивая деятельностный подход к обучению, ориентированный на развитие ключевых компетенций; с помощью компьютерных программ визуализировать абстрактные физические понятия, изменять в широком диапазоне параметры и условия учебного эксперимента; интенсифицировать процессы формирования познавательной самостоятельности учащихся, определяющие успех их учебной деятельности; создавать дополнительные условия для творчества.
Логика курса физики средней школы построена так, что ее основательное изучение начинается с механики. Такая логика вполне оправдана, так как именно в механике вводятся все основные понятия, используемые во всех других разделах физики. В механике учащиеся знакомятся с физическими законами и теориями, их предсказательными функциями, универсальностью многих выводов и обобщений из законов и теорий в применении как к макро-, так и микросистемам. И одним из трудных в усвоении материала является раздел «Механическое движение». Он недостаточно обеспечен демонстрационным экспериментом, поэтому использование в данном разделе интерактивных моделей наиболее целесообразно.
Рассмотрим применение интерактивных моделей при самостоятельном изучении учащимися темы «Механическое движение. Относительность покоя и движения» в VII классе. Электронная версия данной темы учебника дополняется виртуальным экспериментом, использующим интерактивные модели, которые позволяют подтвердить тот или иной вывод, сформулированный в учебнике. Например, при формировании понятия «относительность движения» и изучении зависимости его характеристик (относительности покоя и движения, траектории) наглядной и продуктивной является интерактивная модель «Относительность движения».
Кнопки 
и 
дают возможность изменять тело отсчета. Кнопка 
позволяет сделать траекторию видимой или невидимой 
. Кнопки 
и 
определяют тело (мяч, точка пропеллера), траектория движения которого интересует учащегося. Кнопки 
или 
позволяют изменить быстроту движения мяча или точки пропеллера. Кликнув мышкой на кнопку 
, можно завершить работу с данной интерактивной моделью.
Дойдя по тексту параграфа до понятия «относительность покоя и движения», учащийся с помощью интерактивной модели проводит виртуальный эксперимент. Кликнув мышкой на кнопку 
, выбирает за тело отсчета берег (рисунок 1).
Рисунок 1
Учащийся видит, что плот плывет, а деревья и здания на берегу покоятся. Выбирает кнопку 
(рисунок 2). Теперь плот – тело отсчета – принимается за неподвижное. А берег, деревья, здания движутся, удаляясь от плота.
Рисунок 2
Таким образом, учащийся наглядно убеждается, что покой и движение относительны, т. е. зависят от выбора тела отсчета.
Далее по тексту учебника идет знакомство с траекторией движения и показывается ее относительность, а в качестве доказательства предлагается результат наблюдения за движением фликера на ободе колеса велосипеда. Понятно, что опыт с велосипедом реально осуществить в классе нельзя. Относительность траектории движения доступно и наглядно доказывает виртуальный опыт с той же интерактивной моделью. Учащийся выбирает за тело отсчета 
, за тело движения – точку на пропеллере 
, траекторию делает видимой 
.
Изменяя быстроту вращения пропеллера кнопкой 
, наблюдает траекторию движения точки. Это окружность (рисунок 3).
Рисунок 3
Здесь же учащийся должен сам спланировать виртуальный эксперимент и дать ответ на вопрос-задание.
Вопрос-задание
Убедитесь сами, что вид траектории не зависит от быстроты вращения пропеллера. Почему? Ответ дайте самостоятельно.
Далее ему следует сделать то же самое, выбрав вместо пропеллера мяч 
(рисунок 4).
Рисунок 4
Исходя из результатов наблюдений учащийся находит ответы на вопросы:
Что представляет траектория движения мяча? Как на нее влияет быстрота движения мяча?
Далее учащемуся предлагается повторить виртуальный опыт, поменяв тело отсчета, кликнув на кнопку 
. Траектория мяча теперь представляется сложной кривой (рисунок 5).
Рисунок 5
Поменяв мяч на пропеллер, учащийся видит, как изменилась траектория движения точки пропеллера (рисунок 6).
Рисунок 6
Изменяя быстроту движения пропеллера, он может наблюдать за изменениями траектории движения точки на нем и сделать вывод о том, что форма траектории тоже относительна.
Использование в учебном процессе компьютерных моделей позволяет реализовать методологическую функцию обучения, так как помогает формировать у учащихся опыт исследовательской деятельности – компьютерного моделирования, совершенствовать навыки использования компьютера в учебных целях.
Электронная версия урока по теме «Механическое движение. Относительность покоя и движения»* с использованием интерактивных моделей будет представлена на сервере ГИАЦ http://moodle. / к концу 2014 года.
* Разработана в системе дистанционного обучения MOODLE в рамках выполнения темы «Разработать справочно-информационные, контрольно-диагностические и интерактивные модули электронных учебно-методических комплексов для математического и естественнонаучного образования» ОНТП «Электронные образовательные ресурсы» в лаборатории математического и естественнонаучного образования Национального института образования.
