Актуализация компьютерной технологии для развития креативного мышления при решении экспериментальных задач по физике в ВУЗе

Update of computer technology for the development of creative thinking in solving experimental physics tasks at the university.

Mikhail Sukhov

candidate of technical sciences, assistant professor Kostanay State Pedagogical University, Kazakhstan, Kostanay

Valery  Lifenko

candidate of physico-mathematical sciences, senior lecturer, Kostanay State University A. Baitursynov, Kazakhstan, Kostanay

Abylaiuly Shingis

graduate student, Kostanay State University A. Baitursynov, Kazakhstan Kostanay

Tatyana Umarova

student, Kostanay State University A. Baitursynov, Kazakhstan, Kostanay

Аннотация. В работе рассматриваются аспекты  и возможности применения пакета прикладных программ на практикуме решения экспериментальных задач по физике для развития креативного мышления в учебно-исследовательском процессе.

Abstract. In publication deals with the aspects and possibilities of application of the application software package at the workshop on the solution of experimental problems in physics for the development of creative thinking in the teaching and research process.

Ключевые слова: учебно-исследовательский процесс; пакет прикладных программ;  экспериментальные задачи; физическая и математическая модель.

Keywords: educational-research process; application software package; experimental tasks; physical and mathematical model.

Процесс решения физических задач по различным темам предусматривает использование комплекса методов и приемов на соответствующей теоретической основе. Это создает проблемы аналитического и психологического плана при изучении дисциплин естественнонаучного  цикла. Использование персонального компьютера с обширной  базой ППП в значительной степени позволяет преодолеть этот барьер и способствует более глубокому усвоению физических понятий и процессов. На основе компьютерной технологии появляется возможность оптимизировать организацию освоения  информации посредством активации креативных способностей обучаемых [1].

Умение решать задачи основывается на теоретических знаниях и практических навыках. Использование при решении экспериментальных задач обучающих тренажеров позволяет оптимизировать алгоритм учебно-исследовательской  деятельности на занятиях естественнонаучных дисциплин [2]. Организация схемотехнического моделирования на тренажерах (Рисунок 1) развивает способности к анализу и синтезу [3].

Рисунок 1.  Реализованные на базе дискретных элементов электрическая схема, изображенная в Paint Brach и электрическая цепь

Комплекс экспериментальных упражнений, выполняемый на моделирующей системе.

Функциональные возможности  учебного тренажера,  реализованного нами на базе объектно-ориентированного  языка программирования СИ+ Builder, позволяет организовать  различные режимы работы с учебным материалом:  

а) визуализацию схемы линейной электрической цепи, которая  предусматривает составление физической и математической модели и последующий расчет  параметров цепи в среде MS Office Excel

б) визуализацию схемы линейной электрической цепи с измерительными приборами, которая предусматривает составление физической и математической модели и расчет  параметров цепи в среде MS Office Excel, дает возможность сопоставить полученные результаты с показаниями приборов и рассчитать погрешность модели (Рисунок 2 б).

в) визуализацию физической и математической модели, которая позволяет освоить методику измерений в линейных цепях и приобрести навыки схемотехнического решения экспериментальных задач (Рисунок 2 а, в).

г) визуализацию вычисления электрических параметров цепи, позволяющего определить приборную погрешность моделируемой цепи (Рис.2 а).

д) составление по физической модели электрической схемы из дискретных элементов и реализация математической модели в среде СИ+Builder (Рисунок 2 г), верификация на тренажере Electronics Workbench результатов вычисления, полученных  с помощью ППП MS Office и СИ+Builder.

Рисунок 2. Математические модели, реализованные в визуальной среде программирования СИ+Builder

Реализованный в визуальной среде программирования СИ+Builder, моделирующий тренажер (Рисунок 2 г) позволяет освоить методику нахождения величины тока в цепи и падение напряжения на дискретных элементах,  организовать вариативность параметров электронной системы и выявить характер зависимости I(E). Закрепление материала по теме «Законы протекания тока» в линейной цепи выполняется с помощью ППП  приложения MS Office Excel (Рисунок 3 б)

Рисунок 3. Схемотехническое решение, выполненное на базе тренажера Electronics Workbench и математическая модель, реализованная с помощью ППП приложения MS Office Excel

Задачи экспериментального типа предполагают также наличие таблицы, графика или диаграммы, параметры и вид которых определяется физической моделью. Для построения таблиц, графиков и диаграмм в среде MS Office Excel на практикуме предусмотрено наличие разработанной инструкции  в электронном или бумажном варианте.

Наличие электронного примера задачи с вариациями условий эксперимента и возможностью  перехода от идеальной модели к реальной, значительно ускоряет процесс обучения с применением компьютерной технологии, делает задачу более наглядной, вариативной и соответственно, более информативной.

Это позволяет развивать у обучаемого аналитическое и алгоритмическое мышление, навыки проведения физического эксперимента и формировать основные компоненты креативного мышления.

Верификация экспериментальной математической модели физических задач посредством актуализации электронного тренажера.

После исследования  характеристик изучаемой схемы, и визуализации показаний амперметра и вольтметра (Рисунок 2), переходят к операции верификации режима функционирования цепи. Реализуется это с помощью электронного тренажера Electronics Workbench. После сборки схемы и подключения измерительных приборов  последовательно с источником питания включается сопротивление r=5 Ом, имитирующее внутреннее сопротивление гальванического элемента. Запускают систему и снимают показания приборов. Для повышения точности измерений можно использовать авометр с настраиваемыми параметрами; род тока, внутреннее сопротивление. Операция верификации способствует выявлению причин, влияющих на процессы, происходящие в системе и способов изменения параметров системы и режимов ее работы.

Применение ППП  приложения MS Office Excel позволяет, при организации практикума  по физике  развивать у обучаемого аналитическое и алгоритмическое мышление и формировать основные компоненты креативного мышления, всесторонне изучать закономерности физических явлений и процессов, посредством виртуального эксперимента приобретать  навыки исследования физических систем.