Виртуальный учебный эксперимент в учебном процессе по физике

Эксперименты являются неотъемлимой частью уроков физики для получения новых знаний и проверки научных теорий. Благодаря физическим экспериментам у учащихся формируются представления о физических явлениях и процессах, пополняется и расширяется кругозор. Самостоятельная работа с экспериментальной установкой  позволяет выявить закономерности физических явлений, знакомит с методами их исследования, учит работать с физическими приборами и установками, в итоге учащиеся самостоятельно добывают знания на практике.

В настоящее время в учебной практике активно используется новый вид эксперимента – виртуальный физический эксперимент. Компьютерные эксперименты не заменяют реальные, такие модели только приближены к реальной действительности, но они могут дополнить натурные исследования, помочь в теоретическом осмыслении их результатов [5].

Представленные на образовательном рынке учебные модули включают в себя множество изучаемых на курсе физике процессов и явлений,  имеют в своем составе различные способы подачи мультимедийной информации. Однако учебные модели обладают недостаточно высоким уровнем интерактивности и не позволяют учащимся всесторонне изучить рассматриваемое явление. Важной задачей является расширение возможностей применения в учебном процессе современных компьютерных технологий. 

Наиболее актуальным является разработка и создание моделей учебного эксперимента высокого уровня интерактивности и обеспечение достаточной реалистичности визуального представления экспериментальной установки в виртуальной среде.  Модели должны быть частью интерактивного учебного модуля, обеспечивающего решение комплекса дидактических задач: предъявление учебной информации, ее отработка  и контроль усвоения.

Уникальные особенности виртуальной информационной среды (мультимедиа, интеллектуальность, моделинг, интерактив, коммуникативность, производительность) определяют бесспорную эффективность ее применения в любой сфере человеческой деятельности, в том числе и в образовании [5].

В преподавании физики применяются современные цифровые образовательные ресурсы. Компьютерная эра и применение информационных технологий в образовании повлекло создание нового вида эксперимента - виртуальный физический эксперимент.

Учебный виртуальный эксперимент - это виртуальный эксперимент, имеющий своей целью формирование у учащихся умений и навыков выполнения компьютерного эксперимента как метода познания [4]. При самостоятельном проведении эксперимента учащисйся получает возможность познать закономерности физических явлений, познакомится с методами их исследования, учится работать с физическими приборами и установками. Таким образом, эксперимент учит самостоятельно добывать знания на практике.

Виртуальный физический эксперимент позволяет моделировать ситуации, которые трудно или вообще невозможно выполнить в условиях школьной лаборатории [2]. Большинство интерактивных моделей предусмотривает возможность изменений начальных параметров и условий опытов.

Интерактивные модели позволяют визуализировать не реальное явление природы, а его упрощенную модель, которая не достижима в натурном физическом эксперименте. При этом можно поэтапно включать в рассмотрение дополнительные факторы, которые постепенно усложняют модель и приближают ее к реальному физическому явлению [3].

Виртуальный эксперимент поддерживает оперативное видоизменение постановки опыта, что обеспечивает вариативность его результатов, а значит обогащает практику выполнения учащимися логических операций анализа и формулировки выводов результатов работы [1].

Виртуальный физический эксперимент дополняет натурные эксперименты учащихся.  Использование интерактивных моделей учебного эксперимента даёт возможность учащимся осуществлять предварительную отработку познавательных и практических умений, необходимых при подготовке к проведению реальных опытов.