CC BY
20
УДК 372.853, 378.147.88 КОРОСТЕЛЕВ Д. А.
кандидат физико-математических наук, старший преподаватель, кафедра «Общая физика», ФГКВОУ ВО «Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации»
E-maihdimedrol85@list.ru
UDC 372.853, 378.147.88 KOROSTELEV D.A.
Candidate of Physico-mathematical Sciences, Senior Lecturer, Department of General Physics, The Academy of Federal Security Guard Service of the Russian FederationE-
mail:dimedrol85@list.ru
ОПЫТ РАЗРАБОТКИ ИНТЕРАКТИВНЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТРЕНАЖЕРОВ ДЛЯ ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМА
ПО ДИСЦИПЛИНЕ ОБЩАЯ ФИЗИКА В ИНЖЕНЕРНОМ ВУЗЕ
EXPERIENCE IN THE DEVELOPMENT OF INTERACTIVE COMPUTER SIMULATORS FOR A LABORATORY WORKSHOP IN THE DISCIPLINE OF GENERAL PHYSICS IN AN ENGINEERING UNIVERSITY
В статье рассматриваются методические аспекты использования интерактивных компьютерных тренажеров в системе физического образования. Описана структура и этапы разработки рабочей модели виртуального тренажера. Представлен опыт применения такого рода программных продуктов и их внедрение в образовательный процесс в инженерном вузе.
Ключевые слова: интерактивный компьютерный тренажер, компьютерное моделирование, информационные технологии обучения, лабораторный практикум по физике.
The article discusses the methodological aspects of the use of interactive computer simulators in the system ofphysi-cal education. The structure and stages of developing a working model of a virtual simulator are described. The experience of using such software products and their implementation in the educational process in an engineering university is presented.
Keywords: interactive computer simulator, computer simulation, information technology training, laboratory practice in physics.
Комплекс виртуальных лабораторий и интерактивных моделей, в том числе интерактивные компьютерные тренажеры (ИКТ), - один из важнейших элементов современного учебного курса, имеющий особое значение при изучении естественных наук. Включение в традиционный образовательный процесс новых компьютерных технологий привело разработчиков-методистов к созданию инновационных программно-методических комплексов (например, разработанный Стародубцевым В. А. ИПМК [5]), в рамках которых может быть достигнута замена традиционного объяснительно-иллюстративного подхода в представлении содержания предмета, на инструментально-деятельностные, частично-поисковые и развивающие методы обучения.
Инновационный электронный учебно-
методический комплекс (УМК) является многофункциональным средством организации учебного процесса, анализ структуры которого позволяет выделить способы использования ИКТ в учебном процессе [2-4]:
- на практических занятиях;
- в лабораторном практикуме (компьютерные лабораторные работы);
- в практикуме вычислительного моделирования;
- в интерактивных обучающих системах различных классов;
- в проектной деятельности;
- в системах тестирования (на экзаменах);
- при осуществлении контроля и самоконтроля знаний.
Выделенные способы включения ИКТ в учебный процесс характерны для традиционных очного, очно-заочного и заочного видов обучения. Однако и технологии дистанционного обучения успешно интегрируются и в существующие формы образования (заочно-дистанционная форма). И в этой связи добавляются новые способы интегрирования ИКТ в образовательную среду:
- в сетевой компьютеризированный лабораторный практикум;
- в компьютеризированные физические лаборатории.
Как известно из литературы, можно выделить несколько гносеологических функций, которые выполняют ИКТ, например:
«- аппроксимационная (отражение действительности с некоторым огрублением, упрощением, выделением существенного, и последующим итерационным ростом адекватности модельного описания явления, дополняемым элементами его объяснения);
- заместительно-эвристическая (выполнение роли одной из ступеней в процессе познания - промежуточного звена между теоретическим абстрактным мышлением и объективной действительностью; открытие новых путей развития теории);
© Коростелев Д.А. © Korostelev D.A.
13.00.02 - ТЕОРИЯ И МЕТОДИКА ОБУЧЕНИЯ И ВОСПИТАНИЯ (ПО ОБЛАСТЯМ И УРОВНЯМ ОБРАЗОВАНИЯ) (ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ НАУКИ), 13.00.08 - ТЕОРИЯ И МЕТОДИКА ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ (ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ НАУКИ) 13.00.02 - THEORY AND METHODS OF TRAINING AND EDUCATION (BY AREAS AND LEVELS OF EDUCATION) (PEDAGOGICAL SCIENCES), 13.00.08 - THEORY AND METHODOLOGY OF VOCATIONAL EDUCATION (PEDAGOGICAL SCIENCES)
- экстраполяционно-прогностическая (перенос свойств модели на изучаемый объект, построение и проверка теории, открытие пути к подтверждающему эксперименту (формулировка условий его осуществления) и объяснение явления (установление причинных и закономерных связей, раскрытие их сущности));
- трансляционная (отражение действительности путем переноса информации с одной изученной сферы на другую, неизученную, но имеющую существенные черты сходства с первой);
- иллюстративная (демонстрация явления с целью установления связи между чувственным и логическим, конкретным и абстрактным (с элементами объяснения))» [1, 4, 6].
Область применения ИКТ может охватывать: коллективные (групповые) занятия, индивидуальные занятия и самостоятельную работу. С помощью ИКТ можно осуществить следующие формы работы [6]: допуск (проверка готовности) к выполнению лабораторной работы; различные формы отчетности (проверки связанных с лабораторной работой знаний и умений); проверка и самопроверка знаний; обработка экспериментальных данных.
Необходимым условием профессиональной пригодности современного инженера является умение работать с измерительными приборами. Несмотря на высокую степень автоматизации современных технических средств, широкое использование микропроцессоров, которые позволяют освободить оператора от непосредственного контроля многочисленных параметров и характеристик инженерных систем, измерительные приборы по-прежнему достаточно широко используются при проведении ремонтных и регламентных работ, а также настройки различной аппаратуры. Формированию у обучающихся умений и навыков работы с радиоизмерительными приборами уделяется серьезное внимание на протяжении всего периода обучения в нашем учебном заведении. Однако началом этого длительного процесса является изучение дисциплины «Общая физика». Уже на вводном лабораторном занятии, проходящем в компьютерном классе, обучающиеся знакомятся с видами измерений, методами оценки погрешности, простейшими измерительными приборами на примере виртуальных тренажеров. Но работа с реальными приборами продолжается в течение 3-х семестров, причем по мере накопления знаний увеличивается сложность и разнообразие выполняемых измерений и используемых при этом измерительных средств. После первого знакомства в курсе физики с этим видом профессиональной деятельности, обучающиеся переходят к систематическому изучению методов измерений и измерительной техники в процессе преподавания целого ряда общеинженерных и специальных дисциплин.
Практика, однако, показывает, что столь длительные и многосторонние усилия преподавателей не всегда позволяют достичь желаемого результата. Это говорит о том, что проблема совершенствования методов и методики формирования умений и навыков работы с изме-
рительными приборами не теряет своей актуальности. Использование компьютерных технологий позволяет расширить арсенал средств обучения и повысить эффективность работы преподавателей по решению указанной проблемы.
Одним из таких средств является виртуальный компьютерный практикум, эмулирующий работу основных видов измерительных приборов и лабораторных установок, используемых в процессе обучения. ИКТ предназначен для использования в лабораторном практикуме по физике для формирования навыков работы с типовыми радиоизмерительными приборами. Целью разработки такого рода программных продуктов на кафедре «Общая физика» является создание программной оболочки, позволяющей:
- реализовать на основе Ю-графики реалистичные модели измерительных приборов;
- имитировать в интерактивном режиме основные функции управления режимами работы приборов, подготовки их к измерению и проведения самих измерений;
- осуществлять контроль правильности действий обучающихся во время работы с прибором;
- проводить тестирование обучающихся с целью оценки уровня сформированности навыков работы с измерительными приборами.
В качестве программно-аппаратной платформы для разработки ИКТ обычно выбирается платформа Win32, поскольку в настоящее время она используется на всех компьютерах, применяемых в учебном процессе большинства учебный заведений.
Измерительные приборы очень разнообразны по назначению, конструктивному исполнению, видам измерений, диапазону измеряемых величин и другим параметрам.
Изучение устройства типовых измерительных приборов не входит в цели обучения дисциплине «Общая физика». При изучении физики обучающиеся лишь знакомятся с физическими принципами, на которых основано измерение электрических параметров. Так, при изучении темы «Движение заряженных частиц в электрическом и магнитном полях», они знакомятся с принципом работы электростатической и магнитоста-тической отклоняющей системы, способами фокусировки электронного пучка, регулировки яркости и т. д. При этом многие особенности конструкции реальных устройств опускаются, а основной акцент делается на физических явлениях, которые лежат в основе работы этих устройств. В лабораторном практикуме обучающиеся знакомятся с правилами эксплуатации измерительных приборов и проведением измерений. В связи с этим при разработке Ю-моделей приборов целесообразно ограничиться моделированием внешнего облика измерительного прибора, исключив из модели его внутреннее устройство.
С точки зрения внешнего облика измерительного прибора в нем можно выделить три группы элементов: корпусные элементы; органы управления; элементы индикации.
Характерной особенностью корпусных элементов является их неизменность в процессе работы с прибором. Вне зависимости от количества корпусных элементов они в совокупности образуют статическую часть измерительного прибора, которую в дальнейшем будем называть «корпусом». Возможные трансформации корпуса во время работы с тренажером сводятся к его перемещению в пространстве, что, очевидно, не влияет на формирование навыков работы с прибором. Поэтому функция интерактивного управления корпусом теряет смысл.
Органы управления используются в реальном приборе для установления режима работы и вида измерений, выбора диапазона измеряемой величины и т. п. К ним относятся кнопки, тумблера, галетные переключатели и т. д. Именно эти элементы конструкции подвергаются воздействию во время работы с прибором, поэтому их модельные аналоги должны быть доступны для интерактивного управления.
Элементы индикации обеспечивают визуализацию состояния прибора и показания измеряемой величины. Они не являются статической частью прибора, но при этом недоступны для внешнего управления. Их состояние определяется внутренними процессами в приборе. Электронные аналоги элементов индикации, также как и корпус, должны быть недоступны для интерактивного управления. Компьютерная модель прибора должна содержать математическую модель, отражающую внутреннюю взаимосвязь элементов индикации с органами управления и измеряемым сигналом, а также ее программную реализацию, посредством которой осуществляется управление состоянием этих элементов.
Будучи компьютерным средством обучения, ИКТ должен решать следующие педагогические задачи:
- обучение правилам эксплуатации приборов и проведения измерений физических величин;
- формирование навыков работы с радиоизмерительными приборами;
- контроль правильности действий обучающихся;
- оценка достигнутого уровня усвоения учебного материала.
Обучение правилам эксплуатации приборов и проведения измерений физических величин осуществляется путем предъявления на экране монитора текстовой и графической информации, поясняющей содержание и последовательность выполнения операций, необходимых для достижения заданной цели. Учебная информация может быть предоставлена как по запросу пользователя, так и в автоматическом режиме в случае совершения ошибочных действий (контекстная справка). Для удобства работы пользователя учебная информация отображается в отдельном окне, содержащем средства навигации по учебному материалу. Вывод информации в отдельное окно позволяет использовать ее во время работы с виртуальным прибором без выхода из программы.
Моделирование прибора включает построение структурной и функциональной моделей. Структурная модель определяет состав прибора, форму и взаимное
расположение составных частей, а также текстурные карты для каждого элемента.
Функциональная модель включает формализованное описание видов измерений, для которых предназначен прибор, допустимых диапазонов измеряемой величины и номинальных состояний прибора по каждому виду измерений. Поскольку многие стрелочные приборы имеют нелинейную шкалу измерений, то функциональная модель должна содержать математическую модель отсчетного устройства прибора, например, в виде функциональной зависимости значения измеряемой величины от положения стрелки прибора. Функциональная модель описывает также изменение пространственного положения органов управления и состояния элементов индикации в зависимости от действий обучающегося.
Рассмотрим реализацию алгоритма работы ИКТ на примере лабораторной работы «Закон Ома и правила Кирхгофа». Выполнение лабораторной работы в первом цикле для обучающихся первого года является достаточно сложной задачей. Многие из них впервые приходят в физическую лабораторию, не имея при этом элементарных навыков работы с электрическими приборами и аппаратурой. Данная работа посвящена экспериментальной проверке закона Ома и правил Кирхгофа для разветвленных цепей. Она позволяет самостоятельно произвести сборку и разборку электрической цепи с использованием электроизмерительных приборов (амперметра, вольтметра), которые часто выходят из строя при неправильном подключении в схеме. Проводить полный контроль выполнения всех заданий у преподавателя на занятии не всегда получается. Поэтому и возникает необходимость создания ИКТ, которая позволила бы отработать навыки работы с электроизмерительными приборами и сборкой принципиальной схемы.
Постановка задачи заключается в создании комплекса виртуального лабораторного оборудования, который способен смоделировать работу 2-х источников питания, амперметра, вольтметра и электрической схемы.
Использование 2D моделей (статических моделей) для имитации хода выполнения работы в принципе возможно, но не позволяет максимально приблизить к реальности сам процесс при работе с установкой. В таких ситуациях, когда необходимо как можно реалистичнее представить объект, как уже было сказано выше, лучше всего использовать ^-моделирование. Оно позволит повысить наглядность и эффективность восприятия приборов, максимально приблизит обучающихся к его реальной работе на оборудовании. Воссозданный зрительный образ позволит быстрее адаптироваться к работе в лаборатории.
Планируемая модель должна иметь не зависящий от платформы программный интерфейс. Одним из наиболее удобных программных интерфейсов является OpenGL, а в качестве системы программирования использована среда Delphi 7. При необходимости работы в операционных средах Linux, Mac OS X и Windows CE можно перекомпилировать исходный код в среде раз-
13.00.02 - ТЕОРИЯ И МЕТОДИКА ОБУЧЕНИЯ И ВОСПИТАНИЯ (ПО ОБЛАСТЯМ И УРОВНЯМ ОБРАЗОВАНИЯ) (ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ НАУКИ), 13.00.08 - ТЕОРИЯ И МЕТОДИКА ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ (ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ НАУКИ) 13.00.02 - THEORY AND METHODS OF TRAINING AND EDUCATION (BY AREAS AND LEVELS OF EDUCATION) (PEDAGOGICAL SCIENCES), 13.00.08 - THEORY AND METHODOLOGY OF VOCATIONAL EDUCATION (PEDAGOGICAL SCIENCES)
работки проекта Lazarus или Free Pascal, компиляция в режиме совместимости с Delphi. OpenGL позволяет реализовывать современные графические возможности видеокарт и технологий в области реалистичного изображения, являясь мировым стандартом начиная с 1992 г., имеет аппаратную поддержку на всех современных ЭВМ.
Приступим к системному анализу модели. Лабораторный макет представлен в виде принципиальной схемы, изображенной на рисунке 1. Основными элементами являются: источники питания, резисторы, ключи и соединительные провода.
R, к, к: r2
Рис. 1. Принципиальная схема лабораторного макета.
Для выполнения лабораторных заданий используются два измерительных прибора: амперметр и вольтметр. Если схема собрана правильно, то при включении источников питания в замкнутой цепи протекает электрический ток, а приборы позволяют снять показания силы тока и напряжения. В этих цепях справедлив закон Ома, а для расчета разветвленных электрических цепей используют правила Кирхгофа.
Для определения физических параметров всей модели необходимо знать: внутреннее сопротивление источников тока; сопротивления резисторов; внутреннее сопротивление амперметра и вольтметра; ЭДС источника тока. Сопротивлением проводов можно пренебречь. Для функционирования амперметра или вольтметра необходимо знать: предел измерения; число делений на шкале; значение силы тока или падение напряжения на элементе цепи. Все эти параметры являются уникальными свойствами каждого моделируемого объекта. В процессе моделирования их можно задавать несколькими способами:
- генерировать в определенных пределах перед каждым использованием макета, что позволяет снимать различные показания и проводить всегда новые расчеты;
- задать эти параметры в виде констант, взяв значения с реальных приборов.
Для того чтобы смоделировать такую схему поведения приборов и макета, удобнее разделить все элементы на отдельные объекты. Например, выделим в отдельные объекты следующие элементы: источник тока; амперметр; вольтметр; принципиальная схема.
Для каждого такого объекта необходимо смоделировать 3-х мерный полигонный каркас, сопоставить и наложить текстурную карту, описать его свойства в
виде структуры или класса на языке программирования и задать все необходимые параметры (как внутренние, описывающие физические процессы, так и внешние, используемые для визуализации в конечной сцене).
Кроме того в программе необходимо:
- реализовать связи между составными частями каждого объекта, а также между различными объектами;
- описать алгоритм взаимодействия пользователя с элементами приборов, макета; представить его в виде интерфейса управления;
- описать алгоритм выполнения задания и отклика на действие пользователя, т. е. реализовать связь моделируемых объектов с физическими процессами, проходящими в системе;
- создать процедуру визуализации модели с заданными параметрами.
В процессе программирования будет уместно использовать объектно-ориентированный подход, что позволит всесторонне раскрыть данную технологию. Основные особенности, которые могут быть использованы при моделировании: абстрагирование; инкапсуляция; наследование; полиморфизм.
Под связями будем понимать условные соотношения между отдельными элементами модели или отдельными моделями. Опишем связи, которые возникают при реализации виртуальной работы.
Для правильной работы макета необходимо подключить все элементы согласно схеме. В реальной лаборатории приборы подключены с помощью проводников. Элементов схемы достаточно много, а описать все связи очень сложно и в этом нет необходимости. Выделенная модель - «принципиальная схема» уже внутренне реализует большинство связей. В реальном макете лабораторной работы все проводники, соединяющие резисторы, ключи и контактные разъемы спаяны и спрятаны от обучающегося внутри самого макета, что обеспечивает надежность работы всей схемы. Поэтому в программе необходимо описать только взаимодействие приборов (2-х источников тока, амперметра и вольтметра) при подключении к схеме, т.е. создать 8 связей соответствующих использованию 8 проводников. Однако вариантов подключения к схеме может быть больше, т. к. на макете имеются несколько разъемов для подключения. Кроме того в схеме необходимо учитывать и полярность подключаемых приборов, что усложняет алгоритм обработки работоспособности модели.
Этап разработки и описания алгоритма работы физической модели является самым сложным и трудоемким. Он требует хорошего знания как самого физического процесса, так и объектно-ориентированного программирования. От него зависит, насколько по своей функциональной возможности данная модель будет близка к реальной.
Поскольку интерактивный тренажер является компьютерным средством обучения, необходимо проанализировать учебное содержание работы с ИКТ. Представленная для анализа модель ИКТ позволяет выполнить полностью всю лабораторную работу по экспе-
риментальной проверке закона Ома и правил Кирхгофа для разветвленных цепей. Она содержит 5 заданий: измерение ЭДС; проверка закона Ома для однородного участка цепи; проверка закона Ома для неоднородного участка цепи: проверка закона Ома для замкнутой цепи и определение внутреннего сопротивления источника ЭДС; проверка правил Кирхгофа.
По результатам проведения компьютерного эксперимента пользователь, как и в реальности, снимает показания с приборов, делает расчеты и заносит полученные данные в бланк отчетности. Тренажер позволяет контролировать правильность работы с приборами и правильность полученных экспериментальных дан-ных.На первом этапе программа, в зависимости от активного задания, отслеживает и анализирует действия пользователя по сборке и разборке схемы, его работу с интерфейсом, корректность работы схемы и обеспечивает функциональную работу приборов. Как только все условия проведения эксперимента будут соблюдены, пользователь сможет снять информацию с электроизмерительных приборов.
На втором этапе пользователь проводит расчеты по экспериментальным данным. Полученные результаты заносит в соответствующий электронный бланк. В программе происходит анализ, исходя из параметров модели, и тренажер выдает сообщение о корректности представленных данных. Задание считается выполненным, если все значения были корректно представлены и рассчитаны, но с учетом заложенной в модели погрешности измерений.
Рассмотрим этапы построения модели отдельного устройства. В качестве примера возьмем прибор - источник питания постоянного тока Б5-47. Внешний вид прибора представлен на рисунке 2.
Рис. 2. Внешний вид источника питания постоянного тока Б5-47.
На первом этапе необходимо перенести модель этого устройства в среду моделирования 3D объектов. В этом случае удобно использовать Autodesk 3ds Max (ранее 3D Studio MAX) - полнофункциональная профессиональная программная система для создания и редактирования трехмерной графики и анимации, раз-
работанная компанией Autodesk. Разработчик ИКТ переносит основные элементы прибора в полигональную сетку, готовит текстуры наложения и связывает их. В 3D
Studio \/. I.Y эта модель может выглядеть как на рисунке 3.
Sfa^* «1?.«шГ1? -ю**.— п*!-ын w »wa,« f"i3S чга*
в.
(Я 5»:,
Рис. 3. Модель источника питания Б5-47 в среде 3D Studio MAX.
Второй этап - выбор формата хранения модели для дальнейшего использования в ИКТ. Каждая среда 3D моделирования имеет свой внутренний формат данных, который не всегда является удобным в использовании или не имеет свободного технического описания. Одним из наиболее простых, стандартизированных форматов является формат 3ds, описание которого находится в открытом доступе. Если модель содержит множество функциональных элементов, например кнопки, тумблера, розетки, стрелки и т. п., то следует сохранять такую модель по частям. Таким образом, исходный объект источник постоянного тока разбивается на несколько простых элементов: тумблер включения питания; кнопки выбора циферблата; циферблат; клеммы питания; корпус прибора.
Третий этап - загрузка модели и ее элементов в ИКТ.
Четвертый этап - настройка визуальных параметров модели.
Пятый этап - создание интерфейса и установка связей между элементами.
Шестой этап - описание алгоритма работы составных частей модели в среде программирования.
Седьмой этап - отображение модели исходя из параметров настройки видеодрайвера и функционального назначения в ИКТ.
Таким образом, в процессе разработки тренажеров сложная модель физического прибора заменяется виртуальной системой, которая позволяет адекватно отображать основные конструктивные особенности того или иного устройства (структурная модель) и принцип его работы (функциональная модель). На рисунке 4 в качестве примера представлена модель источника питания Б5-47 в составе ИКТ.
Следующим и наиболее трудоемким этапом реализации ИКТ является разработка программного обеспечения или ядра программы. Оно необходимо для полноценного функционирования всей системы, т.к. созданные полигонные модели сами по себе не мо-
13.00.02 - ТЕОРИЯ И МЕТОДИКА ОБУЧЕНИЯ И ВОСПИТАНИЯ (ПО ОБЛАСТЯМ И УРОВНЯМ ОБРАЗОВАНИЯ) (ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ НАУКИ), 13.00.08 - ТЕОРИЯ И МЕТОДИКА ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ (ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ НАУКИ) 13.00.02 - THEORY AND METHODS OF TRAINING AND EDUCATION (BY AREAS AND LEVELS OF EDUCATION) (PEDAGOGICAL SCIENCES), 13.00.08 - THEORY AND METHODOLOGY OF VOCATIONAL EDUCATION (PEDAGOGICAL SCIENCES)
Рис.4. Модель источника питания постоянного тока Б5-47 в ИКТ.
гут моделировать физические процессы или явления. Программный код обычно содержит несколько модулей, назначение которых определяется функциональными возможностями и внутренней структурой программы. Разбиение на такие модули обеспечивает гибкость модернизации и расширения самой оболочки, а также возможность многократного использования в других ИКТ. Для данного ИКТ было разработано более 10 модулей, которые реализуют основные функции тренажера, а также модули диагностики и контроля действий обучающихся, интерфейс пользователя. Несмотря на относительную простоту модели структура тренажера довольно сложна.
Когда программа собрана и откомпилирована, подготовлены все модели, заданы начальные параметры, начинается процесс отладки приложения. На этом этапе происходит проверка всех законов, правил поведения объектов, корректировка и проверка связей между объектами. Настраиваются интерфейсы обращения с элементами сцены. Делаются контрольные опыты, согласуются результаты эксперимента. В процессе этой работы выявляются ошибки в работе, как в системе ядра, программного обеспечения, так и в процессе моделирования явлений. Тем самым проверяется функциональность всего ИКТ и его отдельных частей.
После отладки работа ИКТ может быть проверена в ходе педагогического эксперимента. Использование такой модели возможно во время самоподготовки или самостоятельной работы под руководством преподавателя. На рисунке 5 для примера представлен кадр из работы ИКТ при выполнении задания № 2.
Когда все задания с виртуальным оборудованием будут выполнены успешно, обучающийся может приступить к реальным измерениям на лабораторных установках. Если возникают затруднения при работе с реальными измерительными приборами, то обучающиеся имеют возможность провести коррекцию своих действий, отрабатывая навыки на ИКТ. Возможность многократной отработки навыков работы с виртуальными приборами и своевременная коррекция действий
позволяют обучающемуся с уверенностью приступить к измерениям реальных величин, используя лабораторное оборудование на занятиях по физике.
Как известно, на современном уровне развитии информационных технологий уже имеется достаточно большое количество виртуальных тренажеров различного назначения. Во многих из них, например, так же имитируется сборка электрических цепей, их анализ и расчет. Эти тренажеры, безусловно, могут быть полезны в фазе подготовки к работе с определенным оборудованием или при решении конкретных учебных задач. Однако удовлетворить потребности учебного процесса в пределах различных учебных заведений они не всегда могут. Это связано и с тем, что при разработке ИКТ создается не одна программа тренажер, а разрабатывается целый комплекс по учебной дисциплине, который должен в рамках УМК подразделения решать ряд конкретных задач. Как показывает практика, важным элементом в таких системах является наличие модулей идентификации пользователей, администрирования и ведения отчетной документации по результатам работы с виртуальной лабораторией. При работе с большими учебными потоками так же требуется организация сетевого доступа в рамках архитектуры конкретного учебного заведения. Кроме того, при переходе на новый стандарт обучения или его изменение приводит к необходимости корректировки и переработки содержимого учебных дисциплин, а это в свою очередь отображается на структуре и функционировании самих ИКТ, которые были разработаны ранее. Существующие в свободном доступе готовые решения не всегда могут обеспечить данные потребности, но идеи, заложенные в них, и варианты их реализации могут помочь в проектировании своих виртуальных систем с учетом собственных задач. Поэтому, разработка такого рода программного обеспечения, его настройка, наполнение функциональным содержимым, совершенствование методики применения и апробация на учебных занятиях остается достаточно актуальной задачей для методического коллектива кафедр, которые используют ИКТ в своей практике.
Рис. 5. ИКТ в рабочем режиме, моделирующий лабораторную работу по изучению законов Ома и правил Кирхгофа.
Библиографический список
1. Баяндин Д.В. Динамические интерактивные модели для поддержки познавательной деятельности учащихся / Д.В. Баяндин // Вестник ПГПУ Серия: Информационные компьютерные технологии в образовании. 2009. Вып. 5. С. 30-44.
2. Зубов М.Е. Математическое и программное обеспечение новых технологий проектирования виртуальных тренажеров : дис. ... канд. техн. наук : 05.13.11 / Зубов Максим Евгеньевич; МГАПИ; науч. рук. О.М. Петров. Москва, 2003. 107 с.
3. КлыковВ.В. Интерактивные компьютерные тренажеры по математическим дисциплинам : дис. ... канд. техн. наук : 05.13.18 / Клыков Виктор Викторович; ТУСУР; науч. рук. А.А. Мицель. Томск, 2005. 157 с.
4. Ревинская О.Г. Методика проектирования и проведения компьютерных лабораторных работ для изучения теоретических моделей явлений и процессов в курсе общей физики технического вуза : дис. ... канд. пед. наук : 13.00.02 / Ревинская Ольга Геннадьевна; ТПУ; науч. рук. В.А. Стародубцев. Томск, 2006. 229 с.
5. Стародубцев В.А. Компьютерные и мультимедийные технологии в естественнонаучном образовании / В.А. Стародубцев Томск: Дельтаплан, 2002. 224 с.
6. Стародубцев В.А. Лабораторный практикум по курсу физики как проектная обучающая // Вестник ТГПУ. 2012. № 4. С. 151-154.
References
1. Bayandin D.V. Dynamic interactive models to support students cognitive activity. Information computer technologies in education / D.V. Bayandin // Vestnik PGPU. 2009. Vol. 5. Pp. 30-44.
2. ZubovM.E. Mathematical and software support of new technologies for designing virtual simulators: dis. ... candidate of technical sciences : 05.13.11 / Zubov Maxim Evgenievich; MGAPI; scientific hands О.М. Petrov. Moscow, 2003. 107 p.
3. Klikov V.V. Interactive computer simulators in mathematical disciplines: dis. ... candidate of technical sciences : 05.13.18 / Klikov Victor Victorovich; TUSUR; scientific hands А.А. Michele. Tomsk, 2005. 157 p.
4. Revinskaya O.G. Methods of designing and conducting computer laboratory work for the study of theoretical models of phenomena and processes in the course of general physics of a technical university : dis. ... candidate of pedagogical sciences: 13.00.02 / Revinskaya Olga Gennadievna; TPU; scientific hands B.A. Starodybchev. Tomsk, 2006. 229 p.
5. Starodybchev B.A. Computer and multimedia technologies in natural science education / Tomsk: Hang Glider, 2002. 224 p.
6. Starodubtsev V.A. Laboratory practicum in physics course as project learning environment // TSPU Bulletin. 2012. № 4. Pp. 151-154.
