CC BY
91^^ 1 ЭЛЕКТРОННЫЕ УЧЕБНЫЕ РЕСУРСЫ:
>/ РАЗРАБОТКА И МЕТОДИКА ПРИМЕНЕНИЯ В ОБУЧЕНИИ
УДК 004.9 ББК 420.253
Д.А. Антонова
ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИНТЕРАКТИВНЫХ УЧЕБНЫХ МОДЕЛЕЙ ФИЗИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕХНОЛОГИИ МАКСИМАЛЬНО РЕАЛИСТИЧНОГО ИНТЕРФЕЙСА
Рассматривается содержание проектной деятельности студентов по разработке интерактивных моделей школьного физического эксперимента, реализуемых в технологии максимально реалистичного интерфейса. Определены основные принципы проектирования моделей данного вида: реалистичность визуализации экспериментальной установки и ее функционала, квазиреалистичность действий с элементами установки и исследуемыми физическими объектами, обеспечение высокого уровня интерактивности модели и соответствие ее сценарных решений методологии экспериментального исследования, направленность на формирование у учащихся обобщенных умений в работе с компьютерной моделью. Обоснована важность взаимосвязи методического и технологического подходов к проектированию учебных интерактивных моделей.
Ключевые слова: обучение физике, физический эксперимент, экспериментальные умения, интерактивная модель, принципы проектирования учебных моделей физического эксперимента
Освоение курса физики в средней школе должно строиться с опорой на многочисленные наблюдения и эксперименты (как демонстрационные, так и лабораторные). Выполнение опытов позволяет учащимся накопить достаточный для систематизации и содержательного обобщения объем фактического материала и приобрести необходимые практические умения и навыки. Эмпирическое знание, полученное в ходе наблюдений и экспериментов, составляет необходимую основу для последующего теоретического осмысления сути изучаемых явлений природы.
К сожалению, этап эмпирического познания, связанный с проведением опытов, является в средней школе весьма ограниченным по времени. Невелик и объем соответствующей практической работы, выполняемой учащимися (демонстрационный физический эксперимент - это в основном работа «руками учителя», лабораторный эксперимент малочислен, а домашние опыты достаточно редко включаются учителями в содержание обучения). Негативным образом на данную ситуацию влияет и современная техносреда. Она не располагает учащихся к наблюдению за явлениями природы и изучению особенностей их протекания. «Причина тому - "упакованность"
© Антонова Д.А., 2017
этих явлений в сложные технические устройства, заботливо окружающие нас и незримо удовлетворяющие наши потребности и интересы» [9, с. 434].
Ресурсы виртуальной среды могут рассматриваться как важное дополнительное средство, обеспечивающее подготовку учащихся в области методологии экспериментального исследования. Прежде всего должно быть уделено внимание совершенствованию и расширению базы видеоматериалов (хроникальных, постановочных), связанных с натурными физическими опытами (наблюдениями и экспериментами). Реалистичный видеоряд способствует расширению эмпирического кругозора учащихся, делает физические знания контекстными и востребованными на практике. Полезными в обучении являются фотоснимки и объекты статичной и интерактивной компьютерной графики, раскрывающие содержание и этапы постановки различных физических опытов. Необходима разработка учебной анимации, иллюстрирующей особенности протекания изучаемых явлений, а также работу различных объектов техники, в том числе физических приборов.
Предмет особого интереса составляют объекты виртуальной среды, моделирующие учебный физический опыт и практические действия пользователя с приборами и материалами для его проведения [3, 4, 7, 8, 10]. Комплекс уникальных функций данной среды обучения (интеллектуальность, моделинг, интерактивность, мультимедиа, коммуникативность, производительность) позволяет разработчикам создавать данные объекты на высоком уровне качества [3, 5, 6]. Интерактивные учебные модели физического эксперимента весьма востребованы на образовательном рынке, поэтому необходимо вести постоянную работу по наполнению предметной среды моделями этого вида.
Поиск подходов к созданию виртуальных моделей физических опытов и их первые реализации относятся к началу 2000-х гг. В этот период такие модели представляли собой, как правило, простейшую анимацию природных физических процессов или этапов выполнения физического эксперимента по их исследованию. Позднее появились модели с кнопочно-анимационным интерфейсом, позволяющим пользователю менять параметры модели и наблюдать за ее поведением. Вскоре визуализация внешних признаков явлений стала дополняться визуализацией механизмов их протекания с целью иллюстрации положений той или иной физической теории, объясняющей данные явления. Особенностью визуального представления физических опытов в виртуальной среде в этот период была его достаточная схематичность [9, с 435]. Важно отметить, что применение в обучении схематичных модельных аналогов физического эксперимента приемлемо в основном для учащихся старших классов, так как у них в достаточной степени развито абстрактное мышление и имеется опыт проведения натурных экспериментальных исследований. На начальном этапе освоения курса физики работа с такими объектами виртуальной среды является весьма затруднительной для большинства обучаемых и нередко приводит к формированию у них неверных представлений о характере протекания явлений природы, а также к не вполне адекватному восприятию способов их экспериментального изучения. Схематичность учебных моделей и традиционный для рабочих окон способ управления их поведением (кнопки различных видов, списки, полосы прокруток и др.), безусловно, можно отнести к группе причин их недостаточной востребованности и низкой эффективности применения в массовой учебной практике.
В середине первого десятилетия наступившего века структура и функционал кнопочно-анимационного интерфейса учебных моделей активно совершенствовались. База моделей со строго заданными сценариями работы (по составу и последовательности действий) стала пополняться новыми моделями, позволяющими учащимся самостоятельно ставить цели и определять план действий по их достижению. Однако достаточно революционные преобразования в практике разработки учебных моделей этого вида в отечественном образовании произошли только в конце 2000-х гг. Благодаря развитию технологий виртуального моделинга стало возможным воспроизводить в виртуальной среде физические объекты в 3Б-формате, а с включением в виртуальную среду процедуры «drag&dшp» стали меняться представления о модели деятельности обучаемого с виртуальными объектами. Развитие шло в направлении обеспечения квазиреалистичности действий с данными объектами. Эти обновления оказались особенно значимыми для разработки интерактивных моделей учебного физического эксперимента. Появилась возможность реализации почти естественного способа управления элементами виртуальной экспериментальной установки, а также ходом эксперимента в целом. Благодаря технологии «drag&dшp» мышь и клавиатура компьютера стали фактически выполнять функции «руки» экспериментатора. Интерактивный 3Б-эксперимент с квазиреалистичным процессом управления экспериментом (перемещение, поворот, вращение, нажатие, трение, изменение формы и пр.) был обозначен как новый ориентир в проектировании объектов предметной виртуальной среды. Его преимущества как существенно более качественного в дидактическом отношении были бесспорны.
Важно отметить, что с некоторым отставанием идет процесс совершенствования компьютерной графики в представлении моделей физических опытов. Это связано прежде всего с высокими трудозатратами на выполнение такой работы. Низкий уровень компьютерной графики, та или иная степень несоответствия изображений объектов и их реальных аналогов негативно сказываются на процедуре переноса учащимися знаний и умений, приобретенных в одной учебной среде, на объекты другой среды (из реальной в виртуальную и наоборот). Нельзя отрицать, что реалистичность компьютерной модели может и должна иметь определенную степень ограничения. Тем не менее необходимо создавать в виртуальной среде легко «узнаваемые образы» реальных учебных объектов, используемых при проведении натурных физических опытов. Важно отображать каждый такой объект с учетом его существенных внешних признаков и реализуемых в эксперименте функций. Сочетание реалистичной визуализации лабораторной установки с квазиреалистичными действиями экспериментатора создает некое подобие виртуальной реальности экспериментального исследования и значительно повышает дидактический эффект работы учащегося в виртуальной среде.
Очевидно, что с учетом современного уровня развития 1Т-инструментария и аппаратной техники элементы виртуальной реальности в учебных экспериментальных исследованиях достаточно скоро заменит собственно виртуальная реальность как таковая. Рано или поздно для учебного процесса в школе и вузе будут созданы в достаточном количестве 3Б-модели интерактивных физических экспериментов. Реализованная в виртуальной среде 3Б-модель физической лаборатории с реалистичной визуализацией лабораторного оборудования для проведения исследования и возможность совершения казиреалистичных экспериментальных действий и операций - эффективное дополнительное средство формирования у учащихся знаний, умений и навыков в области методологии
экспериментального исследования. Однако следует помнить, что виртуальная реальность наполнена объектами, которые не взаимодействуют с внешним миром.
Попытки разработки моделей нового поколения для учебного физического эксперимента уже предпринимаются [3, 4, 10]. Создание интерактивной лаборатории физического эксперимента, реализованной в технологии виртуальной реальности, с точки зрения затрат на программное и аппаратное обеспечение данного процесса и собственно производство продукта - деятельность весьма трудоемкая и дорогостоящая. Вместе с тем достаточно очевидно, что по мере развития технологий создания объектов виртуальной среды и доступности этих технологий широкому кругу авторов-разрабочиков эта проблема будет терять свою остроту.
В настоящее время благодаря появлению в открытом доступе бесплатных (хотя и с ограниченным функционалом) версий современного программного обеспечения уже стало возможным динамическое 3Б-моделирование объектов виртуальной среды, а также создание учебных объектов с помощью технологий дополненной реальности и смешанной (гибридной) реальности (или, иначе, дополненной виртуальности). Так, например, в последнем из случаев интерактивные 2,5Б-модели (с псевдотрехмерным эффектом) или собственно 3D-модели учебных объектов проецируются поверх реального рабочего стола. Иллюзия реалистичности в этом случае выполняемой учащимся виртуальной работы существенно возрастает.
Необходимость создания учебных моделей нового поколения, отличающихся высоким уровнем интерактивности и максимально реалистичным интерфейсом, определяет важность обсуждения методических аспектов их проектирования и разработки. Данное обсуждение необходимо строить исходя из назначения этих моделей в учебном процессе, а именно: 1) получение учащимися необходимой учебной информации об исследуемых в виртуальной среде физических объектах и процессах; 2) освоение элементов методологии экспериментального исследования (его этапов, действий и отдельных операций), закрепление методологических знаний и отработка умений, формирование необходимого уровня их обобщенности; 3) обеспечение адекватного переноса приобретенных знаний и умений при переходе от натурных объектов естественной среды к модельным объектам виртуальной (и наоборот); 4) содействие формированию у учащихся представлений о роли компьютерного моделирования в научном познании и обобщенных умений в работе с компьютерными моделями.
Реализация модельного физического эксперимента в виртуальной учебной среде должна осуществляться с учетом современных образовательных технологий формирования у учащихся предметных и метапредметных знаний, конкретных и обобщенных умений (как предметного, так и метапредметного уровней обобщения), универсальных учебных действий, а также ИКТ -компетенций. Для достижения этой цели автор-разработчик или группа специалистов, участвующих в создании моделей физического эксперимента, должны обладать соответствующими методическими знаниями. Укажем области этих знаний:
- оборудование школьного кабинета физики;
- требования к лабораторному и демонстрационному физическому экспериментам;
- структура и содержание учебной деятельности, связанной с проведением физического эксперимента;
- методика формирования у учащихся экспериментальных умений и навыков;
- направления и способы применения средств ИКТ при проведении эксперимента;
- требования к разработке интерактивных учебных моделей физического эксперимента;
- методика формирования у учащихся обобщенных умений и навыков работы с компьютерными моделями;
- организация учебных экспериментальных исследований школьников в виртуальной среде на основе компьютерных моделей.
На первом этапе разработки необходимо выполнить предпроектное исследование объекта моделирования: изучить физические основы исследуемых в опыте явлений природы; рассмотреть содержание и методику постановки аналогичного натурного эксперимента (учебного, научного); уточнить состав и особенности оборудования, приборов и материалов для его проведения; проанализировать модели-аналоги проектируемого физического опыта, созданные другими авторами (при наличии), выявить их достоинства и недостатки, а также возможные направления совершенствования. Важно определить в итоге состав экспериментальных умений, которые целесообразно формировать у учащихся на основе создаваемой модели.
Далее разрабатывается проект интерфейса рабочего окна модели, в составе которого определяются все статичные и интерактивные элементы, а также их функционал. Основу проектирования интерфейса составляют методические модели физического знания и учебной деятельности, которые представлены в педагогической науке обобщенными планами: физического явления (объекта, процесса), экспериментального исследования и выполнения его отдельных этапов, разработки учебной инструкции, работы с компьютерной моделью.
Собственно разработка модели учебного эксперимента осуществляется на основе избранных для каждого отдельного случая технологий представления и обработки информации, сред и языков программирования.
По окончании работы осуществляется тестирование модели и ее доработка. Важен этап апробации виртуальной модели в реальном учебном процессе с целью проверки ее дидактической эффективности.
Сформулируем наиболее общие принципы проектирования интерактивных учебных моделей физических опытов с применением технологии максимально реалистичного интерфейса [1, 9].
1. Реалистичность визуализации экспериментальной установки (исследуемого объекта, технических устройств, приборов и инструментов). Визуальный аналог натурной установки для проведения модельного эксперимента размещается на виртуальном лабораторном столе. В ряде особых случаев может быть создана реалистичная модель полевых условий проведения эксперимента. Степень детализации любой визуализации должна быть обоснована. Главными критериями в этом случае являются существенные для адекватного восприятия установки элементы ее внешнего образа и основные элементы функционала. Для получения реалистичного изображения целесообразно сделать фотоснимки экспериментальной установки и ее отдельных частей, снимки исследуемых в опыте объектов, а также инструментов и материалов, необходимых для проведения эксперимента. Особенности съемки определяются избранной технологией моделирования объектов в виртуальной среде (2Б или 3Б-моделирование). В ряде случаев может оказаться необходимой визуализация внутреннего устройства какого-либо прибора. Перед вклчением снимков в интерфейс модели, как правило, требуется их дополнительная обработка с помощью различных редакторов.
2. Реалистичный моделинг функционала установки и исследуемого в опыте физического явления. Выполнение этого требования связано с тщательным анализом хода натурного ксперимента, изучением функционала каждого элемента экспериментальной установки и анализом процесса протекания воспроизводимого на ней физического явления. Является необходимой разработка физических и математических моделей функциональных компонентов экспериментальной установки, а также исследуемых в эксперименте объектов и процессов.
3. Квазиреалистичность действий учащегося с элементами экспериментальной установки и исследуемыми физическими объектами. Модель физического эксперимента должна позволять учащимся в режиме реалистичных манипуляций с виртуальным оборудованием исследовать физические явления и выявлять закономерности их протекания. На рис. 1 приведен пример такой модели («Рычаг. Равновесие сил на рычаге», 7 класс).
Рис. 1. Интерактивная модель «Равновесие сил на рычаге» (проект студента Е.С. Тимофеева, ПГГПУ, г. Пермь, выпуск 2016 г.) [9]
В рабочем поле данной модели представлен демонстрационный рычаг с подвесами и балансировочными гайками, а также набор из шести грузов по 100 г. Учащийся, применяя технологию «drag and drop», может: 1) уравновесить рычаг, раскручивая или закручивая балансировочные гайки посредством скользящих движений вдоль их торцов (вверх, вниз); 2) последовательно подвешивать грузы к подвесам; 3) перемещать подвесы с грузами так, чтобы рычаг пришел в равновесие; 4) снимать грузы с рычага и возвращать их в контейнер. В ходе опыта учащимся заполняется представленная на доске таблица «Равновесие сил на рычаге» (см. рис. 1). Отметим, что модель воспроизводит реалистичное поведение рычага при нарушении равновесия. Рычаг в каждом таком случае движется с нарастающей скоростью.
На рис. 2 представлена еще одна учебная модель («Электризация тел», 8 класс). При работе с данной моделью учащийся на основе технологии «drag&drop» может выполнять те же
экспериментальные действия, что и на натурной установке. В рабочем поле модели можно выбрать любую из электризуемых палочек (эбонитовую, стеклянную, из органического стекла или сургуча, латунную), наэлектризовать ее трением об один из лежащих на столе материалов (о мех, резину, бумагу или шелк). Степень электризации палочки за счет продолжительности трения может быть различной. При поднесении палочки к кондуктору электрометра его стрелка отклоняется (электризация влиянием). Величина отклонения стрелки зависит от степени электризации палочки и расстояния до электрометра.
а) б)
Рис. 2. Модель «Электризация тел». Установка для модельного эксперимента:
а) «макроуровень» демонстрации; б) «микроуровень» демонстрации (проект студента А.А Васильченко, ПГГПУ, г. Пермь, выпуск 2013 г.) [2, с. 46]
Возможна зарядка электрометра прикосновением палочки. При последующем поднесении этой же наэлектризованной палочки к заряженному от нее электрометру отклонение стрелки увеличивается. При поднесении к этому электрометру палочки с зарядом другого знака отклонение стрелки уменьшается.
С помощью данной модели можно продемонстрировать способ зарядки электрометра прикосновением «виртуальной руки». Для этого рядом с кондуктором размещается наэлектризованная палочка, которая убирается после касания «рукой» кондуктора электрометра. Возможно последующее определение знака заряда этого электрометра при помощи электризации через влияние.
Интерактивная модель демонстрационного эксперимента по электризации тел (влиянием, прикосновением) позволяет в режиме реалистичных манипуляций с виртуальным оборудованием исследовать взаимодействие наэлектризованных тел и сделать вывод о существовании зарядов двоякого рода (т.е. о «стеклянном» и «смоляном» электричестве или, как стали говорить позднее, о положительных и отрицательных электрических зарядах).
4. Визуализация механизма протекания явления. Реализация этого принципа осуществляется в случае возникновения необходимости пояснить учащимся основы теории изучаемого явления. Как правило, это виртуальные идеализации. Важно прокомментировать в справке к модели условия такой идеализации. В частности, в упомянутой выше модели по электризации тел
реализован запуск «микроуровня» демонстрации (рис. 2б). При запуске данного уровня отображается знак заряда отдельных элементов электрометра и условная величина этого заряда (за счет большего или меньшего числа знаков «+» и «-» на каждом из элементов электрометра). Работа в режиме «микроуровень» направлена на оказание помощи учащемуся в объяснении наблюдаемых эффектов по электризации тел на основе представлений о строении вещества.
5. Обеспечение высокого уровня интерактивности модели. Возможные уровни интерактивности учебных моделей описаны в работе [7, с. 360 - 371]. При разработке моделей физического эксперимента с максимально реалистичным интерфейсом целесообразно ориентироваться на высокие уровни интерактивности (третий, четвертый), обеспечивающие достаточную степень свободы деятельности обучаемых. Модель должна допускать как простые сценарные решения (работа по инструкции), так и самостоятельное планирование учащимися цели и хода эксперимента. Самостоятельность деятельности обеспечивается произвольным выбором объектов и условий исследования в предложенном диапазоне, а также разнообразием действий с элементами модели. Чем шире эти диапазоны, тем более непредсказуемыми становятся для учащихся и сам процесс исследования и его результат [6, 8].
6. Реализация моделей учебной деятельности. Структура деятельности наблюдения и экспериментального исследования представлена в методической науке обобщенными планами [7, с. 642 - 655]. Все элементы интерфейса реалистичной модели физического эксперимента и их функционал должны быть разработаны с учетом данных планов. Это обобщенные планы выполнения физического эксперимента и отдельных действий в его составе (выбор оборудования, планирование эксперимента, измерение, оформление таблиц различных видов, построение и анализ графиков функциональной зависимости, формулировка вывода), а также обобщенные планы изучения физических явлений и технических объектов. Такой подход к разработке модели позволит учащимся полноценно и методологически грамотно работать с виртуальной экспериментальной установкой. Работа с моделью в этом случае будет способствовать формированию у учащихся обобщенных умений в проведении физических опытов.
Интерактивные модели, выполненные в технологии максимально реалистичного интерфейса, предназначены, как правило, для проведения учащимися полноценных лабораторных работ. Квазиреалистичность модели и соответствие ее функционала содержанию и структуре экспериментального исследования обеспечивают в итоге достаточно легкий перенос приобретенных учащимися в виртуальной среде знаний и умений в реальную лабораторную среду. Это обеспечивается тем, что в ходе виртуального эксперимента в среде визуально и функционально близкой к реальной школьники осуществляют привычные им действия: знакомятся с учебным оборудованием, в ряде случаев осуществляют его выбор и сборку экспериментальной установки (полную или частичную), выполняют эксперимент (оказывают необходимые «воздействия» на исследуемый объект, снимают показания с приборов, заполняют таблицы данных и проводят расчеты), а по завершении эксперимента формулируют выводы. Практика показала, что аналогичную работу с теми же самыми приборами учащиеся впоследствии вполне успешно выполняют в школьной лаборатории.
7. Проектирование и разработка модели с учетом обобщенного плана работы учащихся с компьютерной моделью. Обобщенный план работы с компьютерной моделью представлен работах [6, 8]. С одной стороны, такой план определяет ключевые действия пользователя с любой
моделью при ее исследовании, с другой - содержание представленных в нем этапов работы показывает разработчику модели, какие элементы интерфейса должны быть созданы для обеспечения высокого уровня ее интерактивности и требуемой дидактической эффективности.
Учебная работа с интерактивными моделями, разработанными на основе данного принципа, обеспечивает формирование у учащихся соответствующих обобщенных умений, позволяет им в полной мере оценить объясняющую и предсказательную силу моделирования как метода познания.
Отметим, что данный обобщенный план целесообразно применять при разработке инструкций к виртуальным лабораторным работам. Процедура подготовки учебной инструкции на основе такого плана приведена в работе [7, с 371 - 372].
8. Модульный принцип формирования учебных материалов для организации самостоятельной работы учащихся компьютерными моделями. Интерактивную модель физического эксперимента целесообразно включать в состав учебного модуля, определяющего относительно завершенный цикл обучения (рис. 3) (предъявление учебного материала в виде кратких теоретических и исторических сведений (рис. 4 ); отработка знаний и умений учащихся на основе модели, предъявление в случае затруднений образцов деятельности или указаний на допущенные в ходе работы ошибки (рис. 1 ); самоконтроль результатов освоения учебного материала с помощью интерактивного теста (рис. 5).
Министерство образования и науки Российской Федерации Пермский государственный гуманитарно-педагогический университет Кафедра мультимедийной дидактики и информационных технологий обучения Физический факультет
Рычаг. Равновесие сил на рычаге
студент МЗ группы
Тимофеев Евгений Сергеевич
Руководитель
д-р лед неук, профессор
Оспенникова Елена Васильевне
Рис. 3. Интерактивный учебный модуль «Равновесие сил на рычаге»: титул и оглавление (проект студента Е.С. Тимофеева, ПГГПУ, г. Пермь)
Рычаг. Равновесие сил на рычаге
Рычаг представляет собой твердое тело, которое может вращаться вокруг неподаижной опоры.
На рисунке 1 изображен рычаг, ось вращения которого О (точка опоры) расположена между точками приложения сил А и В. На рисунке 2 показана схема этого рычага. Силы р1 и , действующие на рычаг, направленны в одну сторону.
Рычаг. Равновесие сил на рычаге
¡Рычаг находится в равновесии, когда силы, действующие на него, обратно ; пропорциональны плечам этих сил.
Это правипо можно записать в виде формупы:
I ¡^ где р1 и Рг - силы,
_ - = — , действующие на рычаг, '2 Ь и \г - плечи этих сил.
Правило равновесия рычага было установлено древнегреческим ученым Архимедом - физиком, математиком, иэобретителем.
Рис. 4. Интерактивный учебный модуль «Равновесие сил на рычаге»: теоретические сведения (проект студента Е.С. Тимофеева, ПГГПУ, г. Пермь)
Вопрос 3
В каком из изображенных инструментов не используется рычаг?
1) человек передвигает груз #
п
3) болт и гайка
2)педаль автомобиля
4)ножницы
Ответ:
Рис. 5. Интерактивный учебный модуль «Равновесие сил на рычаге»: тест для самоконтроля (проект студента Е.С. Тимофеева, ПГГПУ, г. Пермь)
Интерактивная модель является основной частью модуля, другие его части носят сопутствующий характер.
В ходе выполнения виртуального эксперимента осуществляется текущий контроль результатов работы учащихся. Неверные действия «экспериментатора» должны вызывать реалистичную «реакцию» исследуемого физического объекта или лабораторной установки. В ряде случаев эта реакция может быть заменена всплывающим текстовым сообщением, а также аудио-или видеосигналами. Целесообразно обращать внимание учащихся на ошибки, допущенные в расчетах и при заполнении таблиц данных эксперимента. Возможен подсчет совершенных ошибочных действий и предъявление комментария обучаемого в конце работы по ее результатам.
В рамках модуля должна быть организована удобная навигация, обеспечивающая оперативный переход пользователя к его различным составляющим.
Указанные выше принципы проектирования интерактивных учебных моделей физического эксперимента являются основными. Не исключено, что по мере развития технологий создания объектов виртуальной среды и способов управления данными объектами состав и содержание данных принципов могут быть уточнены.
Следование сформулированным выше принципам обеспечивает создание интерактивных учебных моделей высокой дидактической эффективности. Модели физического эксперимента, реализованные в технологии максимально реалистичного интерфейса, выполняют фактически функцию симуляторов. Такие симуляции весьма трудоемки в создании, но эти затраты вполне обоснованны, поскольку в итоге учащимся предоставляется широкое поле дополнительной экспериментальной практики, не требующей специального материально-технического и организационно-методического сопровождения. Реалистичность визуализации и функционала экспериментальной установки, квазиреалистичность действий обучаемых с ее элементами способствуют формированию у них адекватных представлений о реальной практике эмпирического исследования. При проектировании таких моделей реализуются в известной мере технологии управления учебной работой учащихся (системный подход к представлению учебной информации и организации учебной деятельности, поддержка самостоятельной работы на уровне оповещения об ошибочных действиях или предъявления (при необходимости) учебной инструкции, создание условий для систематического самоконтроля и наличие итогового контроля уровня усвоения учебного материала).
Важно отметить, что интерактивные модели физического эксперимента не предназначены для замены его натурной версии. Это лишь еще одно дидактическое средство, призванное дополнить систему средств и технологий формирования у учащихся опыта экспериментального изучения явлений природы.
Список литературы
1. Антонова ДА. Организация проектной деятельности студентов по разработке интерактивных учебных моделей по физике для средней школы // Преподавание естественных наук, математики и информатики в вузе и школе: сб. материалов X междунар. науч. -практ. конф. (31 октября - 1 ноября 2017 г.). - Томск: ТГПУ: 2017. - с. 77 - 82.
2. Антонова Д.А., Оспенникова Е.В. Организация самостоятельной работы студентов педагогического вуза в условиях применения технологии продуктивного обучения // Педагогическое образование в России. -2016. - № 10. - С. 43 - 52.
3. Баяндин Д.В. Виртуальная среда обучения: состав и функции // Высшее образование в России. - 2011. - № 7. - с. 113 - 118.
4. Баяндин Д.В., Мухин О.И. Модельный практикум и интерактивный задачник по физике на основе системы STRATUM - 2000 // Компьютерные учебные программы и инновации. - 2002. -№ 3. - С. 28 - 37.
5. Оспенников Н.А., Оспенникова Е.В. Виды компьютерных моделей и направления использования в обучении физике // Вестник Томского государственного педагогического университета. -2010. - № 4. - С. 118 - 124.
6. Оспенников Н.А., Оспенникова Е.В. Формирование у учащихся обобщенных подходов к работе с моделями // Известия Южного федерального университета. Педагогические науки. -2009. - № 12- с. 206 - 214.
7. Оспенникова Е.В. Использование ИКТ в преподавании физики в средней общеобразовательной школе: методическое пособие. - М.: Бином. Лаборатория знаний. - 2011. - 655 с.
8. Оспенникова Е.В. Методологическая функция виртуального лабораторного эксперимента // Информатика и образование. - 2002. - № 11. - С. 83.
9. Оспенникова Е.В., Оспенников А.А. Разработка компьютерных моделей по физике с применением технологии максимально реалистичного интерфейса //Физика в системе современного образования (ФССО - 2017): материалы XIV междунар. конф. - Ростов н/Д: ДГТУ, 2017. - с. 434 - 437.
10. Скворцов А.И., Фишман А.И., Генденштейн Л.Э. Мультимедийный учебник по физике для старшей школы // Физика в системе современного образования (ФССО - 15): материалы XIII междунар. конф. - СПб.: Изд-во С.-Петерб. ГУ, 2015. - С. 159 - 160.
