Виды учебного материала

Среда содержит два основных "пласта" материала:

• интерактивные модели (демонстрации, имитационные работы, конструкторы);
• интерактивные задачи и тренажеры (плюс составленные из них контрольные работы и тесты).

Кроме того, имеются обучающие сценарии, видеозаписи демонстрационного эксперимента и ряд вспомогательных каталогов.

Моделирующая среда позволяет решать широкий круг физических задач путем их визуального проектирования на основе моделей объектов, явлений, эффектов и свойств, содержащихся в тематических библиотеках (допускают их неограниченное пополнение самим пользователем), с последующим управлением моделями и наглядным представлением результатов расчета. В основе интерактивных задач и тренажеров также лежат модели.

Интерактивные модели:

Модельные демонстрации
Имитационные работы
Модельные конструкторы

Интерактивные задачи и тренажеры:

Интерактивные задачи
Интерактивные тренажеры
Контрольные работы и тесты

Обучающие сценарии
Видео демонстрационного эксперимента
Справочная система
Хронология развития физики
Персоналии
Структурная модель дисциплины

Модельные демонстрации

Демонстрация "Молекулы различной сложности"

Демонстрация - модель, имеющая небольшое число доступных пользователю степеней свободы и, соответственно, рычагов управления.
Основное ее назначение - наглядно проиллюстрировать явление или поведение объекта в определенных условиях и акцентировать внимание учащегося на важнейших, выделенных моментах, свойствах, чертах поведения.

Демонстрация "Молекулы различной сложности"

Демонстрация обычно сопровождается встроенным комментарием, который появляется во всплывающем окне при нажатии соответствующей кнопки.

Имитационные работы

Лабораторная работа "Поведение контура с током в магнитном поле" (3D-графика)

Лабораторная работа - модель, имеющая значительное число степеней свободы. Соответственно, пользователю доступны для исследования и анализа различные стороны явления, черты поведения объекта.
Лабораторная работа требует больших по сравнению с демонстрацией затрат времени, большего внимания и более творческого подхода.
Подобно своему аналогу в традиционном обучении, обычно предваряется краткими теоретическими сведениями, описанием ситуации, методическими указаниями по выполнению.

Лабораторная работа "Затухающие колебания в контуре" (2D-графика)

Может требовать составления таблиц и (или) построения графиков, на основе анализа которых следует сделать вывод. Модельная лабораторная работа не имеет заданного сценария, но возможности ее схемы ограничены заранее поставленной задачей и предоставленными органами управления.
Жесткой границы между демонстрациями и лабораторными работами нет. Более того, на одном и том же модельном материале можно зачастую поставить работу как демонстрационного, так и исследовательского характера.

Модельные конструкторы

Конструктор "Электростатические поля"

Конструктор - набор элементов, позволяющих пользователю собрать, спроектировать на экране фактически новую систему, а затем исследовать ее. В этом состоит отличие конструктора от лабораторной работы, где модель предоставляется готовой.

Та же схема в режиме расчета

Конструктор, таким образом, дает пользователю большую степень свободы, чем демонстрация и лабораторная работа. Высшая степень свободы достигается в открытых системах моделирования и проектирования, например, при использовании полной версии системы Stratum 2000. При ее помощи пользователь, не будучи программистом, может создавать новые модели и проекты, либо модифицировать имеющиеся.

Интерактивные задачи

Тренажерно-контролирующие задания

Интерактивные задачи имеют манипуляционно-графический интерфейс. Они позволяют производить всевозможные перемещения и трансформации графических объектов, содержат инструментарий для различного рода построений, в том числе графиков, картин векторов, содержат серьезные экспертные системы для диагностики и оценки действий пользователя.
В лучших образцах интерактивных задач, удается достичь отслеживания хода мысли учащегося и возможности вмешательства в решение для улучшения результата, получить реальный обучающий эффект.

Интерактивные тренажеры

Тренажер "Измерение напряжения при помощи стрелочного вольтметра"

Интерактивные тренажеры, как и интерактивные задачи имеют манипуляционно-графический интерфейс.

Тренажер "Построение графиков циклических процессов"

Главное достоинство таких систем состоит в том, что они позволяют отрабатывать ключевые, можно сказать, технологические навыки, необходимые для решения более сложных, комбинированных задач в традиционной форме, на бумаге. При этом обеспечивается активная умственная и манипуляционная деятельность учащихся.

Контрольные работы, тесты

Задания из теста "Динамика поступательного движения"

Тест, в нашем понимании, - последовательность заданий, предназначенная для оценки уровня знаний учащегося по некоторому относительно узкому кругу вопросов. Тест не содержит сложных и глобальных заданий, проверяется, по преимуществу, знание фактов, высокой может быть доля заданий с выбором ответа. Тест имеет также обучающую функцию, например, может способствовать систематизации информации.

Задание из теста "Геометрическая оптика"

Контрольная работа - также последовательность заданий для оценки уровня знаний учащегося, но по более широкому кругу вопросов, содержащая задания более серьезные, преимущественно манипуляционного и расчетного характера. Однако задачи, требующие пространных аналитических расчетов на бумаге и последующего ввода числового ответа, на наш взгляд, использовать в компьютерных контрольных работах нецелесообразно, поскольку при этом теряется интерактивность, и компьютер заменяет обычный задачник с ответами.

Обучающие сценарии

Обучающий сценарий "Насыщенные пары"

Обучающий сценарий (ОС) - синтетическая, комбинированная форма организации учебного материала. ОС может содержать теоретические сведения с иллюстрациями, модельный эксперимент демонстрационного или исследовательского характера, а также работающую в режиме вопрос-ответ экспертную систему, предназначенную для контроля хода обучения и его корректировки (выбора следующих заданий, выдачи подсказок).

Обучающий сценарий "Твердое состояние вещества. Кристаллы"

Степень свободы учащегося в ОС ограничивается внутренним маршрутом, призванным обеспечить достижение поставленной цели обучения. Методика обучения заложена и не подлежит обжалованию. Однако недостаток свободы компенсируется тем, что ОС доступны в использовании для начинающего преподавателя и, что важно, психологически комфортны для учащихся.
При значительном объеме целесообразно снабжение ОС системой навигации.

 

Видеодемонстрации

Видеодемонстрация по динамике поступательного движения

Видеодемонстрации, используемые в электронных учебных пособиях, не требуют специальных комментариев. Отметим лишь, что их характерная особенность - лаконичность, заданная прежде всего предельным объемом информации, помещающимся на CD ROM.
Поэтому видеодемонстрации - своего рода квинтэссенция учебных видеофильмов. В физике и других существенно экспериментальных учебных дисциплинах они должны отражать не просто интересные факты, а ключевые эксперименты, не увидев которые учащийся может "не поверить" компьютерной модели соответствующего явления (прецессия гироскопа, парение проводящего кольца в переменном магнитном поле и так далее).

Справочная система

Главное меню среды "Виртуальная физика" и вход в справочную систему

Справочная система - своего рода теоретическое приложение к основной, интерактивной части системы.
Оформлена в виде алфавитного каталога понятий, явлений, законов. Содержит несколько сотен блоков.
Справочная система не навязывает пользователю материал, как это делают компьютерные учебники, а позволяет его использовать по мере необходимости.
Одновременно справочная система является наполнением структурной модели дисциплины.

Хронология развития физики

Хронологический каталог - справочная информация по истории развития физики на основе материала книги Ю.А.Храмова "Физики".
Объекты, содержащие фактическую информацию, расположены вдоль "оси времени" и сгруппированы по разделам дисциплины (механика, молекулярная физика и так далее).
Первый уровень хронологического каталога иллюстрирует периодизацию развития физики (по Храмову).
Второй уровень (точнее, система подуровней по разделам) информирует об исторической последовательности различных открытий и изобретений. При нажатии на объектах левой кнопки "мыши" возникают всплывающие окна, содержащие более подробную информацию и гиперссылки на справочную систему и персоналии.

Персоналии

Каталог персоналий содержит информацию о более чем 100 выдающихся ученых-физиках (используется материал справочника Ю.А.Храмова "Физики").
При отборе персон разработчики ориентировались на базовый курс средней школы и технического вуза, поэтому список ученых, с точки зрения современной физической науки, далеко не полный и несколько однобокий.
Биографические статьи связаны гиперссылками со справочной системой и модельным материалом - демонстрациями, лабораторными работами, конструкторами, иллюстрирующими работы соответствующих ученых.

Структурная модель

Главное меню и навигатор по структурной модели учебной дисциплины

Структурная модель - система графов, отбражающих базовые понятия, явления и законы изучаемой дисциплины, вместе с их взаимосвязями - "генеалогическими", смысловыми, формальными.
Структурная модель позволяет увязать фундаментальные принципы с их проявлениями - фундаментальными явлениями и общими законами мира, а эти последние, в свою очередь, с частными законами, конкретными свойствами, процессами, эффектами - проявлениями общих законов.

Первый ярус (этаж) структурной модели

Геометрические фигуры, изображающие понятия, явления, законы, свойства представляют собой "кнопки", нажимая на которые пользователь попадает в справочную систему, а из нее далее - на модельный материал.
Таким образом, структурная модель представляет собой систему навигации по учебной дисциплине.
Поскольку структурная модель в свою очередь состоит из иерархии схем-графов, имеется также навигатор по ней самой, содержащий более подробный HELP и позволяющий сориентироваться в ее устройстве. Вызов навигатора дублирован в диалоговом окне в верхней части экрана.

 

 >Галерея
 >Просмотр демоверсии среды
 >Виды учебного материала
 >Варианты компоновки среды
 >Содержание среды
 >Апробация
 >Особенности и сравнение с аналогами
 >Необходимая техническая и программная база
 >Коллектив разработчиков и контакты