Вибір програмних засобів для побудови моделі фізичних явищ

Компютерне моделювання фізичних явищ спрощує їх дослідження, адже відтворює за допомогою спеціальних програм цілісну картину для дослідника. Також є можливість проводити експерименти над явищами або обєктами, створивши відповідні умови, тобто написати спеціальну програму, та слідкувати за перебігом експерименту, змінюючи параметри, отримати результати в числовому та візуальному вигляді (графіки, діаграми), прослідкувати залежність від того чи іншого параметру, закономірності тощо [17,156].

Досягти навчальних цілей щодо опануванням учнями складного для розуміння матеріалу без застосування програмних засобів, які мають широкі аналітичні, графічні можливості і вже стали необхідним інструментом у професійній діяльності фахівців у галузі математики, техніки, економіки, управління неможливо. До таких програмних засобів можна віднести: Maple, Mathematica, Matlab, Mathcad, MS Excel [17,74].

Можливо використати моделі і показувати досліди, приладів для демонстрації яких в наявності немає. Та не слід захоплюватись цим, адже є ризик втратити основне призначення фізичного експерименту [17, 156].

Отже, одним із головних завдань, що постає перед нами, є вибір оптимального програмного середовища для моделювання.

Середовище для побудови фізичних моделей має відповідати таким вимогам:

·Можливість подачі інформації у графічному чи звуковому вигляді;

·Можливість зміни вхідних параметрів;

·Можливість коректно реагувати на зміни параметрів;

·Можливість проведення математичних перетворень.

На початковому етапі роботи з компютерними моделями цілком придатним середовищем являється табличний процесор MS Excel, вивчення якого передбачено чинною програмою шкільного курсу інформатики. Табличний процесор дає можливості для розвитку основних уявлень про технологію компютерного моделювання. Застосування MS Excel дозволяє розпочати системне вивчення компютерного моделювання значно раніше, ніж вивчення мов програмування [13,9-10].

Під час роботи з табличним процесором MS Excel необхідне знання матеріалу, зокрема формул, щоб ввести в комірки таблицю потрібні дані. Час, який учні зазвичай витрачаються для проведення розрахунків і побудову графіків залежностей параметрів один від одного, під час роботи в MS Excel значно скорочується, а цей час можна використати на аналіз отриманих результатів [1,35]. MS Excel має вбудовані функції, призначені для обчислень інтегралів, диференціальних рівнянь, системи лінійних рівнянь, проведення операцій над матрицями тощо.

Крім того, додаток Excel не вимагає від користувача знань мов програмування та складання програм з виведенням результатів у графічній формі. В комірки можна додавати графічну інформацію, анімації, що є дуже зручно при використанні програмного забезпечення на лабораторних роботах з фізики.

Тому для створення віртуальних лабораторних робіт використовуємо табличний процесор MS Excel.

Визначення завдань для розробки лабораторних робіт

Проаналізувавши шкільну програму з фізики для 9 класу та користуючись матеріалами підручника «Фізика. 9 клас» за ред. Божинової Ф.Я. можна визначити завдання, які можна включити до переліку лабораторних робіт, які учні будуть виконувати за допомогою компютера.

Розробляючи віртуальні лабораторні роботи слід памятати, що жодна анімація чи ілюстрація ніколи не замінять на уроці фізики реального обладнання. Натурний експеримент не слід замінювати віртуальним без вагомих на те причин [16, 47]. На уроках фізики учні повинні вміти користуватись вимірювальними приладами, вміти визначати ціну поділки шкали будь-якого вимірювального приладу, складати за схемами електричні кола, користуватись навчальним обладнанням тощо. Компютер повинен виступати на уроці як допоміжній засіб, а не як основний.

Для побудови віртуальних лабораторних робіт використаємо такі, як «Вивчення залежності електричного опору від довжини провідника і площі його поперечного перерізу, матеріалу провідника», «Дослідження явища електролізу». Для прикладу можна розробити більш складну лабораторну роботу, яка вимагає високого рівня підготовки теоретичних та практичних вмінь - тому й призначена для школярів, що навчаються у класах з поглибленим вивченням фізики. Обидві частини дослідження можна виконувати поза навчальним часом, наприклад під час фізичного гуртка або практикуму. Мова йде про лабораторну роботу «Дослідження напівпровідникового транзистора».

Дані роботи є досить обємними, потребують проведення 2-3 експериментів на перевірку різних параметрів досліджуваного явища. Тому виконуючих їх доцільно використовувати компютер, де за допомогою табличного процесора MS Excel зручно проводити обрахунки, будувати криві та графіки залежностей явища від вхідних параметрів, які користувач заносить з клавіатури до комірок електронної таблиці.