Реферат на тему "Виртуальные эксперименты – инструменты и особенности организации"

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ М.Е. ЕВСЕВЬЕВА»

Факультет физико-математический

Кафедра информатики и вычислительной техники

РЕФЕРАТ

ВИРТУАЛЬНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ – ИНСТРУМЕНТЫ И ОСОБЕННОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ

Автор работы _________________________________________ Е. Е. Зубанова

Направление подготовки 44.03.05 Педагогическое образование

Профиль Математика. Информатика

Руководитель работы

канд. физ.-мат. наук, доцент _________________________ Т. В. Кормилицына

Оценка _______________

Саранск 2021 г

Введение 3

1 Понятие виртуального эксперимента 4

2 Особенности виртуального эксперимента 6

3 Виртуальный эксперимент в программе GeoGebra 9

Заключение 12

Список использованных источников 13

В настоящее время всё чаще поднимается вопрос о применении новых информационных технологий в средней и старшей школе, и важным критерием успешности работы учителя становится его самообразование, цель которого – усвоение новых навыков и знаний, с помощью различных методов познания. Главная задача, которая стоит перед учителем – расширение кругозора, углубление знаний о мире.

Одной из основных задач образования является использование информационных технологий (ИКТ) в преподавании. Поэтому всегда были и будут актуальными проблемы представления предмета на каком-либо материальном носителе (разработка школьных учебников, создание учебного аудио и видео, производство программ для учебного телевидения и т.д.).

Работа с виртуальным физическим экспериментом легко вписывается в обычный урок и позволяет учителю организовывать новые виды учебной работы.

Слово «эксперимент» происходит от греческого «experimentum», что означает «проба, опыт». Экспериментом называют научно поставленный опыт или наблюдение за исследуемым явлением при определенных критериях, которые позволяют наблюдать за явлением и воспроизводить его многократно при повторении этих критериев. В более широком смысле эксперимент – это любой опыт, осуществление чего-либо, особый вид деятельности, предпринимаемой для получения новых знаний или проверки ранее полученных.

Экспериментирование – это познавательная деятельность. Эксперимент предполагает изменения, в отличие от наблюдения, при котором не изменяются изучаемые объекты. В ходе эксперимента объекты находятся в искусственных условиях, которых часто не существует в природе. Также, исследователь стремится устранить погрешности и воздействует на эти объекты определенными факторами. В эксперименте выделяется объект, субъект познавательной деятельности. Методология эксперимента разрабатывается для действенного проведения опытных исследований. Она включает алгоритм выполнения поставленного опыта, выбор средств и непосредственное проведение, обработку и анализ приобретенных экспериментальных данных, оценку измерений.

Однако не все эксперименты безопасны, и не все могут быть проведены без использования дорогостоящего оборудования и материалов. В связи с этим в научном мире широко применяется математическое моделирование различных процессов. В сочетании с современными ИКТ, моделирование позволяет проводить эксперименты в виртуальной среде. Выполнение экспериментов в виртуальной среде существенно снижает временные и финансовые затраты, повышая при этом эффективность и качество обучения.

Виртуальные эксперименты – это достаточно новое направление, как в научно-исследовательском, так и в образовательном процессе, обусловленное реализацией физических моделей средствами вычислительной техники.

Виртуальный эксперимент – это эксперимент, основанный на технологиях мультимедиа, симуляции и виртуальной реальности и др., способный полностью или частично заменить аналогичный традиционный натурный эксперимент.

Системы виртуального эксперимента – это программные комплексы, позволяющие обучаемому проводить эксперименты в «виртуальной лаборатории». Главное их преимущество – они позволяют обучаемому проводить такие эксперименты, которые в реальности были бы невозможны по соображениям безопасности, временным характеристикам и т.п. Главный недостаток подобных программ – естественная ограниченность заложенной в них модели, за пределы которой, в рамках своего виртуального эксперимента, выйти нельзя.

Использование ИКТ на уроке повышает мотивацию обучающихся к процессу учения, учитель создает условия для наиболее эффективного проявления фундаментальных закономерностей человеческого мышления, для приобретения учащимися средств познания и исследования мира, и активизирует познавательную деятельность.

Назначение виртуального эксперимента:

1. Виртуальный эксперимент предназначен для дополнения и/или замены реального эксперимента в образовательном процессе в тех случаях, когда проведение последнего невозможно, небезопасно или экономически нецелесообразно.

2. Виртуальный эксперимент позволяет получить удаленный доступ к лабораторной базе независимо от ее расположения или создать ее виртуальную копию, используя возможности современных информационно-коммуникационных технологий.

3. Виртуальный эксперимент позволяет минимизировать риски и издержки, связанные с закупкой, транспортированием, хранением, эксплуатацией и утилизацией лабораторного оборудования и материалов. Выполнение экспериментов в виртуальной среде существенно снижает временные затраты, повышая эффективность и качество образования.

Для воспроизведения виртуального эксперимента необходимо математическое, программное обеспечение и компьютер. Преимущество виртуального эксперимента заключается в построении собственных моделей учащимся.

Виртуальный эксперимент позволяет решить следующие задачи:

 индивидуализации и дифференциации обучения;

 стимулирования разнообразной творческой деятельности учащихся;

 воспитания навыков самоконтроля, привычки к рефлексии;

 изменения роли ученика в учебном процессе от пассивного наблюдателя до активного исследователя.

Виртуальные эксперименты обладают неоспоримыми преимуществами по сравнению с традиционными натурными экспериментами.

Выделим достоинства и недостатки виртуального эксперимента.

Достоинства:

 Легкая организация фронтальных лабораторных работ;

 Возможность проведения виртуального эксперимента во вне учебное время, дома, самостоятельно;

 Возможность проведения нескольких исследований с изменением начальных условий;

 Низкая стоимость эксперимента, виртуальное оборудование не изнашивается, не требует ремонта.

Недостатки:

 Различие в показаниях эксперимента (несоответствие с теорией, различия с натурным экспериментом);

 Ограниченное взаимодействие учащегося с исследованием.

Виртуальный учебный эксперимент основан на компьютерных моделях, к которым также необходимо предъявлять определенные дидактические требования. Здесь необходимо отметить, что натурные модели работают согласно физическим законам (это является их важным преимуществом), в то время как работа компьютерной модели определяется только алгоритмом, заложенным в программу-исполнитель. Если математическая модель, заложенная в основу алгоритма, неадекватно описывает моделируемые физические процессы, то компьютерная модель будет действовать неверно. То есть от программистов требуется достаточно высокая квалификация в данной предметной области. Программист должен прекрасно знать физику, чтобы построить хорошую физическую модель. Причем уровень владения физикой не определяется уровнем знаний учащихся, для которых создается модель, а должен очень существенно превышать его.

GeoGebra – это бесплатная, кроссплатформенная динамическая математическая программа для всех уровней образования, включающая в себя геометрию, алгебру, таблицы, графы, статистику и арифметику, в одном удобном для использования пакете. Кроме того, у программы богатые возможности работы с функциями за счёт команд встроенного языка.

Наиболее существенными преимуществами программы GeoGebra являются ее динамические возможности. Вместо традиционных созерцательно-статических рассмотрений геометрических фигур ученик имеет возможность работать с подвижными фигурами.

Рассмотрим несколько примеров проведения виртуального эксперимента на уроках геометрии с помощью Geogebra.

При запуске программы появляется основное окно, в котором можно выделить следующие области (Рисунок 1):

1. Главное меню, открывающее доступ к возможностям, предоставляемым программой.

2. Панель инструментов – это набор кнопок быстрого доступа к инструментам создания геометрических конструкций в графическом окне с использованием мыши.

3. Графическое окно – область для отображения геометрических конструкций.

4. Панель объектов – это область для отображения информации о геометрических объектах геометрической конструкции, изображенной в графическом окне. Выданная информация содержит сведения о виде геометрического объекта, символьных обозначениях, координатах или уравнениях.

5. Строка ввода – это поле для ввода алгебраических уравнений, задающих геометрическое расположение точек.

Рисунок 1 Основное окно программы GeoGebra

Пример 1. Изучение свойств хорд окружности.

На динамическом чертеже, с указанием длин отрезков. Меняя положение точек на окружности, можно проверять соотношения длин отрезков для разных хорд, до тех пор пока не будет замечена закономерность: AE•BE=CE•DE. Проверить верность предположения, можно путем создания динамического текста.

Рисунок 2 Изучение свойств хорд окружности

Пример 2. Неравенство треугольника.

Несмотря на то, что неравенство треугольника в геометрии это одно из интуитивных свойств расстояния, утверждающее, что длина любой стороны треугольника всегда не превосходит сумму длин двух его других сторон. Тем не менее, не всегда учащимся легко уловить его суть, а средства GeoGebra позволяют наглядно проиллюстрировать это свойство.

Рисунок 3 Неравенство треугольника

Благодаря стремительному развитию в современном мире новых технологий информационного обмена, модернизировались практически все сферы человеческой деятельности. Сегодня мировой социум приобрел новое качество. Это информационное общество, т.е. общество, жизнедеятельность которого основывается не только на информационных ресурсах, но и где информация и накопленные знания являются главными факторами социального прогресса.

Одним из важнейших аспектов образования и научного исследования является лабораторный эксперимент. Виртуальный эксперимент был создан, как дополнение и подкрепление натурного эксперимента. А также в помощь, когда есть невозможность проведения натурного эксперимента.

Данный вид эксперимента выполняется с помощью компьютерной модели конкретного закона, явления, процесса и т.д. Работа с этими моделями предоставляет учащимся огромные познавательные возможности, делая их не только наблюдателями, но и активными участниками проводимых экспериментов.

Виртуальный эксперимент очень просто вписывается в урок и дает возможность организовывать новые виды учебной деятельности. Использование такого вида эксперимента раскрывает перспективы использования активных форм обучения, и тем самым изменения ролей учителя и ученика.

1. Зализняк, В.Е. Теория и практика по вычислительной математике : учебное пособие / В.Е. Зализняк, Г.И. Щепановская ; Сибирский федеральный университет. – Красноярск : Сибирский федеральный университет (СФУ), 2012. – 174 с. : табл. – Режим доступа: по подписке. – URL: https://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=229271 (дата обращения: 21.11.2021). – ISBN 978-5-7638-2498-8. – Текст : электронный

2. Костин, В. П. Теория эксперимента : учебное пособие / В. П. Костин ; Оренбургский государственный университет, Кафедра программного обеспечения вычислительной техники и автоматизированных систем. – Оренбург : Оренбургский государственный университет, 2013. – 209 с. – Режим доступа: по подписке. – URL: https://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=259219 (дата обращения: 21.11.2021). – Текст : электронный.

3. Мицель, А. А. Вычислительные методы : учебное пособие / А. А. Мицель ; Томский Государственный университет систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР). – Томск : Эль Контент, 2013. – 197 с. : ил. – Режим доступа: по подписке. – URL: https://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=480612 (дата обращения: 21.11.2021). – Библиогр.: с. 183-184. – ISBN 978-5-4332-0121-7. – Текст : электронный.

4. Норматов, Азизбек. О применении информационных технологий в уроках информатики / Азизбек Норматов, Ф. А. Абдусатторова, О. О. Жакбаров, Д. Х. Жакбарова. – Текст : непосредственный // Образование и воспитание. – 2017. – № 2 (12). – С. 12-14. – URL: https://moluch.ru/th/4/archive/56/2075/ (дата обращения: 08.12.2021) – Текст : электронный

5. Павлова, Т. Ю. Вычислительный эксперимент и подготовка научной публикации : учебное пособие / Т. Ю. Павлова. – Кемерово : Кемеровский государственный университет, 2009. – 84 с. – Режим доступа: по подписке. – URL: https://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=232451 (дата обращения: 21.11.2021). – ISBN 978-5-8353-0956-6. – Текст : электронный.

6. Перемитина, Т. О. Компьютерная графика : учебное пособие / Т. О. Перемитина ; Томский Государственный университет систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР). – Томск : Эль Контент, 2012. – 144 с. : ил.,табл., схем. – URL: https://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=208688 (дата обращения: 18.11.2021). – ISBN 978-5-4332-0077-7. – Текст : электронный.