Психолого-педагогічні аспекти комп’ютерного моделювання при вивченні розділу "Геометричної оптики" (стр. 13 из 15)
Мал. 2.2.3.
Дійсно, ВР = υ1τ = AВ Sin α = υ2τ = А В Sin β
(де υ1 – швидкість світла в першому середовищі, υ2 – швидкість світла в другому середовищі), звідки
Якщо позначити відношення
через п 2.1, то одержують закон заломлення в звичайній формі 
Величина п 2.1 (постійна для даних двох середовищ) не залежить від кутів α і β; її називають відносним показником заломлення другого середовища відносно першого.
Важливо показати, що, користуючись принципом Гюйгенса, ми не тільки знаходимо закон заломлення, який можна перевірити експериментально, але й одержуємо можливість пояснити фізичний зміст показника заломлення п: показник заломлення дорівнює відношенню швидкості світлової хвилі в першому середовищі до швидкості її в другому середовищі. А також показати приклади, які б довели важливість введених понять.
Після розгляду законів відбивання й заломлення світла вивчають явище повного відбивання світла (мал. 2.2.4.). Учні повинні засвоїти, що повне відбивання спостерігають при переході світла з оптично більш щільного середовища в оптично менш щільне (візьмемо для простоти випадок переходу світла зі скла в повітря), наглядніше це продемонструвати за допомогою ЕОМ. Для цього випадку граничний кут повного відбивання α0 визначають із формули
де п – показник заломленняскла щодо повітря. При вивченні повного відбивання світла цікаво й важливо розглянути його технічні застосування – волоконну оптику, світловоди й т. п.
Доцільно вирішувати завдання, за допомогою яких насамперед заглиблюється поняття про фізичну сутність показника заломлення, а також закон заломлення світла.
Можливо тут виконання фронтальної лабораторної роботи з вимірювання показника
Мал. 2.2.4. заломлення скла й додатково цікаві спостереження й досліди, виконані за допомогою комп'ютера.
2.3 Організація та проведення педагогічного експерименту (Методика викладання геометричної оптики за допомогою комп'ютерного моделювання)
Педагогічний експеримент полягає у планомірній зміні умов педагогічного процесу і реєстрації відповідних наслідків. Умову, яку експериментатор спеціально і планомірно змінює, щоб оцінити її вплив на той чи інший аспект педагогічного процесу, називають незалежною змінною. Аспект педагогічного процесу, який змінюється у відповідь на зміну незалежної змінної, називається залежною змінною. Якщо, наприклад, експериментальне перевіряється ефективність нового методу навчання, то сам цей метод є незалежною змінною, а якість знань учнів – залежною.
Експеримент – це контрольоване педагогічне спостереження, з тією різницею, що експериментатор спостерігає наслідки змін, які сам цілеспрямовано викликає у педагогічному процесі. Ще однією особливістю експерименту є тісний зв'язок з теорією він не тільки спрямовується певною теоретичною гіпотезою, але саме його проведення стає можливим лише тоді, коли дослідник має попередні уявлення про природу процесу, який вивчається, про чинники, що його детермінують. Педагогічний експеримент вимагає обґрунтування робочої гіпотези, складання детального плану її перевірки, точної фіксації результатів, ретельного аналізу отриманих даних, формулювання остаточних висновків.
Ефективність застосування ЕОМ в експериментально-дослідницькій роботі зумовлюється тим, що вони забезпечують: велику точність результатів та їх достовірність, оскільки програмні засоби дають можливість застосовувати методи, які знижують нагромадження похибок при округленні й обчисленні проміжних величин; скорочення кількості складних, дорогих і унікальних приладів; підвищення якості й інформативності дослідження за рахунок ретельнішої обробки даних; збільшення кількості об'єктів, що контролюються, та підвищення емоційного впливу; скорочення циклів дослідження на основі прискорення підготовки і проведення експерименту, оперативного використання результатів аналізу, зменшення часу обробки та систематизації даних.
Комп'ютеризація експерименту розширює обізнаність учнів з досліджуваним фізичним явищем, формує навички і надає їм упевненості у використанні сучасних експериментальних методів, ознайомлює з передовими способами пізнання, видами контролю за технологічними процесами на виробництві, дає змогу по-новому підійти до методики постановки шкільного фізичного експерименту.
Підвищення ефективності і якості навчання фізики тісно пов'язане з удосконаленням існуючих і пошуком нових методів та засобів навчання, що забезпечували б високий рівень її вивчення.
Використання ЕОМ особливо ефективне під час вивчення питань квантової фізики, оскільки вчитель за їх допомогою може звертатися до тих аспектів, які раніше були недоступні учням через складність, недостатню наочність, громіздкість математичного апарату, обмеженість проведення шкільного фізичного експерименту тощо [14]. З метою усунення недоліків, що мають місце під час вивчення розділу «Геометричної оптики», в дипломній роботі розроблені навчальні комп'ютерні моделі (НКМ): «Відбивання і заломлення світла»,»Дзеркала», «Тонка лінза», «Система двох лінз»,» Око як оптичний інструмент», «Мікроскоп», «Зорова труба Кеплера», їх використання, на мою думку, дає змогу вчителю зробити матеріал більш наочним, організувати самостійну роботу учнів на уроці, активізувати їхню розумову діяльність.
Перевагою цих моделей є те, що вони написані для графічного середовища Windows. Тому в процесі використання, можна швидко засвоїти правила керування програмою, сконцентруватися на явищі або процесі що розглядається, якомога менше думати про способи спілкування з ЕОМ.
Насамперед, надзвичайно зручно використовувати комп'ютерні моделі в демонстраційному варіанті при поясненні нового матеріалу або при рішенні задач. Погодьтеся, що набагато простіше і наочніше показати, як промінь рухається на границі повітря-середовище и середовище-повітря, використовуючи модель «Відбивання і заломлення світла.» (Модель 1, в додатках ком пакт-диск), ніж пояснювати це за допомогою дошки, крейди та не завжди справних приладів, чи наявності потрібних умов для демонстрації.
Модель 1. Відбивання і заломлення світла.
В геометричній оптиці закони відбивання і заломлення світла на границі розділу двох прозорих середовищ формулюється на основі поняття світлових променів. Комп'ютерна модель дозволяє вивчати закони відбивання і заломлення світла на границі повітря-середовище и середовище-повітря. При цьому показник заломлення n середовища може змінюватись від 1 до 2. Модель являється комп'ютерним варіантом приладу для вивчення законів відбивання і заломлення світла.
Промінь світла направляється на плоску границю двох середовищ або зі сторони повітря, або зі сторони досліджуваного середовища. В обох випадках кут падіння можна змінювати в межах від 0 до 90°. На екрані дисплея висвічується відбитий і заломлений промені, напрямок яких можна визначити по круговій градусній шкалі.
Зверніть увагу, що при падінні світла на границю розділу зі сторони середовища (n > 1) під кутом, перевищуючим деяке значення α0, заломлений промінь відсутній. Це явище називається повним внутрішнім відбиванням, а кут α0 – граничним кутом повного внутрішнього відбивання (α0 = αпр). При падінні світла на цю же границю зі сторони повітря заломлений промінь не може відклонитися від перпендикуляра до границі розділу на кут, перевищуючий α0.
Зображення предмета в плоскому дзеркалі (Модель 2. Плоске дзеркало) формується за рахунок променів, відбитих від дзеркальної поверхні. Предмет і його уявне зображення розташовуються симетрично щодо дзеркала, розмір зображення дорівнює розмірові предмета.
Комп'ютерна модель ілюструє хід променів у плоскому дзеркалі. Зверніть увагу, що якщо предмет розташовується перпендикулярно до дзеркала, то його уявне зображення виявляється перевернутим. Якби предмет розташовувався паралельно дзеркальної поверхні, то його уявне зображення виявилося би прямим.
Модель дозволяє змінювати положення предмета щодо дзеркала або за допомогою миші.
Модель 2. Плоске дзеркало
Модель 3. Сферичне дзеркало
Комп'ютерна модель 3 (Сферичне дзеркало) ілюструє хід променів при відображенні від ввігнутого і опуклого сферичних дзеркал і утворення зображень (прямих і перевернених, дійсних і уявних). Можна змінювати оптичну силу дзеркала F–1 і відстань d від предмета до дзеркала. На екрані за допомогою стандартних променів будується зображення предмета, і висвічуються значення відстані f від дзеркала до зображення і лінійного збільшення Γ = – (f / d). Для прямих зображень Γ > 0, для перевернених Γ < 0.
Положення предмета щодо дзеркала, а також розташування на екрані всієї системи – предмета, його зображення і дзеркала – можна змінювати за допомогою миші.
Комп'ютерна модель 4 (Тонка лінза.)дозволяє створювати на екрані тонкі лінзи, що збирають і розсіюють з різною оптичною силою. Модель будує зображення за допомогою пари стандартних променів і визначає положення зображення і його характер, а також лінійне збільшення. Положення предмета щодо лінзи можна змінювати за допомогою миші. Установивши курсор на оптичний центр лінзи, і кликнувши мишею, можна переміщати по екрані всю систему в цілому: предмет, його зображення і саму лінзу.