Abstract
The article deals with the problems associated with the lack of visualization in the teaching of physics at the level of general education. It is shown that it is possible to increase visualization, in particular when studying abstract physical concepts, by using computer models. The criteria of selection of ready-made models are offered, as well as, in the absence of the latter, the ways of constructing independent models by means available to the teacher.

Key words: clarity, computer modeling, visualization.

----------------

В настоящее время при обучении необходимо учитывать психотипы обучающихся для того, чтобы замечать, как человек мыслит [1]. Как правило, большую часть информации человек получает через зрение и при обучении возникает необходимость в визуальном образе. Важность использования принципа наглядности при обучении физики объясняется тем, что с одной стороны, будучи наукой о природе, физика рассматривает реально наблюдаемые явления и процессы. С другой стороны, физика, как никакие другие естественнонаучные дисциплины использует абстрактные модели, понимание и использование которых часто затруднено при отсутствии наглядных примеров. Именно наглядность связывает физические абстракции с реальностью, что необходимо для успешного освоения как материала на уровне общего образования.

Проблемы восприятия, которые необходимо учитывать при обучении физике.

Рассмотрим основные дидактические проблемы, связанные с недостаточной наглядностью при изучении различных тем по физике.

Первая проблема заключается в том, что иллюстрации, представленные в учебнике статичны, в отличии от демонстрационного опыта. Например, для наблюдения свободного падения в литературе [2] предлагают провести эксперимент с трубкой Ньютона (рис.1). Тело под действием притяжения к Земле падает вниз и на него действует не только Земля, но и сопротивление воздуха. Но на рисунке 1 не видны потоки воздуха, а также невозможно увидеть одновременное касание дна трубки.

Рис. 1. Трубка Ньютона [2]

Вторая проблема заключается в объяснении абстрактных моделей. Реальный эксперимент в данном случае показать невозможно, поскольку соответствующие элементы (молекулы, поля и т.д.) невозможно увидеть. Например, при рассмотрении темы «Силовые линии электрического поля», говорим, что электрическое поле обладает следующим свойством - линии напряженности не замкнуты и начинаются на положительном заряде и заканчиваются на отрицательном [3]. Линии напряженности не пересекаются рис. 2. Линии напряженности – это не растянутые нити или цепочки.

Рис.2. Линии напряженности [3]

Они лишь помогают наглядно представить распределение поля в пространстве.

Третья проблема заключается в «выходе в «трехмерное» пространство». Например, это актуально рассматривать в таких темах, как, Магнитостатика (сила Ампера, сила Лоренца), или при рассмотрении движение частиц в постоянном однородном поле, где траектория будет похожа на винтовую линию. Обычно наглядность, связанная с выходом в трехмерное пространство, реализуется посредством создания 3D моделей или нескольких изображений, демонстрирующих описываемый в условии задачи объект в разных проекциях.

Возможности использования компьютерных моделей, созданных педагогом.

В настоящее время существуют различные электронные сборники, например, «Открытая физика», «Живая физика», «Физика. Электродинамика, оптика, квантовая физика 10-11 классы для интерактивной доски» и другие, которые доступны учителю, но явно не обеспечивают всех возможностей для усиления наглядности. Современный учитель должен обладать необходимыми компетенциями, в том числе и программировать [4, 5]. Разработка профессиональных моделей недоступна педагогу, но создать простейшие модели, применяя знания, полученные в педагогическом ВУЗе можно. Например, в Российском Государственном Педагогическом Университете им. А. И. Герцена студенты факультета физики, которые обучаются по направлению 44.03.01 изучают модуль «Информационные технологии в физическом образовании», где учатся программировать с помощью программ MathCAD и MatLab.

Алгоритм действия преподавателя по применению готовых и самостоятельно созданных программ может быть схематично представлен в следующем виде (таблица 1).

Таблица 1

Алгоритм применения методики создания и использования компьютерных моделей в ходе урока - лекции

В качестве примера рассмотрим изучение явления полного внутреннего отражения, когда свет распространяется из более плотной среды в менее плотную среду. Затруднение при восприятии данного процесса во многом объясняется сложностью натурной демонстрации, которую предлагают рассмотреть в учебнике [6]. Для объяснения данного явления можно использовать анимационную модель, которую можно взять из электронного сборника «Физика. Электродинамика, оптика и квантовая физика 10-11 классы для интерактивной доски» (рис. 4) или самостоятельно создать с помощью программы PowerPoint (рис. 5) [5].                                                           

На рисунке 5 приведены последовательные изображения хода лучей при прохождении света из более плотной среды в менее плотную среду. При последовательной демонстрации изображений наглядно видно, что угол преломления γ увеличивается до значения π⁄2, после чего выходящий из плотной среды луч исчезает.

Рис. 5. Демонстрация явления полного отражения, созданного учителем в Power Point

Из демонстрации видно, каким образом определяется предельный угол полного отражения. Такая анимация вполне способна заменить натурный эксперимент и способствовать лучшему пониманию учащимися явления.

Заключение

Решением рассмотренных проблем заключается в использовании простых средств, позволяющих получить анимационные и 3D модели для лучшего восприятия физического процесса или явления.

Данный алгоритм подходит не только для проведения лекций, но и для уроков по решению физических задач. Используя данную методику, учитель связывает физические абстракции с реальностью, что приводит к повышению интереса у обучающихся и успешному освоению материала.

Литература

1. Васильев В. А. Нейролингвистическое программирование в процессе лекционной работы и социальном общении: монография. – 10с. Российская государственная библиотека. URL: https://viewer.rsl.ru/ru/rsl01006506156?page=10&rotate=0&theme=white [Дата обращения 10.01.2023]

2. Перышкин А. В., Гутник Е. М. Физика 9 класс: учебник для общеобразовательных учреждений, - М.: изд. Дрофа. 2014.-56с.

3. Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б., Сотский Н. Н. Физика 10 класс.- М.: изд. Просвещение, 2010.-261с.

4. Ляпцев А.В., Денисевич А.А. Роль наглядности при формировании мышления на уроках физики. Возможности, представляемые учителю информационными технологиями. Екатеринбург: Уральский государственный педагогический университет; 26-27 октября 2020. – с.145-147.

5. Денисевич А.А. Создание и использование компьютерных моделей учителем как средство усиления наглядности при обучении физике // Физическое образование в вузах, т.24, №3, 2018. - с. 63-73.

6. Мякишев Г. Я. Физика. 11 класс: учебник для общеобразовательных учреждений: базовый и профильный уровни / Мякишев Г. Я. Буховцев Б. Б., Чаругин Б. Б.; под ред. В. И. Николаева, Н. А. Парфеньтьевой. – 19-е изд. – М.: Просвещение, 2010. – 180с.

Рекомендовано к публикации:
А.В.Ляпцев, доктор физ.-мат. наук, научный руководитель работы,
А.А.Ахаян, доктор педагогических наук, член Редакционной Коллегии

Literaturе

1. Vasil'yev V. A. Neyrolingvisticheskoye programmirovaniye v protsesse lektsionnoy raboty i sotsial'nom obshchenii: monografiya. – 10s. Rossiyskaya gosudarstvennaya biblioteka. URL: https://viewer.rsl.ru/ru/rsl01006506156?page=10&rotate=0&theme=white [Data obrashcheniya 10.01.2023]

2. Peryshkin A. V., Gutnik Ye. M. Fizika 9 klass: uchebnik dlya obshcheobrazovatel'nykh uchrezhdeniy, -M.: izd. Drofa. 2014.-56s.

3. Myakishev G. YA., Bukhovtsev B. B., Sotskiy N. N. Fizika 10 klass.- M.: izd. Prosveshcheniye, 2010.-261s.

4. Lyaptsev A.V., Denisevich A.A. Rol' naglyadnosti pri formirovanii myshleniya na urokakh fiziki. Vozmozhnosti, predstavlyayemyye uchitelyu informatsionnymi tekhnologiyami. Yekaterinburg: Ural'skiy gosudarstvennyy pedagogicheskiy universitet; 26-27 oktyabrya 2020. – s.145-147.

5. Denisevich A.A. Sozdaniye i ispol'zovaniye komp'yuternykh modeley uchitelem kak sredstvo usileniya naglyadnosti pri obuchenii fizike // Fizicheskoye obrazovaniye v vuzakh, t.24, №3, 2018. - s. 63-73.

6. Myakishev G. YA. Fizika. 11 klass: ucheb. dlya obshcheobrazovat. Uchrezhdenij: bazovyj i profil. Urovni / 3. Myakishev G. YA., Buhovcev B. B., CHarugin B. B.; pod red. V. I. Nikolaeva, N. A. Parfen't'evoj. – 19-e izd. – M.: Prosveshchenie, 2010. – 180s.