ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

Программный комплекс «Виртуальная лаборатория по физике»

Аннотация

 

Работа посвящена вопросам организации учебного процесса.  В ней сформулированы задачи, поставлены цели, раскрываются структура и образовательная деятельность учителя, рассмотрены различные виды инструментального средства для создания виртуальной лаборатории. Особое внимание обращается на образовательную деятельность учителя и эффективность управления учебным процессом.  Особенностью создаваемого программного продукта является возможность  использования в образовательном процессе, с целью обеспечения   наглядности, доступности,  безопасности  на уроках. Продукт содержит базовую информацию о виртуальных средствах обучения, виртуальные лаборатории, информацию о разработчике.

Работа выполнена печатным способом на 64 страницах с использованием 41 источника, содержит 31 рисунок.

 

Abstract

 

Work is devoted to the organization of the educational process. It formulates the problem , set goals , disclosed structure and educational activities teachers discussed various kinds tool to create a virtual laboratory. Particular attention is drawn to the educational activities of the teacher and the efficiency of educational process . Feature of the software products is the ability to use in the educational process in order to ensure clarity , accessibility, safety lessons . The product contains basic information about the virtual training aids , virtual laboratories , developer information .

Work is done by printing on 64 stranitsah using 41 sources, contains 31 figures.

 

Содержание

 

Аннотация 4

Введение 6

1 Применение виртуальных средств обучения 9

1.1 Возможности ИКТ в организации учебного процесса с использованием виртуальных лабораторий. 9

1.2 Виртуальная  лаборатория как средство обучения 13

1.3 Принципы и требования к разработке виртуальной лаборатории. 17

1.4 Общая структура  программного комплекса «Виртуальная лаборатория по физике». 18

2 Практическая реализация программного комплекса «Виртуальная лаборатория по физике». 20

2.1 Выбор инструментария для создания виртуальной лаборатории. 20

2.2 Этапы проектирования и структура программы-оболочки  «Виртуальная лаборатория по физике». 23

2.2.1 Структура программного комплекса «Виртуальная лаборатория по физике». 23

2.2.2 Структура виртуальной лаборатории. 26

2.3 Разработка программного комплекса «Виртуальная лаборатория по физике». 30

2.4 Демонстрация созданного программного комплекса «Виртуальная лаборатория по физике»  31

2.4.1 Разработка программного комплекса для работы по созданию виртуальной лаборатории  31

2.4.2 Выбор элементов из готовых баз данных для создания виртуальной лаборатории по физике 35

2.4.3 Описание виртуальных лабораторий раздела «Механические явления» .. 37

2.4.4 Описание виртуальных лабораторий раздела «Тепловые явления». 41

2.4.5 Демонстрация возможностей по созданию программного комплекса «Виртуальная лаборатория по физике». 44

2.4.6 Методические рекомендации по применению созданного программного комплекса «Виртуальная лаборатория по физике». 54

2.4.7 Описание раздела «О разработчике». 55

Заключение 56

Список использованной литературы. 59

 

Введение

 

Актуальность:  Создание и развитие информационного общества  предполагает широкое применение информационно-коммуникационных технологий (ИКТ) в образовании, что определяется рядом факторов.

Во-первых, внедрение  Информационно-коммуникационных технологий (ИКТ) в образование существенным образом ускоряет передачу знаний и накопленного технологического и социального опыта человечества не только от поколения к поколению, но и от одного человека другому.

Во-вторых, современные ИКТ, повышая качество обучения и образования, позволяют человеку успешнее и быстрее адаптироваться к окружающей среде и происходящим социальным изменениям. Это дает каждому человеку возможность получать необходимые знания как сегодня, так и в будущем постиндустриальном обществе.

В-третьих, активное и эффективное внедрение этих технологий в образование является важным фактором создания системы образования, отвечающей требованиям информационного общества и процессу реформирования традиционной системы образования в свете требований современного индустриального общества.

Сегодня многие учебные заведения используют инновационные технологии в образовательной среде, в том числе виртуальные лаборатории работы по физике, химии, биологии, экологии и другим предметам, так как многие явления и опыты образовательного характера, провести в условиях учебного заведения очень сложно или невыполнимо [1].

Эффективное применение интерактивных средств в образовательном процессе способствует не только повышению качества школьного образования, но и экономии финансовых ресурсов, создают безопасную, экологически чистую среду.

 

 

Увлекательные интерактивные уроки и лабораторные работы, можно проводить с ребенком в домашних условиях по различным предметам: физике, биологии, химии, экологии.

Виртуальные лабораторные работы можно применять в классе во время лекции как дополнение к лекционным материалам, проводить в компьютерном классе по сети, с последующим анализом успеваемости ученика.

Меняя параметры в интерактивной лаборатории, пользователь видит изменения в 3D среде как результат своих действий [2].

Объект: использование ИКТ в образовательном процессе.

Предмет:  разработка  виртуальных лабораторий для подготовки будущих специалистов.

Цель работы: разработка программного комплекса «Виртуальная лаборатория по физике».

Задачи работы:

• проанализировать научно-педагогическую литературу по разработке и использованию виртуальных средств в образовательном процессе;
• выбрать принципы и требования для разработки программного комплекса – виртуальная лаборатория;
• проанализировать и выбрать инструментальное средство для создания виртуальной лаборатории по физике;
• разработать структуру программного комплекса «Виртуальная лаборатория по физике».
• разработать программный комплекс с использованием существующей БД элементов виртуальной лаборатории;
• апробировать созданный программный комплекс «Виртуальная лаборатория по физике».

Методы выполнения работы: анализ научно-педагогической литературы, сравнение, алгоритмизация, программирование.

Методическая и практическая значимость заключается в обогащении методическим материалами обеспечения учебного процесса, в создании программного комплекса «виртуальной лаборатории по физике» для проведения опытов по предмету. 

Цели и задачи определили структуру дипломной работы.

Во введении обосновывается актуальность выбора темы, определены объект, предмет, сформулированы цель, задачи, описана методическая и практическая значимость выполненной работы, дана характеристика общей структуры выполненной ВКР.

Первая глава  «Теоретические вопросы разработки виртуальных средств обучения» рассматривает вопросы: использования ИКТ в образовательном процессе; представляет выбор принципов и требований разработки компьютерных  виртуальных  средств обучения.  Рассматривается вопрос о процессе виртуализации обучения, о возможностях виртуальных лабораторных работ при изучении процессов и явлений трудно доступных для изучения в реальных условиях.

Во второй главе «Практическая реализация программного комплекса «Виртуальная лаборатория по физике»  представлено:  выбор инструментария для создания программного комплекса виртуальной лаборатории; проанализированы существующие БД готовых компонентов и готовых устройств по физике, проведен выбор элементов из готовых баз данных для создания виртуальной лаборатории по физике;  описан процесс разработки  программного каркаса для работы по созданию виртуальной лаборатории; представлен материал, демонстрирующий возможности созданного программного комплекса «Виртуальная лаборатория по физике».

В заключении представлены основные результаты работы.

Дипломная работа состоит из введения, двух глав, заключения, списка литературы в количестве 46 источников. Общий объем ра­боты представлен на 56 стр., содержит 25 рисунка, 2 таблицы.

 

1 Применение виртуальных средств обучения

 

  1.1 Возможности ИКТ в организации учебного процесса с использованием виртуальных лабораторий

 

В настоящее  время меняются цели и задачи, стоящие перед современным образованием, - происходит смещение усилий с усвоения знаний на формирование компетентностей, акцент переносится на личностно-ориентированное обучение. Но, тем не менее, урок был и остается главной составной частью учебного процесса. Учебная деятельность учащихся в значительной мере сосредоточена на уроке. Качество подготовки учащихся определяется содержанием образования, технологиями проведения урока, его организационной и практической направленностью, его атмосферой, поэтому необходимо применение новых педагогических технологий в образовательном процессе. Цели использования информационных технологий: развитие личности обучаемого, подготовка к самостоятельной продуктивной деятельности в условиях информационного общества через развитие конструктивного, алгоритмического мышления, благодаря особенностям общения с компьютером, творческого мышления за счет уменьшения доли репродуктивной деятельности, формирование информационной культуры, умений осуществлять обработку информации (при использовании табличных процессоров, баз данных); реализация социального заказа, обусловленного информатизацией современного общества: - подготовка обучаемых средствами информационных технологий к самостоятельной познавательной деятельности; мотивация учебно-воспитательного процесса (повышение качества и эффективности процесса обучения за счет реализации возможностей информационных технологий, выявление и использование стимулов активизации познавательной деятельности).

Каково влияние использования информационно-коммуникационных технологий на ученика? - ИКТ способствует повышению познавательного интереса к предмету; - ИКТ содействует росту успеваемости учащихся по предмету; - ИКТ позволяет учащимся проявить себя в новой роли; - ИКТ формирует навыки самостоятельной продуктивной деятельности; - ИКТ способствует созданию ситуации успеха для каждого ученика [20].

Использование ИКТ в образовательном процессе дает педагогам дополнительные дидактические возможности, а именно:

незамедлительную обратную связь между пользователем и средствами ИКТ, что позволяет обеспечить интерактивный диалог;

компьютерную визуализацию учебной информации, предполагающую реализацию возможностей современных средств визуализации объектов, процессов, явлений (как реальных, так и «виртуальных»), а также их моделей, представление их в динамике развития, во временном и пространственном движении, с сохранением возможности диалогового общения с программой;

компьютерное моделирование изучаемых объектов, их отношений, явлений, процессов, протекающих как реально, так и «виртуально»;

автоматизацию процессов вычислительной, информационно-поисковой деятельности, обработки результатов учебного эксперимента как реально протекающего, так и «виртуально» представленного на экране с возможностью многократного повторения фрагмента или самого эксперимента, что позволяет констатировать результаты экспериментов, варьировать значениями параметров (например, физических величин) адекватно условиям эксперимента, осуществлять постановку гипотезы эксперимента, ее проверку, модифицировать исследуемую ситуацию по результатам эксперимента, прогнозировать результаты исследования;

привлечение разных видов деятельности, рассчитанных на активную позицию учеников, получивших достаточный уровень знаний по предмету, чтобы самостоятельно мыслить, спорить, рассуждать, научившихся учиться, самостоятельно добывать необходимую информацию;

автоматизацию процессов организационного управления учебной деятельностью и контроля за результатами усвоения учебного материала: генерирование и рассылка организационно-методических материалов, загрузка и передача их по сети [21],[22].

Виртуализация обучения может рассматриваться как объективный процесс движения от очного через дистанционное к виртуальному образованию, которое вбирает в себя лучшие свойства очного, заочного, дистанционного и других форм получения образования и должно быть адекватно нарождающемуся российскому информационному обществу. Этот процесс, как и процесс информатизации образования, объективен, закономерен и обусловлен рядом факторов:

• стремительное развитие телекоммуникационных и информационных систем, открывает новые дидактические возможности для совершенствования собственно системы образования;
• внутренние потребности самой системы образования, связанные с обеспечением доступа широким слоям населения к  качественному, доступному, мобильному, фундаментальному образованию [4].

С позиций педагогики как науки можно считать, что процесс виртуального обучения происходит в педагогической системе, элементами которой являются цели, содержание, обучающийся, обучающий и технологическая подсистема виртуального обучения. Это целенаправленный, организованный процесс взаимодействия обучающихся (студентов) с обучающими (преподавателями), между собой и со средствами обучения, причем он некритичен к их расположению в пространстве и во времени. Вся эта конструкция опирается на материально-техническую и нормативно-правовую основу [3].

Формирование содержания виртуального образования, как и в традиционной системе образования, основывается на выбранной теории организации содержания образования и учете соответствующих принципов.

Методическая среда характеризуется методами активного обучения, методом проектов. Действительно, виртуальное обучение наиболее восприимчиво к таким инновационным методам, как методы активного обучения (мозговой штурм, “деловые игры”, “кейс-стади”, методы “проектов” и др.) [2].

Виртуальный студент по праву является главной фигурой виртуального образовательного процесса, поскольку он является главным «заказчиком и клиентом» виртуальной системы образования. Можно выделить основные отличия и преимущества виртуального студента, которые концентрированно отражаются в следующих формулировках: “образование без границ”, “образование через всю жизнь” “образование за меньшую стоимость”. С другой стороны к виртуальному студенту предъявляются и специфические требования в виде исключительной мотивированности, дисциплинированности, способности пользоваться компьютерной и коммуникационной техникой и т.д. [4].

Очевидно, что при виртуальном обучении со всей остротой встают воспитательные и валиологические проблемы.

Виртуальный преподаватель -это и физическое лицо, работающее либо при непосредственном контакте, либо опосредованно через телекоммуникационные средства и, кроме того, это вполне может быть и “преподаватель-робот” в виде, например, CD-ROM.

Главная функция виртуального преподавателя – управление процессами обучения, воспитания, развития, другими словами, быть педагогическим менеджером. При виртуальном обучении он должен играть следующие роли: координатор, консультант, воспитатель и др.

Виртуализация образовательных сред предоставляет новые не исследованные, скорее всего, не осязаемые и не осознаваемые на сегодняшний день возможности для образования. Научно обоснованное использование элементов технологической системы виртуального обучения, по нашему мнению, приведет не к перестройке, не к коренному улучшению, а к становлению принципиально новой системы образования [5].

 

  1.2 Виртуальная  лаборатория как средство обучения

 

Использование современных информационных технологий в образовании – это уже не новшество, а реальность сегодняшнего дня для всего цивилизованного мира. В настоящее время ИКТ прочно вошли в образовательную сферу. Они позволяют изменить качество образовательного процесса, сделать урок современным, интересным,   результативным.

Виртуальные средства – это средства или инструменты познания на  уроках.  Виртуальное образование вносит и этический компонент – компьютерная технология никогда не заменит связь  между обучающимися. Оно только может поддерживать потенциал их совместного стремления к новым ресурсам и подходит для использования в различных учебных ситуациях, где обучающиеся, изучая предмет, участвуют в диалоге со сверстниками и преподавателями относительно изучаемого материала. 

 Виртуальные технологии - способ подготовки информации, включающей визуальное, мультипрограммирование различных ситуаций [23]. 

При проведении урока с использованием виртуальных средств соблюдается основной принцип дидактики – наглядность,  что обеспечивает оптимальное усвоение материала обучающимися, повышает эмоциональное восприятие и развивает все виды мышления у обучающихся. 

Виртуальные средства обучения  являются одним из самых современных средств, используемых для обучения на уроках.

Виртуальное представление лабораторных работ - это череда ярких, запоминающихся образов, движение - все это позволяет увидеть то, что трудно представить, наблюдать за происходящим явлением, опытом. Такой урок позволяет получать информацию сразу в нескольких видах, таким образом преподаватель имеет возможность усилить эмоциональное воздействие на ученика.  Одним из очевидных достоинств такого урока является усиление наглядности. Вспомним известную фразу К.Д. Ушинского: «Детская природа ясно требует наглядности. Учите ребенка каким-нибудь пяти неизвестным ему словам, и он будет долго и напрасно мучиться над ними; но свяжите с картинками двадцать таких слов - и ребенок усвоит их на лету. Вы объясняете ребенку очень простую мысль, и он вас не понимает; вы объясняете тому же ребенку сложную картину, и он вас понимает быстро... Если вы входите в класс, от которого трудно добиться слова (а таких классов у нас не искать стать), начните показывать картинки, и класс заговорит, а главное, заговорит

свободно…» [24].

А также экспериментально установлено, что при устном изложении материала учащийся за минуту воспринимает и способен переработать до 1 тысячи условных единиц информации, а при подключении органов зрения до 100 тысяч таких единиц.

  Применение  виртуальных средств на уроках - это мощный стимул в обучении. Одним из виртуальных средств являются виртуальные  лаборатории, которые играют большую роль в образовательном процессе. Они  не заменяют преподавателя и учебники физики, а создают современные, новые возможности для усвоения материала: повышается наглядность, расширяются  возможности демонстрации опытов, которые затруднительно или невозможно поставить в учебном заведении.

Виртуальная лаборатория представляет собой интерактивный программный модуль, призванный реализовать переход от информационно-иллюстративной функции цифровых источников к функции инструментально-деятельностной и поисковой, как способствующей развитию критического мышления, выработке навыков и умений практического использования получаемой информации [1].

Классификация лабораторных работ, в основу которых положен подход к использованию [2], [3]:

качественная – явление или опыт, обычно сложные или невыполнимые в условиях учебного заведения, воспроизводится на экране при управлении пользователем;

полуколичественная – в виртуальной лаборатории моделируется опыт, и реалистичное изменение отдельных характеристик (например, положение ползунка реостата в электрической цепи) вызывает изменения в работе установки, схемы, устройства;

количественная (параметрическая) – в модели численно заданные параметры изменяют зависящие от них характеристики или моделируют явления.

В рамках проекта планируется создание работ всех трех типов, но основной упор будет сделан на реалистичные полуколичественные лабораторные работы, обеспечивающие высокую педагогическую эффективность их применения. Существенной особенностью предлагаемого подхода является возможность отрабатывать навыки экспериментальной работы в реалистичных полуколичественных моделях. Кроме того, в них реализована вариабельность проведения опытов и получаемых значений, что увеличивает эффективность использования практикума при сетевой работе в компьютерном классе.

Отличительной особенностью планируемой разработки должна стать высокая реалистичность экспериментов в виртуальных лабораториях, точность воспроизведения физических законов мира и сущности опытов и явлений, а также уникально высокая интерактивность. В отличие от реализованных виртуальных лабораторных работ, в которых отрабатываются не те умения и навыки, что в реальных работах, при создании реалистичных полуколичественных моделей будет сделан упор на формирование навыков экспериментальной работы, что актуально и целесообразно. Кроме того, в таких работах будет реализована высокая вариабельность проведения опытов и получаемых значений, что увеличит эффективность использования лабораторного практикума при сетевой работе в компьютерном классе [13,14].

Исследование полуколичественной модели (с неявной математической основой) представляет собой нетривиальную задачу, в которую вовлекаются разнообразные умения: планировать эксперимент, выдвигать или выбирать наиболее разумные гипотезы о связи явлений, свойств, параметров, делать выводы на основе экспериментальных данных,  формулировать задачи. Особенно важным и целесообразным является умение указывать границы (область, условия) применимости научных моделей, включая изучение того, какие аспекты реального явления компьютерная модель воспроизводит удачно, а какие оказываются за гранью моделируемого [9].

 Урочное использование виртуальных лабораторных работ по отношению к реальным может быть различных видов [5]:

• демонстрационное (перед реальной работой) использование: показать фронтально, с большого экрана монитора или через мультимедийный проектор последовательность действий реальной работы; предпочтительны реалистичные качественные и полуколичественные модели;
• обобщающее (после реальной работы) использование: фронтальный режим (демонстрация, уточнение вопросов, формулирование выводов и закрепление рассмотренного) или индивидуальный (математическая сторона экспериментов, анализ графиков и цифровых значений, изучение модели как способа отражения и представления реальности; предпочтительны количественные, параметрические модели).
• экспериментальное (вместо реальной работы) использование: индивидуальное (в малых группах) выполнение заданий  в виртуальной лаборатории без выполнения реальной работы, компьютерный эксперимент. Может выполняться как с реалистичными полуколичественными 3D-моделями, так и с параметрическими.

Ожидаемые результаты внедрения виртуальной лаборатории как  виртуального средства обучения  [1,5]:

• создание и внедрение практикумов с высокой реалистичностью и неявной математической основой, являющейся объектом исследования учащихся, станет одной из основ для развития критического мышления и самостоятельности;
• будет достигнуто повышение эффективности проведения практических занятий за счет оптимального сочетания реальных и виртуальных работ;
• прогнозируется повышение интереса к процессу обучения у групп учащихся, плохо достигающих успеха в обычной системе преподавания.

1.3 Принципы и требования к разработке виртуальной лаборатории

 

Поскольку при выполнении лабораторных работ огромная часть времени уходит на понимание того, как работать с установкой, то, загрузив виртуальную лабораторию, ученик имеет возможность заранее подготовиться, освоив оборудование, изучив его работу в различных режимах. Он получает возможность на практике проверить свои знания, проследить за происходящим действием, проанализировать результат проведенной работы.

Использование технологии виртуального обучения, дает возможность полностью воспроизвести интерфейс реального прибора в виде виртуальной модели, сохраняя все его функциональные возможности. Ученик запускает виртуальную лабораторию на  своём компьютере, что приводит к значительной экономии времени на практических занятиях. Более того, при разработке эмулятора используются модели устройств, работающие по тем же принципам, что и реальные. Их параметры и принцип работы можно легко изменять, наблюдая, как это отражается на результатах измерений. В результате использования виртуальных лаборатории мы получаем качественную подготовку студентов к выполнению лабораторных работ и работе с аппаратурой, что дает возможность углублённого изучения учениками физических явлении, наглядное представление проводимых работ.

Программный комплекс «Виртуальная лаборатория по физике» должен придерживаться ряда требований:

1. Минимальные системные требования, что позволит запустить продукт на любом персональном компьютере. Следует отметить, что не все учебные заведения могут позволить себе компьютеры последнего поколения.
2. Простота и доступность использования. Программный комплекс рассчитан на среднее звено учеников (8 – 9 класс), поэтому следует исходить из индивидуально-психологических особенностей развития учеников.
3. Каждая виртуальная лаборатория должна содержать описание и инструкцию к выполнению, что позволит ученикам без особого усилия справиться с выполнением работы.
4. Виртуальные лаборатории выполняются по мере усвоения учебного материала.
5. Наглядность выполнения работ, что позволяет наблюдать за происходящими действиями. Изменяя одни параметры системы, ученик видит как изменяются другие.

 

• Общая структура программного комплекса «Виртуальная лаборатория по физике».

 

Для реализации программного комплекса «Виртуальная лаборатория по физике» решено использовать четыре основных блока:

1. Информация о виртуальной лаборатории.
2. Виртуальные лаборатории.
3. Методические рекомендации.
4. О разработчике.

Первый блок «Информация о  виртуальной лаборатории» будет содержать основную информацию о преимуществах, принципах и желаемых результатах виртуальных лаборатории. Также будут приведены отличительные особенности виртуальных работ по отношению к реальным.

Второй блок «Виртуальные лаборатории» планируется разделить на несколько подблоков,  согласно разделам физики. Такое деление позволит ученику быстро и легко найти нужную работу и приступить к ее выполнению и значительно сэкономить время.  Блок будет включать в себя задания по сборке электрической цепи, а также работы по тепловым и механическим явлениям.

Третий блок «Методические рекомендации» будет представлять собой описание  и проведение виртуальных лабораторных работ, а также краткую инструкцию к их выполнению. В данном разделе также необходимо будет указать возрастную категорию, на которую рассчитан разрабатываемый программный комплекс. Таким образом, ученик, который до этого момента не имел представления о виртуальных лабораториях, может легко и быстро приступить к их выполнению.

 

2      Практическая реализация программного комплекса «Виртуальная лаборатория по физике»

 

• Выбор инструментария для создания виртуальной лаборатории

 

На основе анализа общей структуры виртуальной лаборатории, принципов и требований мы считаем, что моделью реализации проекта должен стать персональный веб-узел, размещенный на одном компьютере, доступ к просмотру которого осуществляется с помощью браузера.

Перед нами, как перед разработчиками Web-узла встал вопрос, какие средства могут быстро и качественно выполнить поставленную задачу. В настоящее время существует два типа редакторов, создающих Web-узлы. Это редакторы, работающие непосредственно с кодом, и визуальные редакторы. У обеих технологий есть плюсы и минусы. При создании Web-сайтов с помощью кодовых редакторов разработчику необходимо знать язык HTML. Работа в визуальном редакторе достаточно проста и напоминает процесс создания документа в Microsoft Word.

Рассмотрим некоторые существующие на сегодняшний  день    веб-редакторы.

Простейшим средством, при помощи которого можно создавать веб-страницы является приложение Блокнот (Notepad), но при использовании блокнота необходимо знание языка разметки гипертекста (HTML) и хорошего понимания структуры Web-страниц. Желательны профессиональные знания, дающие возможность при таких скромных средствах создавать Web-сайты с использованием технологий Active X , Flash.

Те, кто предпочитает набирать код HTML вручную, но кому не хватает функциональности Блокнота и подобных ему программ, выбирают программу под названием TextPad. Эта программа, по сути, весьма похожа на Блокнот, однако разработчики специально предусмотрели некоторые удобства для того, чтобы писать код HTML (а также языков Java, С, C++, Perl и еще некоторых). Это выражается в том, что при написании HTML -документа все теги автоматически подсвечиваются синим цветом, их атрибуты — темно-синим, а значения атрибутов — зеленым (цвета можно настроить по собственному желанию, так же, как и шрифт). Эта функция подсветки полезна тем, что в случае случайно допущенной ошибки в имени тега или его атрибута, программа сразу сообщает о ней.

Также можно воспользоваться визуальными редакторами для создания веб-ресурсов. Речь идет о так называемых WYSIWYG-редакторах. Название произошло от предложения «What You See Is What You Get» – что видишь, то и получишь. WYSIWYG-редакторы позволяют создавать веб-сайты и веб-страницы даже пользователям не знакомым с языком разметки гипертекста (HTML).

Macromedia Dreamweaver - профессиональный редактор HTML для визуального создания и управления сайтами различной сложности и страницами сети Internet. Dreamweaver включает в себя много инструментов и средств для редактирования и создания профессионального сайта: HTML, CSS, javascript, отладчик javascript, редакторы кода (просмотр кода и инспектор кода), что позволяет редактировать javascript, XML и другие текстовые документы, которые поддерживаются в Dreamweaver. Технология Roundtrip HTML импортирует документы HTML без переформатирования кода и позволяет настроить Dreamweaver так, чтобы он «наводил порядок» и переформатировал HTML как этого пожелает разработчик.

Возможность визуального редактирования в Dreamweaver также позволяет быстро создавать или менять дизайн проекта без написания кода. Есть возможность рассмотреть все централизованные элементы и «перетащить» их с удобной панели непосредственно в документ. Все функции Dreamweaver можно настроить самостоятельно, воспользовавшись необходимой литературой [16], [17].

Для создания виртуальной лаборатории  нами была использована среда FrontPage. По некоторым источникам в мировом Интернете до 50 процентов всех страниц и Web-узлов, включая и крупные проекты, создается с помощью Microsoft FrontPage. А на территории СНГ, вполне возможно, что эта цифра достигает 80-90 процентов [18].

Преимущества FrontPage перед другими редакторами очевидны:

• FrontPage имеет мощную поддержку в Интернете. Существует много Web-узлов, групп новостей, конференций, ориентированных на пользователей FrontPage. Также к FrontPage существует масса платных и бесплатных плагинов (plug-ins), расширяющих его возможности. Например, самые лучшие, на сегодняшний день, оптимизаторы графики Ulead SmartSaver и Ulead SmartSaver Pro от компании Ulead встраиваются плагинами не только в Photoshop, но и в FrontPage. Помимо этого, имеется целая индустрия фирм, разрабатывающих и выпускающих темы для FrontPage;
• интерфейс FrontPage очень напоминает интерфейс программ, входящих в пакет Microsoft Office, что облегчает его освоение. К тому же между программами, входящими в Microsoft Office, существует полная интеграция, что позволяет использовать во FrontPage информацию, созданную в других приложениях.

Благодаря программе FrontPage создавать Web-страницы могут не только профессиональные программисты, но и пользователи, которые хотят иметь Web-узел для личных целей, так как нет необходимости программировать в кодах HTML и знать HTML-редакторы, считает большинство         авторов [18,19,20,21].

Основные претензии разработчиков, создающих Web-страницы с использованием HTML-кодов, к FrontPage сводятся к тому, что он в некоторых случаях по умолчанию пишет избыточный код. Для небольших Web-узлов это некритично. Кроме того, FrontPage позволяет разработчику работать и с HTML-кодом [21].

 

• Этапы проектирования и структура программы-оболочки  «Виртуальная лаборатория по физике»

 

 

Проектирование – один из самых важных и сложных этапов разработки, от которого зависит эффективность дальнейших работ и конечный        результат.

Огромным стимулом в развитии педагогического проектирования явилось распространение вычислительной техники. С ее приходом в образование стала меняться методика обучения в направлении ее технологизации. Появились информационные технологии обучения.

Педагогическое проектирование – это деятельность, направленная на разработку и реализацию образовательных проектов, под которыми понимаются оформленные комплексы инновационных идей в образовании, в социально-педагогическом движении, в образовательных системах и институтах, в педагогических технологиях (Безрукова В.С.) [8].

Проектирование педагогических систем, процессов или ситуаций — сложная многоступенчатая деятельность. Совершается она как ряд последовательно следующих друг за другом этапов, приближая разработку предстоящей деятельности от общей идеи к точно описанным конкретным       действиям.

 

2.2.1     Структура программного комплекса «Виртуальная лаборатория по физике»

 

Проектирование программы «Виртуальная лаборатория по физике»  проходило по следующим этапам:

• осознание необходимости создания продукта;
• разработка схемы виртуальной лаборатории;
• разработка программы «Виртуальная лаборатория по физике»;
• анализ системы контроля с использованием ИКТ;
• выбор лабораторий по тепловым и механическим явлениям из готовых баз, а также создание лаборатории по сборки электрической цепи;
• краткое описание технологических возможностей каждой виртуальной лаборатории, ее назначение, правила проведения, порядок выполнения;
• разработка методики применения программы «Виртуальная лаборатория по физике».

На основании рассмотренных этапов была разработана структура программного комплекса «Виртуальная лаборатория по физике» (рисунок 1).

 

 

Сведения об авторе

Теоретические аспекты

О разработчике

Виртуальные лаборатории

Информация о виртуальной лаборатории

Виртуальная лаборатория по физике

 

 

 

Механические явления

Тепловые явления

 

Электрическая цепь

 

 

Рисунок 1 - Структура программного комплекса

«Виртуальная лаборатория по физике»

 

 

Структура программы-оболочки включает в себя ядро управления программой «Виртуальная лаборатория по физике». Ядром управления является стартовая страница программы. Блок предназначен для осуществления навигации по разработанной программе выбора и демонстрации виртуальных лабораторий, позволяет перейти к любому из других блоков. Предоставляет возможность быстрого доступа к следующим разделам:

• «Информация о виртуальной лаборатории»;
• «Виртуальные лаборатории»;
• «О разработчике»;

Раздел «Информация о виртуальной лаборатории» включает в себя теоретические аспекты, которые  помогают понять,  какую роль играют виртуальные средства обучения в образовательном процессе.

Раздел «Виртуальные лаборатории» включает в себя непосредственно сами лабораторные работы по двум направлениям: тепловые и механические явления, а также подраздел «Сборка электрической цепи». Тепловые и механические явления содержат в себе самые основные и значимые лабораторные работы, а сборка электрической цепи позволяет собирать цепь в соответствии с заданием и законами физике.

Раздел «О разработчике»  содержит основные сведения об авторе и ожидаемых результатах внедрения программы-оболочки в современный образовательный процесс.

 

2.2.2     Структура виртуальной лаборатории

 

Веб-узел включает 13 страниц, и, с учетом других имеющихся документов, всего содержит 107 файлов.

Список страниц созданного веб- узла показан на рисунке 2.

Рисунок 2 – Список страниц созданного веб-узла.

 

Папка images содержит изображения, использованные при разработки программного комплекса (рисунок 3).

 

Рисунок 3 – Использованные изображения

В папке js содержится набор кодов, которые необходимы для работы программного комплекса (рисунок 4). Так, например, файл data.js содержит код, прописывающий окно с заданиями для сборки электрической цепи.

 

Рисунок 4 – Элементы папки js

 

На рисунке 5 представлена структура виртуальной лаборатории в по разделам физике.

 

Рисунок 5 – Структура виртуальной лаборатории по разделам физики

Каждая страница узла на данной схеме обозначается прямоугольником. Линии, соединяющие эти прямоугольники, символизируют взаимную подчиненность страниц.

Ниже приведено описание основных блоков виртуальной лаборатории.

Ядро управления программой-оболочкой «Виртуальная лаборатория по физике» представлено на странице index.html. Оно построено так, чтобы пользователь мог с его помощью осуществить переход на все другие блоки программы. Иными словами, ядро управления предоставляет доступ к информационной справке, доступ к проведению и демонстрациям виртуальных лабораторных работ, доступ к информации об авторе и ожидаемых результатах разработке.  При разработке ядра управления программы «Виртуальная лаборатория по физике» также использовались фреймы, настройка фона, форматирование      текста.

Информационный блок программы-оболочки «Виртуальная лаборатория по физике» представлен страницей Info.html. Блок предназначен для предоставления краткой общей информации о виртуальной лаборатории, её роли в современном образовании, а также указанны основные достоинства.

 

 

• Разработка программного комплекса «Виртуальная лаборатория по физике»

 

 

Разработка программного комплекса «Виртуальная лаборатория по физике»  начинается с создания веб-узла, структура которого строится на основе рассмотренных ранее блоков (рисунок 3). На рисунке 6 представлена структура программного комплекса  «Виртуальная лаборатория по физике». Каждая страница узла на данной схеме обозначается прямоугольником. Линии, соединяющие эти прямоугольники, символизируют взаимную подчиненность страниц.

 

Рисунок 6 – Структура программного комплекса

 «Виртуальная лаборатория по физике».

 

 

Ядро управления программным комплексом представлено на странице index.htm. Оно построено так, чтобы пользователь мог с его помощью осуществить переход на все другие блоки программного комплекса. Иными словами, ядро управления предоставляет доступ к информационной справке о программе, доступ проведению виртуальных работ, доступ к методическим рекомендациям, а также доступ к информации о разработчике программного комплекса «Виртуальная лаборатория по физике».

При разработке ядра управления программного комплекса «Виртуальная лаборатория по физике» также использовались фреймы, настройка фона, форматирование    текста.

Схема связи между страницами настроена с помощью кнопок и гиперссылок. Гиперссылки позволяют осуществить быстрый переход на требуемую страницу, а также  организуют связь между страницами веб-зла, что определяет его целостность. На рисунке 7 отражено дерево гиперссылок. Такое раскрытие ветвей в схеме гиперссылок позволяет наглядно моделировать логику работы узла, не открывая сами web-страницы.

 

 

Рисунок 7 -  Схема гиперссылок узла

 

• Демонстрация созданного программного комплекса «Виртуальная лаборатория по физике»

 

2.4.1     Разработка программного комплекса для работы по созданию виртуальной лаборатории

 

Разработка программного комплекса для работы по созданию виртуальной лаборатории проходила по следующим этапам:

• анализ виртуальных лаборатории в системе обучения и осознание необходимости создания продукта;
• разработка программы-оболочки «Виртуальная лаборатория по физике»;
• разработка схемы виртуальной лаборатории;
• краткое описание технологических возможностей лаборатории, их назначение;
• описание дидактических возможностей виртуальных лабораторий по физике;
• разработка методики применения программы–оболочки «Виртуальная лаборатория по физике».

Стартовая страница программы-оболочки виртуальной лаборатории представлена на рисунке 8. С ее помощью пользователь может перейти в любой из представленных разделов.

 

 

Рисунок 8 – Стартовая страница

 

Рассматриваемый программный комплекс имеет четыре навигационных кнопки:

• информация о виртуальной лаборатории;
• виртуальные лаборатории;
• методические рекомендации;
• о разработчике.

 

Информация о виртуальной лаборатории.

Раздел «Информация о виртуальной лаборатории» содержит основные теоретические аспекты, рассказывает об основных преимуществах виртуальной лаборатории, желаемых результатах внедрения разработки и представлен на рисунке 9.

 

 

 

Рисунок 9 – Информация о виртуальной лаборатории

 

 

 

Раздел «Информация о виртуальной лаборатории» рассказывает о преимуществах наглядной физики, а именно о  возможности демонстрации физических явлений в более широком ракурсе и всестороннее их исследование. Каждая работа охватывает большой объем учебного материала, в том числе из разных разделов физики. Это предоставляет широкие возможности для закрепления межпредметных связей, для обобщения и систематизации теоретических знаний.

  Интерактивные работы по физике следует проводить на уроках в форме практикума при объяснении нового материала или при завершении изучения определенной темы. Другой вариант – выполнение работ во внеурочное время, на факультативных, индивидуальных занятиях. Виртуальная физика это новое уникальное направление в системе образования. Ни для кого не секрет, что 90% информация поступают к нам в мозг через зрительный нерв. И не удивительно, что пока человек сам не увидит, он не сможет четко уяснить природу тех или иных физических явлений. Поэтому процесс обучения обязательно должен подкрепляться наглядными материалами. И просто замечательно, когда можно не только увидеть статичную картинку изображающую какое-либо физическое явление, но и посмотреть на это явление в движении.

Раздел «Виртуальные лаборатории» содержит три основных  подраздела: электрическая цепь, механические и тепловые явления, каждый из которых включает  в  себя непосредственно сами виртуальные лаборатории. Данный раздел представлен на рисунке 10.

 

 

Рисунок 10 – Виртуальные лаборатории

 

Подраздел «Электрические цепи» включает в себя три задания, цель которых собрать электрическую цепь в соответствии с представленными описаниями к работе.

Механические и  тепловые явления включают в себя по четыре лабораторных работы, которые охватывают большой  объем знаний.

 

2.4.2     Выбор элементов из готовых баз данных для создания виртуальной лаборатории по физике

 

В настоящее время существует множество готовых элементов виртуальных лаборатории по физике начиная с самых простых и заканчивая установками более серьезного характера.  Рассмотрев различные источники, сайты, было решено воспользоваться материалом сайта виртуальных лабораторий - http://www.virtulab.net, поскольку именно здесь более полноценно и оригинально представлен не только материал, но и лаборатории как по физике, так и другим предметам. То есть хотелось бы отметить тот факт,  какую обширную область знаний и материала охватывает этот сайт.

 Каждая работа содержит  большой объем учебного материала. Это предоставляет широкие возможности для закрепления межпредметных связей, для обобщения и систематизации теоретических знаний.

Виртуальная физика это новое уникальное направление в системе образования. Ни для кого не секрет, что 90% информация поступают к нам в мозг через зрительный нерв. И не удивительно, что пока человек сам не увидит, он не сможет четко уяснить природу тех или иных физических явлений. Поэтому процесс обучения обязательно должен подкрепляться наглядными материалами. И просто замечательно, когда можно не только увидеть статичную картинку изображающую какое-либо физическое явление, но и посмотреть на это явление в движении.

 Так, например, хотите объяснить механику? Пожалуйста, тут вам анимации показывающие второй закон Ньютона, закон сохранения импульса при соударении тел, движение тел по окружности под действием сил тяжести и упругости и т.д.

 Рассмотрев и проанализировав материал сайта www. Virtulab.net  для создания программы-оболочки было решено взять два основных аспекта физике: тепловые и механические явления [8].

 

 

Виртуальная лаборатория «Электрические цепи» включает в себя следующие задания:

• собрать цепь с параллельным соединением;
• собрать цепь с последовательным соединением;
• собрать цепь с приборами.

Виртуальная лаборатория «Тепловые явления» включают в себя следующие лабораторные   работы:

• изучение идеальной тепловой машины Карно;
• определение удельной теплоты плавления льда;
• работа четырехтактного двигателя, анимация цикла Отто;
• сравнение молярных теплоемкостей металлов.

 

Виртуальная лаборатория «Механические явления» включают  в себя следующие лабораторные  работы:

• дальнобойная пушка;
• изучение второго закона Ньютона;
• изучение закона сохранения импульса при соударении тел;

изучение свободных и вынужденных колебаний.

 

2.4.3     Описание виртуальных лабораторий раздела «Механические явления»

 

Лабораторная работа №1 «Дальнобойная пушка». Виртуальная лабораторная работа  «Дальнобойная пушка» представленна на рисунке 11. Задав исходные данные для пушки, иммитируем  выстрел, и с помощью перетаскивания курсором вертикальной красной линии, определяем величину скорости в выбранной точки траектории.

 

 

Рисунок 11 - Виртуальная лаборатория

 «Дальнобойная пушка»

 

В окне исходных данных задается начальная скорость вылета снаряда, а также угол к горизонту, после чего можем приступить к проведению выстрела, и анализировать результат.

 

 

Лабораторная работа №2 «Изучение второго закона Ньютона». Виртуальная лабораторная работа  «Изучение второго закона Ньютона» представленна на рисунке 12. Цель данной работы показать основной закон Ньютона, которыей гласит, что ускорение, приобретаемое телом в результате воздействия на него, прямо пропорционально силе или равнодействующей сил этого воздействия и обратно пропорционально массе тела. 

 

 

 

 

Рисунок 13 - Виртуальная лаборатория

 «Изучение второго закона Ньютона»

 

При проведении данной лабораторной работы, изменяя параметры            (высоту противовеса, массу грузов) наблюдаем за изменением ускорения, которое приобретает тело.

 

 

Лабораторная работа №3 «Изучение свободных и вынужденных колебаний». Виртуальная лабораторная работа «Изучение свободных и вынужденных колебаний» представленна на рисунке 14. В данной работе изучаюся  колебания тел под действием внешних периодически изменяющихся сил.

 

 

 

Рисунок 14 - Виртуальная лаборатория

«Изучение свободных и вынужденных колебаний»

В зависимости от того что мы хотим получить, амплитуду колебательной системы или же амплитудно-частотную характеристику, выбрав один из параметров и установив все параметры системы, мы можем приступить к запуску работы.

Лабораторная работа №4 «Изучение закона сохранения импульса при соударении тел». Виртуальная лабораторная работа «Изучение закона сохранения импульса при соударении тел» представленна на рисунке 15. Закон сохранения импульса выполняется для замкнутых систем, то есть таких, которые включают в себя все взаимодействующие тела, так что ни на одно из тел системы не действуют внешние силы. Однако при решении многих физических задач оказывается, что импульс может оставаться постоянным и для незамкнутых систем. Правда, в этом случае количество движения сохраняется лишь приближенно. 

 

 

 

 

Рисунок 15  -  Виртуальная лаборатория

«Изучение закона сохранения импульса при соударении тел»

Задав начальные параметры системы (масса пули, длина стержня, масса цилиндра)  и нажав на кнопку запуска, мы увидим результаты работы. Выбирая различные начальные значения, мы можем увидеть, как изменяется поведение и результаты проводимой лабораторной работы.

 

 

2.4.4     Описание виртуальных лабораторий раздела «Тепловые явления»

 

Лабораторная работа №1 «Изучение идеальной тепловой машины Карно». Виртуальная лабораторная работа  «Изучение идеальной тепловой машины Карно»представленна на рисунке 16.

 

 

Рисунок 16 -  Виртуальная лаборатория

«Изучение идеальной тепловой машины Карно»

 

Запустив работу тепловой машины по циклу Карно, при помощи кнопки «Пауза» остановить процесс и снять показания системы. При помощи кнопки «Скорость» изменяется скорость работы тепловой машины.

Лабораторная работа №2 «Определение удельной теплоты плавления льда». Виртуальная лабораторная работа «Определение удельной теплоты плавления льда» представленна на рисунке 17.

 

 

 

Рисунок 17 - Виртуальная лаборатория

«Определение удельной теплоты плавления льда»

 

Лёд может существовать в трёх аморфных разновидностях и 15 кристаллических модификациях. Фазовая диаграмма на рисунке справа показывает, при каких температурах и давлениях существуют некоторые из этих модификаций.

Лабораторная работа №3 «Работа четырехтактного двигателя, анимация цикла Отто». Виртуальная лабораторная работа  «Работа четырехтактного двигателя, анимация цикла Отто» представленна на рисунке 18. Работа носит ознакомительный характер.

 

 

Рисунок 18 -  Виртуальная лаборатория

«Работа четырехтактного двигателя, анимация цикла Отто»

 

Четыре цикла или такта, которые проходит поршень: всасывание, сжатие, воспламенение и выброс газов - дали название четырехтактному двигателю или двигателю Отто.

Лабораторная работа №4 «Сравнение молярных теплоемкостей металлов». Виртуальная лабораторная работа «Сравнение молярных теплоемкостей металлов» представлена на рисунке 19.  Выбрав один из металлов и запустив работу, мы можем получить подробную информацию о его теплоемкости.

 

 

 

 

Рисунок 19 - Виртуальная лаборатория

«Сравнение молярных теплоемкостей металлов»

Цель работы состоит в сравнении теплоемкости представленный металлов. Для проведения работы следует выбрать металл, установить температуру, и зафиксировать показания.

 

2.4.5     Демонстрация возможностей по созданию программного комплекса «Виртуальная лаборатория по физике»

 

 Блок сборки электрической цепи main.html разрабатывался отдельно и не много иным путем. Рассмотрим процесс подробнее.

• Шаг. На первом этапе был создан прототип, по средством сайта http://gomockingbird.com/ — это инструмент в режиме онлайн, позволяющий легко создавать, предварительно просматривать и передавать модели приложения. Вид будущего окна представлен на рисунке 20.

 

 

 Рисунок 20 -  Прототип окна «Сборка электрической цепи»

 

В левой части окна было решено разместить панель с электрическими элементами, в верхней части основные кнопки (открыть, сохранить, очистить, проверить), оставшаяся часть будет отведена для сборки электрической цепи. Для оформления прототипа выбрал  базу bootstrap - это нечто вроде универсальных стилей для оформления, примеры можно посмотреть тут http://getbootstrap.com/getting-started/#examples

• Шаг. Для заготовки под схему выбрал http://raphaeljs.com/ - одна из самых простых библиотек которая позволяет строить графы (пример http://raphaeljs.com/graffle.html) (рисунок  21).

 

 

 

Рисунок 21 - Оформление и схема окна «Сборка электрической цепи»

 

В качестве заготовки для построения электрической цепи была использована библиотека для построения графов и выбрана подходящая схема, которая в дальнейшем будет видоизменена и адаптирована под наши требования.

 

• Шаг. Далее добавил несколько базовых элементов.

 На графе геометрические фигуры заменил картинками, выбранная библиотека позволяет использовать любые изображения (рисунок  22).

 

 

 

 

Рисунок 22 -  Оформление и схема окна «Сборка электрической цепи»

 

На данном шаге были созданы картинки элементов электрической цепи, расширен список самих элементов, и в окне построения электрической цепи теперь мы можем  связывать электрические элементы.

 

4  Шаг. На базе того же bootstrap сделал модель всплывающего окна - предполагалось использовать для любых действий требующих подтверждения пользователя (пример http://getbootstrap.com/javascript/#modals) рисунок  23.

 

 

 

Рисунок 23 -  Всплывающее окно

 

В дальнейшем предполагалось на данном всплывающем окне разместить задания с правом выбора пользователем.

 

• Шаг. В созданное на предыдущем шаге всплывающее окно добавил список из нескольких  вариантов заданий, которые будут предложены ученику. Задания решил выбрать исходя из школьной программы среднего звена (8-9 классы).

 Задания включают в себя: заголовок, описание и картинку (рисунок  24).

 

 

 

Рисунок 24 -  Выбор варианта задания

 

Таким образом, на данном шаге получили всплывающее окно с выбором задания, при нажатии на одно из них оно становится активным (подсвечивается).

 

 

 

• Шаг. В связи с использованием в заданиях различных электрических элементов, возникла необходимость добавления большего количества. После добавления протестируем, как работают связи между элементами (рисунок  25).

 

 

 

Рисунок 25 -  Добавление элементов электрической цепи

 

Все элементы можно разместить в окне построения цепи и установить физические связи, поэтому переходим на следующий шаг.

 

 

• Шаг. При проверке задания нужно как-то сообщить пользователю о результате.

 Добавил всплывающие сообщение, опираясь на пример http://getbootstrap.com/javascript/#alerts (рисунок 26).

 

 

Рисунок 26  -  Всплывающие подсказки

 

Основные виды ошибок при выполнении заданий по сборки цепи представлены в таблице 1.

Причина ошибки	Способ устранения ошибки
Элемента не должно быть на схеме	Убрать лишний элемент
Не хватает элемента	Добавить необходимый элемент
Не хватает связи	Добавить связь в соответствии с заданием

 

Таблица 1 – Основные виды ошибок.

• Шаг. После выполнения задания становится доступна кнопка «Проверить», запускающая проверку. На данном шаге добавилось описание элементов и связей, которые должны быть на схеме для успешного выполнения (рисунок  27).

 

 

Рисунок 27 -  Проверка электрической цепи

 

Если задание  выполнено успешно, то после проверки появляется диалоговое окно, сообщающие нам о том, что задание выполнено успешно.

9  Шаг. На данном шаге было решено добавить точку соединения, которая позволит нам собирать более сложные схемы с параллельным соединением (рисунок 28).

 

 

Рисунок 28 -  Точка соединения

 

После того как элемент «точка соединения» была успешно добавлена, возникла необходимость добавления задания с использованием данного элемента.

• Шаг. Запуск и проверка задания сборки электрической цепи с приборами (рисунок 29).

 

Рисунок 29 – Результат выполнения

2.4.6     Методические рекомендации по применению созданного программного комплекса «Виртуальная лаборатория по физике»

2.4.7     Описание раздела «О разработчике»

 

Раздел «О разработчике»  содержит основные сведения об авторе и ожидаемых результатах внедрения программного комплекса в современный образовательный процесс (рисунок 31).

 

 

Рисунок 31 - О разработчике

 

Данный раздел был создан для предоставления краткой информации о разработчике программного комплекса «Виртуальная лаборатория по физике».

В этом разделе содержится самая основная информация об авторе, кратко описываются ожидаемые результаты разработки, прикрепленна справка об аппробации программного комплекса, а также указан руководитель дипломного проекта.

 

Заключение

 

 

В представленной работе был проведен обзор научно-педагогической литературы о применении виртуальных средств в системе современного образования. На основании этого была выявлена особая значимость применения виртуальной лаборатории в   процессе обучения.

В работе рассматривается использование ИКТ в образовательном процессе, вопрос о виртуализации образования, о возможностях виртуальных лабораторных работ при изучении процессов и явлений трудно доступных для изучения в реальных условиях.

Виду того, что современный рынок программных продуктов предоставляет большое количество разнообразных программ - оболочек, был поставлен вопрос о необходимости создания программного комплекса, позволяющего выполнять виртуальные лабораторные работы без всяких трудностей. С помощью компьютера ученик может достаточно легко и быстро выполнить необходимую работу и проследить за ходом ее выполнения. 

Перед тем как приступить к реализации программного комплекса была разработана обобщенная структура Виртуальной лаборатории по физике, которая представлена на рисунке 1.

После чего был проведен выбор инструментальной среды для разработки программного комплекса «Виртуальной лаборатории по физике».

Разработана конкретная структура программного комплекса представленная на рисунке 5.

Проанализирована база данных готовых элементов, которые можно использовать для создания программного комплекса.

Выбрано инструментальное средство для создания виртуальной лаборатории по физике – среда FrontPages , поскольку он позволяет легко и просто создавать и редактировать HTML-страницы.

В ходе работы был создан программный продукт «Виртуальная лаборатория по физике». Разработанная лаборатория  поможет педагогам осуществить учебный образовательно-педагогический процесс. Также она способна значительно упростить проведение сложных лабораторных работ, способствует наглядному представлению проводимого опыта, повышает эффективность образовательного процесса, мотивирует учащихся

В программном комплексе были созданы три виртуальные лаборатории:

1. Электрические цепи.
2. Механические явления.
3. Тепловые явления.

В каждой работе обучающиеся могут проверить свои  индивидуальные  знания.

Для обеспечения взаимодействия учеников с программным комплексом были разработаны методические рекомендации, помогающие легко и быстро приступить к выполнению виртуальных лаборатории.

Программный комплекс «Виртуальная лаборатория по физике» был апробирован на уроках в школе учителем I категории Ротт О.С. (прилагается справка об апробации).Так же программный комплекс был представлен на конференции «Информационные технологии в образовании».

Произведено  тестирования программного продукта, в ходе которого выяснилось, что программный продукт соответствует поставленным целям и задачам, работает стабильно, и может применяться на практике.

Таким образом следует отметить что виртуальная лабораторная работа заменяет (полностью или на определённых этапах) натуральный объект исследования, что позволяет гарантированно получить результаты опытов, сфокусировать внимание на ключевых сторонах исследуемого явления, сократить время проведения эксперимента.

При проведении работы необходимо помнить, что виртуальная модель отображает реальные процессы и явления в более-менее упрощённом, схематичном виде, поэтому выяснение вопроса, что на самом деле подчёркнуто в модели, а что осталось за кадром, может быть одной из форм задания. Такого вида работы можно выполнять целиком в компьютерном варианте или сделать одним из этапов в более широкой работе, которая включает также работу с натуральными объектами и лабораторным оборудованием.

 

Список использованной литературы

1. Абдрахманова, А. Х. Информационные технологии обучения в курсе общей физики в техническом вузе / А.Х. Абдрахманова - М Образовательные технологии и общество 2010. Т. 13. №3. С. 293-310.
2. Байенс Д. Эффективная работа с Microsoft FrontPage2000/Д. Байенс - Спб.: Питер,2000. – 720 с. – ISBN 5-272-00125-7.
3. Красильникова, В.А. Использование информационных и коммуникационных технологии в образовании: учебное пособие / В.А. Красильникова. [Электронный ресурс], РУН 09К121752011. – Адрес доступа http://artlib.osu.ru/site/.
4. Красильникова, В.А. Технология разработки компьютерных средств обучения / В.А. Красильникова, курс лекций «Технологии разработки компьютерных средств обучения» в системе Moodle - Эл.ресурс – http://moodle.osu.ru  
5. Красильникова, В.А Становление и развитие компьютерных технологий обучения / В.А. Красильникова, монография. – М.: РАО ИИО, 2002. – 168 с. – ISBN 5-94162-016-0.
6. Новые педагогические и информационные технологии в системе образования: учебное пособие /Под ред. Е.С. Полат. – М.: Академия, 2001. – 272с. – ISBN 5-7695-0811-6.
7. Дёмин И.С. Использование информационных технологий в учебно-исследовательской деятельности / И.С. Дёмин // Школьные технологии. – 2001. №5.
8. Куприянов М. Дидактический инструментарий новых образовательных технологий / М. Куприянов // Высшее образование в России. - 2001. - № 3.
9. Коджаспирова Г.М. Технические средства обучения и методика их использования. Учебное пособие / Г.М. Коджаспирова, К.В. Петров. - М.: Академия, 2001.
10. Новосельцева О.Н. Возможности применения современных средств мультимедиа в образовательном процессе / О.Н. Новосельцева // Педагогическая наука и образование в России и за рубежом. – Таганрог: ГОУ НПО ПУ, 2006. - №2.
11. Уваров А.Ю. Новые информационные технологии и реформа образования / А.Ю. Уваров // Информатика и образование. – М.: 1994. - №3.
12. Шутилов Ф.В. Современные компьютерные технологии в образовании. Научная работа / Ф.В. Шутилов // Преподаватель 2000. – 2000. - №3.
13. Якушина Е.В. Новая информационная среда и интерактивное обучение / Е.В. Якушина // Лицейское и гимназическое образование. - 2000. - № 2.
14. Е.С. Полат Новые педагогические и информационные технологии в системе образования, М., 2000
15. С.В. Симонович, Информатика: Базовый курс, Питер, 2001.
16. Безрукова, В.С. Педагогика. Проективная педагогика: учебник для индустриально – педагогических техникумов и для студентов инженерно-педагогических специальностей/В.С. Безрукова – Екатеринбург: Деловая книга,1999.
17. Физика в анимациях. [Электронный ресурс]. – URL: http://physics.nad.ru.
18. Сайт российской компании «НТ-МДТ» по производству нанотехнологического оборудования. [Электронный ресурс]. – URL: http://www.ntmdt.ru/spm-principles.
19. Флэш-модели Тепловых и механических явлений. [Электронный ресурс]. – URL: http://www.virtulab.net.
20. Ясинский, В.Б. Опыт создания электронных обучающих ресурсов // «Использование современных информационно-коммуникационных технологий в педагогике». Караганда, 2008. С. 16-37.
21. Сон, Т.Е. Мультимедийная обучающая программа для практических занятий по физике // «Физика в системе педагогического образования». М.: /Т.Е. Сон Мультимедийная обучающая программа для практических занятий по физике. ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 2008. С. 307-308.
22. Нуждин, В. Н., Кадамцева, Г. Г., Пантелеев, Е. Р., Тихонов, А. И. Стратегия и тактика управления качеством образования - Иваново: 2003./ В.Н Нуждин, Г.Г. Кадамцева, Е.Р.  Пантелеев, А.И.  Тихонов. Стратегия и тактика управления качеством образования. 
23. Стародубцев, В. А., Федоров, А. Ф. Инновационная роль виртуальных лабораторных работ и компьютерных практикумов // Всероссийская конференция 'ЕОИС-2003'./В.А. Стародубцев, А.Ф. Федоров, Инновационная роль виртуальных лабораторных работ и компьютерных практикумов.
24. Копысов, С. П., Рычков В. Н. Программная среда построения расчетных моделей метода конечных элементов для параллельных распределенных вычислений / С.П. Копысов, В.Н. Рычков  Информационные технологии. — 2008. — № 3. — С. 75–82.
25. Карташева, Е. Л., Багдасаров, Г. А. Визуализация данных вычислительных экспериментов в области 3D моделирования виртуальных лаборатории/ Е.Л. Карташева, Г.А. Багдасаров,Научная визуализация. — 2010.
26. Мединов, О. Dreamweaver / О. Мединов – Спб.: Питер, 2009.
27. Мидхра, М. Dreamweaver MX/ М. Мидхра – М.: АСТ, 2005. – 398c. - ISBN 5-17-028901-4.
28. Байенс Д. Эффективная работа с Microsoft FrontPage2000/Д. Байенс Спб.: Питер,2000. – 720 с. – ISBN 5-272-00125-7.
29. Мэттьюз, М., Кронан Д., Пулсен Э. Microsoft Office: FrontPage2003 / М.Мэттьюз, Д.Кронан, Э. Пулсен - М.: НТ Пресс, 2006. – 288 с. – ISBN 5-477-00206-9.
30. Плоткин, Д. FrontPage2002 / Д. Плоткин - М.: АСТ, 2006. – 558 с. – ISBN 5-17-027191-3.
31. Морев, И. А. Образовательные информационные технологии. Часть 2. Педагогические измерения: учебное пособие. / И. А. Морев – Владивосток: Изд-во Дальневост. ун-та, 2004. – 174 с.
32. Дёмин И.С. Использование информационных технологий в учебно-исследовательской деятельности / И.С. Дёмин // Школьные технологии. – 2001. №5.
33. Коджаспирова Г.М. Технические средства обучения и методика их использования. Учебное пособие / Г.М. Коджаспирова, К.В. Петров. - М.: Академия, 2001.
34. Куприянов М. Дидактический инструментарий новых образовательных технологий / М. Куприянов // Высшее образование в России. - 2001. - № 3.
35. Б.С. Беренфельд, К.Л. Бутягина, Инновационные учебные продукты нового поколения с использованием средств ИКТ, Вопросы образования, 3-2005.
36. ИКТ в предметной области. Часть V. Физика: Методические рекомендации: Под ред. В.Е. Фрадкина. - СПб, ГОУ ДПО ЦПКС СПБ «Региональный центр оценки  качества образования и информационных технологий», 2010. 
37. В.И.Елькин «Оригинальные уроки физики и приѐмы обучения» «Физика в школе», №24/2001г.
38. Рандалл Н., Джоунз Д. Использование Microsoft FrontPage Специальное издание/ Н. Рандалл, Д. Джоунз - М.: Вильямс,2002. – 848 с. – ISBN 5-8459-0257-6.
39. Талызина, Н.Ф. Педагогическая психология: учеб. пособие для студ. сред. пед. учеб. заведений / Н.Ф. Талызина - М.: Издательский центр «Академия», 1998. – 288 с. – ISBN 5-7695-0183-9.
40. Торндайк Э. Принципы обучения, основанные на психологии/ Э. Торндайк. – 2 изд. – М.:1929.
41. Хестер Н. FrontPage2002 для Windows/Н. Хестер - М.: ДМК Пресс,2002. – 448 с. – ISBN 5-94074-117-7.

Скачать: 4196.rar