УДК 53(07)

СУЧАСНИЙ ЕЛЕКТРОННИЙ НАВЧАЛЬНИЙ

ПОСІБНИК З ФІЗИКИ

      Богдан Сусь, доктор пед. наук, професор

м. Київ (Україна)

Анатолій Міночкін, доктор техн. наук, професор

м. Київ (Україна)

Оксана Кравченко, Gainesville (USA)

В статті наведені принципи побудови сучасного електронного навчального посібника з фізики на основі текстів лекцій із електронними доповненнями  у вигляді аніма­ційних ефектів, відеокліпів демонстрацій, аудіо­супроводу, подання зображень в кольорах, використання словників тощо.

Ключові слова: комп’ютер, електронний посібник, гіперпосилання, анімації, моделювання, демонстрації.

MODERN ELECTRONIC TUTORIAL BOOK OF PHYSICS

The article presents the principles of the virtual textbook, based on Physics lectures and texts with virtual additions, such as animation effects, video clips, audio, viewing images in color, dictionaries and more.

Keywords: computer, virtual manual, animation, hyperlinks, modeling demonstrations.

Постановка проблеми. Реформа вищої освіти України, яка прово­диться в руслі Болонського процесу, передбачає орієнтацію на самостійну роботу студентів, що потребує від­повідної організації та дидак­тичного забезпечення. Важлива роль в цьому процесі припадає на навчальний посібник. Особливо важливе значення навчального посібника для дистанційного навчання. Задовольнити ці потреби може і повинен електронний посібник. Інфор­матизація навчального процесу створює всі умови для того, щоб кожен викладач (лектор) мав свій власний посібник у комп'ютерному варіанті і забезпечив доступ до нього студентів. Навчальна цінність електронного нав­чального посібника значно посилюється за рахунок дидактичних мож­ливостей комп'ютерних технологій, аніма­ційних ефектів, відеокліпів, аудіо­супроводу, подання зображень в кольорах, використання словників тощо. Нами розроб­ляються електронні навчальні посібники з фізики. На сайтах http://zitf.kpi.ua, bogdansus.elitno.net  представлені електронні варіанти посібників "Електрика" та «Коливання і хвилі» [1, 2]. На прикладі цих посібників у даній статті розглядаються навчально-методичні проблеми створення електронних навчальних посібників і способи їх розв’язання.

Розгляд проблеми.  У порівнянні зі звичайним посібником електронний варіант має як переваги, так і недоліки. Основним недоліком можна вважати прив'язаність до комп’ютера і незручність читання з екрану. Однак такий недолік в принципі легко усувається. Для цього необхідно, щоб електронний посібник мав також друкований аналог або студент мав змогу роздрукувати ту чи іншу тему. Причому, електронний і друкований варіанти повинні бути ідентичними. В такому випадку розкриваються усі переваги елек­тронного посібника, які розширюють його навчальні можливості, оскільки студент, працючи з традиційним чи електронним варіантом посібника, забезпечений унаочненням.

При створенні електронного посібника важливе значення має спосіб подання змісту навчального матеріалу. Ми виходили з міркувань, що текст посібника повинен бути максимально лаконічним, добре структурованим і зрозумілим для студента. Як правило, таким вимогам найбільше відповідають тексти лекцій, матеріал яких старанно і багатократно опрацьовується, онов­люється і вдоско­налюється викла­дачем у відповідності з програмою навчання.. Більше того – тексти лекцій є у всіх викладачів, навчальний посібник на основі курсу лекцій має мінімальний обсяг і з нього може бути легко виготовлений друкований варіант. Поглиблення ж і розширення знань студента здійснюється за допомогою відповідних гіпер­поси­лань. Можливість додаткових пояснень зазна­ча­ється як в друкованому, так і в електронному варіанті посібника. Через гіперпосилання подається також повторення матеріалу, довідкова інформація і само­контроль. Для проведення інтерактивного діалогу текст забезпе­чу­ється контрольними питаннями, які вимагають відповідних дій студента, а також проблемними завданнями.

Особливості електронного посібника. Створення елек­тронного посіб­ни­ка з фізики має свої специфічні особливості. Вони випливають з того, що описання фізичних явищ потребує, з одного боку, формалізації, застосування математичного апарату, а з іншого - розвитку просторової уяви, моделювання, відчуття динаміки фізичних процесів, чуттєвого сприйняття. Електронний навчальний посібник дає можливість у всій повноті реалізувати ці завдання.

До характерних особливостей підручника з фізики слід віднести такі: демонстрації фізичних процесів; складні геометричні представлення; математичні обгрунтування; просторові і часові виміри фізичних процесів; довідкова література; біографічні довідки про вчених; відеофільми.

У посібниках з фізики дуже часто використовуються графічні зображення, які логічно вибудовуються, доповнюються і врешті рисунки набувають досить складного вигляду, важкого до сприйняття у традиційному представленні. Комп’ютер дає можливість унаочнити цей процес завдяки поступовому ускладненню викладу, коли попередні кадри зберігаються, а наступні поступово розвиваються. Таке важко зробити у традиційному друко­ваному варіанті через значне зростання обсягу підручника, але є цілком доступним в електронному варіанті.  Розглядання кліпу в динаміці дає можливість не тільки створити ефект подачі навчального матеріалу лектором на дошці в аудиторії, але й значно унаочнює його, що суттєво сприяє розумінню і засвоєнню інформації.

Подібним чином можна виконувати також складні дове­дення за допомогою формул, коли доводиться викорис­товувати фізичні закони, застосовувати теореми, посилатися на попередні висновки, робити заміни величин, пригадувати функціональні залежності, формули тощо. Традиційно робити це буває досить складно. Якщо виклад робиться на дошці, написані формули стираються і при цьому втрачається наочність, конспекти виходять недосконалими. Друкованих посібників з текстами своїх лекцій викладачі переважно не мають, тому студентам буває важко розбиратися в навчальному матеріалі. Існуючі навчальні посібники часто не відповідають обсягу навчальної інформації, передбаченої кредитами. В електронних навчальних посібниках таких проблем просто нема. Більше того − з'являються можливості унаочнення процесу складних доведень. Можна демонструвати заміни величин у формулі шляхом перене­сення, зміною кольору, посилатися на ті чи інші закони, функціональні залежності тощо. На жаль, ми не можемо в статичному варіанті продемонструвати застосування анімаційних ефектів, демонстрацій, фільмів. На рис. 1 наведені гіперпосилання, які викорис­т­ову­ються в посібнику.

Значки гіперпосилань розміщуються на полях сторінки. Навівши курсор на відповідне гіперпосилання, можна отримати додаткову інфомацію через наочне забезпечення.

На рис. 2 представлений фрагмент сторінки електронного посібника з відповідними гіпер­посиланнями.

Велике значення для усвідомлення фізичних процесів мають демон­страції. Однак в сучасних умовах фізичні кабінети часто відсутні, тому сучасні реальні умови такі, що заняття з фізики часто взагалі відбуваються без демонстрацій. І хоча екві­валентної заміни реальних демонстрацій нема, комп’ютер дає можливість  показати фізичний процес в динаміці, що сприяє унаочненню і розумінню матеріалу. Демон­страції в електронному посібнику досить ефективно можна пред­ста­вити представити відео­зйомкою.       

Великою підмогою тут можуть бути анімації, які дають можливість розгляду фізичних ефектів в оживленому рухливому варіанті.

На рис. 3 показано елемент анімаційної картини при розрахунку поля зарядженої площини за допомогою теореми Остроградського-Гаусса [1].

Як приклад наведемо також кадри з презентаційного ряду, в якому засобами анімації ілюс­трується додавання [2]. Нехай два гармонічні коливання представляються за допомогою век­торів і. На рис. 4  показані окремі послідовні кадри анімаційного представлення операцій по знаходженню амплітуди результуючого коливання.

Результуючим буде коливання   вектора   =  +

Розглядання кліпу в динаміці дає можливість не тільки створити ефект подачі навчального матеріалу лектором на дошці в аудиторії, але й значно унаочнює його, що суттєво сприяє розумінню і засвоєнню інформації.

Таким чином, комп'ютерне моделювання дає можливість створити на екрані наочну динамічну картину фізичного досліду або явища і відкриває широкі можливості для вдосконалення методики проведення занять. Важливим елементом унаочнення в електронному посібнику є також застосування аудіосупроводу при записах, при геометричних побудовах, математичних доведеннях, при демонстраціях. 

Велике значення для активізації процесу навчання має демонстрація відеокліпів з кінофільмів про життя і діяльність вчених, показ навчальних закладів, дослідницьких лабораторій, експеримен­тальних установок тощо. Нап-­ риклад, у відповідному місці, де розглядається теорема Остроград­ського-Гаусса, є гіперпосилання на фільм про Остроград­ського.

Треба зазначити, що застосування анімації відкриває широкі можливості для забезпечення наочності у навчальному процесі. Однак тут є проблеми, які можна розв’язати лише при державній підтримці. Кожен викладач може розробити той чи інший елемент наочного представлення фізичного процесу,  однак його технічне виконання повинно здійснюватись фахово. Тому на державному рівні необхідно організувати курси з підготовки фахівців у справі розробки наочності засобами анімації. Слід би також створити лабораторію, яка б могла виготовляти анімаційну продукцію на високому рівні і якою могли б користуватися школи і вищі навчальні заклади.  Міністерству освіти, науки, молоді та спорту бажано б розробити умови для атестації засобів наочності. Наприклад, вдало розробленим анімаціям слід би надати статус публікації і зробити до нього доступ в інтернеті з метою широкого використання у навчальному процесі з відповідним посиланням. Розробка тематичного циклу анімаційного забезпечення навчального процесу повинно б відкрити можливість виконання магістерської роботи або захисту кандидатської дисертації. За таких умов без особливих фінансових затрат можна було б залучити педагогічних працівників до творчої діяльності у справі забезпечення наочності у навчальному процесі.

Висновки. Електронні посібники належать до засобів мульти­медіа, які широко використовуються у навчальному процесі. Завдяки комп'ютерному моделюванню, імітації фізичних процесів і явищ можна суттєво підвищити ефективність навчання. Електронні навчальні посібники мають важливе значення для самостійної роботи студентів, особливо для студентів-заочників і для дистанційного навчання.

Література

1. Cycь Б.A. Eлeктpикa: нaвчaльний пociбник для сaмocтійнoї poбoти cтyден­тiв, видання третє, доповнене, в елек­тронному пред­став­ленні з мультимедійними додат­ками / Cycь Б.A., Заболотний В.Ф., Мисліцька Н.А.  – Київ: ВІТІ НТУУ «КПІ», 2012. – 148 c.

2. Сусь Б.А. Коливання і хвилі: Навчальний посібник для самостійної роботи студентів з електронним представленням / Cycь Б.A., Заболотний В.Ф., Мисліцька Н.А – К.: ВІТІ НТУУ "КПІ", 2009. –  190 с.   

Повний текст статті (з рисунками) /stattja_b.sus.doc