Новости сайта

СОЗДАНИЕ ВИРТУАЛЬНЫХ ИНТЕРАКТИВНЫХ ЛАБОРАТОРНЫХ УСТАНОВОК ПО ЭЛЕКТРОДИНАМИКЕ

 
 
Изображение пользователя Администратор Admin
СОЗДАНИЕ ВИРТУАЛЬНЫХ ИНТЕРАКТИВНЫХ ЛАБОРАТОРНЫХ УСТАНОВОК ПО ЭЛЕКТРОДИНАМИКЕ
от Администратор Admin - Суббота, 30 Сентябрь 2017, 22:12
 

, 28.12.2016

Физико-математические науки

  • ВИРТУАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ ПО ЭЛЕКТРОДИНАМИКЕ  
  • ИНТЕРАКТИВНЫЕ УСТАНОВКИ  
  • АНИМАЦИИ ПО ФИЗИКЕ  
  • ЛАБОРАТОРНЫЕ УСТАНОВКИ  
  • ДИСТАНЦИОННОЕ ОБУЧЕНИЕ
В статье описывается комплекс виртуальных лабораторных установок по электродинамике созданный при использовании программы Macromedia Flash Professional, которая включает встроенный язык объектно-ориентированного программирования Action Script 2.0. Комплекс содержит пять лабораторных установок, работающих в режиме реального времени, каждая из которых имеет дружелюбный интуитивно понятный интерфейс для их управления и изменения многочисленных параметров процессов и явлений. Созданные виртуальные лабораторные установки могут использоваться как при очном, там и при дистанционном изучении соответствующего раздела физики.

Похожие материалы

В настоящее время перехода высшего профессионального образования на компетентностно-ориентированное становится наиболее актуальной задачей разработка методического обеспечения учебного процесса, отвечающего требованиям формирования профессиональных компетенций студента [1]. Информатизация образования предполагает разработку электронных учебных пособий, содержащих интерактивный мультимедийный контент по соответствующему учебному предмету, работа с которыми будет способствовать формированию компетенций самостоятельной познавательной деятельности. Однако в настоящее время такие пособия либо отсутствуют, либо не отвечают необходимым требованиям [5, 6]. В связи с этим актуальной задачей является создание компьютерных моделей лабораторных установок по различным разделам курса физики, которые в свою очередь даже будут свободны недостатков, присущих реальным установкам [7, 8, 9].

Процесс создания виртуальных лабораторных установок по электродинамике, рассмотренный в работе, достаточно сложен и состоит из следующих этапов: изучение существующих реальных лабораторных установок по данному разделу курса физики; определение существенных характеристик моделей, присутствие которых в виртуальной установке должно быть строго обязательным; составление математических моделей физических установок, определение переменных, отвечающих за характеристики модели; создание объектов интерактивных виртуальных лабораторных установок, разработка дизайна средствами компьютерной графики; создание динамической визуализации демонстраций, используя полученные результаты, программу Macromedia Flash и язык программирования Action Script 2.0 [2, 3, 4].

 

В результате проделанных этапов моделирования были созданы пять виртуальных интерактивных установок имитирующих реальные физические процессы и позволяющие изучать законы электродинамики в режиме реального времени:

  1. Проверка закона Ома для полной цепи (переменного тока);
  2. Изменение пределов измерения (шунтирование) амперметра;
  3. Изменение пределов измерения вольтметра;
  4. Исследование вынужденных колебаний в колебательном контуре;
  5. Затухающие электромагнитные колебания.

Созданные лабораторные установки имеют дружелюбный интуитивно понятный интерфейс для их управления.

На рис. 1 представлена виртуальная лабораторная установка «Проверка закона Ома для полной цепи переменного тока». Лабораторная установка предназначена для экспериментального исследования законов переменного тока. В работе имеется возможность изменения характеристик электрического тока и значений активного сопротивления цепи. Измеренные значения силы тока и напряжения при различных сочетаниях включенных элементов цепи позволяют рассчитать значение емкости конденсатора и индуктивности катушки.

Интерактивная виртуальная установка для изучения законов переменного токаРисунок 1. Интерактивная виртуальная установка для изучения законов переменного тока

На рис. 2 представлена виртуальная лабораторная установка «Изменение пределов измерения (шунтирование) амперметра». Лабораторная установка предназначена для экспериментальной проверки аналитических расчетов значений шунтов при расширении пределов измерений амперметров. В работе имеется возможность выбора материала шунта, изменения его длины и диаметра, внутреннего сопротивления амперметра, напряжения на клеммах источника питания. Параметры электрического тока цепи рассчитываются при решении обратной задачи и выводятся на экране окна установки.

Виртуальная лабораторная установка для моделирования изменения пределов измерения (шунтирования) амперметраРисунок 2. Виртуальная лабораторная установка для моделирования изменения пределов измерения (шунтирования) амперметра

Вольтметр – электроизмерительный прибор, предназначенный для измерения разности потенциалов на участке цепи. Выводы вольтметра подключаются к тем точкам, разность потенциалов которых необходимо измерить. Для однородного участка цепи разность потенциалов равна напряжению на участке. Поэтому обычно говорят, что вольтметр измеряет напряжение на участке. Пределом измерения вольтметра Um называют максимальное значение напряжения, которое может измерить вольтметр. Для того, чтобы при подключении вольтметра токи в схеме изменялись мало, необходимо, чтобы его внутреннее сопротивление R было бы как можно большим. «Идеальным» называют вольтметр с бесконечным внутренним сопротивлением.

В лабораторной практике часто встречается необходимость расширить пределы измерения электроизмерительного прибора. Эта задача решается подключением к прибору дополнительного сопротивления. При включении, например, вольтметра в цепь с напряжением, превышающим напряжение, на которое он рассчитан, последовательно с вольтметром включают соответствующий резистор (добавочное сопротивление).

На рис. 3 представлена виртуальная лабораторная установка «Изменение пределов измерения вольтметра». Лабораторная установка предназначена для экспериментальной проверки аналитических расчетов значений добавочных сопротивлений вольтметров. В работе имеется возможность выбора материала добавочного сопротивления, изменения длины и диаметра проволоки сопротивления, внутреннего сопротивления вольтметра, напряжения на клеммах источника питания. Параметры электрического тока цепи рассчитываются при решении обратной задачи и также выводятся на экране окна установки.

Виртуальная лабораторная установка для моделирования изменения пределов измерения вольтметраРисунок 3. Виртуальная лабораторная установка для моделирования изменения пределов измерения вольтметра

На рис. 4 представлена виртуальная интерактивная установка «Исследование вынужденных колебаний в колебательном контуре». Установка предназначена для изучения зависимости напряжения на конденсаторе от частоты вынуждающего воздействия и определения основных параметров колебательного контура. Установка является интерактивной, позволяя изменять частоту и напряжение даваемую генератором синусоидальных сигналов, параметры колебательного контура (конденсатор, катушка индуктивности, активное сопротивление). Параметры суммарного сигнала выводятся на экране осциллографа установки, как в аналоговой форме, так и в цифровой.

Рисунок 4. Виртуальная лабораторная установка для исследования вынужденных колебаний в колебательном контуре

На рис. 5 представлена разработанная виртуальная лабораторная установка, моделирующая затухающие колебания в колебательном контуре, активное сопротивление которого не равно нулю. Установка является интерактивной и имеет три изменяющихся параметра – емкость конденсатора, индуктивность катушки и активное сопротивление цепи. Установка также работает в режиме реального времени и позволяет строить графики функций заряда, силы тока и напряжения в любом сочетании.

 

Виртуальная интерактивная установка моделирующая затухающие колебания в колебательном контуреРисунок 5. Виртуальная интерактивная установка моделирующая затухающие колебания в колебательном контуре

Интерактивные лабораторные работы являются, несомненно, перспективным дидактическим средством, которое при определенных условиях может значительно повышать эффективность учебного процесса. Основным условиям является соответствие образовательным потребностям и целям обучения. Виртуальная лабораторная работа представляет собой один из прогрессивно развивающихся видов проведения лабораторных занятий, суть которого заключается в замене реального лабораторного исследования на математическое моделирование изучаемых физических процессов, но с элементами виртуального взаимодействия учащегося с лабораторным оборудованием. В зависимости от используемой программной инструментальной среды можно создать адекватную иллюзию работы с реальными объектами.

Использование созданных интерактивных лабораторных установок по изучению электродинамики в дистанционном обучении должно сформировать у студентов базовые знания, умения и навыки, для становления профессиональной компетенции, способствовать более эффективному овладению учебным материалом, стимулировать познавательные и профессиональные интересы, развивать творческую активность и инициативу.

Однако на учебных занятиях по физике целесообразно сочетать использование реальной лабораторной работы с ее компьютерной моделью, но начало работы студента при ознакомлении с законами физики на основе опыта необходимо все-таки с традиционного эксперимента, заложив базу практического использования в сознание обучающихся перед применением виртуальной лаборатории.

Список литературы

  1. Краснова Г.А., Беляев А.В., Соловов А.В. Технологии создания электронных средств / Г.А.Краснова, М. И. Беляев, А. В. Соловов. – М.: МГИУ, 2001. – 224 с.
  2. Гурский Д. Action Script 2.0: программирование во Flash MX 2004. Для профессионалов. – СПб.: Питер, 2004. – 1088 с.
  3. Слепченко К. Macromedia Flash Professional 8 на примерах. – Спб., БХВ Петербург, 2006. – 416 с.
  4. Бергитта Х. Macromedia Flash 8. – М.: НТ Пресс, 2007. – 256 с.
  5. Волженина Н.В. Организация самостоятельной работы студентов в процессе дистанционного обучения: учебное пособие. – Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2008. – 59 с.
  6. Хамзин И. Р., Хасанова С. Л. Электронные интерактивные ресурсы – необходимый компонент образования. // Материалы Международной (заочной) научно-практической конференции «Проблемы теории и практики современной науки. — РИО ООО «Наука и образо-вание». — 2015. — С. 129-130.
  7. Девяткин Е.М., Хасанова С.Л., Чиганова Н.В. Комплекс электронных лабораторных установок по общей// Современные проблемы науки и образования. – 2016. – № 4.; URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=24956
  8. Хасанова С.Л., Девяткин Е.М., Чиганова Н.В. Компьютерная мо-дель виртуальной химической // Современные наукоемкие технологии. – 2016. – № 9-2. – С. 360-364; URL: http://www.top-technologies.ru/ru/article/view?id=36234
  9. Чиганова Н.В., Хасанова С.Л., Девяткин Е.М. Технологии разработки электронно-образовательных// Современные наукоемкие технологии. – 2016. – № 10-1. – С. 108-113; URL: http://www.top-technologies.ru/ru/article/view?id=36287
 

lissazhu



Яндекс.Метрика


Рейтинг@Mail.ru