Введение
Глава -1. Анализ этапов развития, классификация и требования к электронным образовательным ресурсам (ЭОР) 22
1.1. Этапы компьютеризации образования 23
1.1.1. Первый этап компьютеризация образования и эксперименты по использованию компьютерных технологий в предметном обучении 23
1.1.2. Систематические разработки электронного образовательного контента для использования на персональных компьютерах 26
1.1.3. Внедрение сетевых технологий в практику создания электронных образовательных ресурсов 28
1.1.4. Внедрение мультимедийных и телекоммуникационных технологий в практику создания и использования электронных образовательных ресурсов 36
1.1.5. Интеграция электронных учебных ресурсов и создание сред для их разработки 39
1.1.6. Проблема интеграции учебной и научной деятельности 46
1.2. Классификация электронных обучающих средств 47
1.2.2. Общие положения 48
1.2.3. Варианты классификаций электронных обучающих ресурсов 51
1.2.4. Специфические особенности классификации электронных образовательных ресурсов по физике 56
1.2.5. Внутренние связи между вариантами классификации электронных образовательных ресурсов по физике 64
1.3. Требования, предъявляемые к цифровым образовательным ресурсам 65
1.3.2. Требования к цифровым образовательным ресурсам для среднего образования 66
1.3.3. Требования к конкретным типам электронных учебных ресурсов 71
1.3.4. Специфические требования к электронным учебным ресурсам по физике 79
1.4. Заключение 82
1.5. Основные выводы 83
Глава – 2. Концепция автоматизации создания ЭОР и алгоритмы электронных конструкторов виртуальных физических систем 85
2.1. Концепция электронного конструктора и его использования в обучении 86
2.1.1. Концепция использования компьютерного моделирования в преподавании физики 86
2.1.2. Концепция использования программ-конструкторов физических моделей 91
2.1.3. Требования к программам-конструкторам для автоматизированной разработки электронных моделей физических систем 94
2.1.4. Анализ существующих электронных конструкторов учебных физических моделей с точки зрения предложенной концепции и сформулированных требований 98
2.2. Алгоритмы реализации программного комплекса электронного
конструктора «Частицы в электрических и магнитных полях» 100
2.2.1. Общая характеристика разработки 100
2.2.2. Алгоритмы и программная реализация 102
2.3. Алгоритмы реализации программного комплекса
«Оптический конструктор» 110
2.3.1. Общая характеристика разработки 110
2.3.2. Алгоритмы и программная реализация 111
2.3.3. Примеры образовательного контента, созданного на базе электронного конструктора 115
2.4. Современная версия базовой части моделирующей программы-конструктора для моделирования движения частиц в силовых полях 117
2.4.1. Общая характеристика разработки 117
2.4.2. Алгоритмы и программная реализация 118
2.4.3. Использование программы-конструктора 125
2.5. Программа-конструктор визуализаторов электростатических и магнитостатических полей 129
2.5.1. Общая характеристика программ 129
2.5.2. Алгоритмы и программная реализация 130
2.5.3. Использование программы-конструктора 136
2.6. Дополнительные интерактивные программы для моделирования физических систем 138
26.1. Программа-конструктор интерактивных симуляций процессов в линейных электрических цепях 139
2.6.2. Программа-конструктор виртуальных опытов по дифракции света 142
2.6.3. Численное моделирование электростатических и магнитостатических
систем для случаев различных граничных условий для потенциалов 145
2.7. Java-версии программы-конструктора моделей оптических
систем геометрической оптики 150
2.7.1. Общая характеристика программ «Оптический конструктор» 151
2.7.2. Алгоритмы и программная реализация 152
2.7.3. Использование программы-конструктора 164
2.8. Концепция и алгоритмы использования компьютерного моделирования для решения задачи включения в образовательный процесс элементов исследовательской деятельности 166
2.8.1. Концепция использования компьютерного моделирования для привлечения учащихся к научным исследованиям в области атомно- молекулярной физики 167
2.8.2. Электронные ресурсы для учебно-научной деятельности в области атомно-молекулярной физики 172
2.8.3. Компьютерное моделирование в области физики нелокальной плазмы 181
2.9. Заключение 193
2.10. Основные выводы 195
Глава – 3. Многофункциональные электронные сборники: структура, алгоритмы построения и варианты реализации 197
3.1. Концепция электронных мультимедийных сборников 197
3.1.1. Варианты использования сборников 197
3.1.2. Разработка новых вариантов использования электронных аналогов традиционных форм обучения 202
3.1.3. Реализации концепции мультимедийных сборников 215
3.2. «Физика; модель –эксперимент – реальность» -серия сборников мультимедиа материалов для изучения физики в старших классах 215
3.2.1. Сборник мультимедийных ресурсов
"Гравитация: развитие взглядов от И.Ньютона до А.Эйнштейна" 217
3.2.2. Сборник мультимедийных ресурсов "Электрические и магнитные поля: удобная теоретическая модель или физическая реальность?" 233
3.2.3. Сборник мультимедийных ресурсов
«Развитие взглядов на природу света» 251
3.3. Серия электронных мультимедийных сборников по курсу Общей физики 260
3.3.1. Сборник 1: «Классическая и релятивистская механика» 263
3.3.2. Сборник 2: «Молекулярная физика и термодинамика» 277
3.3.3. Сборник 3: «Электродинамика» 280
3.3.4. Сборник 4: «Оптика» 291
3.4. Новые варианты использования возможностей современных информационных и мультимедийных технологий в электронном образовательном контенте 297
3.4.1. Использование технологий создания стереоскопических изображений
для разработки лекционных демонстраций по физике 297
3.4.2. Создание мультимедийных описаний к лабораторным работам 305
3.4.3. Разработка единого алгоритма взаимодействия объектов апплетов, порождаемых объединенной программой конструктором 306
3.5. Заключение 309
3.6. Основные выводы 311
Глава – 4. Результаты апробации электронных конструкторов и сборников ЭОР по физике 314
4.1. Использование мультимедийных сборников при чтении углубленного курса «Элементарная физика» и организации факультативных занятий в рамках проекта «Физика и компьютер» 314
4.1.1. Организация обучения в рамках образовательного проекта «Физика и компьютер» 315
4.1.2. Организационные решения и основные итоги реализации экспериментального образовательного проекта «Физика и компьютер» 321
4.2. Использование ресурсов мультимедийных сборников
для научно-просветительской и профориентационной работы
с мотивированными и одаренными учащимися старших классов 324
4.2.1. Цикл лекций «Школьникам о современной физике» 324
4.2.2. Дистанционный курс для Гимназического союза России 325
4.2.3. Распределенные лекции Центра подготовки одаренных школьников Ленинградской области 327
4.2.4. Использование мультимедийных ресурсов для интенсивной и углубленной массовой подготовки абитуриентов 328
4.2.5. Научно-популярная телевизионная передача «Пратик-Ум» 330
4.3. Алгоритмы использование мультимедийных сборников для сопровождения углубленного изучения курсов общей физики студентами бакалавриатов физико-математических специализаций 332
4.3.1. Организация на Физическом факультете СПбУ нового образовательного направления «Прикладные математика и физика» 332
4.3.2. Алгоритмы использования мультимедийных сборников в учебном процессе на образовательном направлении
«Прикладные математика физика» 346
4.3.3. Использование мультимедийных сборников для организации самостоятельной работы студентов младших курсов 350
4.3.4. Использование мультимедийных сборников для организации целевой подготовки студентов по профилю «Электрофизика» по заказу работодателя 352
4.4. Использование мультимедийных сборников для организации углубленного преподавания курса физики в Национальном Исследовательском университете информационных технологий, механики и оптики 355
4.4.1. Алгоритмы использования мультимедийных сборников в организации обучения физике с бакалавриатах Университета ИТМО355
4.4.2. Предварительные результаты эксперимента по организации интенсивного обучения фундаментальным основам физики студентов НИУ ИТМО 358
4.5. Использование электронных конструкторов и мультимедийных сборников для поддержки работ по формированию у широких слоев населения современной естественно-научной картины мира .362
4.5.1. Использование мультимедийных сборников для сопровождения углубленного преподавания курса «Концепции современного естествознания» для студентов гуманитарных специализаций 363
4.5.2. Использование ресурсов электронных сборников для создания многоуровневого МООК- курса по физике 367
4.6. Заключение 372
4.7. Основные выводы 373
Глава -5. Методы привлечения учащихся к научным исследованиям с использованием электронных конструкторов 376
5.1. Привлечение учащихся к мини-исследованиям, проводимым на базе электронного образовательного контента .376
5.1.1. Использование компьютерных симуляций в качестве источника задач для теоретических мини- исследований 377
5.1.2. Исследования в области программирования электронных сборников и средств автоматизированного создания электронного учебного контента 380
5.2. Включение элементов научного исследования в физические практикумы путем объединения реального и модельного эксперимента .382
5.2.1. Концепция создания автоматизированных лабораторных практикумов с включением элементов научного исследования 383
5.2.2. Трансформация учебного практикума в исследовательский путем включения численного моделирования: «Исследование газового разряда» 385
5.2.3. Трансформация учебного практикума в исследовательский путем включения численного моделирования: «Эксперименты в аэродинамический трубе» 392
5.2.4. Трансформация учебного практикума в исследовательский путем включения численного моделирования: «Изучение гистерезисных эффектов в системах с высокотемпературными сверхпроводниками» 395
5.3. Использования современных компьютерных технологий для поддержки работ по привлечению обучающихся к научным исследованиям .403
5.3.1. Использование компьютерного моделирования в исследованиях столкновительных переходов между различающимися по спину высоковозбужденными уровнями гелия 405
5.3.2. Численное моделирование нелокальной неравновесной плазмы 416
5.3.3. Использование численного моделирования газовых разрядов для развития нового подхода к анализу составов газовых смесей на основе электронной столкновительно1 спектроскопии .426
5.3.4. Численное моделирование газового разряда в воздухоподобных смесях .444
5.4. Заключение 446
5.5. Основные выводы .447
Заключение 449 Список литературы
