Racunarske simulacije

1.UVOD

Danas postoje različiti načini korišćenja računara za predavanje i učenje fizike, a to su: simulacija, multimedija, telematika, virtuelna realnost i računarske laboratorije.
Simulacija kao način učenja
Pod simulacijom se podrazumeva predstavljanje fizičkih pojava i procesa brojevima, simbolima ili živim slikama. Mogu se simulirati realna ili nerealna stanja. U nastavi fizike su važne sledeće simulacije: simulacija fizičkog eksperimenta, simulacija procesa u oblastima atomske, nuklearne fizike i fizike elementarnih čestica. Ove simulacije su veoma korisne kod onih procesa u kojima se ne mogu pri laboratorijskoj vežbi zapaziti suštinska dešavanja u materiji (alfa, beta raspad, određivanje energije alfa čestica pomoću tragova, nuklearna fisija, fuzija, Komptonov i fotoefekat, sudari elementarnih čestica i drugo). Međutim, u nekim slučajevima je korisnije izvršiti eksperiment nego simulirati proces na računaru (gasni zakoni, Omov zakon, itd. – tu računar može da služi za prikupljanje i obradu rezultata merenja). Znači, simulacije ne bi trebalo nikada potpuno da zamene realnost, ali su ekstremno upotrebljive kada se proučavaju eksperimenti koje je nemoguće uraditi praktično (zato što su veoma skupi, veoma opasni, vrlo brzi, vrlo spori, itd.).

2.SOFTVERI U OBLASTI FIZIKE

Kratak pregled nekoliko gotovih softvera za nastavu fizike
Na našem tržištu se pre par godina pojavio program „Super Tutor – Physics 1 i 2“ , koji je Staford Studyware izradio 1996. godine. Sam naziv govori o metodi koju ovaj program koristi. Međutim, iako je to tutorski tip softvera, postoje i dobre strane ovog programa. Ubačene su video sekvence koje unose izvesnu dinamiku i drže na taj način pažnju studentima. U okviru programa postoje i animacioni delovi u kojima se traži da se sam učenik angažuje u rešavanju nekih zadataka. Na ovaj način proces učenja postaje interaktivan. Autori ovog programa su dali i mogućnost provere znanja. Naime, ponuđeni su računski zadaci koje student treba da reši i koje može da proveri. Veliki nedostatak ovog programa je što je potpuno zatvoren, tj. ne dozvoljavakorekciju nastavnika koji ga koriste i ne pruža mogućnost „osvežavanja“ sadržaja. Samim tim i učenik ponekad dobija zastarelu informaciju i neku pogrešnu, s obzirom na to da su se u programu potkrale i neke materijalne greške, koje bi inače mogle da se isprave.
Drugi CD koji se takođe mogao kupiti kod nas je Exploring Physics , koji je izašao 1996. godine i predstavlja malo konzervativniji pristup nastavi. Podeljen je na sledeće delove: fizički fenomeni, merenja, fizički zakoni, kinematika i dinamika, fenomeni ravnoteže, energija i transformacija, elektricitet i atomska fizika. Slično prethodnom programu i ovde se iz menija ulazi u određenu oblast. Svaki deo sadrži tekst sa odgovarajućom teorijom, a u posebnom odeljku može se animirati neka pojava kroz kratak video spot, ili odgovarajuću sliku. Postoji mogućnost provere stečenog znanja, na taj način što kroz ubacivanje brojnih vrednosti u već ponuđene tabele učenik proverava razumevanje određenog zakona. Upravo je tu mana ovog programa, što se matematizuje fizička pojava i što učenik ne stiče sposobnost merenja fizičkih veličina i na kraju ne upoznaje se ni sa aparaturom sa kojom vrši merenje odgovarajuće fizičke veličine. Osim ovih mana u poređenju sa prethodnim može se zaklju- čiti i da su slike i animacije znatno lošije. Metodički gledano ima i tu dosta nedostataka, kao na primer pretrpanost strane informacijama, na istom mestu se nalaze i tekst, animacije, meni i eksperiment, a i računski zadatak. Ovaj program bi bio koristan isključivo pri proveri znanja naučenog sadržaja, a nikako u procesu učenja. Dakle, koristan je samo za kućnu upotrebu učenika.Razvijeniji pristup primene računara u nastavi dat je u programskom paketu ADV Physics , u kojem je računar i nastavno sredstvo i nastavni objekat. U ovom programu otišlo se najdalje ka individualizaciji nastave. Kurs je atraktivan i pristupačan za učenike sa različitim nivoimainteresovanja. Napravljen je tako da sevidi veza fizičkih zakona sa svakodnevnim životom. Prezentirane su sledeće aktivnosti u ovom kursu: demonstracija vežbi koje izvodi nastavnik (date kroz kratke filmove), izlaganje studenata, eksperiment za studente i kućni eksperiment, a realizovane su uz pomoć postera, slika, filmova i sl. Specifičnost kursa je što postoji deo predviđen i za aktivnost nastavnika. Dato je detaljno uputstvo nastavnicima za korišćenje ovog programa, interaktivni Web-site, a od nastavnika se očekuje da pruži maksimalnu pomoć studentima. Za astronomiju, koja je sada u okviru fizike za četvrti razred srednje škole, dat je niz sjajno urađenih softvera, npr: Red Shift i Deep space explorer. Ovi programi, sem što su dobro organizovani, poseduju ogroman broj snimaka nebeskih tela koji su napravljeni sa mnogih svemirskih ekspedicija i sa velikih zemaljskih satelita. Snimci su još umetnički dorađeni i pružaju izuzetno zadovoljstvo posmatraču. Sem fotografija nebeskih tela tu se mogu videti animacije kretanja tih tela (obrtanja tela oko svoje ose, gde se vidi trodimenzionalnost i celovitost objekta), zatim poprečni preseci tela, sa detaljnim oznakama svih bitnih podataka. Pored toga, data je i karta neba gde se može videti raspored nebeskih tela i odrediti njihov položaj u sfernim nebeskim koordinativnim sistemima. Najlepši deo ovog programa predstavljajukratki animacioni filmovi o naučnim pretpostavkama o nastanku svemira, Sunčevog sistema i drugi. Jednom rečju, to je jedan od najbogatijih edukativnih programa koji su se do sada pojavili. Prijatno iznenađenje predstavljala je i pojava naših CD-ova sa programima iz fizike, to su Fizika 1 i Fizika 2, koje je izdala Kvark medija , 1999. godine. Programi su izrađeni prema programima za gimnaziju i obuhvaćeni su svi vidovi nastave: fenomenološki pristup fizičkim pojavama kroz animacione slike, potom teorijski pristup, eksperimentalne vežbe i na kraju računski zadaci. Prednost ovih programa u odnosu na do sada pomenute je što su na veoma atraktivan i savremen način predočene oblasti iz fizike kroz interaktivan vid nastave, što su inače savremeni standardi (zahtevi) metodike nastave. Najinteresantniji deo ovih programa su eksperimentalne vežbe. U nedostatku materijalnih sredstava i nemogućnosti nabavke skupih učila (kojih inače nema na našem tržištu) gimnazije bi mogle ovim CD-ovima taj problem da reše na zadovoljavajući način. Prednost ovakvih „eksperimentalnih vežbi“ je i u tome što se vežbe mogu raditi individualno, a ne u grupama; što postoji mogućnost većeg broja ponavljanja iste vežbe dok se ne dobiju zadovoljavajući rezultati i što studenti lakše mogu da uoče napravljene greške pri merenju.