Єкименкова О.В., Трифонова О.М. ФОРМУВАННЯ КОМП’ЮТЕРНО-ОРІЄНТОВАНОГО СЕРЕДОВИЩА ПІД ЧАС МОДЕЛЮВАННЯ ФІЗИЧНОГО ЕКСПЕРИМЕНТУ ЗА ДОПОМОГОЮ ПАКЕТУ BLENDER

ФОРМУВАННЯ КОМП’ЮТЕРНО-ОРІЄНТОВАНОГО СЕРЕДОВИЩА ПІД ЧАС МОДЕЛЮВАННЯ ФІЗИЧНОГО ЕКСПЕРИМЕНТУ ЗА ДОПОМОГОЮ ПАКЕТУ BLENDER

На сучасному етапі розвитку школи бурхливо обговорюється питання удосконалення традиційної методики навчання дисциплін і використання інформаційно-комунікаційних технологій (ІКТ) в освітній галузі. При цьому ІКТ є ефективними засобом удосконалення навчально-виховного процесу.
Проблемою удосконалення теорії та методики навчання з використанням інформаційно-комунікаційних технологій займалися В. Ю. Биков, А. М. Гуржій, В. В. Гапон, Ю. В. Єчкало, М. Я. Плескач, М. І. Садовий, М. В. Хомутенко та інші [1]. Не дивлячись на різноплановість проведених у окресленому напрямку досліджень, залишається ряд питань, які потребують подальшого вивчення. На нашу думку, в сучасній школі, коли ІКТ проникли у всі галузі життя людей, просте нагромадження комп’ютерних програм та ресурсів не дасть належного результату в навчально-виховному процесі. Тому варто створювати відповідне навчальне середовище, яке б забезпечило наявність оптимальних умов для опанування навчальних дисциплін як в школі, так і за її межами під час самостійної навчальної роботу учнів.
Стрімкий розвиток техніки і технологій визначає необхідність створення комп’ютерно-орієнтованого середовища особливо під час вивчення учнями фізики. Це в першу чергу пов’язано з тим, що фізика є основою науково-технічного прогресу та найбільшою мірою (серед інших природничих наук) визначає становлення та розвиток сучасної наукової картини світу. Застосування комп’ютерно-орієнтованих систем під час навчання фізики сприяє формуванню необхідних компетентностей та підвищує науково-технічну культуру учнів.
Отже, метою даної статті є розробка компонентів комп’ютерно-орієнтованого середовища під час навчання фізики.
Подаючи навчальний матеріал мультимедійними засобами користувач (вчитель) має змогу керувати способом і формою подання інформації, адже, безпосередньо можна налаштовувати відтворення мультимедійного фрагменту.
Як показали проведенні нами дослідження [2] застосування комп’ютерних технологій під час навчання фізики сприяє активізації пізнавальної діяльності учнів та забезпечує створення комп’ютерно-орієнтованого середовища (рис. 1), невід’ємними компонентами якого є комп’ютерні технології. Саме ці засоби навчання допомагають учителю спрямовувати навчально-пізнавальну діяльність учнів, а школярам забезпечують пізнання оточуючого світу на сучасній основі.

Рис. 1. Модель комп’ютерно-орієнтованого середовища на уроці фізики

Одним з головних інструментів пізнання навколишнього світу є комп’ютерне моделювання. Фізика оперує багатьма абстрактними поняттями: фізичні поля, відносність простору і часу, атомна будова речовин, електромагнітні хвилі, механічні хвилі та коливання, релятивістські явища. Ці поняття є складними для розуміння учнів і потребують особливої уваги з боку вчителя. Як показує досвід [5], учні легше сприймають матеріал, яким мають змогу спостерігати. Саме під час опанування учнями зазначеними поняттями ми пропонуємо використовувати комп’ютерні моделі. Це означає звільнення від існуючих дотепер обмежень і зміну структури шкільного курсу фізики. Моделювання формує світогляд, наукову картину світу не тільки учня, а й вчителя [4]. Саме таке середовище, центральною складовою якого є моделювання, якомога повніше зможе реалізувати принципи особистісно-орієнтованого навчання і підвищити предметну компетентність учнів. Адже комп’ютерно-орієнтоване середовище:
- забезпечує, виходячи з індивідуальних особливостей і потреб кожного учня, рівня їх підготовки і знань з фізики, моделювання фізичного експерименту дозволяє показати всі процеси детальніше: в збільшеному/зменшеному вигляді, з різних сторін, сповільнюючи чи прискорюючи процес;
- розвиває комунікативну компетентність через використання інформаційних мереж;
- забезпечує варіативність через вибір найбільш ефективного механізму розв’язання педагогічних задач;
- організовує учнів як активних учасників процесу пізнання та навчання;
- підвищує рівень мобільності в сучасному інформаційному світі.
Одним з інструментів моделювання фізичних явищ і об’єктів є Blender. Blender (https://wiki.blender.org/) – пакет для створення тривимірної комп’ютерної графіки, що включає засоби моделювання, анімації, вимальовування, після-обробки відео, а також створення відеоігор (рис. 2). Рухаючи осі   і лінію часу, що виникає в процесі анімації об’єктів, матеріалів та захвату руху в кадрах – створюється світ в чотиривимірній графіці.

Рис. 2. Початкова сторінка в Blender (https://wiki.blender.org/)

Цей пакет має ефективні інструменти для побудови реального фізичного світу – інструменти анімації, серед яких інверсна кінематика (inverse kinematics), скелетна анімація і сіткова деформація (armature), ключові кадри, нелінійна анімація (non-linear animation), редагування вагових коефіцієнтів вершин (vertex weighting), обмежувачі (constraints), динаміка м’яких тіл (hook, curve and lattice-based deformations), динаміка твердих тіл на основі фізичного двигунця Bullet (simulation tools for body dynamics) і система волосся на основі частинок(support for particle-based hair).
Більшість параметрів для імітації фізичних явищ знаходяться в закладці Properties (Властивості), секція Physics (Фізика) (рис. 3). В цьому вікні можна обрати інструменти для побудови силового поля, зіткнення, тканини, динамічної фарби, м’якого тіла, рідини, диму, твердого тіла, зчеплених твердих тіл.

Рис. 3. Закладка Properties, секція Physics

Гравітація у Blender – це глобальний параметр, що застосовується однаково для всіх систем імітації фізики. Для нього відведена секція Gravity (Гравітація) у контекстному меню Scene (Сцена) вікна Properties (Властивості). Стандартне значення гравітації у Blender «-9.810» по Z-осі є по суті фактичним значенням сили тяжіння (гравітації) у реальному світі. Зміна цього значення дасть змогу представити зменшення або збільшення гравітації.

Рис. 3. Секція Гравітація

Створення одиничного окремого об’єкта Силове Поле обраного типу здійснюється у режимі Об’єкт через меню Add – Force Field (Додати – Силове Поле), що викликається швидкою клавішею Shift+A у 3D-вигляді або через однойменне підменю у заголовку 3D-вигляду. При цьому створюється об'єкт Порожній (Empty), до якого прикріпляється обраний тип поля. Є можливість побудувати такі типи полів: Сила, Вітер, Вихор, Магніт, Гармоніка, Заряд, Леннард-Джонс, Текстура, Провідна Крива, Рій, Турбулентність, Перетяг, Потік Диму.
Таким чином, моделювання фізичних явищ і процесів забезпечує постановку фізичного експерименту, виходячи з індивідуальних потреб учня, залучає учнів до процесу активного навчання, забезпечує варіативність інструментів для розв’язання педагогічних задач, підвищує рівень мобільності в сучасному інформаційному світі. Це в свою чергу сприяє формуванню компонентів комп’ютерно-орієнтованого середовища під час навчання фізики. Організований в таких умовах навчальний процес сприятиме поліпшенню якості фізичної освіти за рахунок залучення засобів моделювання фізичних процесів та об’єктів. Діяльність із формування такого середовища забезпечить зростання як предметної, так і інформаційно-комунікаційної компетентності за рахунок підключення до навчального процесу засобів візуалізації та керування фізичними явищами.
Список використаних джерел
1. Єкименкова О. В. Використання системи Office 365 в розробці навчальних проектів з фізики / О. В. Єкименкова, О. М. Трифонова // Наукова молодь – 2015: [зб. матер. ІІІ Всеукр. наук.-практ. конф., 10 грудня 2015 р., м. Київ; за ред. проф. Бикова В. Ю. та Спіріна О. М.] – К.: ПТЗН НАПН України, 2015. – С. 66-68.
2. Єкименкова О. В. Інформаційно-комунікаційні технології при формуванні методичної компетентності майбутніх учителів фізики / О. В. Єкименкова, М. І. Садовий // Наукові записки. – Серія: Проблеми методики фізико-математичної і технологічної освіти / За заг. ред. М. І. Садового. – Кропивницький: РВВ КДПУ ім. В.Винниченка, 2016. – Вип. 10, Ч. 3. – С. 51-56.
3. Лапінський В. Комп'ютерно-орієнтоване навчальне середовище та вимоги до його реалізації / В. Лапінський, М. Шут // Наукові записки. – Серія: Педагогічні науки. – Кіровоград: РВВ КДПУ ім. В. Винниченка, 2008. – Вип. 77, Ч. 1. – С. 79-85.
4. Олефір Л. Комп’ютерне моделювання в шкільному лабораторному практикумі з фізики / Л. Олефір // Наукова діяльність студентів як шлях формування їх професійних компетентностей: [зб. матер. наук.-практ. конф., 9 грудня 2010 р, Суми] – Суми: Вид-во СумДПУ імені А.С.Макаренка, 2010. – С. 149.
5. Садовий М. І. Вибрані питання загальної методики навчання фізики: [навч. посібн. для студ. ф.-м. фак. вищ. пед. навч. закл.] / Садовий М. І., Вовкотруб В. П., Трифонова О. М. – Кіровоград: ПП «Центр оперативної поліграфії «Авангард», 2013. – 252 с.