Experimente virtuale în predarea fizicii în gimnaziu

Articolul cuprinde câteva păreri referitoare la utilizarea experimentelor virtuale în predarea fizicii, utilitatea folosirii lor în procesul de predare-învățare precum și viziunea asupra modului de interacțiune cu elevii în contextul dezvoltării tehnologice actuale și a felului în care ei se raportează la activitățile de învățare. Pentru a reliefa esența metodei, am prezentat și două exemple de experimente virtuale care au fost folosite la clasă și care au trezit interesul elevilor și dorința lor de a studia fizica folosind metode noi interactive.

Utilizarea experimentelor virtuale poate ajuta elevii să înțeleagă conceptele dificile ale fizicii la un nivel mai intuitiv. În studiul fizicii, utilizăm adesea exemple idealizate care sunt simplificate pentru a funcționa cu un set mic de variabile fizice la un moment dat.

În activitatea la clasă în timpul lecţiei de fizică, profesorii spun adesea: „ignoraţi forţa de frecare”, „ignorați gravitaţia”, „presupuneți că se exercită o forță constantă” etc. În activitatea de laborator, aceste forţe nu pot fi neglijate, în plus experimentele care pot fi efectuate permit puţine modificări ale mărimilor fizice, astfel elevii care au de cele mai multe ori abilităţi de experimentare limitate, pot întâlni o gamă largă de dificultăţi legate de funcţionarea aparatelor de măsură. Pe când, într-un experiment virtual de mişcare a corpului, graficul de mişcare se afişează în timp real şi se poate reda experimentul la viteză redusă, iar in plus se pot modifica mărimile fizice. Elevii se pot concentra mai mult pe învăţarea fizicii decât pe dificultăţile experimentale, în plus dezvoltă şi abilităţi de folosire a calculatoarelor.

Deşi este o resursă valoroasă pentru predare, experimentul virtual nu poate înlocui experimentul real, este de preferat un mod în care acestea pot fi combinate în procesul de predare pentru a atinge un cadru optim pentru învăţare.

Mintea curioasă a unui copil ne aminteşte în mod constant că învăţarea este determinată de curiozitate. Deşi programele standard de învăţământ pun accentul pe predarea academică ca principal factor de realizare a procesului de predare-învăţare, totuşi este posibil şi benefic ca activitatea de învăţare să fie distractivă şi interesantă, astfel încât elevii să fie atraşi în mod spontan. În realitatea cotidiană trăim într-o lume saturată de calculatoare şi jocuri în realitatea virtuală. Din acest motiv trebuie să integrăm aceste experimente virtuale în procesul de învăţare pentru a îmbunătăţi atitudinile şi motivaţiile elevilor faţă de studiul fizicii.

Există următoarele motive principale pentru care se foloseşte simularea pe computer a fenomenelor fizice:

• Stimularea gândirii procedurale – tipul de gândire de care aveți nevoie pentru a  realiza un program de computer  – este o abilitate transferabilă. Cu alte cuvinte, dacă te descurci bine la codificare, vei fi mai bun la toate: organizarea și scrierea unui eseu, învățarea matematicii.
• Fizica se referă la construirea de modele. Într-o simulare pe  computer, vei ajunge să faci lumi care se supun regulilor tale. Dorința de a construi modele mai precise și mai precise pe calculator ne stimulează  gândirea de fizicieni de a construi modele mai complexe și mai exacte ale universului.

GlowScript este un mediu de programare care ne permite să realizăm modele 3D bazate pe web. Vom folosi un program bazat pe Python, denumit Visual Python (sau VPython), conceput pentru instruirea în domeniul fizicii. Când codificați în Visual Python în GlowScript, veți descoperi că mediul are grijă de toate aspectele  inclusiv iluminare și obiecte 3D, permițându-vă să vă concentrați direct pe legile fizicii.

Prin urmare, trebuie să le oferim acestor elevi tehnologia care este cel puțin la același nivel cu ceea ce sunt obișnuiți elevii și, dacă este posibil, lucruri mai avansate. Caracteristicile experimentelor virtuale pot îmbunătăți atitudinile și motivațiile elevilor față de fizica învățării Cercetările au arătat că atitudinile, viziunile și așteptările elevilor pot influența semnificativ modul în care aceștia învață și ce pot realiza.

Mulți dintre elevii de gimnaziu, au dezvoltat o „frică” a fizicii, ceea ce face ca învățarea să pară mai dificilă. O astfel de „teamă” este adesea tradusă ca fiind o încredere scăzută pe care elevii o au în cunoștințele lor despre fizică și în capacitatea lor de a înțelege fizica, care, de regulă, împiedică participarea activă a elevilor la activitățile de învățare. Există mulți factori care pot contribui la temerile elevilor și la scăderea încrederii, printre care și nivelul slab la matematică și lipsa abilităților de laborator necesare sunt frecvent observate de către profesori.

În acest scop, considerăm că, prin utilizarea experimentelor virtuale, putem reduce frustrarea elevilor datorită unor eșecuri tehnice în efectuarea anumitor experimente reale. Un motiv este faptul că majoritatea elevilor din generația curentă sunt obişnuiţi cu calculatoarele.

Utilizarea activităților bazate pe computer va îmbunătăți adesea încrederea elevilor în forţele proprii, în loc să-i intimideze.

Un alt motiv este faptul că experimentul virtual este un mediu artificial, în care se poate controla și menține cu ușurință incertitudinile variabilelor fizice.

Este de remarcat faptul că, pentru majoritatea elevilor, cunoștințele despre fizică, care deseori se „dezintegrează” la scurt timp după curs, nu vor juca un rol semnificativ în viața lor viitoare. Cu toate acestea, dacă elevii pot dezvolta un sentiment de confort și o atitudine pozitivă față de fizică (și de știință şi tehnologie în general), aceste cunoştinţe pot rămâne mult timp şi elevii vor putea lua decizii științifice / tehnologice informate și imparțiale mai târziu în viața lor.

Experimentul virtual  poate ajuta elevii să dezvolte înțelegerea fizicii la un nivel mai intuitiv.

De exemplu, în subiecte despre mecanică, reperele haptice legate de forță (de exemplu, senzaţia de împingere a unui obiect) sunt puternic implicate în experiența zilnică a elevilor și devin parte a  cunoașterii lumii reale.