УДК 372.8

КОМПЬЮТЕРНЫЕ ИГРЫ В ОБУЧЕНИИ ФИЗИКЕ В ШКОЛЕ

№16,

Педагогические науки

Хайруллина Язиля Анваровна

Ключевые слова: ФИЗИКА; КОМПЬЮТЕРНЫЕ ИГРЫ; ПРОГРАММЫ; ФИЗИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ; ТВОРЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ; PHYSICS; COMPUTER GAMES; SOFTWARE; PHYSICAL LAWS; CREATIVITY.

Аннотация: Для успешной адаптации к современному миру необходимо использовать современные методы и средства. Не является исключением и программа обучения школьного курса физики. В настоящее время создано огромное количество компьютерных программ, виртуальных лабораторий и игр, позволяющие учащимся осваивать сложный и тяжелый в восприятии материал наглядно, в игровой и увлекательной форме.

XXI век – век новых открытий и технологий. С каждым годом нам сложно угодить современному человеку и его потребностям. Запросы растут, интересы людей отличаются от того, к чему мы привыкли. Мышление человека стало более динамичным и открыто новым возможностям. Особенно это отражается на детях нового века, нового поколения.

С каждым годом все сложнее и сложнее увлечь ребенка получением новых знаний, наукой, анализом своей деятельности. Они больше времени проводят за компьютерами, играют в бессмысленные игры и общаются в социальных сетях. Естественно, что учителям с их опытом работы не понять и не принять подобного образа жизни, так как с таким явлением вживую они никогда не сталкивались. В частности, это касается такого предмета, как физика. Являясь одним из сложных и в то же время важных для понимания окружающего мира школьных дисциплин, физикой необходимо заинтересовать путем различных опытов и «живых примеров». Однако, например, раздел квантовой физики изучить опытным путем просто невозможно, не имея современного оборудования, которые стоят миллионы. Дети и так знакомятся с этим разделом только в теории, им тем более не понять всей важности изучаемых процессов.

А что, если нам совместить запросы детей, их увлечения со школьной программой и прийти к общему компромиссу между учителем и учащимся? Раз дети так много времени проводят за компьютерами, играя в ненужные игры, пусть изучают мир науки посредством компьютерных игр. Достаточно сложно представить, как преобразовался мир всего за несколько лет, но теперь любой предмет можно изучать с помощью игр, виртуальных лабораторий, компьютерных программ, ресурсов сети Интернет [1-4]. Причем всё это сделано в интересной форме, где дети смогут не только получить новые знания, но и насладиться сопровождающими эффектами физических явлений. Во время всех этих процессов дети познают мир с научной точки зрения и действительно заинтересовываются в получении больших, дополнительных знаний.

Одним из популярных компьютерных игр в познании субатомного мира является игра «Particulars» [5] – она знакомит нас с явлениями, происходящими на атомном уровне. Все то, что не видно человеческим глазом, мы можем увидеть в этой игре, а еще и поэкспериментировать там.

В данной игре вы погружаетесь в субатомный мир и играете в роли «Down quark» – то есть в роли нижнего кварка. Первое задание – это собрать элементарные частицы, то есть некую информацию. Вокруг нашего низшего кварка есть красное пятно, которое или притягивает, или отталкивает поля других частиц. Далее появляются «Anti-Down Quark» – анти низшие кварки с позитивным зарядом, имеющие синий цвет. Так как мы красные, а анти кварки синие, соответственно, мы начинаем притягиваться к их полю, что мешает сбору информации. На данном этапе учащиеся узнают или же вспоминают, что частицы с противоположными зарядами притягиваются и каждая из них имеет свое поле.

На следующем этапе необходимо аннигилировать 3 пары частиц. Напомним, аннигиляция – в физике это реакция превращения частицы и античастицы при их столкновении в какие-либо иные частицы, отличные от исходных. Наиболее изученной является аннигиляция электрон-позитронной пары [6]. Многие учащиеся впервые столкнуться с данным понятием, что подвигнет обратиться их к различным источникам для получения информации о данном термине. Не зная терминологии, уровень пройти будет просто невозможно. Получив данные, мы сталкиваем между собой противоположные частицы, благодаря чему проходим данный этап. Мы делаем вывод, что мы их «чувствуем» – у нас есть поле, у них есть поле и мы взаимодействуем, как и все частицы. На следующем этапе мы знакомимся с «Up Quark» – высшим кварком. Его необходимо доставить в некое поле. Мы видим, что если к нему приблизиться, мы начинаем притягиваться друг к другу. Однако, вот в чем вопрос: у нас два высших кварка и нам необходимо одновременно загнать их в разные углы. Вспоминаем, что одноименные заряды отталкиваются. Взяв с собой один кварк, мы сталкиваем его с другим высшим кварком, из-за чего они отталкиваются и разлетаются в противоположные стороны. Задание выполнено. Следующий уровень: «Поменяй свою полярность». Необходимо доставить анти низший кварк в некое поле, имея при этом высший кварк. Исходя из названия уровня, становится понятно, как нам его пройти: мы объединяемся с высшим кварком и синим полем отталкиваем низший кварк, чтобы он попал в соответствующую локацию.

Следующая игра знакомит нас со скоростью света и длиной световых волн. A Slower Speed of Light [7] – игра, которая дает нам возможность познакомиться с восприятием мира на около световых скоростях и понять теорию относительности Эйнштейна.

Суть игры заключается в том, что дух мальчика хочет воссоединиться со светом, но скорость света настолько велика, что он просто не успевает его догнать. Необходимо собрать сферы, благодаря чему скорость света постепенно замедляется, цветовое восприятие мира меняется, так же как и законы мира. В конце игры будут отображены и рассказаны все процессы, какие были задействованы в данной игре: «Начинается все с фиолетовых цветов, далее переходит в голубые, зеленые, оранжевые, красные. Поведение света схоже с поведением волны. Разная длина волн имеет разные цвета. Когда вы и другие объекты движетесь, длина волны света меняется и это отображается как посинение, более голубой оттенок».

Законы механики позволяет в полной мере освоить игра Physics Playground [8] – в очередной раз заставляет нас изучить законы механики, которой подчиняется все в нашем мире. Вряд ли после прохождения этой игры еще останутся вопросы по законам Ньютона.

Одним из первых игр этого цикла является игра: «Crayon Physics Deluxe» [9]. Игра начинается с обучающего материала: знаменитое дерево и падающее яблоко Ньютона. Нам предоставляется возможность нарисовать коробочку в воздухе, которая тут же падает на землю, так как приобретает вес, форму, благодаря чему взаимодействует с предметом.

На одном из «островов» у нас задание: на верхнем левом углу находится подставка с шаром, а на нижнем правом углу подставка со звездочкой и нам необходимо спустить шар к звезде. Есть два способа: столкнуть шар и нарисовать горку. Причем, все настолько реалистично, что если вы просто проведете прямую, она просто может упасть, так как не имеет никакой опоры и ни за что не зацеплена.

Другой «остров» учит нас манипулировать рычагами, молотами и веревками. Нам нужно переместить шарик из нижнего угла в верхний, нацепив его на веревку, который управляется с помощью рычагов. Так же одним из решений является возможность повесить весомый нарисованный груз, который поднимет наш шар вверх.

Следующий «остров» имеет постоянно падающие сверху шары, которые необходимо доставить к звезде, находящейся внизу на опоре в противоположном углу. Одно из возможных решений: пририсовать рычаг, закрепленный гвоздиками к опоре, благодаря чему рычаг никуда не упадет.

В данной игре постоянно необходимо учитывать законы физики, рассчитывать, что куда упадет, как себя поведет. Решений может быть огромное множество, все зависит от фантазии учащегося. Уровни можно решать любым способ. Разработчики данной игры учли абсолютно всё.

Еще одна из игр, вызвавших огромный интерес пользователей ПК – Algodoo [10] – здесь мы можем воссоздать целые интерактивные лаборатории. Изучить явления механики, электрики и оптики. Создать и воспроизвести все мыслимые и немыслимые опыты, которые давно хотели осуществить.

В данной игре есть 2 отличительные черты. Во-первых это «песочница» – специально выделенная среда для безопасного исполнения компьютерных программ. Обычно представляет собой жёстко контролируемый набор ресурсов для исполнения гостевой программы, представляя собой пример виртуализации. То есть мы рисуем все, что хотим, и это все работает по законам физики.

Начинаем работу с создания своего проекта. Например, мы решили создать катапульту. Рисуем нашу катапульту из прямоугольников. Создаем основание и отбойник и ставим на них деталь «крестик» для того, чтобы эти части остались неподвижными. Рядом с отбойником рисуем рычаг с другим крестиком, позволяющий, наоборот, двигать рычаг по окружности. Между рычагом и отбойником ставим пружину. При нажатии на правую кнопку мыши, можно выбрать силу пружины. Так же помещаем туда прямоугольник, оснащая его свойством губки. И, наконец, дорисовываем чашу на конце рычага. Нажимаем кнопку «play» и тянем рычаг до упора влево, затем, отпустив. Если мы все сделали правильно, то рычаг благодаря нашей пружине захочет вернуться в свое начальное состояние, а благодаря губке вновь оттолкнется. Нам удалось создать катапульту. Естественно, можно ее усовершенствовать, добавив шестеренку и привязав к ней веревку, ведущей к чаше. Идея в том, чтобы двигать рычаг с помощью этой шестеренки. Конечно, есть масса идей для воплощения наших проектов, необходимы лишь знания законов физики и наше воображение.

Одна из программ, позволяющая изучить любые физические явления – Power Toy [11] – здесь можно изучить наши материи. Как вещества взаимодействуют с друг другом, какова их температура и давление. Как происходит ядерный взрыв или извержение вулкана – все это здесь. Существует достаточно много закладок, которые можно между собой комбинировать. Например, в первой закладке имеется множество стен, которые мы можем использовать: гравитационные, энергетические стены, которые все поглощают или, наоборот, отталкивают. Они нужны в основном для мощных реакций, которые обычные стены могут не выдерживать. Следующая закладка предназначена для газов и газообразных веществ. Некоторые из них даже можно подорвать. То есть для того, чтобы создать какой-либо проект, надо учитывать даже то, выдержит ли наша стена задуманную нами реакцию.

Дальше идут жидкости. Например, создаем железный поддон с тремя отсеками, в каждый из которых нальем воду, нефть и лаву. Наблюдаем процесс, в котором лава начинает прожигать материал и протекает. Нефть начинает выделять газ, так как металл из-за лавы нагрелся достаточно сильно и происходит детонация нефти. Все эти процессы мы наблюдаем в настоящем времени, благодаря чему можем получить новые знания или закрепить пройденный материал. Здесь же можно воссоздать огонь, реакции таких взрывных устройств, как С-4, TNT. А также здесь есть термит – вещество, которое от малейшей температуры разрастается до огромных размеров и может проплавить практически любой материал. За этим процессом также интересно наблюдать.

Один из шаблонных проектов предлагает нам воссоздать бомбу для взрыва города. Создаем деревянную оболочку и оснащаем ее дейтерий оксидом. Эту бомбу можно взорвать 2-мя способами: с помощью нейтронов, где мы наблюдаем как город плавится, и протонов. Протоны проходят практически сквозь все вещества, передавая температуру от себя всему вокруг. Образуется плазма, давление отрицательное – туда все будет притягиваться. Здесь присутствует большинство физических явлений: разливание воды, молния, гроза, испарения и многое другое. Все очень реалистично, создается нами и наблюдения мы ведем в настоящем времени. Делается вывод об огромной опасности взрывов таких бомб.

Следует отметить, что все эти компьютерные игры и программы на английском языке, благодаря чему дети осваивают иностранный язык, что особенно важно, так как именно на этом языке создаются все программы. Учащиеся осваивают терминологию, создают проекты, изучают законы физики и все это в игровой форме. По комментариям к данным играм, мы сделали вывод, что некоторые проводят за ними часами, так как уровни с каждым разом сложнее, но и интереснее. Люди, раньше физикой не заинтересованные, действительно начинают понимать ее «природу» и с интересом создают свои проекты. Это огромный шаг вперед навстречу учащимся, их интересам, творческой деятельности и требованиям.

Список литературы

  1. Милутка А.А., Шевелёва А.В. Компьютерные игры как способ развития и обучения подрастающего поколения // «Научное сообщество студентов XXI столетия. Технические науки»: материалы VIII студенческой международной заочной научно — практической конференции. (07 февраля 2013 г.) – Новосибирск: Изд. «СибАК», 2013. – С.29-35.
  2. Сабирова Ф.М. Использование ресурсных возможностей Интернета в организации изучения школьного курса физики // Проблемы и перспективы информатизации физико-математического образования: материалы Всероссийской научно-практической конференции. 2016. С. 116-119.
  3. Сабирова Ф.М., Хайруллина Я.А. Использование ресурсных возможностей сети интернет для подготовки к ЕГЭ по физике// Инновационное развитие: потенциал науки и современного образования сборник статей Международной научно-практической конференции: в 3 ч.. Пенза, 2018. С. 14-16.
  4. Макарова Н.В., Сабирова Ф.М. Использованием ресурсов сети Интернет при изучении школьного курса физики // NovaUm.ru. – 2018, №14, 28.07.2018. – Режим доступа: http://novaum.ru/public/p786 (дата обращения 22.11.2018 г.)
  5. STEAM [Электронный ресурс]. – Режим доступа https://store.steampowered.com/app/259470/Particulars/ (дата обращения 23.11.2018 г.)
  6. Википедия [Электронный ресурс]. – Режим доступа https://ru.wikipedia.org/wiki/Аннигиляция (дата обращения 23.11.2018 г.)
  7. Mit game lab [Электронный ресурс]. – Режим доступа http://gamelab.mit.edu/games/a-slower-speed-of-light/ (дата обращения 23.11.2018 г.)
  8. Physics playground [Электронный ресурс]. – Режим доступа https://pluto.coe.fsu.edu/ppteam/ (дата обращения 23.11.2018 г.)
  9. Crayon Physics Deluxe [Электронный ресурс]. – Режим доступа http://www.crayonphysics.com/ (дата обращения 23.11.2018 г.)
  10. Algodoo [Электронный ресурс]. – Режим доступа http://www.algodoo.com/ (дата обращения 23.11.2018 г.)
  11. 13 игр и приложений для изучения физики [Электронный ресурс]. – Режим доступа https://newtonew.com/app/13-igr-i-prilozhenij-dlja-izuchenija-fiziki (дата обращения 23.11.2018 г.)