Концепции использовании технологий стерео визуализаций в преподавании физики

Другой выигрышной ситуацией применения объемных демонстраций являются настолько сложные существенно трехмерные системы, что при их традиционном плоскоэкранном представлении приходится исключать элементы, не лежащие в плоскости чертежа. По существу ради упрощения восприятия осуществляется замена 3d модели на 2d. В качестве примеров можно привести многочисленные демонстрации по методам изображений в электростатике и магнитостатике (рис. 4).

Еще более наглядный пример ограниченных возможностей использовании плоских изображений для демонстрации трехмерных систем изображен на рис.5, иллюстрирующем приводящий к появлению радуги ход световых лучей в капле воды.

Рис.4. Трудности традиционных визуализаций существенно трехмерных систем: демонстрация решения методом изображений задачи о заряде вблизи заземленной сферы (левый рисунок) становится существенно более наглядной после удаления всех силовых линий, не лежащих в плоскости чертежа (правый рисунок)

Графическое представление решения этой классической задачи геометрической оптики настолько сложно, что для создания воспринимаемой зрителем картины вместо цилиндрического пучка параллельных лучей, освещающих каплю, в компьютерной модели сохранено лишь небольшое подмножество лучей, лежащих в одной плоскости и имеющих только положительные прицельные параметры. Очевидно, что добавление каких-либо лучей, лежащих вне плоскости выбранного пучка, сделает результат плоской визуализации моделирования практически не воспринимаемым. Полная картина рассеяния света должна получаться в результате вращения приведенного на рис.5 изображения вокруг горизонтальной оси, проходящей через центр капли.

Рис. 5. Заведомо упрощенная двумерна картина приводящего к появлению радуги хода лучей в капле воды. Ярким цветом показана часть светового пучка, лучи которой формируют конус, в котором происходит усиление света, позволяющее наблюдать радугу на фоне светлого неба

Проблемы, аналогичные рассмотренным, возникают в процессе визуализаций многих других оптических моделей, иллюстрирующих курс волновой оптики: «Искривление световых лучей в атмосферах планет», «Абсолютная оптическая система – «Рыбий глаз» Максвелла», «Слабо разъюстированный резонатор» и т.д. Перечисленные системы кажутся весьма перспективными для объемных 3d – демонстраций.

В ходе практики преподавания курса по квантовой теории атомно-молекулярных спектров оказалось, что квазиклассическая векторная модель атомов и молекул, традиционно используемая в качестве наглядных иллюстраций для строгого квантовомеханического описания, при первом знакомстве с ней обучаемых (студентов 4 курса) вызывает определенные затруднения. Последние возникают не на уровне понимания квантовой механики и ее соотнесении с квазиклассическим приближением, а при решении гораздо более простой задачи зрительного восприятия пространственного изобржения. Изображаема на доске при помощи мела система классическая орбита электрона, ориентация плоскости которой определяется вектором момента его импульса, прецессирующим вокруг своей суммы со спиновым моментом, которая, в свою очередь, прецессирует вокруг суммарного момента всего атома, требует определенных разъяснений. В связи с этим возникла идея апробации новой технологии на описанной сложной геометрической модели, соответствующей представлениям атомно-молекулярной физики первой половины XX века.

Материалы по педагогике:

Иркутский государственный университет
Иркутский государственный университет учрежден 27 октября 1918 года. Его открытие положило начало высшему образованию в Сибири и на Дальнем Востоке. Университет сразу стал главным образовательным, научным и культурным центром на огромной территории от Енисея до Тихого океана. Сегодня Иркутский госу ...

Игры на уроках по темам: «Сложение и вычитание»,«Величины и их измерения»
Рассмотрим на примере уроков по темам: «Сложение и вычитание», «Величины и их измерение» роль дидактических игр. Урок по учебному пособию В. Д. Герасимова. Тема урока: «Сложение и вычитание. Знаки «+» и «-»». Цель урока: 1. Совершенствовать навык сложения и вычитания, устных вычислений в пределах 1 ...

Внедрение физической культуры в повседневный быт школьников
Внедрение физической культуры в повседневный быт школьников является основной задачей в плане подготовки учащихся к дальнейшей жизнедеятельности. Занимаясь физической культурой, подростки овладевают необходимыми знаниями для совершения простейших действий, преодоления трудностей, связанных с примен ...

Разделы

• Главная
• Развитие познавательных интересов на уроках
• Образование как ценность
• Информатизация образования
• Образование как система и процесс
• Методологические основы педагогики
• Нравственно-этическое воспитание детей
• Образование: теория и практика
• Карта сайта
• Контакты