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:

Университетский сектор высшего образования
Во Франции существует 80 государственных университетов и несколько частных: 3 светских университета и 5 католических. К числу вузов университетского типа также относятся 3 национальных политехнических Института (Institut nationaux polytechniques, INP). Университеты представляют собой учебные и науч ...

Роль игры в воспитании и обучении учащихся с нарушениями интеллекта
Актуальность игры в настоящее время повышается из-за перенасыщенности современного мира информацией. Во всем мире, и в России в частности, неизмеримо расширяется предметно-информационная среда. Телевидение, видео, радио, компьютерные сети в последнее время обрушивают на учащихся огромный объем инфо ...

Возможности использования зарубежного опыта в отечественной практике
Условия экономической неопределенности все настойчивее требуют от высшей школы подготовки специалистов, отвечающих так называемому евростандарту, то есть, владеющих тем набором качеств и свойств, которым придается особое значение при подготовке инженеров в странах Европейского сообщества. Помимо пр ...

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