Компьютерная лабораторная работа представляет собой вычислительный эксперимент или имитацию реального эксперимента, требующие активной деятельности студента во время выполнения. Можно ли при изучении физики обойтись без компьютерных лабораторных работ? Конечно! Несколько столетий обходились, и физическое образование было неплохим. Однако компьютерный эксперимент, в том числе и в виде лабораторных работ, даёт новые методики обучения физике в дополнение к существующим.

Остановимся сначала на целях лабораторного практикума. Во первых, это знакомство с физическими явлениями, их особенностями и законами. Во-вторых, это элемент творчества, элемент научной работы, так как они активно и сравнительно самостоятельно выполняются студентами. В-третьих, при выполнении лабораторного практикума студенты приобретают навыки экспериментатора: учатся «обсчитывать» результаты измерений и погрешности, работать с графиками и таблицами и т.п. Наконец, в ходе опытов они знакомятся со сборкой электрических схем и с конкретными приборами и учатся на них работать.

Чему же может научить студентов компьютерная лабораторная работа? Ответ зависит от того, что это за работа: компьютерный эксперимент, в котором моделируется изучаемый физический процесс, или имитация реального эксперимента. Роль последней ограничена. Если имеется аналогичная «живая» работа, то компьютерную имитацию целесообразно применять лишь в качестве тренажёра перед выполнением реальной, так как никакого нового знания студентам она не даст. В подобных тренажёрах чисто внешне имитируется работа реальной установки: например, изображаются в виде ящиков с цифрами (в лучшем случае, со стрелками) приборы, при помощи цифр или ползунков изменяются параметры установки, и на табло появляются новые цифры (или стрелки отклоняются на новый угол). Студенты имитируют работу по снятию отсчётов с «приборов», заполняют таблицы и т.д. При создании таких работ не применяется компьютерного моделирования, математически дело обычно ограничивается процедурами типа табуляции функций и рисования кривых, основная тяжесть переносится на графику и интерфейс. Подобный тренажёр может выполнить лишь одну функцию лабораторной работы: обучить обработке результатов измерений.

Другое дело – учебный компьютерный эксперимент. Конечно, он не может в полной мере познакомить студентов с реальными приборами и научить на них работать, однако остальные функции лабораторной работы выполняет. Он знакомит студентов с протеканием физических процессов, правда, не в реальности, а на модели, отражающей теоретическое представление об этих процессах. Модельный характер компьютерного эксперимента – это не недостаток, а главное его достоинство. Компьютерная модель позволяет студентам «увидеть невидимое» – движение микрочастиц и планет (попробуйте увидеть это в реальном опыте!), постепенное образование интерференционной картины большим числом летящих фотонов, релаксацию кристаллической решётки вблизи дефектов и многое другое.

Компьютерная работа является не менее творческой, чем обычная, просто в натурной работе студенты имеют дело с «живым» экспериментом, а в «виртуальной» они точно так же работают с моделью явления. Степень самостоятельности при выполнении компьютерной работы может быть большей, чем для реальной, так как нет ограничений, связанных с техникой безопасности и с угрозой вывести из строя установку.

Что касается развития у студентов навыков экспериментатора, то при правильной методике компьютерная и обычная работы мало отличаются: студенты обрабатывают результаты измерений, считают погрешности, рисуют графики и работают с ними.

При наличии «живых» лабораторных работ компьютерные лучше создавать по таким темам, которые недоступны обычному физическому практикуму, где нужно «проникнуть» в строение вещества, проанализировать важные модели, где условия реального эксперимента являются экстремальными (например, очень большие давления). В форме компьютерных работ сравнительно легко реализуются исторические эксперименты, в которых создавалась физическая наука. Конечно, эти опыты лучше было бы ставить в натуральном виде, но альтернатива чаще всего: или «голые» разговоры о подобных опытах, или компьютерный эксперимент.

Было бы хорошо, конечно, если бы студент сам придумывал модель и создавал компьютерный эксперимент, однако тогда применение его в обучении будет ограничено тривиальными вещами типа рассмотрения колебаний «виртуального» маятника, так как. для моделирования более сложных процессов у студента младших курсов нет знаний ни физики, ни математики. Само такое применение имеет смысл, но при изучении не физики, а информатики или вычислительной физики.