Использование информационных технологий в преподавании физики Текст научной статьи по специальности «Науки об образовании»

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ПРЕПОДАВАНИИ ФИЗИКИ

И.К. Печинникова

ГОУ ЦО №1861 «ЗАГОРЬЕ»

Загорьевский проезд, д. 13, Москва, 115598

В статье рассмотрены общие вопросы использования информационных технологий на уроке физики. Автор знакомит в ней с методическими основами дистанционных уроков, показывает преимущества и недостатки некоторых электронных образовательных программ по физике.

Вся история обучения в нашей школе строилась на коллективных методах обучения. Проблемам индивидуализации обучения учащихся стали уделять внимание только в последнее время в связи с переходом на профильное обучение, а также в связи с проектной деятельностью учащихся. Это привело к возможности построения «индивидуальной траектории обучения» отдельного ученика. Однако мы ставим перед учениками слишком большие задачи, чем перегружаем их, особенно в связи с уменьшением количества часов на изучение предметов естественно-математического цикла. Все это приводит к тому, что при изучении физики все сводится к изучению физических законов и явлений, учащиеся заучивают их формулировки и методы решения типовых задач. Роль понятийного механизма познания сводится к минимуму, физика как наука, описывающая окружающий мир, исчезает. Большинство учащихся не способны связать и описать явления среды обитания. Багаж знаний, даже соответствующий стандартам обучения, перестает активно работать. Положение может быть улучшено при развитии креативной деятельности учащихся при работе над предметом. Под этим стоит понимать активное и творческое применение полученных знаний, если процесс обучения станет деятельностным. Добиться этого можно при повышении мотивации учащегося при изучении предметов естественно-математического цикла, использовании информационных технологий в обучении, ресурсов Интернета. Государственные проекты в области образования способствуют решению этих задач: большинство кабинетов физики оснащено АРМ-учителя. Правда, остается еще кадровая проблема, связанная с тем, что далеко не все учителя владеют интерактивными методиками обучения, что также ограничивает информатизацию учебного процесса. Предположительно, скоро эта проблема будет тоже решена. Что же все это нам дает? Компьютер не просто достижение современной высокой технологии — он открывает доступ к мировой информации; это устройство, побуждающее и учителя, и ученика к творчеству и новаторству, дает возможность перейти к креативным формам обучения. Повышение эффективности образования невозможно

без создания инновационных форм обучения. В связи с этим большое внимание сегодня уделяется созидательной деятельности учащихся. Самостоятельная работа учащихся с компьютером, работа над самим информационным объектом, использование материалов различных СД, ресурсов Интернета, некоторых программ и утилит позволит им за короткое время создавать собственные работы (эссе).

В старших классах можно использовать интегрированные уроки информатики и физики. Именно это и предполагает проект профильной школы. В Интернете также существует много программных продуктов, которые могут быть использованы учителями-предметниками при поведении уроков с применением новых информационных технологий. Подобные уроки позволяют повысить мотивацию ученика в изучении предметов естественно-математического цикла, активизировать их познавательную деятельность, формировать общее мировоззрение на современном научном уровне. Различные программы позволяют «осовременить» процесс решения графических задач по физике и математике, например Advanced Grafer. Кроме того, применение ее дает возможность учителю при использовании современной техники отображения информации эффективно подать материал изучения графиков — одной из труднейших тем математики и физики.

Большую роль может играть Интернет в распространении учебнометодических материалов, разработок учителей, проектной деятельности учеников. В настоящее время многие школы имеют собственные сайты, однако их возможности используются слабо. Сайт школы должен стать наиболее эффективным средством популяризации достижений школы в образовательном процессе. На нем могут быть помещены методические материалы, представляющие интерес для учителей-предметников, учеников и родителей, например:

— рекомендации по использованию новых учебников;

— рекомендации родителям по различным апробированным программным продуктам;

— поурочное планирование при различной недельной нагрузке;

— материалы по подготовке к экзаменам, в том числе в форме ЕГЭ;

— примерные учебные планы образовательных учебных учреждений и вопросы профильного обучения учащихся;

— смостоятельные работы учеников;

— планирование и отчеты о работе научных обществ;

— учительские и ученические проекты и результаты конкурсов, в которых демонстрировались проекты.

Привлекая учеников к просмотру и участию в формировании сайтов, необходимо учитывать специфику подрастающего поколения.

Современные технологии позволяют организовать дистанционную форму обучения. Дистанционное обучение (ДО) —- это обучение, когда преподаватель и обучаемый разделены пространственно и когда все или большая часть учебных процедур осуществляется с использованием информационных и телекоммуникационных технологий. Дистанционное обучение дает возможность уче-

нику самому получать требуемые знания, пользуясь развитыми информационными ресурсами, предоставленными информационными технологиями. Информационные ресурсы базы данных и знаний, компьютерные, в том числе мультимедиа, обучающие и контролирующие системы, видео- и аудиозаписи, электронные библиотеки вместе с традиционными учебниками и методическими пособиями создают уникальную распределенную среду обучения, доступную широкой аудитории.

От традиционных форм обучения ДО отличают следующие характерные черты:

— появляется возможность заниматься в удобное для себя время, в подходящем темпе и месте. При этом продолжительность освоения курса может варьироваться;

— обучаемый может осваивать данный курс одновременно с основным обучением или главной профессиональной деятельностью;

— возможность формирования индивидуального учебного плана из набора отдельных курсов;

— учащийся может одновременно обращаться к самым различным источникам информации (библиотекам и базам данных, электронным и обычным пособиям). С помощью Интернета возможно общение как с преподавателем, так и с другим обучаемым. Разумеется, возможен и личный контакт;

— эффективно используется как время обучаемого, так и время преподавателя. Снижаются требования к учебным площадям и их эксплуатации;

— применение новейших информационных технологий способствует продвижению и адаптации человека в современном информационном обществе;

— ДО дает равные возможности получения разнообразно образования вне ограничений места проживания, состояния здоровья и других особенностей.

Эффективность ДО, впрочем, как и традиционного обучения, зависит от качества используемых учебных материалов и мастерства педагогов. Однако при организации ДО следует обратить внимание на следующие моменты:

— в центре процесса обучения находится самостоятельная познавательная деятельность ученика;

— необходимо, чтобы обучаемый научился самостоятельно приобретать знания, пользуясь разнообразными источниками информации, умел работать с этой информацией, используя различные способы познавательной деятельности, обладал необходимыми приемами работы с компьютером и в сети Интернет;

— самостоятельное приобретение знаний не должно носить пассивный характер, напротив, обучаемый с самого начала должен быть вовлечен в активную познавательную деятельность, предусматривающую применение полученных знаний для решения разнообразных проблем окружающей действительности;

— организация самостоятельной деятельности обучаемых в сети предполагает использование новейших педагогических технологий, соответствующих данной форме обучения, стимулирующих раскрытие внутренних резервов каждого ученика. Наиболее удачны в этом отношении обучение в малых группах, метод проектов, исследовательские, проблемные методы;

— ДО предусматривает активное взаимодействие как с преподавателем, так и с другими учениками;

— система контроля должна носить систематический характер и строиться на основе эффективной обратной связи.

Мы считаем, что ДО может найти место при проведении отдельных элективных курсов и при повышении квалификации учителей.

Таким образом, широкое внедрение разнообразных информационных технологий в учебный процесс позволит при сохранении достоинств традиционного российского образования, дающего обширные и глубокие знания, развить в учениках способность к более эффективному использованию полученного багажа знаний, креативному мышлению, воспитать в них чувство ответственности за результаты самостоятельной учебной деятельности.

Отдельные дистанционные уроки по физике еще мало представлены в Интернете, тем не менее этот раздел телекоммуникационных технологий обучения физике интенсивно разрабатывается. Дистанционный урок — урок с использованием учебного материала либо полностью размещенного в Интернете в виде специальных тематических веб-страниц, при этом учащиеся полностью удалены от учебных ресурсов и дистанционного учителя, либо очный урок с использованием удаленных ресурсов Интернета, при этом учитель и учащиеся находятся в одном классе.

Известны три типа дистанционных уроков.

1. Локальный координатор (учитель) и учащиеся удалены друг от друга, но при этом пользуются уроком, предварительно размещенным в Интернете.

2. Учитель и ученики находятся в одном классе, а информационные ресурсы от них удалены.

3. Данный тип урока разработан Кривченко И.В. и представляет собой учебную игру в Сети. При этом учащиеся могут по-настоящему играть с «Про-верялкиным» — специальным учебным конструктором, размещенным в Интернете.

Творческий учитель обязательно попытается разработать дистанционный урок. Примерный план такого урока может включать следующие пункты:

— тема занятия, учебный предмет;

— тип занятия;

— девиз, цитата и т.п.;

— цели занятия (для учителя, учеников, их совместной деятельности);

— предполагаемый состав учащихся — класс, число учащихся;

— проблема занятия или главный вопрос;

— предполагаемый образовательный продукт, который будет создан учащимися;

— перечень знаний, умений, навыков, способностей, которые предполагается развить или осваивать на данном занятии;

— план занятия с указанием времени на каждый пункт плана;

— подробный конспект занятия с необходимым материалом —необычные сведения, вопросы, творческие задания;

— перечень видов деятельности дистантных учащихся на протяжении дистанционного занятия;

— перечень видов деятельности самого дистантного педагога;

— перечень материалов или сами материалы, необходимые для занятия (ссылки на веб-сайты, собственные веб-квесты, тексты, необходимые лабораторные материалы, СБ-КОМ).

Учитывая загруженность современного учителя, можно порекомендовать воспользоваться мультимедийными новинками рынка. Сегодня их особенно много и, что самое приятное, увеличиваются их технические и дидактические возможности.

Применение компьютерных технологий не изменяет сроки обучения, а зачастую применение электронных образовательных программ на уроке требует больше времени, но дает возможность учителю более глубоко осветить тот или иной теоретический вопрос. При этом применение мультимедийных курсов помогает учащимся вникнуть более детально в те физические процессы и явления, изучить важные теоретические вопросы, которые не могли бы быть изучены без использования интерактивных моделей.

Наибольшая эффективность использования компьютера на уроке достигается в следующих случаях:

— использование мультимедийных курсов при изучении тем, явлений, которые наиболее полно и детально освещаются только в электронных образовательных программах, которые невозможно изучать в реальном эксперименте;

— более полная визуализация объектов и явлений по сравнению с печатными средствами обучения.

— использование возможности варьировать временные масштабы событий, прерывать действие компьютерной модели, эксперимента и использование возможности их повторения;

— автоматизация процесса контроля уровня знаний и умений учащихся;

— решение и анализ интерактивных задач, требующих аналитического и графического решения с использованием манипуляционно-графического интерфейса;

— тестирование и коррекция результатов учебной деятельности;

— использование программных сред, виртуальных лабораторий для организации творческой, учебно-поисковой деятельности учащихся.

Разумеется, педагогическая эффективность использования программных сред зависит не только от самих электронных средств, но и от подготовки учителей для работы с ними, от наличия оборудования в школе.

Если раньше мультимедийные издания делились на электронные учебники, тренажеры, электронные задачники, то теперь появилась возможность объединения всех типов в одном мультимедийном издании.

Широко известные всем мультимедийные курсы по физике и астрономии обычно содержат три компонента: 1) теоретическую часть, полностью повто-

ряющую курс физики или астрономии; 2) практическую часть (задачи, интерактивные модели); 3) тренирующе-тестирующую часть. Мультимедийные курсы отличаются от обычных печатных пособий тем, что содержат гипертекст по всему курсу физики, при котором текстовый материал, модели, рисунки, простейшие анимации и звуки образуют с помощью перекрестных ссылок взаимосвязанную систему. Кроме этого, в данных мультимедийных курсах тренирующая часть интегрирована с базой задач, порой снабженных подробными решениями.

Именно к таким курсам относятся «1C: РЕПЕТИТОР ФИЗИКА» (компания «1C»), «Открытая физика 2.6» (компания «Физикон»), «Физика. Основная школа 7—9 классы» («Просвещение МЕДИА»), «Л.Я. Боревский. Курс физики XXI века для школьников и абитуриентов» («Медиахаус») и др. Конечно, есть и особенности, например «изюминка» в курсе Л.Я. Боревского — интерактивное пошаговое решение экзаменационных задач с альтернативным ходом решения и альтернативным набором формул.

За последние три года была разработана новая теория структуры и основных особенностей учебных мультимедийных изданий, основанная на новых технических возможностях. Такие издания должны иметь следующие компоненты:

1) ядро курса, интегрирующее все модули в одно целое;

2) иллюстрированный учебно-справочный комплекс с индивидуально встраиваемыми для каждого ученика образовательными траекториями;

3) комплекс виртуальных лабораторий и интерактивных моделей;

4) тестирующий комплекс, интегрированный с базой данных вопросов и задач;

5) поисковый комплекс;

6) систему помощи;

7) систему методической поддержки, в том числе и на соответствующем сайте;

8) сетевую и локальную версии.

Мультимедийный курс «Физика 7—11 класс» (компании «Физикон»), на наш взгляд, является именно таким изданием, в котором появились:

— виртуальные лаборатории, содержащие 250 интерактивных пошаговых анимаций, моделей из моделирующей среды «Живая Физика», виртуальной «On-line лаборатории по физике»;

— «Конспекты» — электронный иллюстрированный конспект теории с гиперссылками и моделями. В конспекте теории по физике кратко изложены основные темы. Конспект универсален как по структуре, так и по назначению. Первая часть конспекта рассчитана на основную школу, 7—9 классы. Вторая часть —- на старшую школу —-10—11 классы;

— 98 видеофрагментов.

Новым в мультимедийных курсах является включение виртуальных лабораторий. Виртуальные лаборатории имеют принципиальное отличие от обычных интерактивных моделей увеличением степеней свободы, при этом компоненты виртуальной лаборатории не связаны жестко между собой. Управление

виртуальной лабораторией осуществляется при помощи кнопок, расположенных на панели управления справа и внизу. Таким образом, виртуальная лаборатория обладает набором нескольких десятков отдельных элементов, имеющих свои правила взаимодействия с другими объектами, и осуществляет диалоги для изменения свойств элементов. Поэтому отличительной чертой виртуальной лаборатории является сложнейшая математическая модель.

Виртуальная лаборатория имеет уникальные возможности:

— самостоятельное построение моделей различной сложности;

— изменение параметров объектов, свойств и масштабов среды конструирования, которые сложно реализовать в реальном физическом эксперименте;

— сохранения построенной модели с возможностью последующего использования с повторным воспроизведением важных моментов модельного эксперимента;

— обеспечение активного восприятия учащихся. Впервые в мультимедийных курсах появились модели из компьютерной среды «Живая Физика», позволяющие изменять параметры готовых 90 моделей.

Библиотеки электронных наглядных пособий включают:

— набор мультимедиакомпонентов (анимации, видеофрагменты, интерактивные модели, фотографии, рисунки, формулы, тексты, таблицы);

— простой в использовании редактор, позволяющий учителю формировать наборы необходимых наглядных материалов;

— программу-реализатор (плеер).

Мультимедийный курс «Видеозадачник по физике» задуман как принципиально новый тип образовательных дисков по физике. Видеозадачник состоит из видеофрагментов задач по механике, термодинамике, электромагнетизму, оптике. После показа видеофрагмента и формулировки вопроса пользователь может самостоятельно начать решение задачи, а может воспользоваться подсказкой и посмотреть полное решение задачи. Все задачи сопровождаются подробными чертежами, схемами рисунками. Задачи подобраны таким образом, что по одному условию задачи, без просмотра видеофрагмента, решить ее очень трудно. К сожалению, данной программой сложно воспользоваться на уроке, так как не предусмотрено расширение видеофрагментов на весь экран, решение задач нельзя скопировать или распечатать, нельзя пользоваться несколькими экранами и другими программами одновременно, для этого надо обязательно выйти из программы. Второй диск видеозадачника, выпущенный позднее, имеет функцию развертки на половину экрана, есть возможность вызова «Секундомера», «Линейки», «Калькулятора», что делает возможным при решении задачи производить измерения. Это приближает данные задачи к компьютерным лабораторным работам.

Заслуживает внимания мультимедийный курс «Виртуальные лабораторные работы по физике в 7—9 классах». Их немного, и они не в полном объеме отражают программу лабораторных работ в основной школе, но простота построения курса позволит ученику, пропустившему урок или находящемуся на домашнем или семейном обучении, самостоятельно овладеть технологией их выполнения.

Использовании электронных изданий дает большие, уникальные возможности по подготовке учащихся к ЕГЭ.

Структура методических рекомендаций электронного издания «Подготовка к ЕГЭ по физике» компании «Физикон» содержит специально подобранные тестовые задания:

— по поверке усвоения конкретных знаний и умений по четырем видам деятельности: воспроизведение знаний, применение знаний и умений в знакомой ситуации, применение знаний и умений в измененной ситуации, применение знаний и умений в новой ситуации;

— проверке сформированное™ умений, освоение которых контролируется КИМ.

В данном курсе предусмотрено интерактивное обучение тактике выполнения тестовых заданий, обучение быстрому анализу сложности заданий. Кроме этого, возможно обучение оптимальной тактике выполнения заданий в зависимости от индивидуальных особенностей учащегося. Важной методической особенностью данного курса является автоматическая генерация комментариев учащихся в том случае, если они дают неверные ответы.

Таким образом, для творческого учителя всегда найдется тот дидактический электронный материал, который он считает важным и эффективным к использованию.

ЛИТЕРАТУРА

[1] В.И. Зинковский, М.В. Пацина, A.B. Шабелъников // О преподавании физики в 2007— 2008 учебном году. Методические рекомендации под ред. В.И. Зинковского. — М. : МИОО, 2006. С. 21—34.

[2] В.И. Зинковский, H.H. Гомулина, М.Ю. Демидова, А.Р. Зильберман // Преподавание физики в 2007—2008 году. Методические рекомендации использования информационных технологий в преподавании физики. — М. : МИОО, 2007. — С. 5—10.

USE OF INFORMATION TECHNOLOGIES IN TEACHING PHYSICS

Irina. K. Pechinnikova

Center of education № 1861 «Zagorie»

Zagoiievsky passage, 13, Moscow, Russia, 115598

The object of the article was to consider some general problems of using information technologies at lessons of physics. The author acquaints with methodical bases of remote lessons, shows advantages and lacks of some electronic educational programs on physics.