CC BY
14I. ЦИФРОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ОРГАНИЗАЦИИ УЧЕБНОГО
ПРОЦЕССА В ШКОЛЕ И ВУЗЕ
УДК 372.853
DOI: 10.24412/2222-7520-2023-1 -5-14
Аитова Елизавета Валерьевна
аспирант кафедры физики и технологии
ФГБОУ ВО «Пермский государственный гуманитарно-педагогический
университет», г. Пермь, Россия
614990, г. Пермь, ул. Сибирская, 24, e-mail: aitova0503@mail.ru
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БИБЛИОТЕКИ ЦИФРОВОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО КОНТЕНТА ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ УМЕНИЙ ПРИ ОБУЧЕНИИ ФИЗИКЕ
В 7 КЛАССЕ
Elizaveta V. Aitova
Postgraduate Student of the Department of Physics and Technology
Federal State Budget Educational Institution of Higher Education «Perm State Humanitarian Pedagogical University» 614990, Russia, Perm, 24, Sibirskaya Str., e-mail: aitova0503@mail.ru
USING A LIBRARY OF DIGITAL EDUCATIONAL CONTENT TO BUILD EXPERIMENTAL SKILLS WHEN TEACHING PHYSICS IN 7th
GRADE
Аннотация: представлены методические рекомендации по использованию видеоматериалов библиотеки цифрового образовательного контента на уроках физики в 7 классах и их целесообразность использования при формировании экспериментальных умений обучающихся.
Ключевые слова: экспериментальные умения, физический эксперимент, специальный практикум, технологи формирования умений.
Abstract: methodological recommendations on the use of video materials in physics lessons in grades 7 and their expediency in the formation of students' experimental skills are presented.
Key words: experimental skills, physical experiment, special workshop, skills formation technologies.
© Аитова Е.В., 2023
По результатам государственной аттестации обучающихся 9-х классов по предмету физика в 2023 г., вновь выявлены проблемы в выполнении заданий, связанных с методологическими умениями. Согласно контрольно-измерительным материалам основного государственного экзамена по физике за 2023 г., к заданиям, направленным на проверку методологического умения, относятся задания под номерами 15, 16, 17. Задание 15, проверяет умение проводить прямые измерения физических величин с использованием измерительных приборов, правильно составлять схемы включения прибора в экспериментальную установку, проводить серию измерений, задание является базового уровня и процент выполнения по стране достаточно высокий - 84,5 %. Задание 16, проверяет умение анализировать отдельные этапы проведения исследования на основе его описания: делать выводы на основе описания исследования, интерпретировать результаты наблюдений и опытов, задание относится к заданиям профильного уровня, но несмотря на более высокий уровень, процент выполнения данного задания, также высок - 83,7 %. Задание 17, проверяет умение проводить косвенные измерения физических величин, исследование зависимостей между величинами, задание имеет высокий уровень сложности, средний процент выполнения - 56,3 %. Как видно из статистических данных, порядка 20 % обучающихся из тех, что справились с заданиями 15, 16, не были успешны при выполнении экспериментального задания на реальном оборудовании, что вновь заставляет задумываться над оптимизацией и пересмотром методов формирования экспериментальных навыков у обучающихся физике в основной школе.
Полученный результат по этим трем заданиям показывает, что необходимо усилить в образовательной деятельности работу с реальным оборудованием, в лабораторных работах уделить внимание отработке навыков проведения различного рода измерений физических величин, представления результатов и оформление выводов. При работе с приборами ученик должен почувствовать этот процесс измерения, научившись им пользоваться, понять и запомнить, какие физические законы были применены при вычислении искомой физической величины по полученным результатам измерений. На экзамене ученик проводит измерения, записывает результаты, делает расчеты самостоятельно, следовательно, такой же алгоритм действий должен быть и на уроках.
После внедрения обновленного федерального государственного образовательного стандарта [8] реализация системно-деятельностного подхода на занятиях предполагает изменения в методическом руководстве:
- ориентация не на процесс, а на результат деятельности;
- практическая направленность.
Проблеме формирования экспериментальных умений обучающихся на уроках физики посвящены работы многих методистов (А.А. Бобров, Л.В. Гурьева, Е.Л. Долганова, В.В. Завьялов, П.А. Знаменский, П.В. Зуев, Н.А. Константинов, Н.В. Кочергина, А.А. Кузнецов, А.П. Лешуков, А.В. Перышкин, В.Г. Разумовский, А.В. Усова и др.).
В исследованиях И.А. Игошева, Х.Я. Мулюкова, СТ. Мустафаева, З.А. Хайретдиновой, А.И. Подольского, Л.Д. Шабашова и др. рассмотрен вопрос о формировании исследовательских умений при обучении физике школьников и студентов. Учёные предлагают разнообразные приёмы, методы и средства обучения, среди которых инструменты и сервисы цифровой образовательной среды. В соответствии с ФГОС, цифровая образовательная среда образовательной организации включает в себя комплекс цифровых образовательных ресурсов и обеспечивает информационно-методическую поддержку учебного процесса, его планирование и ресурсное наполнение.
Однако многие явления в условиях школьного физического кабинета не могут быть продемонстрированы, и учащиеся испытывают трудности в их изучении, так как не в состоянии мысленно их представить. Это явления микромира, либо быстро протекающие процессы, либо опыты с приборами, отсутствующими в кабинете. В ряде школ существуют проблемы с демонстрационным оборудованием: отсутствуют современных демонстрационных приборов, те, которые сохранились, уже приходят в негодность, и большинство опытов с этими приборами не получается.
На помощь учителю приходят разнообразные цифровые образовательные ресурсы. К основным типам цифровых образовательных ресурсов для уроков физики относятся: фотографии, видеофрагменты, статические и динамические модели, объекты виртуальной и дополненной реальности, интерактивное моделирование, картографические материалы, звукозаписи, символьные объекты, текстовые документы [4].
Использованию видеофрагментов на уроках физики посвящены работы: Р.И. Малафеевой, Д.В. Разумновой, С.В. Степановой, В.Г. Разумовского, С.А. Хорошавина. В статье Р.И. Малафеевой говорится о воздействии мощного потока информации, что создает эмоциональную основу, на базе которой облегчается переход от чувственного образа к логическому мышлению, к абстрагированию, что является неотъемлемой частью обучения по формированию экспериментальных умений [5, 6, 7].
Практика использования видеодемонстраций показывает, что они могут быть хорошим дополнением к проводимому на уроке эксперименту. Ими можно дополнить натурные демонстрации. Это дает целый ряд преимуществ.
Во-первых, мелкие детали установок и небольшие размеры некоторых значимых явлений, которые плохо различимы с рабочих мест учеников, можно при необходимости показать на весь экран.
Во-вторых, на видеозаписи можно манипулировать временем, т.е. растянуть быстротекущий процесс (вспышка огнива, падение тел), или значительно сократить растянутые во времени процессы (диффузия в жидкостях).
В-третьих, на видеозаписи преподаватель может акцентировать внимание на технику выполнения эксперимента: соединение приборов, этапы выполнения работы, снятие показаний и другое. Тем самым формировать насмотренность у обучающихся экспериментальных умений, которые необходимо освоить
и применить при реальном выполнении лабораторной (экспериментальной) работы.
Стоит отметить, что видеодемонстрация является не заменой живого эксперимента, а составной частью средств наглядности и дополнением к системе учебного эксперимента. Одной из целей использования видеофрагментов на уроке физики является формирование экспериментальных умений.
Для формирования насмотренности можно использовать библиотеку цифрового образовательного контента https://urok.apkpro.ru/. Все материалы Библиотеки ЦОК прошли экспертизу содержания и соответствия требованиям информационной безопасности в ведущих экспертных организациях, таких как: ФГБНУ «ФИПИ», ФГБНУ «Институт стратегии развития образования РАО», ФГБОУ ВО «Российский государственный педагогический университет имени А.И. Герцена» и АО «Лаборатория Касперского».
Библиотека ЦОК является общедоступным и бесплатным каталогом цифрового образовательного контента. Все материалы, представленные в подсистеме, разработаны экспертами, чтобы упростить подготовку к урокам и сделать их интересными и современными. Весь контент является верифицированным, сохранены лучшие традиции отечественной очной школы.
Широкие функциональные возможности ЦОК позволяют педагогу осуществлять расширенный поиск и просмотр определённого контента, необходимого для успешного проведения учебного занятия по физике в соответствии с ФГОС и примерными образовательными программами. Использование ЦОК меняет структуру труда учителя, высвобождает время для работы с обучающимися. Необходимо отметить, что библиотека разрабатывалась на основе требований стандартов к личностным, предметным и метапредметным планируемым результатам, охватывает полный объем содержания образовательных программ для базового и углубленного уровней, отражает связь учебного занятия с перечнем умений, оцениваемых в рамках международных исследований, обеспечивает связь учебного занятия с направлениями воспитания и духовно-нравственного развития.
Цифровой образовательный контент также включает в себя и электронные образовательные материалы для педагога, которые содержат методические рекомендации для эффективного использования видеодемонстраций в образовательном процессе.
Образовательную библиотеку ЦОК можно использовать в образовательном процессе, организованном в дистанционном и очном формате. Разработчики ЦОК сделали акцент на самостоятельную работу обучающихся вне класса, вне школы, без учителя. Структура сценария цифрового асинхронного занятия отличается от структуры очного урока.
Поэтому ряд планов урока можно переориентировать на модель учитель -обучающиеся. Например, при формировании навыков работы с визуальными средствами, целесообразно предварительно не транслировать вопросы обучающимся, чтобы не приводить к пренебрежению информации, которая не требуется для формирования ответа. Ниже представлен список уроков физики 7 класса, которые целесообразно проводить с использованием видеоматериалов
библиотеки цифрового образовательного контента для формирования экспериментальных умений с акцентом на методику выполнения эксперимента.
Список тем уроков, к которым представлены видеоматериалы:
1. Урок по теме «Измерение физической величины. Лабораторная работа «Измерение объема жидкости и твердого тела».
2. Урок по теме «Исследование зависимости одной физической величины от другой. Лабораторная работа «Исследование зависимости пути равномерно движущегося тела от времени движения тела».
3. Урок по теме «Движение частиц вещества. Связь скорости движения частиц с температурой. Броуновское движение. Диффузия».
Ниже представлены методические рекомендации к урокам по физике для учащихся 7-х классов, на которых используется материалы библиотеки ЦОК.
Методические рекомендации к уроку «Измерение физической величины »
Цель урока: дать понятие о физических величинах, способах их измерения, погрешностях измерения прибора, совместно с обучающимися разработать алгоритм по определению цены деления прибора.
Планируемые результаты.
Предметные: проводить и планировать измерения, обрабатывать результаты измерения, интерпретировать полученный результат, оценивать границы погрешностей результатов измерения.
Метапредметные: выявлять и характеризовать существенные признаки объектов (явлений); устанавливать существенный признак классификации, основания для обобщения и сравнения; использовать вопросы как исследовательский инструмент познания; анализировать, систематизировать и интерпретировать информацию различных видов и форм представления.
Личностные: осознание ценности физической науки как мощного инструмента познания мира, основы развития технологий, важнейшей составляющей культуры; развитие научной любознательности, интереса к исследовательской деятельности.
Формирование экспериментальных умений: распознавать проблемы, которые можно решить при помощи физических методов (определение объема физического тела, правильной и неправильной формы); выполнение прямых измерений расстояния, объема (соотношение начала отсчета геометрической линейки с гранями физического тела); проводить опыты по наблюдению физических явлений или физических свойств тел: формулировать проверяемые предположения (объем вытесненной жидкости равен объему погруженного в эту жидкость физическое тело); записывать показания приборов с учётом заданной абсолютной погрешности измерений (работа с геометрической линейкой и мензуркой); следовать инструкции (использование инструкции к симулятору «Измерение объема жидкости и твердого тела»).
Обучающимся предлагается просмотреть видеофрагмент [2]. Далее в малых группах нужно обсудить и ответить на следующие вопросы:
1. Для чего нужна Международная система единиц?
2. Что значит «Измерить величину»?
3. Можно ли измерить длину в попугаях?
На следующем этапе перейти к формированию физических понятий: прибор, шкала, масштаб, цена деления прибора, погрешность измерения, созданию алгоритма определения цены деления.
Данный сценарий урока делает акцент на этапе формирования понятийного аппарата. Работа ведется с помощью виртуального симулятора, что позволяет более качественно начать формировать навыки экспериментальной работы: определение начала шкалы отчета, максимального и минимального диапазона измерения прибора, инструкции к приборам, погрешность измерения.
Инструкция к симулятору «Измерение объема жидкости и твердого тела»:
1. Определение объема твердого тела правильной формы, с помощью линейки.
- Изучите геометрическую линейки: определите начало отчета, диапазон измерения, цену деления, погрешность измерения.
- Выберите по очередной вкладки «Измерить длину», «Измерить высоту» снимите показания измерений с геометрической линейки, занесите получившиеся показания в область экрана «Параметры», соответственно «Длина» и «Высота». Проверьте правильность записи единиц измерения.
- Нажмите клавишу «Повернуть», открывается доступ к прямому измерению ширины бруска, нажмите «Измерить ширину», занесите получившийся результат в область «Параметры». Проверьте правильность записи единиц измерения.
2. Определение объема твердого тела неправильной формы, с помощью жидкости и мензурки.
- Убедитесь, что активна клавиша «Вынуть статуэтку из воды». Далее перейдите в область «Параметры», определите «Погрешность измерения мензурки», «Объем воды» запишите.
- Нажмите клавишу «Погрузить статуэтку в воду», снимите показания с мензурки, запишите в области «Параметры» полученный результат.
- Исходя из полученных результатов, определите объем статуэтки (твердого тела неправильной формы).
Переход к работе с виртуальным симулятором в соответствии с инструкцией.
Методические рекомендации к уроку «Исследование зависимости пути равномерно движущегося тела от времени движения тела»
Цель урока: исследовать зависимость пути от времени при прямолинейном равномерном движении, овладеть методикой определения скорости при равномерном прямолинейном движении.
Планируемые результаты.
Предметные: использовать понятия: физические явления, наблюдение, эксперимент, модель, гипотеза, единицы физических величин, механическое движение (равномерное, неравномерное, прямолинейное), траектория; различать явления; распознавать проявление изученных физических явлений
в окружающем мире, в том числе физические явления в природе; описывать изученные свойства тел и физические явления, используя физические величины; объяснять физические явления, процессы и свойства тел, в том числе и в контексте ситуаций практико-ориентированного характера: выявлять причинно-следственные связи, строить объяснение из 1-2 логических шагов с опорой на 1-2 изученных свойства физических явлений, физических закона или закономерности.
Метапредметные: выявлять закономерности и противоречия в рассматриваемых фактах, данных и наблюдениях, относящихся к физическим явлениям; выявлять причинно-следственные связи при изучении физических явлений и процессов, делать выводы с использованием дедуктивных и индуктивных умозаключений, выдвигать гипотезы о взаимосвязях физических величин; самостоятельно формулировать обобщения и выводы по результатам проведённого наблюдения, опыта, исследования.
Личностные: восприятие эстетических качеств физической науки: её гармоничного построения, строгости, точности, лаконичности; осознание ценности физической науки как мощного инструмента познания мира, основы развития технологий, важнейшей составляющей культуры; развитие научной любознательности, интереса к исследовательской деятельности.
Формирование экспериментальных умений: распознавать проблемы, которые можно решить при помощи физических методов (определение средней скорости при прямолинейном движении); выполнение косвенных измерений скорости движения (вычисление средней скорости движения, используя данные пути и времени); проводить опыты по наблюдению физических явлений или физических свойств тел: формулировать проверяемые предположения (тело проходит одинаковые расстояния за одинаковые промежутки времен); следовать инструкции (использование инструкции к симулятору «Исследование зависимости пути равномерно движущегося тела от времени движения тела»).
Обучающимся в малых группах предлагается ответить на вопрос, воспользовавшись галереей изображений на тему урока [3].
На следующем этапе урока перейти к актуализации понятий: механическое движение, траектория, равномерное, неравномерное движения.
Предлагается поменять местами блоки урока библиотеки ЦОК. Делается это для того, чтобы подойти к выполнению лабораторной работы с точки зрения подтверждения понятия равномерное движение, которое было озвучено обучающимися в начале урока.
Далее выполняется интерактивное исследование с использованием виртуальной лаборатории - симулятора.
Инструкция к симулятору:
1. Изучите лабораторное оборудование, представленное в области «Визуализация».
2. Введите значение параметра «Х» - пути пройденного шариком, в область «Параметры».
3. Нажмите «Старт».
4. Рассчитайте значение скорости по формуле, представленной в области «Формулы», запишите значение величины в область «Результаты».
5. Повторите пункты 2-4 для второго и третьего эксперимента.
6. Нажмите кнопку «Проверить» в области «Результаты», если значения физической величины будут выделены красным цветом - ошибка, проанализируйте и ответьте на вопрос: «Почему произошла ошибка?»
7. Постройте график зависимости пути от времени, с помощью получившихся значений пути и времени в вашем исследовании.
8. Проверьте ваш график с графиком виртуального симулятора, нажав кнопку «График» в области «Результаты».
Урок с использованием виртуального симулятора позволяет акцентировать внимание обучающихся на определенных моментах при выполнении лабораторного исследования, например, постоянство начальных условий для установки - не меняется угол наклона желоба, высота старта шарика. Визуализация связи параметров, чью связь необходимо определить и описать физическим законом - уравнением движения (путь, время). Также на симуляторе качественно можно обсудить погрешность косвенных измерений и «коридор» равенства физических величин (1,9 и 2,0 м^ - считаем равными значениями, если погрешность измерений составляет ±0,1 м/с).
После завершения работы с виртуальным симулятором предложите ребятам самостоятельно составить график зависимости исследуемых величин, в малых группах сделать вывод. Далее сравнить свой результат с графиком, представленным в виртуальной лаборатории.
Методические рекомендации к уроку «Движение частиц вещества. Связь
скорости движения частиц с температурой. Броуновское движение.
Диффузия»
Цель урока: углубить знания обучающихся о молекулярном строении вещества, ввести понятия явлений - «броуновское движение», «диффузия», объяснить явления на основе положений молекулярно-кинетической теории.
Планируемые результаты.
Предметные: использовать понятия: физические явления, наблюдение, эксперимент, модель, гипотеза, атом, молекула, агрегатные состояния вещества (твёрдое, жидкое, газообразное); различать явления (диффузия, тепловое движение частиц вещества) по описанию их характерных свойств и на основе опытов, демонстрирующих данное физическое явление; распознавать проявление изученных физических явлений в окружающем мире при этом переводить практическую задачу в учебную, выделять существенные свойства (признаки) физических явлений; объяснять физические явления, процессы и свойства тел, в том числе и в контексте ситуаций практико-ориентированного характера: выявлять причинно-следственные связи, строить объяснение из 1-2 логических шагов с опорой на 1-2 изученных свойства физических явлений, физических закона или закономерности.
Метапредметные: выявлять и характеризовать существенные признаки явлений; устанавливать существенный признак классификации, основания для
обобщения и сравнения; выявлять причинно-следственные связи при изучении физических явлений; делать выводы с использованием дедуктивных и индуктивных умозаключений, выдвигать гипотезы о взаимосвязях физических величин; анализировать, систематизировать и интерпретировать информацию различных видов и форм представления; в ходе обсуждения учебного материала, задавать вопросы по существу обсуждаемой темы и высказывать идеи, нацеленные на решение задачи и поддержание благожелательности общения.
Личностные: осознание ценности физической науки как мощного инструмента познания мира, основы развития технологий, важнейшей составляющей культуры; активное участие в решении практических задач технической направленности, требующих физических знаний.
Формирование экспериментальных умений: проводить опыты по наблюдению физических явлений (осознание опыта Роберта Броуна по наблюдению движения спор растений в капле жидкости); формулировать проверяемые в опыте предположения (при описании примера диффузии: формулировка гипотезы о поведении молекул медного купороса в воде); формулировать выводы по полученным результатам опыта (явление диффузии молекул медного купороса в воде происходит быстрее во втором случае, где температура воды была выше, более высокая температура давала более высокую скорость движения молекул воды, которую в свою очередь быстрее переносили молекулы медного купороса в объем жидкости).
Обучающимся фронтально предлагается ознакомиться с видео «Броуновское движение» [1]. После просмотра видеофрагмента учащиеся составляют три вопроса, касаемых явления, демонстрированного на экране. Далее обучающиеся зачитывают самостоятельно составленные вопросы, данные вопросы обсуждаются в малых группах и предоставляется ответ (очень важно на этом этапе акцентировать внимание на составленные обучающимися вопросы, ответы на данные вопросы должны формировать следующие тезисы: беспрерывное движение микроскопических частиц твердого тела; хаотичное тепловое движение молекул жидкости или газа; Роберт Броун, XIX в., наблюдение явление с помощью микроскопа).
На этапе формирования понятия «диффузия» с использованием видео [1], после появления вопроса «Почему мы чувствуем запахи?», рекомендуется сделать паузу и предложить обучающимся самостоятельно ответить на данный вопрос, после выдвижения гипотез и формирования единой гипотезы от обучающихся, продолжить демонстрацию видеофрагмента, обсуждение правильного ответа (на данном этапе отлично отрабатывается умение -формулировать проверяемые в опыте предположения). На последующих вопросах воспользоваться моделью, описанной выше: демонстрация вопроса с видео ^ пауза ^ самостоятельное выдвижение гипотезы обучающимися ^ фронтальное обсуждение ^ получение общего ответа ^ демонстрация правильного ответа в видеофрагменте ^ обсуждение.
Необходимо отметить, что применение медиаресурсов (образовательные видео, виртуальные симуляторы, интерактивные модели, анимации, мультимедийные ресурсы и др.) способствует более быстрому и эффективному процессу усвоения знаний и формирования экспериментальных умений у обучающихся. При этом учет психологических особенностей обучающихся необходим при отборе любого материала, не только мультимедийного.
Упражнения, соответствующие возрасту и интеллектуальным возможностям обучающихся, создадут комфортные условия обучения и будут способствовать развитию познавательной активности и мышления. Цифровые ресурсы в данном случае будут выступать лишь хорошим дидактическим средством, помогающим достичь желаемого результата максимально быстро и эффективно.
Список литературы
1. Видеофрагмент на портале Библиотека ЦОК: «Движение частиц вещества. Связь скорости движения частиц с температурой. Броуновское движение. Диффузия» [Электронный ресурс]. - URL: https://lesson.edu.ru/lesson/d0c40ece-cce7-478b-bc74-55951 cb314fe?backUrl=%2F03%2F07
2. Видеофрагмент на портале Библиотека ЦОК: «Измерение физической величины. Лабораторная работа «Измерение объема жидкости и твердого тела» [Электронный ресурс]. - URL: https://lesson.edu.ru/lesson/026dfb50-534c-4a68-ae94-ae0d6687485d?backUrl=%2F03%2F07
3. Видеофрагмент на портале Библиотека ЦОК: «Исследование зависимости одной физической величины от другой. Лабораторная работа «Исследование зависимости пути равномерно движущегося тела от времени движения тела» [Электронный ресурс]. - URL: https://lesson.edu.ru/lesson/6d887e18-e213-49f0-a396-55e14eeb4e55?backUrl=%2F03%2F07
4. Гущина О.М., Михеева О.П. Электронные образовательные ресурсы в создании информационного пространства образовательной организации // Информатика и образование. - 2016. - № 2. - С. 42-50.
5. Малафеев Р.И. Активизация познавательной деятельности учащихся при демонстрации опытов // Физика в школе. - 2003. - № 7.
6. Разумный Д.В., Степанов С.В. Принципы создания видеозаписей демонстрационных опытов по физике // Преподавание физики в высшей школе. - 2003. - № 26.
7. Современный урок физики в средней школе / под ред. В.Г. Разумовского. - М. : Просвещение, 1983.
8. Федеральный государственный образовательный стандарт основного общего образования [Электронный ресурс] : утв. приказом Министерства просвещения Российской Федерации от 31 мая 2022 № 287. - URL: https://edsoo.ru/Normativnie dokumenti.htm
