CC BY
66
УДК 378 ББК 74.480.26
Оспенников Андрей Анатольевич
соискатель Пермь
Ospennikov Andrey Anatolievitch
Applicant for a Degree Perm
Обучение будущих учителей физики использованию средств ИКТ в организации учебных занятий по решению физических задач Training of To-be Teachers of Physics in Using Information Technologies for
Task Solving at the Lessons of Physics
В статье рассматривается одно из новых направлений профессиональной подготовки будущего учителя физики: методика проведения учебных занятий по решению физических задач в условиях применения информационных компьютерных технологий (ИКТ) обучения. Обсуждается влияние средств ИКТ на развитие системы методов решения задач, которыми должны овладеть учащиеся средней школы, и совершенствование средств и способов обучения школьников этой деятельности.
The article deals with new ways of task solving during the lessons of Physics by means of Information Technology. Conducting lessons in a classroom equipped by up-to-date computers is discussed. Different ways of using digital educational resources are also described.
Ключевые слова: учитель физики, ИТ - компетентность учителя, методика обучения решению задач, цифровые ресурсы и инструменты для решения задач.
Keywords: teacher of Physics, IT-competence of a teacher, methods of training in task solving, digital resources and instruments for task solving.
Проблема инновационного преобразования системы средств и методов обучения в условиях ИКТ-насыщенной среды относится в настоящее время к одной из самых актуальных в методике преподавания физики. Результатом ее
исследования является определение дидактического потенциала виртуальной образовательной среды и эффективных способов его реализации в обучении. Указанная проблема разрабатывается в нескольких направлениях. В данном исследовании обозначено новое для методической науки направление ее разработки: методика подготовки будущих учителей физики к обучению учащихся средней школы решению физических задач в условиях использования компьютерных технологий организации учебной деятельности. Теоретическая значимость и новизна исследования заключаются в определении состава специальных профессиональных компетенций учителя физики, выявлении методов и средств их формирования в период обучения в педагогическом вузе. В исследовании обозначены новые элементы содержания обучения студентов, которые могут составить основу для формирования ГОС третьего поколения для высшей педагогической школы.
В составе дисциплины «Теория и методика обучения физике» выделен учебный модуль «Использование ЦОР в обучении учащихся решению физических задач», к которому разработан комплект учебно-методических материалов.
Методы познания, в том числе и методы решения физических задач, находятся в постоянном развитии. В условиях внедрения в практику научных исследований компьютерных технологий организации научной деятельности технологический «инструментарий» познания существенно обновился. В настоящее время для объяснения и предсказания явлений природы (включая получение как качественных, так и количественных результатов) весьма эффективно используются стандартные и специальные компьютерные программы (Microsoft Excel, Mathcad, Maple, Grapher, MatLab, Mathematica и др.). Направления использования программного обеспечения (ПО) в решении задач разнообразны. Это: 1) выполнение расчетов и исследование результатов решения; 2) построения моделей физических объектов и изучение особенностей их поведения; 3) применение телеметрических методов анализа физических ситуаций; 4) использование экспертных компьютерных систем. Все это не Вестник ЧГПУ 7'2008 110
может не найти отражения в содержании школьного обучения. Наряду с классическими методами решения задач учащиеся средней школы должны осваивать новые методы и технологические приемы этой деятельности. Необходимо продемонстрировать школьникам эффективность названных выше способов решения, познакомить с содержанием данных способов и обучить простейшим правилам и приемам применения.
Новые информационные технологии видоизменяют не только методы решения задач, но и оказывают влияние на развитие системы средств обучения школьников этой деятельности. На образовательном рынке России появились разнообразные цифровые учебные материалы, ориентированные на формирование и отработку у учащихся умений и навыков решения физических задач. Новые средства обучения обладают по отношению к традиционным более высоким уровнем эффективности. Это обусловлено специфическими свойствами виртуальной среды, такими как: мультимедийность, моделинг, интерактивность, коммуникативность, интеллектуальность,
производительность. Указанные свойства позволяют: 1) повысить уровень наглядности и выразительности в демонстрации учащимся образцов выполнения основных действий по решению задач (постановка задачи, ее анализ, поиск решения, исследование и проверка результата); увеличить число и разнообразие конкретных примеров выполнения данных действий; 2) продемонстрировать образцы применения новых технологий в выполнении ряда действий, входящих в состав решения задачи (расчеты, построение графиков, исследование результата решения с помощью компьютерных моделей и др.) и наглядно показать эффективность применения этих технологий; 3) обеспечить необходимый уровень отработки действий и операций в решении задач благодаря использованию цифровых тренажеров и симуляторов; 4) создать необходимую для каждого учащегося содержательную базу для самостоятельной работы за счет формирования практически неограниченного банка задач различных видов и разного уровня сложности; 5) обеспечить высокий уровень интерактивности учебной среды в организации
самостоятельной работы учащихся по решению задач; 6) существенно повысить познавательную активность школьников за счет использования инновационных технологий организации их учебной работы и реализации деятельностного подхода к обучению в новой информационной среде; 7) создать необходимые условия для дифференциации обучения и обеспечить в итоге индивидуальную траекторию познавательной деятельности для каждого учащегося; 8) оптимизировать самостоятельную работу учащихся по решению физических задач (в том числе в домашних условиях) за счет использования дистанционных форм поддержки учебного процесса; 9) обеспечить систематический контроль обучения (текущий, итоговый), оперативность обработки и наглядность представления результатов контроля учителю и учащимся.
Электронные ресурсы по физике (на СБ и в Интернет), включающие банки задач, цифровые иллюстрации к их решению, интерактивные тренажеры и тесты, в настоящее время уже изобилуют на образовательном рынке. Можно выделить несколько типов таких учебных ресурсов, а именно: задачи для абитуриентов; электронные решебники; справочные материалы; задачи, подготовленные учащимися; простейшие инструментальные программы для решения зада; дистанционные школы (курсы) по решению задач; тесты; олимпиады; интеллектуальные клубы. Кроме того, имеются сайты для учителей по методике обучения решению задач.
Анализ содержания электронных учебных изданий и сетевых ресурсов по физике показал, что в них представлен весьма широкий спектр цифровых объектов, которые могут эффективно применяться при формировании у учащихся умения решать физические задачи. К таким объектам относятся: тексты задач и образцы их решения; графики функций; фотографии; рисунки; формулы; систематизирующие таблицы; таблицы физических величин; аудиоинформация (как сопровождение к видео, модели, рисунку); видеоресурсы (демонстрации натурных опытов, фрагменты документальных, художественных и мультипликационных фильмов); анимации; компьютерные
модели (разных уровней интерактивности); конструкторы; тренажеры; тесты; дидактические игры. Названные объекты могут успешно применяться для представления в виртуальной среде физических задач различных видов и отработки у учащихся умений и навыков их решения [1]. Следует отметить полифункциональные свойства этих объектов. Один и тот же объект может быть использован: 1) на различных этапах учебного занятия по решению задач; 2) на разных этапах решения конкретной физической задачи: 3) для отработки у учащихся одного или некоторой совокупности учебных действий и операций, входящих в состав деятельности по решению задач.
Виды задач по физике разнообразны. Тем не менее, при изучении физики в большей степени учащиеся упражняются в решении количественных задач на объяснение и предсказание явлений природы на основе изученных закономерностей. Можно указать общую логику познавательной деятельности при решении задач такого рода (обобщенное алгоритмическое предписание).
Обобщенный план решения физических задач (на объяснение и предсказания явлений природы)
1. Сформулировать (прочитать) задачу.
2. Выполнить анализ условия задачи.
3. Кратко записать условие задачи.
4. Определить физические законы, с помощью которых можно объяснить (предсказать) описанное в задаче явление, значение величин, его характеризующих.
5. Доказать, что данное явление или искомое значение характеризующей его величины выступает следствием указанного закона (законов): а) записать математическое выражение законов; б) выполнить анализ математических выражений, т. е. установить, все ли физические величины, входящие в уравнения, представлены в условии задачи (если система уравнение оказывается неполной, ввести дополнительные уравнения); в) решить систему уравнений в общем виде и получить математическое выражение для искомой величины; г) провести вычисление в удобной метрической системе (или в СИ).
6. Проверить решение задачи одним из способов.
113 Вестник ЧГПУ72008
Применительно к отдельным учебным темам данный обобщенный план может быть частично конкретизирован. В этом случае мы получим план действий более низкого уровня обобщения (или частное алгоритмическое предписание). Предъявление учащимся обобщенных ориентиров деятельности - путь повышения ее результативности. Освоив общий метод на ограниченном числе случаев его применения, школьники более успешно справляются с решением проблем в сходных ситуациях, преуспевают и в решении нестандартных задач [2, 3].
Приведенный выше обобщенный план деятельности не только отражает последовательность действий учащегося при решении задач на объяснение и предсказание явлений природы, но и дает нам представление о совокупности основных умений, которыми должны овладеть учащиеся в решении задач этого вида. В методической науке исследуются способы и приемы формирования данных умений. С появлением новых средств обучения (средств ИКТ) область методического поиска существенно расширилась. Рассмотрим возможности новых информационных технологий в формировании умений учащихся в решении физических задач. Покажем эти возможности применительно к каждому учебному действию.
Формулировка задачи:
• предъявление учителем условия задачи с использованием цифровых иллюстраций (виртуальной модели, видеофрагмента, анимации, фотографии, рисунка и т.д.);
• постановка и формулировка учащимися новой задачи на основе цифровых иллюстраций;
• постановка и формулировка учащимися новой задачи на основе моделирования физического явления с помощью стандартных и специальных инструментальных программ или учебных моделирующих сред.
Анализ условия задачи
• предъявление учителем образца анализа условия задачи с использованием соответствующих содержанию действия объектов ЦОР;
• анализ задачи учащимися на основе работы с электронными учебными конструкторами (например, построение схемы электрической цепи, конструирование оптических систем и построение хода лучей в данных системах, изображение векторов сил, действующих на тела и т.п.);
• работа учащихся с электронными тренажерами с целью отработки отдельных операций анализа задачных ситуаций (для типичных случаев);
• анализ задачи учащимся на основе использования функциональных возможностей интерактивной доски (наложение графики и символьной записи на изображение задачной ситуации, манипуляция графическими объектами задачной ситуации).
Запись условия задачи
• использование учителем цифровых «решебников» для демонстрации образцов краткой записи условия задачи;
• подбор и применение учителем готовых рисунков и других объектов ЦОР (графики, схемы, виртуальные модели и др.) для визуального отображения задачной ситуации;
• применение (учителем, учащимися) инструментов MS Paint, MS PowerPoint и пр. для графического отображения задачной ситуации;
• использование (учителем, учащимися) учебных моделирующих сред для графического отображения задачной ситуации (предварительно создается коллекция «стандартных» объектов);
• реализации (учителем, учащимися) графического потенциала интерактивной доски для краткой записи условия задачи.
Поиск решения
• демонстрация учителем образца решения задачи на основе использования фрагментов ЦОР и инструментов учебной деятельности;
• решение задачи учащимися на основе обучающих сценариев ЦОР;
• решение задачи учащимися, включая этап моделирования физических ситуаций в виртуальных учебных средах и (или) исследования поведения созданных моделей;
• поиск учащимися через поисковые системы ЦОР на CD и в Интернет фактической информации (определений понятий, формулировок физических законов, математических формул, данных статистических таблиц и пр.), необходимой для решения задач;
• использование учащимися экспертных компьютерных систем для поиска решения задачи;
• использование учащимся инструментальных программ Excel, Maple, Mathcad и др. для выполнения отдельных операций по поиску решения задач (например, решение системы уравнений, перевод единиц измерения в другую метрическую систему, выполнение расчетов и пр.).
Проверка решения
• анализ образца решения задачи, представленного в ЦОР;
• обращение к экспертной компьютерной системе;
• просмотр видеофрагмента натурного опыта, документального или художественного фильма, иллюстрирующего реальный физический эффект, который необходимо было предсказать при решении задачи;
• выполнение модельного компьютерного эксперимента, который демонстрирует ожидаемый по результату решения задачи эффект;
• использование программ MS Excel Maple, Mathcad и др. для проверки точности расчетов, для моделирования решения обратной задачи и (или) частных случаев решения (проверка реальности следствия).
Как видно из приведенных примеров новые информационные технологии позволяют поднять процесс обучения учащихся решению физических задач на принципиально иной качественный уровень. В сложившихся условиях должны быть определены новые ориентиры подготовки будущих учителей физики. Является необходимым формирование у студентов педагогических вузов специальной профессиональной компетентности, характеризующей их готовность к обучению школьников современным ИКТ-методам решения физических задач и эффективному применению наряду с традиционными средствами обучения новых информационных средств и технологий
формирования у учащихся учебных умений и навыков. Важным является овладение будущими учителями и новых организационных форм построения учебного процесса.
Конечная цель подготовки специалистов нового поколения - обеспечение устойчивых изменений в профессиональной деятельности педагогов, выраженных в систематическом и эффективном использовании средств ИКТ в обучающей практике.
Библиографический список
1. Оспенникова, Е.В. Обновление системы учебных объектов среды обучения в условиях информатизации образования и проблема организации познавательной деятельности школьников в новой информационной среде [Текст] / Е.В. Оспенникова, А.В. Худякова // Вестник ПГПУ. Серия «ИКТ в образовании». - 2005. - Вып. 1. - С. 50 - 67.
2. Талызина Н.Ф. Педагогическая психология: Учеб. пособие для студ. сред. пед. учеб. заведений [Текст] / Н.Ф. Талызина. - М.: Издательский центр "Академия", 1998. - 288 с.
3. Усова А.В. Проблемы теории и практики обучения в современной школе: Избранное [Текст] / А.В. Усова. - Челябинск: Изд-во ЧГПУ, 2000.- 221 с.
Bibliography
1. Ospennikova E.V. Renewing the System of Teaching-Learning Environment Objects in Context of IT Educational Reform and the Problem of Pupils Cognitive Activity Managing in New Informational Environment. [Text] / E.V. Ospennikova, A.V. Khudyakova //Bulletin of PGPU. "IT in Education" Series. - 2005 - Vol. 1. - P. 50-67.
2. Talyzina N.F. Pedagogical Psychology: Textbook for Students of Teacher-Training Colleges [Text] / N.F. Talizina. - Moscow: "Academy" Publishing Center, 1998. -288 p.
3. Usova A.V. Education Theory and Practice of Education in Contemporary Schools. [Text] / A.V. Usova. - Chelyabinsk: ChSPU Publishing House, 2000. -221p.
