CC BY
15
УДК 372.853
Lukinov V.A., teacher, St. Petersburg State Institute of Film and Television; MA student, RSPU named after A.I. Herzen (St. Petersburg, Russia),
E-mail: v.a.lukinov@list.ru
Sokolov D.A., senior lecturer, St. Petersburg State Institute of Film and Television (St. Petersburg, Russia), E-mail: denisandsokolov@gmail.com
PROSPECTS FOR THE INTRODUCTION OF INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES IN THE EDUCATIONAL PROCESS IN PHYSICS.
Today, the dominant trend around the world is the development of modern information technologies that are being introduced into all areas of human employment, including education. The introduction of information technologies in the educational process has contributed to a significant improvement in the quality of education, as well as saving the main human resource - time. The development of information technologies divides into several sections a previously unified field of knowledge -Computer Science. One of the recently emerged sections of this industry is Internet of Things technologies. The article discusses prospects for the use of information and communication technologies (ICT) in the educational process in physics. The main directions of the introduction of ICT in education are analyzed. Traditional and modernized methods of performing laboratory work are considered. Laboratory work is an integral part of the educational process. The methodological aspects of the implementation of improving the instructions for performing laboratory work on the basis of upgraded equipment transmitting data in the radio channel and the interaction of participants in the educational process with this equipment in the framework of ongoing research are considered. Modernization of the educational process becomes an integral part of the system itself, which is conditioned by the needs of society at the present stage of development, taking into account the trend towards digitalization of various sectors of the economy. Performing laboratory work allows students to consolidate their theoretical knowledge in practice, visually and easily study certain physical laws.
Key words: information and communication technologies, education, laboratory work, physics, modernization
В.А. Лукинов, преп., ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный институт кино и телевидения»,
магистрант ФГБОУ ВО «РГПУ имени А.И. Герцена», г. Санкт-Петербург, E-mail: v.a.lukinov@list.ru
Д.А. Соколов, доц., ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный институт кино и телевидения», г. Санкт-Петербург,
E-mail: denisandsokolov@gmail. com
ПЕРСПЕКТИВЫ ВНЕДРЕНИЯ
ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ПРОЦЕСС ПО ФИЗИКЕ
На сегодняшний день доминирующей тенденцией всего мира является развитие современных информационных технологий, которые внедряются во все сферы занятости человека, в том числе и в образование. Внедрение информационных технологий в образовательный процесс способствовало значительному повышению качества образования, а также экономии главного человеческого ресурса - времени. Развитие информационных технологий разделяет на несколько разделов единую ранее область знания - информатику. Одним из недавно появившихся разделов данной отрасли являются технологии Интернета вещей. В данной статье рассмотрены перспективы применения информационно-коммуникационных технологий (ИКТ) в образовательном процессе по физике. Проанализированы основные направления внедрения ИКТ в образование. Рассмотрены традиционная и модернизированная методики выполнения лабораторных работ, которые являются неотъемлемой частью образовательного процесса. Рассмотрены методические аспекты реализации совершенствования указаний по выполнению лабораторных работ на базе модернизированного оборудования, передающего данные в радиоканале, и взаимодействия участников образовательного процесса с данным оборудованием в рамках проводимых исследований. Модернизация образовательного процесса становится неотъемлемой частью самой системы, что обусловливается потребностями общества на современном этапе развития, учитывая тенденцию на цифровизацию различных отраслей экономики. Выполнение лабораторных работ позволяет обучающимся закрепить полученные теоретические знания на практике, наглядно и доступно изучить те или иные физические законы. Рассмотрены возможности модернизации учебно-лабораторного оборудования посредством внедрения современных информационных технологий.
Ключевые слова: информационно-коммуникационные технологии, образование, лабораторная работа, физика, модернизация
В настоящее время современное общество проходит очередной этап своего развития, который тесно связан с научно-техническим прогрессом. Стоит отметить, что в этой связи можно выделить несколько основных векторов. Доминирующим является вектор развития современных информационных технологий. Практически во всех сферах занятости человека, в том числе и в образовании, информационные технологии занимают ключевое место, их интеграция позволяет значительно повысить уровень производительности труда и в некоторой степени облегчить труд, сэкономить главный человеческий ресурс - время. Современный рынок образовательных технологий насыщен различными видами и типами учебного оборудования, которое предназначено для проведения как лекционных и практических занятий, так и для лабораторных работ На данном этапе развития общества уже трудно представить жизнь современного человека без инновационных устройств, которые окружают его, будь то смартфон, смарт-часы и многие другие устройства, которые человек привык использовать каждый день для выхода в сеть. Сегодня существует возможность получить нужную информацию практически в любой момент времени при помощи сервисов сети Интернет Интеграция таких сервисов значительно упрощает жизнь человеку, сокращает время, которое он тратил на поиск необходимой информации для решения различного рода задач. Развитие информационных технологий в области образования и их интеграция позволяют решать большое количество вопросов, связанных с совершенствованием содержания образования, которые соответствовали бы, в частности, требованиям общества и тенденциям развития науки и техники. Стоит отметить, что бурное развитие информационных технологий сегментирует ранее такую единую область знания, как информатика. На постоянной основе происходит выделение и становление новых направлений, которые обусловлены развитием технической составляющей и требуют более пристального научного исследования. Стоит подчеркнуть, что, по сути, информатика превращается из научной отрасли в метанаучную, в которой уже исследуются только процессы работы над информацией без учета того, посредством чего эта работа осуществляется. Одной из относительно недавно появившихся отраслей являются технологии Интернета вещей.
Цель исследования - модернизация аналогового учебно-лабораторного комплекса в рамках автоматизации процесса получения экспериментальных данных при исследовании электромагнитных явлений на основе IoT-технологий.
Задачи:
1) осуществить обзор литературы по теме исследования;
2) проанализировать литературу и оборудование на предмет использования IoT-технологий в учебном и научном исследовании;
3) разработать проект программно-аппаратного комплекса;
4) разработать программно-аппаратный комплекс;
5) провести проверку работы всех систем программно-аппаратного комплекса.
Интернет вещей (Internet of Things, IoT) - технология, на основе которой строится вся цифровая информация. IoT - тесная интеграция реального и виртуального миров, в которых осуществляется связь между различными устройствами. Технология Интернета вещей имеет возможность объединять достаточно большое количество устройств, позволяя им приобретать физические признаки, следовательно, приводить в действие и общаться между собой. На сегодняшний день IoT-технологии нашли свое применение в различных сферах занятости человечества, начиная от быта, заканчивая сложными технологическими предприятиями. Следует отметить, что IoT-технологии имеют общую концепцию, которая базируется на системе «Умный дом». Также стоит отметить, что технологии Интернета вещей применяются и в научном исследовании.
Существуют проекты, в основе которых лежат технологии Интернета вещей, что и позволяет изучать и охранять окружающий мир, заниматься исследованием нашей планеты [1; 2].
На наш взгляд интеграция Интернета вещей в образовательный процесс позволит обеспечить как дидактическую составляющую, так и способствовать формированию компетенций в различных сферах. Интеграция информационных технологий в образовательный процесс содействует улучшению качества образования в целом. Благодаря информационным технологиям образовательный процесс имеет возможность выйти на новый уровень, дать большой запас зна-
ний. Как показывает практика, полученных теоретических знаний недостаточно. В образовательных учреждениях особое внимание уделяется формированию у обучающихся практических навыков путем выполнения лабораторных работ с целью закрепления теоретического материала. Обучающиеся знакомятся с различными приборами, учатся на них работать, проводить различные опыты и исследования [3; 4].
На сегодняшний день в рамках проведенного нами обзора учебно-лабораторного оборудования, применяющего 1оТ-технологии, не выявлено. Разработанный нами программно-аппаратный комплекс позволит сигнализировать обучающемуся о неверно полученных результатах, таким образом, акцентировать его внимание на необходимости повторного определения показаний, что и позволит сформировать навык чтения аналоговых шкал, а также повысить качество считываемых результатов.
Лабораторная работа - неотъемлемая часть образовательного процесса, в рамках которой предоставляется возможность применять полученные теоретические знания на практике. Обучающиеся, выполняя лабораторные работы, усваивают весь полученный теоретический материал благодаря тому, что появляется возможность наглядно изучить тот или иной закон.
Физический эксперимент - основополагающее звено, подтверждающее или опровергающее правильность той или иной физической теории, в ходе которого у обучающихся формируются и закрепляются навыки логически осмыслять наблюдаемые процессы, обрабатывать полученные результаты, формулировать цели и выводы [5; 6].
Рассмотрим традиционную и модернизированную (рис. 1) нами методику выполнения лабораторных работ на примере лабораторной работы по изучению закона Ома.
Традиционная методика подразумевает под собой нижеследующее.
Преподаватель выдает тему лабораторной работы. По традиции цель лабораторной работы написана в методических указаниях к ней. Следовательно, обучающимся необходимо её запомнить и принять как факт.
Цель работы: установить на опыте зависимость силы тока от напряжения и сопротивления.
На следующем этапе обучающиеся знакомятся с приборами и оборудованием, входящим в лабораторную установку:
1) амперметр;
2) вольтметр;
3) реостат;
4) источник питания;
5) ключ.
Студенты знакомятся с установкой, с каждым ее элементом. Для того чтобы приступить к выполнению лабораторной работы, обучающиеся должны получить так называемый «допуск» к выполнению лабораторной работы. Допуск подразумевает под собой ответы на несколько вопросов преподавателю по тематике лабораторной работы. Ноте получениядопускаквыполнениюобучающиесяна-чинают снимать необходимые показания с вольтметра, амперметра, которые заносят в соответствующую таблицу полученных результатов. На основе полученных данных обучающиеся выполняют необходимые расчеты, а также строят график зависимости силы тока от напряжения. После выполнения всех вышеизложенных пунктов оформляется отчёт о проделанной работе, студенты приступают к защите лабораторной работы.
Стоит отметить, что выполнение лабораторной работы по традиционному методу не дает возможности проверить полученные результаты в ходе её выполнения, ото может привести к повторному выполнению работы, следовательно, затрачивается больше времени как у студентов на её выполнение, так и у преподавателя на проверку,
Модернизированный метод выполнения лабораторной работы подразумевает под собой использование программно-аппаргггной части и современных технологий. Выполнение лабораторной работы происходит на персональном компьютере в специальной программе, где студент может выполнять любую лабораторную работу в рамках конкретной дисциплины. Наш метод подразумевает интеграцию в образовательный процесс технологи и Интернета вещей путем внедрения вольтметра и амперметра в блок сбора и обработки информации, построенный на плаггформе Агс1шпо. Блок сбора и обработки информации позволяет повысить точность и оперативность
снимаемых показаний, а также способствует формированию навыка получения экспериментальных данных с оборудования, которое, в частности, визуализирует данные посредством аналоговых шкал. Блок сбора и обработки информации способен сообщать обучающемуся о неверно снятых показаниях, таким образом акцентирует внимание на необходимости повторного снятия показаний, что способствует формированию навыка чтения аналоговых шкал.
При модернизированном методе:
1) формулирование темы лабораторной работы осуществляется преподавателем;
2) цель лабораторной работы может формулироваться преподавателем, а в некоторых случаях - студентами для более точного понимания и осмысления лабораторной работы, которую им предстоит выполнить;
3) список литературы находится сразу после цели лабораторной работы. Для того чтобы студенты могли более детально изучить теоретический материал, относящийся к теме лабораторной работы, который по каким-то причинам не был выдан на лекционных занятиях;
4) описание установки и её схема находятся сразу после списка литературы. Для более детального понимания темы лабораторной работы студентам может быть предложено самостоятельно изобразить схему лабораторной установки, а также изучить её составляющие;
5) после формулирования цели, изучения теоретического материала, установки и изображенной схемы студентам предлагается пройти входное тестирование для оценки текущего контроля качества знаний. Стоит отметить, что без пройденного тестирования доступ к лабораторной работе закрыт. Как только тест будет пройден, появляется доступ к следующему этапу;
6) на следующем этапе предлагается решить задачи по тематике дисциплины;
7) далее студенты снимают необходимые показания с вольтметра, амперметра. Вносят их в электронную таблицу. Благодаря блоку сбора и обработки информации данные с вольтметра и амперметра автоматически передаются в радиоканале посредством использования Wi-Fi-модуля в эту же электронную таблицу. Стоит отметить, что проверить показания возможно только в том случае, если студенты внесли все полученные ими показания. Следовательно, после снятия показаний появляется возможность сравнить результаты, снятые обучающимися, с результатами, снятыми блоком сбора и обработки информации;
8) далее студенты выполняют расчёт случайной погрешности;
9) предпоследний этап подразумевает построение графиков зависимости и выполнение необходимых расчётов. После этого появляется возможность прове-диту своиуасчётыНлягодарябляку кбураиобрябетки итформецяи . Внесенныд результаты расчётов в электронную таблицу сравниваются с расчётами, выполненными блоком сбора и обработки информации;
10) последний этап - выполнение выходного тестирования по выполненной лабораторной работе. А также оформление электронного отчёта. Стоит отме-вить, чтдотчетефккмляетcя по xедквыуoкнe ни я лабораторной работы.
В нашем исследовании был проведен эксперимент.
Лабораторная установка по поучению закона Ома
Действия обучающихся: X.
1) Изменение положения движка реостата
2) Снятие показаний с Амперметра
3) Снятие показаний с Вольтметра
4) Фиксация результатов в таблицу
№ V Л R, Ом
5) Построение графика зависимости R от Л, V
+ дополнительно
1) Получение данных с помощью средства автоматической фиксации показаний
2) Чнесение их в электронный отчет о выполнение лабораторной работы
№ V Утя А шт *Рс< Уш
Рис. 1. Сравнение алгоритмов выполнения лабораторной работы по изучению закона Ома на основе стандартного и модернизированного учебно-лабораторного комплексов
Студенты обеих групп собрали электрическую цепь из источника тока, амперметра, реостата, проволочного резистора и ключа. Параллельно проволочному резистору студенты контрольной группы подключили универсальный вольтметр B3-57. Экспериментальная группа подключила параллельно проволочному резистору модернизированный вольтметр B3-57, который включает в себя блок сбора и обработки информации, подключённый через радиоканал посредством Wi-Fi к персональному компьютеру.
На проведение опыта № 1 «Исследование зависимости силы тока от напряжения на данном участке цепи» у контрольной группы ушло 20 минут. В то время как экспериментальная группа справилась с этим опытом за 15 минут. По итогу выполнения первого опыта выяснилось, что студенты контрольной группы допустили ошибку в снятии показаний с аналогового вольтметра. В результате пришлось исправлять ошибку и заново проводить опыт № 1. Экспериментальная группа, сняв показания, имела возможность сравнить полученные результаты с показаниями, которые были сняты блоком сбора и обработки информации и выведены в программное обеспечение на персональный компьютер. Показания, снятые экспериментальной группой и блоком сбора и обработкой информации, сходятся.
Опыт № 2 «Исследование зависимости силы тока от сопротивления участка цепи при постоянном напряжении на его концах». На проведение второго опыта у контрольной группы ушло 30 минут. У экспериментальной группы второй опыт занят 22 минуты.
После снятия показаний с лабораторных установок контрольная и экспериментальная группы приступили к необходимым расчетам. Контрольная группа выполнила расчеты за 15 минут, экспериментальная группа за 12 минут, а также успела сравнить их с расчетами, которые были выведены в специальное программное обеспечение на компьютере. Расчёты, выполненные экспериментальной группой, сходятся с расчётами, выполненные блоком сбора и обработкой информации.
По результатам выполнения лабораторной работы студенты обеих групп оформили отчёт, сделали выводы по выполненной лабораторной работе.
Анализируя отчеты выполнения лабораторной работы экспериментальной и контрольной групп, мы сделали следующие выводы:
1) показания, снятые контрольной группой, разнятся с показаниями, снятыми экспериментальной группой, и имеют большую погрешность;
2) показания обеих подгрупп экспериментальной группы сходятся и являются более точными по сравнению с показаниями контрольной группы. Расчёты выполнены верно.
В результате эксперимент можно считать состоявшимся. Полученные результаты в ходе эксперимента показали, что модернизация учебно-лабораторного оборудования посредством внедрения блока сбора и обработки информации привела к положительным результатам. Благодаря блоку сбора и обработки информации экспериментальная группа получила преимущество в том, что, выполняя лабораторную работу, есть возможность сравнить полученные результаты, которые были сняты непосредственно со шкалы аналогового прибора, с результатами, которые были получены при помощи
Библиографический список
блока сбора и обработки информации, что и дает преимущество в экономии времени выполнения лабораторных работ. А также повышается точность и оперативность снятия показаний, получаемых с прибора. Также данный блок помогает формировать навык процесса получения экспериментальных данных с лабораторного оборудования.
Благодаря внедрению блока сбора и обработки информации в универсальный вольтметр B3-57 мы получили модернизированный метод выполнения лабораторных работ по исследованию электромагнитных явлений, а также данное внедрение показало необходимость применения технологии Интернета вещей в системе образования.
Стоит отметить, что данный эксперимент показал эффективность интеграции технологий Интернета вещей как в плоскости технических наук, так и в области педагогики и методики обучения конкретной дисциплины. На наш взгляд, интеграция технологий Интернета вещей в образовательный процесс помогла обеспечить не только дидактическую составляющую, но и повысить интерактивность курса или дисциплины в целом.
Стоит отметить, что блок сбора и обработки информации в нашем случае становится новым и функциональным, неотъемлемым блоком оборудования для проведения лабораторных работ, что говорит о том, что естественным образом ограничивает число обучающихся, имеющих возможность взаимодействовать с комплектом оборудования в рамках выполнения лабораторной работы. По нашему мнению, данный факт является критичным, что позволяет говорить о необходимости интеграции беспроводных современных технологий в образовательный процесс [7; 8].
Таким образом, интеграция информационных технологий в образовательный процесс способствовала улучшению качества образования в целом. Благодаря информационным технологиям образовательный процесс имеет возможность выйти на новый уровень, дать большой запас знаний. При разработке программно-аппаратного комплекса мы использовали способ интеграции учебно-лабораторного оборудования в локальную сеть лаборатории посредством интерфейса - Wi-Fi. Используя данный способ, мы получили возможность повысить мобильность выполнения лабораторных работ, обеспечить процесс сбора информации от источника с последующей передачей и обработкой полученных результатов. В нашем учебно-лабораторном оборудовании это получилось с использованием системы Arduino, благодаря чему мы имеем возможность унификации процесса модернизации учебно-лабораторного оборудования, так как данная система имеет обширный спектр возможностей.
Таким образом, активное использование информационных технологий в образовательном процессе не только соответствует требованиям дидактики, но и позволяет осуществлять как межпредметные связи, так и метапредметные, устанавливая не только связи между разными отраслями знаний, но и формируя метаметодическое пространство. Это, в свою очередь, отражается и на качестве знаний учащихся, уровне сформированности компетенций, уровне познавательного интереса. Опыт практической деятельности показывает успешность при внедрении информационно-коммуникационных технологий в образовательный процесс.
1. Богданова И.Ф. Интернет вещей в научных исследованиях. Социология науки и технологий. 2017; Т. 8, № 1: 85-94.
2. Гачко ГА. Модульный принцип построения физического. Актуальные вопросы преподавания физики: материалы VI Международной научно-практической конференции. Пенза, 2002: 15-17.
3. Каракозов С.Д. Информатизация высшего образования в России. Мир науки, культуры, образования. 2010; № 3: 202-204.
4. Лукинов В.А. IOT-технологии в учебном и научном исследовании. Инновационные технологии в медиаобразовании: материалы международной научно-практической конференции. Санкт-Петербург: Издательство СПбГИКиТ, 2019: 109-113.
5. Саяпина Н.М. Особенности совершенствования экспериментальной подготовки студентов. Актуальные вопросы преподавания физики: материалы VI международной научно-практической конференции. Пенза, 2002: 341-346.
6. Тимофеева С.А. Применение информационно-коммуникационных технологий на уроках физики. Молодой ученый. 2019; № 45 (283): 360-362.
7. Соколов Д.А., Лукинов В.А., Аспекты визуализации эмпирического базиса научной дисциплины. Сборник материалов Международной научно-практической конференции. Екатеринбург, 2020: 346-356.
8. Гуськова Е.М. Современные информационные технологии в работе учителя физики в условиях реализации ФГОС ООО (из опыта работы по использованию цифровой лаборатории «Архимед»). Школьная педагогика. 2015; № 3 (3): 12-15.
References
1. Bogdanova I.F. Internet veschej v nauchnyh issledovaniyah. Sociologiya nauki i tehnologij. 2017; T. 8, № 1: 85-94.
2. Gachko G.A. Modul'nyj princip postroeniya fizicheskogo. Aktual'nye voprosy prepodavaniya fiziki: materialy VI Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii. Penza, 2002: 15-17.
3. Karakozov S.D. Informatizaciya vysshego obrazovaniya v Rossii. Mir nauki, kultury, obrazovaniya. 2010; № 3: 202-204.
4. Lukinov V.A. IOT-tehnologii v uchebnom i nauchnom issledovanii. Innovacionnye tehnologii v mediaobrazovanii: materialy mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii. Sankt-Peterburg: Izdatel'stvo SPbGIKiT, 2019: 109-113.
5. Sayapina N.M. Osobennosti sovershenstvovaniya 'eksperimental'noj podgotovki studentov. Aktual'nye voprosy prepodavaniya fiziki: materialy VI mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii. Penza, 2002: 341-346.
6. Timofeeva S.A. Primenenie informacionno-kommunikacionnyh tehnologij na urokah fiziki. Molodoj uchenyj. 2019; № 45 (283): 360-362.
7. Sokolov D.A., Lukinov V.A., Aspekty vizualizacii 'empiricheskogo bazisa nauchnoj discipliny. Sbornik materialov Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii. Ekaterinburg, 2020: 346-356.
8. Gus'kova E.M. Sovremennye informacionnye tehnologii v rabote uchitelya fiziki v usloviyah realizacii FGOS OOO (iz opyta raboty po ispol'zovaniyu cifrovoj laboratorii «Arhimed»). Shkol'naya pedagogika. 2015; № 3 (3): 12-15.
Статья поступила в редакцию 26.03.23
