Применение компьютерных технологий в физическом практикуме школьников Текст научной статьи по специальности «Науки об образовании»

УДК 372.853

ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИИ В ФИЗИЧЕСКОМ ПРАКТИКУМЕ ШКОЛЬНИКОВ

© Э. А. Зайнуллина

Уфимский государственный авиационный технический университет, Нефтекамский филиал Россия, Республика Башкортостан, 452689 г. Нефтекамск, ул. Дзержинского, 18.

Тел.: +7 (34783) 3 42 31.

E-mail: [email protected]

Разработана методика проведения занятий физического практикума школьников с применением компьютерных технологий в сочетании с реальными лабораторными экспериментами. Сформулированы основные цели использования компьютера в физпрактикуме. Показано, что использование виртуальной модели значительно расширяет возможности школьного эксперимента и придает учебному процессу исследовательский характер.

Ключевые слова: реальный, виртуальный, мысленный эксперимент, модель, физический практикум школьников, исследовательская деятельность.

Стремительное развитие информационных технологий в современном обществе позволяет взглянуть на субъект образования с новой точки зрения.

Перед школьным образованием стоит задача воспитания грамотного, продуктивно мыслящего человека, адаптированного к новым условиям жизни в информационном обществе, владеющего системой знаний и развитыми интеллектуальными способностями, позволяющими ему самостоятельно повышать уровень образованности на протяжении всей последующей жизни [1].

К признакам, характеризующим положение в современном образовании, относится противоречие между традиционными формами обучения, с одной стороны, и внедрение компьютерных технологий в процесс получения образования - с другой. Возникшее противоречие порождает проблему определения места компьютерных технологий в образовательном пространстве, выяснение их функций в учебном процессе. Мы согласны с Р. В. Майер, что понятие информационной технологии в педагогике означает технологию обработки информации на электронных устройствах, связанную с сообщением учебного материала в текстовом, графическом, аудио- и видео- представлениях, программированием, выполнением измерений, тестированием учащихся и оценкой их знаний и умений. При этом применяются автоматизированные и экспертные обучающие системы, учебные базы знаний, тестирующие программы, электронные книги и энциклопедии, информационно-поисковые системы, мультимедийные системы, создающие эффект виртуальной реальности, образовательные телекоммуникационные сети [2]. Персональные компьютеры (ПК) входят в комплекс дидактических средств обучения.

Данной проблеме посвящены ряд диссертационных исследований (В. И. Сельдяев,

Ю. Б. Икренникова, П. П. Машков, А. Ю. Фадеев и др.) [1, 3-5], в которых рассматриваются различные пути использования компьютерных технологий при изучении курса физики в вузе. Применение же ПК в физическом практикуме школьников в известной нам литературе не рассматривается. Целью данной статьи является исследование указанного вопроса.

Физический практикум - вид работы по развитию экспериментальных умений учащихся более высокого уровня, чем фронтальные опыты и фронтальные лабораторные работы [6]. В физическом

практикуме, как правило, выполняются более сложные работы исследовательского характера. При этом они дополняют лабораторные работы, фронтальные опыты и наблюдения. Практикум является одним из важных видов учебной работы по углублению, обобщению и систематизации знаний, совершенствованию практических умений и навыков, где больше самостоятельности и творчества в работе учащихся.

Традиционная методика проведения лабораторных занятий и занятий физического практикума в школе представлена в работах С. Е. Каменецкого, А. В. Усовой, С. Я. Шамаша, П. П. Головина и др. [6-9].

Опыт проведения занятий физического практикума в старших классах общеобразовательной школы позволил нам определить круг умений и навыков, необходимый учащимся для успешных занятий исследовательской деятельностью. Список знаний, умений и навыков учащихся определен в работе А. В. Усовой [7] и дополнен нами:

- формулирование цели эксперимента, выдвижение гипотезы и постановка задачи;

- выбор оптимального физического явления для исследования и формы эксперимента;

- определение параметров эксперимента;

- выбор необходимого набора приборов для эксперимента;

- умение читать схемы, графики, диаграммы, рисунки и т. д.;

- монтаж реальной и (или) виртуальной экспериментальных установок;

- проведение реального и (или) виртуального экспериментов;

- грамотная запись результатов эксперимента в виде таблиц, графиков, диаграмм и т.д.;

- оценка погрешностей проведенных измерений;

- анализ разумности полученных результатов;

- проверка справедливости физической теории в предельных случаях, т.е. за рамками условий реального эксперимента с привлечением результатов виртуальной работы;

- формулирование выводов проведенного опыта.

Для реализации данных требований нами

предложена модель учебного занятия физического практикума, основанная на исследовательском методе с применением компьютерных средств (схема 1).

Схема

Модель проведения занятий физического практикума в старших классах общеобразовательной школы

I

этап

Подготовительная работа

Учитель:

- создание групп и минигрупп;

- составление графика;

- выбор работ для эксперимента;

- подготовка реальных установок;

- подготовка виртуальных установок.

II

этап

III

этап

IV

этап

Ученики:

1. Ознакомление с темами.

2. Изучение теории:

- параграф учебника;

- блок-схемы;

- электронные учебники;

- материалы из Интернета.

3. Изучение возможных методов решения вопросов, поставленных в данной работе.

► Получение допуска к работе

Учитель проводит: - инструктаж по ТБ; - контроль теоретических знаний; - допуск учащихся к работе Ученики выбирают форму контроля: - выполнение теста; - решение задач; - ответы на вопросы

Мысленный эксперимент

Учитель:

наблюдает;

проверяет;

помогает;

корректирует.

Ученики:

- в соответствии с темой определяют цели и задачи эксперимента;

- на основании предложенных экспериментальных установок выделяют физическое явление;

- определяют порядок проведения эксперимента на выбранной установке;

- составляют перечень измеряемых физических величин;

- подбирают необходимые формулы;

- готовят формулы определения погрешностей;

- готовят бланки таблиц измерений.

► Выполнение эксперимента

л — Учитель: - наблюдает; - помогает; - корректирует. — * Ученики: выполняют эксперимент на 1. реальной установке: - обрабатывают результаты; - определяют погрешности; 2. виртуальной установке или комбинированной установке.

V

этап

Подведение итогов

Учитель:

- итоговый контроль;

- выставление оценок.

Ученики:

- оформление работы;

- защита (если есть необходимость).

В отличие от традиционной методики проведения занятий физического практикума уже на первом этапе подготовительной работы, мы предлагаем ввести пункт: изучение возможных методов решения задачи, поставленной в данной работе и соответственно выбор экспериментальной установки. Третьим этапом мы определили мысленный эксперимент. Вслед за В. С. Меськовым [10] мы утверждаем, что всякий мысленный эксперимент может рассматриваться как специфический прием познавательной деятельности, где предварительно конструируется установка эксперимента, согласно поставленной цели, определяется порядок проведения работы.

Введение данных пунктов стимулирует учащихся к изучению более широкого круга физических явлений, которые позволяют определить требуемую физическую величину. Содержание можно раскрыть на примере эксперимента, направленного на изучение движения тела, брошенного под углом к горизонту (рис. 1-3).

Рис. 1. Реальный эксперимент моделирования движения тела, брошенного под углом к горизонту, с использованием струи воды.

Рис. 2. Реальный эксперимент моделирования движения тела, брошенного под углом к горизонту, с использованием шарика, падающего на наклонную плоскость с высоты.

\ 3

2 \

►

Х(м)

Рис. 3. Схема виртуального эксперимента по изучению движения тела, брошенного под углом к горизонту, с

использованием компьютерной моделирующей программы.

Эксперимент с использованием струи воды (рис. 1) представляет собой практически идеальную модель движения тела, брошенного под углом к горизонту, поскольку наглядно демонстрирует зависимость траектории движения в зависимости от угла и начальной скорости (напора воды). Во втором опыте (рис. 2) экспериментально измеряемым параметром являются координаты точки второго соударения тела с наклонной плоскостью, которые определяются исходной высотой падения тела и углом наклона плоскости. Достаточно сложный характер вычисления этой зависимости требует от учащихся умения составлять и решать кинематические уравнения и использовать закон сохранения механической энергии. Использование виртуальной модели (рис. 3) значительно расширяет возможности школьного эксперимента и позволяет учащимся более глубоко изучить суть физического явления. Работая на компьютере в интерактивном режиме, они могут экспериментировать, изменяя начальные параметры движения, выходящие далеко за рамки реальных условий лаборатории (окружающая среда -вода, воздух, вакуум, угол бросания, начальная скорость движения). Это позволяет учащимся глубже понять сущность изучаемого явления.

Компьютерное моделирование отражает функционирование реальных объектов и сущность явлений, позволяет наглядно и всесторонне представлять ход моделируемых процессов на экране компьютера и таким образом придает учебному процессу исследовательский характер. Идее компьютерного моделирования отвечают программы «Открытая физика» (ООО «Физикон»), «Живая физика», «УМК - Физика» (КГТУ, МГИЭМ), «Уроки физики 9-11» (Виртуальная школа Кирилла и Мефодия) и т.д.

Изучая различные варианты использования компьютера в эксперименте, мы выделили основные цели их применения в физическом практикуме:

- изучение теории (электронные учебники, материалы из сети Интернет);

- тестирование, решение задач, ответы на вопросы;

- проведение эксперимента и проверка границ применимости изучаемых теорий и законов;

- обработка данных (таблицы, вычисления, графики, диаграммы и т. д.).

Очевидным достоинством использования компьютера в работах физического практикума является возможность изучения физических явлений во всей полноте, здесь ПК выступает как непосредственный инструмент исследования.

В настоящее время школы неплохо оснащены компьютерами, но используются они в основном только на уроках информатики, а остальное время непростительно простаивают. Возможности применения компьютерных технологий в масштабах школы несравненно выше. Мы считаем, что ис-

пользование компьютера при проведении физического практикума в старших классах школы позволяет получать новые образовательные результаты: формирование и развитие у школьников навыков эксперимента с компьютерными моделями; повышение уровня освоения компьютера и интереса к предметам физики и информатики; получение, обработку и хранение информации; развитие склонности и желания к исследовательской деятельности; развитие пространственного воображения и мышления; оперативный самоконтроль знаний.

ЛИТЕРАТУРА

1. Сельдяев В. И. Развитие исследовательских умений учащихся при использовании компьютеров в процессе выполнения лабораторных работ на уроках физики: дис. ... канд. пед. наук: 13.00.02. М.: РГЕ, 2003. (Из фондов Российской государственной библиотеки).

2. Майер Р. В. Информационные технологии и физическое образование. Глазов: ГГПИ, 2006. 64 с.

3. Икренникова Ю. Б. Компьютерный лабораторный практикум по физике как средство применения компьютерных технологий

в учебном процессе: дис. ... канд. пед. наук: 13.00.08. М.: РГБ, 2003. (Из фондов Российской государственной библиотеки).

4. Машков П. П. Реализация индивидуального подхода в обучении студентов в физике в условиях информационной среды: автореф. дис. канд. пед. наук: Красноярск - 2006. (Из фондов Российской государственной библиотеки).

5. Фадеев А. Ю. Формирование исследовательского умения учащихся посредством компьютерных технологий в процессе изучения пропевтического курса физики: дис. ... канд. пед. наук: 13.00.02. Челябинск, 2005. 91 С.

6. Каменецкий С. Е. Лабораторный практикум по теории и методике обучения физике в школе: учебное пособие для студ. высш. пед. учеб. заведений. М.: Академия, 2002. 304 с.

7. Усова А. В. Проблемы теории и практики обучения в современной школе: избранное. Челябинск: изд-во ЧГПУ, 2000. 221 с.

8. Шамаш С. Я. Физический практикум в восьмилетней школе. М.: Просвещение, 1964. 123 с.

9. Головин П. П. Фронтальные лабораторные работы и прак-

тикум по электродинамике: экспериментальные задания по электродинамике. Ульяновск: Корпорация технологий

продвижения, 2005. 256 с.

10. Меськов В. С. Мысленный эксперимент и логика // Логика и методология научного познания. М.: изд-во МГУ, 1974. С.127-140.

Поступила в редакцию 15.07.2008 г. После доработки 06.06.2009 г.