CC BY
133ЭЛЕКТРОННЫЕ УЧЕБНЫЕ РЕСУРСЫ И МЕТОДИКА ИХ ПРИМЕНЕНИЯ В ОБУЧЕНИИ
УДК 53 (072.3)
И.М. Зенцова, Е.В. Оспенникова
ПРИМЕНЕНИЕ СРЕДСТВ ИКТ
В ОРГАНИЗАЦИИ ДОМАШНЕГО ФИЗИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
Рассматривается модель виртуальной образовательной среды как средства сопровождения самостоятельной работы учащихся по проведению физических опытов в домашних условиях. На основе предложенной модели разработан цифровой образовательный ресурс «Домашний физический эксперимент. 7-9 классы». Раскрывается назначение и содержание основных модулей данного ресурса: экспериментальные задания для домашней работы, дидактическая поддержка познавательной деятельности учащихся, справочно-методологический модуль, источники информации, инструменты учебной работы, сервисы Интернета, портфолио учащегося и рекомендации по выбору профиля обучения, вариативные практики организации учебного процесса, методические рекомендации учителю. Обсуждаются возможности применения данного ресурса с целью формирования готовности учащихся к выбору профильного уровня обучения физике в старшей школе.
Ключевые слова: обучение физике, домашний физический эксперимент, виртуальная образовательная среда, готовность к выбору профильного уровня обучения физике.
Одной из задач работы педагогического коллектива средней школы является подготовка выпускников, свободно ориентирующихся в мире профессий и понимающих важность осознанного выбора направления дальнейшего образования, необходимого для успешной профессиональной деятельности. Эта задача определена в качестве значимой в «Федеральной целевой программе развития образования на 2016-2020 годы», а деятельность учителя-предметника средней общеобразовательной школы, связанная с ее решением, обозначена как необходимая в профессиональном стандарте педагога [17].
Эффективным средством профессиональной ориентации и предпрофессиональной подготовки учащихся средней школы является организация их профильного обучения основам наук в старших классах. Согласно федеральному государственному образовательному стандарту общего среднего образования учащимся 10-11 классов с этой целью предоставляется для освоения широкий набор профильных дисциплин и элективных курсов. В основной школе (5-9 классы) в целях пропедевтики сознательного выбора учащимися будущего профиля обучения осуществляется их предпрофильная подготовка. Одним из средств такой подготовки являются курсы по выбору различной тематики [25].
© Зенцова И.М., Оспенникова Е.В., 2016
К показателям, свидетельствующим о достижении целей предпрофильной подготовки учащихся основной школы, могут быть отнесены их готовность к продолжению обучения в старших классах по избранным предметам на профильном уровне и, далее, осознанный выбор после окончания школы соответствующего содержанию данного профиля направления профессионального образования.
Выбор профильной направленности обучения осуществляется школьниками на основе их личностной профессиональной ориентации. На этот выбор существенное влияние оказывают сложившийся в социуме рейтинг престижности различных профессий и реализуемая в стране кадровая политика.
В настоящее время серьезное внимание на государственном уровне уделяется развитию физико-математического и инженерно-технического образования молодежи. Тем не менее, в течение последних двух десятилетий наблюдается устойчивый спад интереса выпускников средней школы к этим областям профессиональной подготовки. Механизм запуска этого негативного процесса «срабатывает» еще в основной школе и проявляется в невысокой заинтересованности учащихся 7-9 классов в изучении предметов естественнонаучного цикла, в том числе физики. Другой причиной является пока еще явно недостаточная работа педагогических коллективов школы в направлении предпрофильной подготовки учащихся и их последующей профессиональной ориентации. Нельзя не отметить, что на данное положение дел оказывает влияние и уровень разработанности в педагогической науке методов и средств поддержки профессионального самоопределения учащихся, в частности, способов реализации возможностей предметов естественнонаучного цикла в формировании готовности выпускников основной школы к выбору профильного уровня изучения этих предметов в старших классах.
Готовность учащегося к выбору профиля обучения (как разновидность готовности к деятельности) определяется как сложное личностное образование (интегративное качество личности, по И.А. Зимней [4]), обусловленное приобретенным опытом учебно-познавательной деятельности и включающее его мотивационные, познавательные, волевые и эмоциональные компоненты. Данный вид готовности проявляется:
• в осознании личностного смысла получения образования на профильном уровне,
• ориентировке в содержании обучения в рамках избираемого профиля,
• адекватной оценке достаточности собственного учебно-познавательного опыта и личностного потенциала для достижения целей образования по данному профилю,
• принятии ответственности за результат выбора.
Рассмотрим в рамках настоящей статьи возможности школьной образовательной среды в формировании у учащихся 7-9 классов готовности к выбору профильного уровня обучения физике при их переходе в старшую школу.
Как показывают результаты педагогической диагностики, основу готовности девятиклассников к выбору профильного уровня обучения физике в старших классах составляют сложившийся у них интерес к ее изучению и успешность освоения данной области знания. В связи с этим важная роль в решении задачи профессионального самоопределения учащихся основной школы отводится специально организованному профильно-ориентированному обучению, обеспечивающему становление у них познавательного интереса к изучению предмета и достаточный для продолжения обучения уровень качества их предметной подготовки. Обучение такой
направленности должно обеспечивать необходимую информированность учащихся о содержании физико-математического образования, требованиях к его необходимому уровню по основному и смежным предметам на каждом этапе обучения, а также возможных направлениях продолжения образования после окончания средней школы. У выпускников основной школы должно быть сформировано представление о профессиях, связанных с получением образования физико-математического профиля.
Одним из значимых факторов развития у учащихся основной школы интереса к физике и занятиям физико-техническим творчеством является физический эксперимент. Решению проблемы совершенствования методики и техники постановки физического эксперимента в средней школе в педагогических исследованиях уделяется достаточное внимание. Это работы Л.И. Анциферова, А.А. Боброва, В.А. Бурова, Ю.И. Дик, Л.А. Ивановой, О.Ф. Кабардина, С.Е. Каменецкого, В.В. Майера, А.А. Марголиса, В.А. Орлова, Е.В. Оспенниковой, Е.Н. Пар-фентьевой, И.М. Пищикова, А.А. Покровского, Н.С. Пурышевой, В.Г. Разумовского, В.Я. Си-ненко, С.В. Степанова, А.В. Усовой, С.А. Хорошавина, Т.Н. Шамало и др. За последние несколько десятилетий значительное развитие получили теория и практика организации всех форм школьного физического эксперимента: демонстрационного эксперимента, фронтальных опытов и лабораторных работ, экспериментальных работ практикума.
Особое место в системе экспериментальной подготовки учащихся по физике занимает домашний эксперимент. Проблема поиска эффективных способов организации проведения учащимися физических опытов в домашних условиях не нова. Ее решением на разных этапах развития системы образования занимались такие отечественные исследователи, как М.Ю. Адамов, Н.С. Белый, Т.Д. Бердалиева, Е.А. Веденеева, З.А. Вологодская, В.А. Данюшенков, П.В. Зуев, М.Г. Ковтунович, О.В. Коршунова, С.Ф. Покровский, Е.Н. Соколова, А.В.Усова, А.Ф. Шибаев,
B.Ф. Шилов, С.И. Юров и др. По результатам проведенных исследований были разработаны учебные пособия по домашнему эксперименту для учащихся средних школ и соответствующие методические материалы для учителей физики. К наиболее известным относятся работы
C.И. Юрова «Домашние экспериментальные работы учащихся по физике» (1954 г.) [27], С.Ф. Покровского «Опыты и наблюдения в домашних заданиях по физике» (1963 г.) [15], А.В. Усовой, З.А. Вологодской «Самостоятельная работа учащихся по физике в средней школе» (1981 г.) [24], В.А. Данюшенкова, О.В. Коршуновой «Домашний эксперимент по физике в условиях развивающего обучения» (2000 г.) [2], М.Г. Ковтунович «Домашний эксперимент по физике» (2007 г.) [8], П.В. Зуева «Простые опыты по физике в школе и дома» (2012 г.) [5].
Образовательный потенциал домашнего физического эксперимента достаточно высок. Возрастные особенности учащихся основной школы таковы, что для большинства из них самостоятельное выполнение опытов в домашних условиях является весьма привлекательным занятием. При организации домашнего эксперимента создаются уникальные условия для расширения базы экспериментальной подготовки школьников. Существенно увеличивается число выполняемых опытов. Растет их разнообразие. Совершенствуются экспериментальные умения обучаемых и обогащается состав данных умений. Домашний физический эксперимент - весьма эффективное средство преодоления формализма в усвоении курса физики и формирования у учащихся контекстного физического знания. При выполнении опытов в домашних условиях достигается более высокий уровень самостоятельности учебной работы и создаются благопри-
ятные условия для развития технического творчества детей, реализуется политехническая направленность обучения физике. Домашние экспериментальные задания могут выполняться в парах или малых группах, что не только является интересным и весьма полезным для учащихся с точки зрения развития их коммуникативных умений, но и обеспечивает запуск механизма «взаимообучения». Немаловажный фактор, определяющий качество работы учащихся в условиях дома, - это привлечение их родителей к организации домашнего физического эксперимента. Есть все основания полагать, что домашний физический эксперимент, будучи включенным в систему предпрофильной подготовки учащихся по физике, может стать эффективным средством развития у них интереса к ее изучению и роста успешности учебной работы по предмету.
Несмотря на значительный дидактический и воспитательный потенциал домашних опытов, организация экспериментальной работы учащихся по физике в условиях дома остается в настоящее время преимущественно предметом профессиональной деятельности учителей-энту-зиастов. Возможности этой формы предметной подготовки в средней школе пока не реализованы в полной мере. Многие десятилетия это было связано с отсутствием специального оборудования для домашних экспериментов по физике, недостаточностью дидактических средств поддержки самостоятельной экспериментальной работы учащихся, а также средств эффективного управления этой работой. Используемые учителями дидактические материалы долгое время оставались вполне традиционными. Это были учебные тексты, включающие учебные задания с краткими инструктивными указаниями к работе, и в ряде случаев иллюстрации к выполнению опытов. Подобные материалы были представлены в специальных дидактических пособиях для учащихся (А.В. Усовой и З.А. Вологодской [23, 24], Т.А. Ханнановой и Н.К. Хананнова [26] и др.), которые не имели, как правило, массового распространения.
В настоящее время ситуация существенно изменилась.
Во-первых, экспериментальные задания включены в содержание рабочих тетрадей учебных комплектов по физике. Так, например, в рабочих тетрадях к учебникам по физике для учащихся 7-9 классов А.В. Перышкина и Е.М. Гутник [6, 7, 10] доля таких заданий составляет 9%. В рабочих тетрадях учебного комплекта по физике для основной школы Н.С. Пурышевой и Н.Е. Важеевской [18, 19, 20] эта доля равна 11,3%. Конечно, не все приведенные задания связаны с домашней работой учащихся. Процент заданий по выполнению опытов в домашних условиях в рабочих тетрадях Н.С. Пурышевой и Н.Е. Важеевской составляет 5,8%, а в рабочих тетрадях учебного комплекта по физике А.В. Перышкина и Е.М. Гутник - только 2,9%. Весьма ограниченно в связи с этим разнообразие домашних опытов по содержанию и средствам выполнения. Почти не варьируется уровень их сложности.
Во-вторых, существенно возросли возможности успешной организации домашнего физического эксперимента. Это обеспечивается:
1) развитием бытовой техники: появлением новых технических устройств (в том числе современных цифровых мобильных устройств и бытовых роботизированных систем), разнообразием новых инструментов, приборов и материалов;
2) формированием базы доступных для приобретения в личное пользование недорогих учебных наборов по физике и ее техническим приложениям для домашнего экспериментирования и конструирования;
3) наличием виртуальной среды обучения, включающей различные медиаформаты представления информации по методологии физического эксперимента и виртуальные средства ее освоения (тексты, рисунки, видео, анимации, интерактивные модели, среды для учебного моделирования);
4) высоким уровнем развития цифровой аппаратной техники и инструментария (стандартного и специального ПО) для обработки результатов опытных исследований, возможностью применения учащимися аппаратных и программных средств при проведении домашних наблюдений и экспериментов с целью фиксации, обработки и представления полученных результатов (фото- и видеосъемка, аудиозапись, цифровая обработка графики, фото- и видеоданных, математическая обработка и графическая интерпретация результатов, сканирование и цифровая печать, 3Б-моделирование и 3Б-печать различных объектов как дополнительная сервисная услуга, программный инструментарий для наглядного представления результатов исследования в виде презентаций, слайд-шоу, анимации, моделей и пр.);
5) доступностью фондов электронных публикаций и справочной литературы, в которых освещаются вопросы проведения физических опытов, в том числе в домашних условиях;
6) формированием технологически развитой системы дистанционного обучения;
7) становлением сервисной службы Интернета, непрерывным развитием технологий сетевой коммуникации и возможностью их применения с целью организации совместной работы учащихся, а также взаимодействия учащихся с учителем.
Указанная система средств может быть эффективно использована в организации домашнего физического эксперимента. Это позволяет организовать данный вид учебной работы школьников на принципиально ином качественном уровне. Однако в школьной практике новые средства обеспечения домашней экспериментальной работы учащихся пока еще не получили широкого распространения, тем более не используются в едином дидактическом комплексе. Это связано, на наш взгляд, с недостаточной разработкой вопросов методики организации домашнего эксперимента в современной технически и технологически обновленной открытой информационно-образовательной среде.
Одним из вариантов решения обозначенной проблемы является, на наш взгляд, разработка и активное внедрение в учебную практику цифровых средств сопровождения домашнего физического эксперимента. Комплекс таких средств должен быть предназначен для дидактической поддержки самостоятельного освоения учащимися опыта экспериментальной работы в домашних условиях: от выполнения отдельных домашних экспериментальных заданий до организации домашнего экспериментального практикума как курса по выбору, ориентированного на реализацию предпрофильной подготовки учащихся по предмету. Отличительными признаками такой поддержки является обеспечение разнообразия видов физических опытов, целенаправленная подготовка учащихся по методологии физического эксперимента и формирование у них соответствующих практических умений, в том числе умений в применении новых инструментов учебной деятельности (индивидуальной, групповой, коллективной), которые предоставляет современная информационно-образовательная среда.
В рамках нашего исследования с целью комплексной поддержки домашней экспериментальной работы учащихся по физике был разработан цифровой образовательный ресурс (ЦОР) «Домашний физический эксперимент. 7-9 классы» (рис.1). Модель данного ресурса построена
с учетом содержания дидактической метамодели учебного процесса, представленной в работе одного из авторов настоящей статьи [13]. Структуру ресурса (рис. 2) образуют следующие модули:
• экспериментальные задания для домашней работы;
• дидактическая поддержка познавательной деятельности учащихся (рекомендации, инструктивные указания);
• справочно-методологический модуль;
• источники информации (библиотека, медиатека, игротека);
• инструменты учебной работы;
• сервисы (хранения и обработки информации, коммуникации и совместной работы);
• портфолио учащегося;
• рекомендации учащимся по выбору профиля обучения;
• вариативные практики организации обучения и методические рекомендации учителю;
• уровни доступа (учитель, учащиеся, родители).
Рис. 1. ЦОР «Домашний физический эксперимент. 7-9 классы»
ЦОР «Домашний физический эксперимент. 7-9 классы» имеет локальную и сетевую версии. Рассмотрим структуру и содержание данного ресурса, а также ключевые вопросы методики его применения в обучении с целью предпрофильной подготовки учащихся основной школы.
Модуль «Система экспериментальных заданий для домашней работы»
Виды экспериментальных заданий
вид 1
вид 2
задание 0.1.1
задание 0.1.2
>
Введение в практикум
вид
вид N
"¡4. задание 0.^1 Тема 1
*
задание ... Тема N
Модуль «Система дидактической поддержки познавательной деятельности учащихся»
I
УЧИТЕЛЬ
Справочно-методологический модуль
I
Модуль «Информационные источники»
Библиотека
Медиатека
Игротека
УЧАЩИЕСЯ
РОДИТЕЛИ
Модуль «Инструменты учебной работы»
I
Модуль «Сервисы»
Сервисы хранения
Сервисы коммуникаций
Модуль «Портфолио»
I
Модуль «Вариативные практики обучения и методические рекомендации»
Текущая домашняя работа:
• выполнение домашних заданий по предмету
• работа над заданиями промежуточной и итоговой аттестации
Домашний физический практикум:
• как составляющая практикума по базовому курсу
1 как составляющая курса по выбору
Индивидуальное обучение: »• долго болеющих детей
• в условиях инклюзивного образования
• в системе экстерната
Самообразование Дополнительное образование
Модуль «Рекомендации учащимся по выбору профиля обучения»
Рис. 2. Модель ЦОР «Домашний физический эксперимент. 7-9 классы»
Модуль «Система экспериментальных заданий для домашней работы». В данном модуле представлена система экспериментальных заданий для учащихся 7-9 классов (более 200 заданий). Задания систематизированы по темам школьного курса физики. Выбор и формулировка учебных тем выполнены в соответствии с федеральным стандартом основного общего образования [25] и примерной основной образовательной программой образовательного учреждения (основная школа) [16]. В подборку вошли задания, разработанные (начиная с 60-х гг.) разными авторами и авторскими коллективами. По каждому из таких заданий даны ссылки на первоисточник. Формулировка более чем четверти заданий существенно обновлена. Значительное число заданий модифицированы, что связано в основном с возможностью применения учащимися при их выполнении средств ИКТ. Часть заданий ЦОР «Домашний физический эксперимент. 7-9 классы» разработана авторами настоящей статьи.
Задания, представленные в модуле, отличаются, прежде всего, видом выполняемого эксперимента. Включены задания разного уровня сложности (задания-упражнения, типовые задания, задания повышенной сложности). Определены задания, обязательные для выполнения, и дополнительные задания (по выбору). Имеются задания, ориентированные на организацию рефлексивной деятельности учащихся.
Разнообразие видов экспериментальных заданий ЦОР «Домашний физический эксперимент. 7-9 классы» призвано обеспечить осознание учащимися роли эксперимента в научном познании и особенностей современной методологии экспериментального исследования, а также рост уровня познавательной самостоятельности обучаемых.
Виды экспериментальных заданий в ресурсе дифференцированы по следующим основаниям:
• месту эксперимента в структуре научного и научно-технического познания (его познавательной функции);
• цели эксперимента;
• используемым техническим средствам постановки эксперимента [22, с. 26-33].
Ниже приведена уточненная классификация видов физического эксперимента по указанным основаниям.
1. По месту эксперимента в структуре научного и научно-технического познания (его познавательной функции):
Н а у ч н о е п о з н а н и е
Эмпирический уровень:
• на этапе сбора научных фактов: накопление новых достоверных данных о явлениях природы и особенностях их протекания;
• на этапе систематизации научных фактов: проверка справедливости эмпирических классификаций физических явлений (объектов, процессов), уточнение классификаций;
• на этапе обобщения научных фактов: проверка справедливости выявленных эмпирических законов, уточнение границ их применимости;
• на этапе объяснения и предсказания явлений: проверка следствий эмпирических законов.
Теоретический уровень:
• на этапе формирования базиса теории: получение научных фактов (данных наблюдений, экспериментов), послуживших толчком для развития теории;
• на этапе выдвижения теоретических гипотез (построения теоретической модели исследуемого явления): качественная проверка гипотез и их следствий в модельном эксперименте (мысленном, компьютерном);
• на этапе получения выводного теоретического знания (следствий физической теории) на качественном или количественном уровне, т.е. обнаружение в эксперименте предсказываемых теорией:
— новых объектов и их свойств,
— новых процессов и их характеристик,
— новых закономерностей протекания явлений (или уточнение известных закономерностей).
Н а у ч н о - т е х н и ч е с к о е п о з н а н и е
• на этапе моделирования технического объекта: создание его компьютерной и/или действующей модели, тестирование модели и исследование особенностей ее работы в модельном научно-техническом эксперименте (компьютерном, натурном);
• на этапе проектирования, создания и апробации действующего образца технического объекта: проведение натурного научно-технического эксперимента по испытанию действующего образца технического объекта.
2. По цели эксперимента и его конечному результату:
Н а у ч н о е п о з н а н и е :
• обнаружение новых физических явлений:
— материальных объектов;
— свойств материальных объектов;
— движений (взаимодействий) объектов;
— характеристик движений (взаимодействий) объектов;
• количественная оценка свойств объектов, включая определение фундаментальных констант;
• количественная оценка характеристик движения (взаимодействия), включая определение фундаментальных констант;
• выявление связей (причинно-следственных, атрибутивных или структурных; динамических или вероятностных) между свойствами объектов, физическими характеристиками процессов:
— качественный уровень (обнаружение связи, ее общих особенностей);
— количественный уровень (установление численных отношений, функциональных зависимостей).
Научно - техническое познание:
• создание и исследование модели технического объекта (компьютерной, натурной);
• создание и испытание действующего образца технического объекта.
3. По используемым средствам проведения:
• натурный эксперимент с применением:
— приборов, выпускаемых учебной промышленностью;
— бытовых материалов, инструментов и приборов;
— самодельных инструментов и приборов;
• натурный эксперимент с применением средств ИКТ:
— инструментальных пакетов компьютерной обработки данных и представления результатов исследования в виртуальной среде (компьютеризированный);
— датчиков для автоматической регистрации данных, программного обеспечения для их обработки, а также представления в виртуальной среде результатов экспериментального исследования (частично автоматизированный);
— датчиков для автоматического мониторинга и регистрации данных, программного обеспечения для управления ходом эксперимента, обработки данных и представления результатов экспериментального исследования (автоматизированный);
— автоматизированный эксперимент с функцией обратной связи и адаптации к изменяющимся условиям проведения опыта (роботизированный);
• компьютерный эксперимент (на основе интерактивных компьютерных моделей: физических явлений, идеализированных объектов теории, технических объектов и их систем):
— тестирование или исследование «готовой» компьютерной модели;
— создание авторской компьютерной модели, ее тестирование и исследование.
Процентное соотношений заданий указанных выше видов различно, что определяется
особенностями содержания курса физики основной школы.
При работе с ресурсом у учащихся и учителя имеется возможность предварительного просмотра содержания заданий каждого вида (рис. 3). Ниже приведены примеры некоторых заданий модуля.
Задание 1.22.2. В момент появления молнии отметьте время в секундах и ждите того момента, когда услышите гром. Приняв скорость звука равной 340 м/с (для летних месяцев), определите расстояние от Вас до места грозового разряда - молнии (рис. 4) [8, с. 175].
Комментарий. Задание относится к учебной теме «Механические колебания и волны. Звук». Вычисление расстояния до молнии поможет определить, находится ли человек на безопасном от места грозового разряда расстоянии. Если расстояние мало, то нужно срочно найти укрытие. При наличии карты и компаса можно попробовать нанести на карту местоположение каждой вспышки молнии и провести линию в направлении движения грозового фронта. На этой линии следует отметить точки с указанием вычисленного расстояния до места грозового разряда. Данное задание можно выполнить с применением интернет-сервиса, предоставляющего возможность определения собственного местоположения на карте местности. Является возможным применение с этой целью мобильных устройств.
По месту эксперимента в структуре познания
Учащимся
Родителям
1.1. Сбор новых научных фактов 1.1-1.10 (механические явления) Относительность движения (1.1.3)
1.11 -1.22 (механические явления) 2.1-2.11 (тепловые явления) Определение средней скорости движения (1.2.2) Зависимость количества шагов от времени (1.2.3)
1.2.Проверка эмпирических классификаций физических явлении
1.3. Проверка эмпирических законов и/ипи их следствий 1 .4. Модельный эксперимент 3.1 - 3.10 (электромагнитные явления) 3.11 - 3.20 (электромагнитные явления) 4.1 - 4.4 (квантовые явления) Наблюдение равноускоренного движения (1.3.1) Перемещение тела при равноускоренном движении (1.3.2) Изучение свободного падения Галилеем (1.4.1)
1.3. Подтверждение физических теорий и их следствий Определение скорости при свободном падении (1.4.2) Определение начальной скорости (1.4.5)
1.6. Создание и исследование работы технических объектов Определение ускорения свободного падания (1.4.6)
Определение периода и частоты обращения (1.5.1)
Определение плотности пробки (1.6.3)
Определение массы тела (1.6.4)
Правило сложения сил (1.7 .1)
Применение правила сложения сип (1.7.2)
Монета в стакане (1.8 .1)
Опыт со спичками (1.8.2)
Явление инерции (1.8.5)
Рис. 3. Просмотр в ресурсе «Домашний физический эксперимент. 7-9 классы» состава и содержания экспериментальных заданий
Задание 2.9.2. При изменении погоды чешуйки шишек ели меняют своё положение по отношению к центру шишки. На этом свойстве основано устройство гигрометра. Изготовьте гигрометр из еловой шишки. С этой целью укрепите ее на доске и к одной из чешуек прикрепите соломенный указатель, скользящий по шкале. Проверьте гигрометр в действии (рис. 5) [1, с. 273].
Комментарий. Задание относится к учебной теме «Влажность воздуха». Учащиеся создают простейший метеоприбор - «природный гигрометр», с помощью которого можно осуществлять оценку изменения влажности воздуха. Возможно создание на основе «природного гигрометра» автоматического технического устройства, последовательно фиксирующего данные с определенным интервалом времени и сигнализирующего о величине изменений влажности за заданный период, а также о значительных скачках влажности. Этого можно добиться с помощью применения датчиков и микроконтроллера из конструктора по робототехнике (например, LEGO MS EV3). С применением соответствующего программного обеспечения являются возможными передача и реализация автоматического вывода на экран монитора ПК графика изменения влажности среды с течением времени. Возможна градуировка «природного гигрометра» по эталонному прибору и указание численных значений верхнего и нижнего пределов его измерения.
Задание 3.4.3. Изучите видеофрагмент «Взаимодействие проводника с заряженной палочкой». Составьте план изложения материала по видеодемонстрации (Домашняя лаборатория по физике [Электронный ресурс]. - М.: ID COMPANI, 2010. - опт. диск (CD-ROM) (рис. 6).
Рис. 4. Задание 1.22.2
Рис. 5. Задание 2.9.2
Комментарий. Задание является дополнительным и выполняется по выбору учащихся. Если такого электронного ресурса в личном пользовании нет, то школьники могут выполнить это задание во внеурочное время в компьютерном классе открытого доступа. Является возможной постановка подобного натурного опыта с применением домашних материалов. В случае затруднений в самостоятельном проектировании опыта можно воспользоваться видеоресурсами по электризации тел, представленными в Интернете (опыт по электризации струи воды, летающая вата, «Электрический театр», фокусы по электризации» и т.п.). Рекомендуется подготовить видеодемонстрацию реализованного варианта опыта по электризации тел и сопроводить ее аудиозаписью объяснения наблюдаемых эффектов. Возможна подготовка анимирован-ной презентации (например, с помощью МБ РР), иллюстрирующей применение элементов электронной теории строения вещества с целью объяснения явления электризации тел.
Рис. 6. Задание 3.4.3
При выполнении домашних экспериментальных заданий на основе ЦОР «Домашний физический эксперимент. 7-9 классы» учащиеся могут обращаться к работе с цифровыми иллюстрированными учебными текстами и просмотру видеороликов по содержанию физического и физико-технического экспериментов, изучать материал на основе анимации, работать с виртуальными моделями и тренажерами. Эти объекты виртуальной среды применяются как средства дидактической поддержки познавательной деятельности учащихся и помогают им лучше понять суть эксперимента как метода познания. Интерактивная составляющая виртуальных учебных объектов (если таковая имеется) может использоваться с целью формирования у учащихся экспериментальных умений (рис. 7, 8).
Рис. 7. Видеодемонстрация «Действие атмосферного давления» («Домашняя лаборатория по физике» [Электронный ресурс]. - М.: ГО СОМРАМ, 2010 - опт. диск ^-ЯОМ)
Рис. 8. Построение изображения с помощью собирающей линзы («Домашняя лаборатория по физике» [Электронный ресурс]. - М.: ГО СОМРАМ, 2010 - опт. диск ^-ЯОМ)
Задания по работе с объектами виртуальной среды относятся в основном к заданиям по выбору учащихся. Выполнить такие задания могут школьники, имеющие в домашних усло-
виях соответствующие электронные ресурсы. В ряде заданий используются ресурсы открытого доступа глобальной информационной сети. В случае отсутствия доступа к ресурсам школьникам может быть предложена работа во внеурочное время в компьютерном классе. Ниже приведен перечень цифровых ресурсов, задания по работе с которыми включены в рассматриваемый модуль.
Перечень ресурсов на CD и DVD
1. Виртуальные лабораторные работы по физике. 7-9 классы [Электронный ресурс]. - М.: ЗАО «Новый Диск», 2007. - опт. диск (CD-ROM).
2. Интерактивные творческие задания. Физика 7-9 [Электронный ресурс]. - М.: Новый Диск, 2007. - опт. диск (CD-ROM).
3. Конструктор виртуальных экспериментов [Электронный ресурс]. - М.: Crocodile Clips, 2007. - опт. диск (CD-ROM).
4. Забавная наука (110 выпусков) [Электронный ресурс]. - М.: Торнадо ВИДЕО, 2009. -опт. диск (DVD-ROM).
5. Домашняя лаборатория по физике [Электронный ресурс]. - М.: ID COMPANI, 2010. -опт. диск (CD-ROM).
6. Физика. 7-9 классы. Учебные демонстрации по всему курсу физики основной школы [Электронный ресурс]. - М.: Мнемозина, 2012. - опт. диск (DVD -ROM).
7. Физический конструктор 2.0 [Электронный ресурс]. - М.: 1С, 2014. - опт. диск (CD-ROM).
8. Школа. Физика. Практикум. 7-11 классы [Электронный ресурс]. - М.: 1С, 2015. - опт. диск (CD-ROM).
9. Роботизированные лабораторные работы по физике. Пропедевтический курс физики [Электронный ресурс]. - М.: ДМК-Пресс, 2016. - опт. диск (DVD-ROM).
Перечень ресурсов Интернета
1. Единая коллекция Цифровых образовательных ресурсов [Электронный ресурс]. - URL: http://school-collection.edu.ru
2. Федеральный центр информационно-образовательных ресурсов [Электронный ресурс]. - URL: http://fcior.edu.ru/
3. Виртуальная выставка «Саквояж занимательных опытов». Сеть творческих учителей [Электронный ресурс]. - URL: http://www.it-n.ru/communities.aspx?cat_no=5500&lib_ no=284472& tmpl=lib
4. Занимательные научные опыты для детей. Психологический центр «Адалин» [Электронный ресурс]. - URL: http://adalin.mospsy.ru/l_01_00/l_01_10o.shtml
5. Уроки волшебства [Электронный ресурс]. - URL: http://www.lmagic.info.html
6. Занимательные видео опыты [Электронный ресурс]. - URL: http://www.afizika.ru/ videoop
7. Занимательные опыты детям [Электронный ресурс]. - URL: http://www.afizika.ru /zanimatelnieopyty
8. Домашние опыты и эксперименты для детей, чудеса. Лунтики [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://luntiki.ru/blog/paskras/1351.html
9. Опыты и эксперименты с яйцом в домашних условиях. Ежка [Электронный ресурс]. -URL: http://ejka.ru/blog/razvitie/742.html
В рассматриваемом модуле перечень ресурсов и задания к ним являются пополняемыми.
В зависимости от избранного подхода к организации домашнего эксперимента (см. ниже модуль «Вариативные практики организации домашнего физического эксперимента и методические рекомендации по их реализации») учитель имеет возможность создания различных подсистем домашних экспериментальных заданий из предложенного комплекса. Каждая подсистема строится по определенным принципам. Например, это может быть комплекс экспериментальных заданий:
• охватывающий все темы школьного курса физики (номер задания по каждой учебной теме),
• соответствующий отдельной учебной теме,
• включающий все видовое разнообразие учебного физического эксперимента,
• относящийся к отдельным видам физического эксперимента,
• комбинированного типа.
Выбор варианта построения подсистемы домашних экспериментальных заданий определяется целями обучения, этапом обучения, уровнем готовности обучаемого к самостоятельной учебной работе и развитием интереса к изучению физики и различным видам экспериментальной деятельности по предмету.
Модуль «Система дидактической поддержки познавательной деятельности учащихся». Система поддержки домашней работы школьников ориентирована на разные уровни их самостоятельности в выполнении экспериментальных заданий. Выделено четыре уровня самостоятельности. Это учебная работа:
• под руководством учителя и при его непосредственном участии в организации деятельности учащегося (индивидуальный подход в режиме как очных, так и дистанционных консультаций);
• на основе инструкции:
o в ее полиграфической версии;
o с применением мультимедиа форматов представления:
— аудиоинструкции,
— цифровой фотоинструкции с текстовым сопровождением (стиль комикса),
— инструкции-анимации с текстовым и/или звуковым сопровождением (стиль интерактивного комикса),
— инструкции-презентации с элементами анимации и звуковым сопровождением,
— видеоинструкции с текстовым и/или звуковым сопровождением;
• без инструкции, но с применением подготовленного учителем творческого плана работы и возможностью консультаций с учителем по проектированию этапов работы (очных, дистанционных);
• без инструкции, но с возможностью обращения к консультативной помощи учителя (очной, дистанционной) с целью обсуждения идеи и разработанного учащимся плана выполнения экспериментального задания.
Инструктивные материалы модуля разработаны на основе обобщенных планов учебной деятельности. Это планы проведения наблюдения и эксперимента, действия измерения, построения и анализа графика функциональной зависимости, работы с виртуальной учебной моделью и др.) [11, 12]. Работа с инструкциями, подготовленными на основе таких планов, способствует формированию у учащихся обобщенных познавательных умений. Ниже в качестве примера приведена инструкция к самостоятельной работе учащихся с компьютерной моделью физического эксперимента.
Инструкция к работе с моделью «Исследование параметров механического движения по окружности»
(Федеральный центр информационно-образовательных ресурсов [Электронный ресурс]. - URL: http://fcior.edu.ru/)
Анализ модели
1. Рассмотрите составляющие интерфейса модели «Исследование параметров равномерного движения по окружности» (рис. 9).
Рис. 9. Интерактивная модель «Исследование параметров механического движения по окружности» (Федеральный центр информационно-образовательных ресурсов [Электронный ресурс]. - URL: http://fcior.edu.ru/)
В рабочем окне модели представлены координатные плоскости для отображения графиков движения тела по окружности в системах координат xOy, yOt и VyOt, xOt и VKOt.
Имеется возможность выбора в некотором интервале радиуса вращения тела и линейной скорости его движения по окружности. Можно задать направление вращения тела: «По часовой стрелке», «Против часовой стрелки». Активны клавиши «Старт» и «Сброс».
2. Можно изменять некоторые параметры модели:
• радиус окружности (от 0,5 до 1,0 м),
• линейную скорость движения тела по окружности (от 0,5 до 1,0 м/с). Результаты виртуального эксперимента демонстрируются в виде:
• графиков движения тела в указанных выше системах координат (график в координатной плоскости yOt имеет красный цвет, а в плоскости VyOt - синий; аналогичные цветовые маркеры используются для построения графиков на плоскостях, xOt и VхOt);
• значений центростремительного ускорения, угловой скорости движения и периода вращения тела.
3. Запустите модель. Произвольно меняйте параметры модели (радиус вращения и линейную скорость движении тела). Обратите внимание на соответствующие им изменения:
• графиков функциональных зависимостей в указанных координатных плоскостях (хОу, yOt и VyOt, xOt и VхOt);
• величины и направления вектора линейной скорости движения - синий маркер (см. координатную плоскость xOy);
• величины и направления вектора центростремительного ускорения - красный маркер (см. координатную плоскость xOy);
• величины проекций линейной скорости (Ух, Vy) на оси Х и У;
• значений центростремительного ускорения, угловой скорости движения и периода вращения исследуемого тела.
Планирование и выполнение работы с моделью
4. Цель работы: выявить наличие (отсутствие) связи между величинами угловой скорости движения тела, периода вращения, центростремительного ускорения и значениями радиуса окружности, по которой движется тело, а также его линейной скорости.
5. Ход работы:
А. Первая серия экспериментов. Выяснить зависимость значений угловой скорости, центростремительного ускорения, периода вращения от радиуса окружности, по которой движется тело. Для этого необходимо:
• подготовить таблицу для записи результатов модельного эксперимента;
• последовательно менять значение радиуса вращения тела, линейную скорость движения тела по окружности при этом оставлять постоянной;
• фиксировать в таблице для каждого значения радиуса вращения тела величины угловой скорости, центростремительного ускорения и периода обращения;
• выполнить анализ данных первой серии модельного эксперимента, сформулировать выводы (зависит ли значение угловой скорости, центростремительного ускорения и периода вращения тела от радиуса окружности).
В. Вторая серия экспериментов. Выяснить связь значений угловой скорости, центростремительного ускорения, периода вращения тела и значения линейной скорости.
Для этого необходимо:
• подготовить таблицу для записи результатов модельного эксперимента;
• последовательно менять значение линейной скорости движения тела, радиус вращения тела при этом оставлять постоянным;
• зафиксировать в таблице для каждого значения линейной скорости величины угловой скорости, центростремительного ускорения и периода обращения;
• выполнить анализ данных второй серии модельного эксперимента, сформулировать выводы (зависит ли угловая скорость движения тела по окружности, его центростремительное ускорение и период обращения от линейной скорости движения тела по окружности);
По итогам двух серий экспериментов указать:
• как направлены при движении тела по окружности векторы его линейной скорости и центростремительного ускорения;
• по какому закону меняется координаты движения тела со временем при его движении по окружности?
Представление результатов работы
6. Подготовить отчёт о работе с моделью в программе Microsoft Word. В отчете указать:
• цели модельного эксперимента,
• результаты эксперимента в виде таблиц и графиков функциональных зависимостей (особенности работы модели при различных параметрах можно зафиксировать с помощью клавиши «Print Scrin»),
• выводы по работе с моделью.
Важным преимуществом ЦОР «Домашний физический эксперимент. 7-9 классы» как средства поддержки учебного процесса является и то, что школьник может сам выбирать вид и меру той помощи, которую он хотел бы получить при выполнении домашнего экспериментального задания. Это позволяет каждому учащемуся обучаться на приемлемом для него уровне трудности. Разные виды инструкций, представленные в данном модуле ресурса, помогают осуществлять обучение как слабовидящих учащихся (например, через аудиоинструкции), так и слабослышащих (например, с помощью инструктивных видеоматериалов).
Справочно-методологический модуль. В данном модуле представлены учебные материалы по методологии физического эксперимента. Это учебные тексты, опорные конспекты, систематизирующие таблицы и схемы, в которых дается информация о методах научного познания, раскрывается содержание научного опыта как одного из таких методов, дается характеристика основных этапов проведения наблюдений и экспериментов. В подготовке учебных материалов данного модуля использовались работы одного из соавторов настоящей статьи [11; 12; 13; 14]. Фрагмент справочно-методологического модуля «Цикл познания на эмпирическом уровне научного исследования» представлен на рис. 10.
Рис. 10. Фрагмент справочно-методологического модуля «Цикл познания на эмпирическом уровне научного исследования» [13]
Важным источником информации, с которым учащиеся должны работать при выполнении экспериментальных заданий, является учебная книга. В модуле приведены рекомендации по работе с книгой (полиграфической, электронной) и ее составляющими (текстом, рисунками, таблицами, графиками и пр.). Учебные материалы ориентированы на формирование у учащихся обобщенных подходов к работе с элементами учебной книги [13; 14].
Систематическое обращение к содержанию справочно-методологического модуля обеспечивает формирование у учащихся необходимых представлений о физическом эксперименте как методе познания и его роли в науке. У них формируется умение сознательно пользоваться данной информацией при выполнении различных экспериментальных действий (при формулировке гипотезы эксперимента, определении условий его проведения, анализе экспериментальной установки и определении назначения ее отдельных частей, выборе способов фиксации данных и их обработки, формулировке выводов и др.).
Модуль «Информационные источники». В данном модуле представлены три раздела: «Библиотека», «Медиатека», «Игротека».
«Библиотека». В данном разделе представлены: книги, журналы, рисунки, фотоснимки, аудио- и видеоресурсы, анимации, компьютерные модели, презентации (рис. 11). В ряде случа-
ев имеются гиперссылки на сайты Интернета, на которых размещены данные ресурсы. Ресурсы библиотеки предназначены для самообразования учащихся.
«Медиатека». В этом разделе приведен перечень цифровых образовательных ресурсов по физике, включающих материалы по физическому эксперименту (рис. 12). Эти ресурсы могут быть представлены в школьной медиатеке, школьном кабинете физике, компьютерном классе открытого доступа. Некоторые из них можно найти на образовательных порталах и сайтах Интернета. В ряде случаев данные ресурсы могут быть приобретены учащимися в торговой сети, в том числе через интернет-магазины.
Для полноценной и систематической работы учащихся над домашними экспериментальными заданиями школой должны быть обязательно приобретен необходимый комплекс СБ и БУБ-ресурсов, включающих материалы по физическому эксперименту.
Рис. 11. Модуль «Информационные источники», раздел «Библиотека»
«Игротека». Эффективность применения в обучении игровых элементов неоднократно доказана в педагогической практике. Поскольку эксперимент является одним из непростых видов познавательной деятельности и далеко не всегда интересен учащимся, целесообразно использовать мотивационный фактор учебной игры с целью привлечения внимания школьников к работе над экспериментальными заданиями.
Медиатека
Учащимся
1- Виртуальные лабораторные работы по физике 7-9 классы [Электронный ресурс] - М : 'ЗАО ..Новый Диск». 2007. - опт диск (CD-ROM)
2. Интерактивные творческие задания. Физика 7-9 [Электронный ресурс]. - М.: ЗАО «Новый Диск». 2007. - опт. диск (CD-ROM).
3. Конструктор виртугальных экспериментов [Электронный ресурс] - М.: Crocodile Clips. 2007 - опт. диск (CD-ROM).
4. Забавная наука (110 выпусков) [Электронный ресурс]. — М.: ООО «Торнадо ВИДЕО». 2009. - опт. диск (DVD-ROM)
5. Домашняя лаборатория по физике [Электронный ресурс]. - М.: ID COMPANI, 2010. - опт диск (CD-ROM)
6. Физика. 7-9 классы. Учебные демонстрации по всему курсу физики основной школы [Электронный ресурс]. - М.: Мнемозина. 2012. - опт. диск (DVD -ROM).
7. Физический конструктор 2.0 [Электронный pecvpc], - М.: 1С. 2014. - опт. диск (CD-ROM)
8. Школа. Физика. Практикум. 7-11 классы [Электронный ресурс]. — М.: 1С. 2015. - опт диск (CD-ROM)
9. Роботизированные лабораторные работы по физике. Пропедевтический курс физики [Электронный ресурс]. — М.: ДМК-Пресс. 2016. — опт. диск (DVDROM).
Рис. 12. Модуль «Информационные источники», раздел «Медитека»
Игротека ЦОР «Домашний физический эксперимент. 7-9 классы» представляет собой совокупность физических игр по теории и практике постановки физического эксперимента. Это пополняемый раздел ЦОР. Формирование его содержания осуществляется в соответствии с учебными темами курса физики основной школы.
Отбор и проектирование игровых заданий для модуля осуществлялись с учетом классификации учебных игр. Определены их три видовые группы, включающие:
• процессуально-имитационные игры (ролевые, деловые);
• игры с использованием специальных объектов, включая объекты и инструменты игровой виртуальной среды;
• смешанные игры [14, с. 130].
Рассмотрим примеры игр различных видов, содержательной основой которых является учебный физический эксперимент.
К первой видовой группе относится игра «Новое техническое решение». Для проведения этой игры класс делится на пять групп, в каждой из которых определяются докладчик, экспериментатор, оппонент, составитель бланка-заказа, член патентного бюро [9, с. 102-105]. Группам предлагаются к выполнению творческие экспериментальные проекты, например:
• придумайте конструкцию прибора, с помощью которого можно измерить глубину погружения тела в жидкость;
• найдите способ подъема кораблей, лежащих в глубоком слое ила;
• разработайте способ откачивания воды из аквариума;
• предложите способ обеспечения длительного нахождения человека под водой без специальных дыхательных аппаратов;
• разработайте прибор, иллюстрирующий физические принципы работы подводной лодки.
Это игра-соревнование. На поиск решения и его презентацию отводится определенное время. Команды получают бонусы и штрафные очки за нарушение регламента данного интеллектуального состязания, а также за верные и ошибочные ответы на вопросы экспертной комиссии. Игра завершается определением победителей. Наиболее удачные проекты могут быть размещены впоследствии в игротеке ЦОР в качестве учебных заданий.
В рамках данной видовой группы в игротеку включены еще три игры, разработанные авторами настоящей статьи. Это игры по методологии эксперимента и содержанию различных физических опытов на основе сценарных идей популярных развлекательно-образовательных программ «Блеф-клуб», «Сто к одному», «Своя игра». Разработка игровых ситуаций выполнена с использованием мастера презентаций Microsoft Office PowerPoint.
Ко второй видовой группе можно отнести такие классические дидактические игры как физическое лото, физическое домино, физический гусек и др. [9]. Возможно проведение игровых состязаний по сборке экспериментальных установок. Могут быть реализованы виртуальные версии таких состязаний. Это удобно сделать на основе цифровых конструкторов по физике.
Еще одним примером игровых заданий данной группы являются задания по отгадыванию кроссвордов. Для создания кроссвордов в виртуальной среде будет полезной программа CrosswordCreator (http://crosswordcreator.homacosoft.com/) (рис. 13, 14). Учащиеся могут работать с кроссвордами, подготовленными учителем. Целесообразно привлекать школьников к самостоятельной работе по их составлению (в печатной или цифровой версиях). Может быть объявлен конкурс на лучший кроссворд.
Рис. 13. Рабочее поле программы CrosswordCreator (URL: http://crosswordcreator.homacosoft.com/)
Рис. 14. Создание кроссворда в программе CrosswordCreator [Там же]
Интересные и полезные для учащихся дидактические игры по содержанию учебного физического эксперимента и методологии его постановки с применением виртуальных объектов можно создавать с помощью специальных онлайн-сервисов (например, BrainFlips, ProProfs, Classtools.net, PurposeGames, StudyStack, LeamingApps и др.). Несмотря на то что большинство таких сервисов - англоязычные, это не является большим препятствием в их освоении как учителем, так и учащимися. С применением данных сервисов можно создавать не только кроссворды, но и тесты различных типов, викторины, красочно иллюстрированные цифровые дидактические карточки и др. Подготовленные с помощью данных онлайн-сервисов экспериментальные задания позволяют моделировать в виртуальной среде различные игровые ситуации.
Примером игры третьей видовой группы является игра «Физика дома». Суть данной игры состоит в следующем. Имеется игровое поле с иллюстрациями, изображающими различные физические явления, с которыми учащиеся часто встречаются в повседневной жизни. Участники игры спешат к финишу. На пути они встречают много трудностей и преград в виде иллюстраций различных физических явлений. Требуется объяснить суть этих явлений, указать законы, которым они подчиняются, раскрыть содержание опыта, подтверждающего данный закон, и продемонстрировать знание способов его применения на практике [9, с. 53-57]. Такую игру целесообразно проводить по завершении изучения учебной темы. Игра проводится в классе. На экран выводится проекция карты игры (рис. 15). В качестве фишек используются керамические магниты разного цвета. Игра организуется в виде соревнования между командами. Представители команд поочередно бросают кубик и передвигают фишки в соответствии с количеством выпавших очков. Если фишка попала на красный или синий кружок, члены команды должны составить рассказ к соответствующей иллюстрации физического явления. Побеждает та команда, участники которой, верно отвечая на все вопросы, первыми доберутся до финиша.
Рис. 15. Дидактическая игра «Физика дома» [9]
Игра «Физика дома» может быть разработана в электронном варианте как программно управляемый тренажер. К такой разработке можно привлечь учащихся, увлекающихся программированием.
Игротека ЦОР «Домашний физический эксперимент. 7-9 классы» на настоящем этапе ее разработки включает около десятка учебных игр.
Модуль «Инструменты». Виртуальная среда - это не только хранилище, но и инструментарий учебной работы современного школьника. При разработке ЦОР «Домашний физический эксперимент. 7-9 классы» была учтена эта особенность данной среды. К инструментам относится стандартное и специальное программное обеспечение, которое учащиеся могут использовать для сбора и обработки опытных данных, а также для представления итоговых результатов самостоятельной работы над заданиями.
Так, например, при проведении экспериментальных исследований физических закономерностей и выполнении трудоемких математических вычислений учащиеся должны научиться пользоваться математическим пакетом MS Excel. Данный инструмент школьникам предлагается применять, в частности, при выполнении задания 3.8.2 (рис. 16) с целью построения графика расхода электрической энергии (кВт-ч) в жилой квартире в течение заданного временного периода (например, в течение недели).
Для работы над экспериментальными заданиями по теме «Механические явления» будет полезным использование программы перевода значений скорости движения объектов, выраженной в км/час, в другие метрические единицы (см. задание 1.2.2, рис. 17). Кстати, полезно предложить учащимся, увлекающимся программированием, выполнить критическую оценку данного программного приложения и разработать самим подобную программу с обновленным интер-
фейсом и расширенным перечнем метрических систем, а также включением в базу данных ресурса внесистемных единиц измерения скорости.
Рис. 16. Задание 3.8.2 (задание разработано С.Ф. Покровским [15, с. 379] и частично модифицировано)
Рис. 17. Программа перевода значений скорости движения объектов, объектов, выраженной в км/час, в другие метрические единицы (URL: http://convertr.ru/speed/kilometres_per_hour/)
В модуле даны ссылки на оригинальные свободно распространяемые инструментальные программы, которые могут быть использованы учащимися в домашнем эксперименте. На рис. 18 приведен пример одной из таких программ.
Рис. 18. Программа «Измеритель» (URL: http://school-coUection.edu.ru/catalog/rubr/36982276-f7af-4e4b-a39f-814e88af8855/109473/)
К инструментам учебной деятельности относятся конструкторы физического эксперимента (рис. 19), а также среды для компьютерного моделирования.
Рис. 19. Конструктор «Начала электроники» (URL: http://zeus.malishich.com/)
Если речь идет исключительно о компьютерном эксперименте, то учащиеся имеют возможность работать с такими объектами виртуальной среды, как компьютерные модели. Это модели физических явлений и экспериментальных установок для их исследования, а также модели идеализированных объектов физических теорий. Ниже приведен пример задания с применением такого инструмента (рис. 20).
Рис. 20. Задание 3.7.1. Изучение зависимости силы тока в проводнике от напряжения на его концах при помощи модели «Закон Ома» (Конструктор виртуальных экспериментов [Электронный ресурс]. - М.: Crocodile Clips, 2007)
Результаты выполнения заданий школьники могут представлять с помощью мастера презентаций MS PP, Flash-презентаций, а также с помощью различных online-сервисов. Выбор инструмента является свободным и определяется уровнем подготовки учащихся в области использования информационных технологий.
Модуль «Сервисы». В ЦОР «Домашний физический эксперимент. 7-9 классы» включены сервисы накопления и коммуникаций. Сервис накопления позволяет обновлять и дополнять настоящий ресурс. Для обеспечения коммуникаций рекомендуются к применению социальные сетевые сервисы («Мой мир», «Одноклассники», «ВКонтакте», «Telegram» и др.). Можно использовать в качестве инструмента коммуникаций электронную почту и службы мгновенных сообщений.
В социальной сети учащиеся могут размещать фотографии и видеоролики физических экспериментов, проведенных в домашних условиях. Это позволяет учителю осуществлять удалённый контроль выполнения экспериментальных заданий (индивидуальных, групповых). У учителя имеется возможность организовывать работу учащихся с помощью микроблогов: направлять их деятельность на основе своих комментариев, отвечать на возникающие вопросы, консультировать по содержанию и технике проведения домашнего физического эксперимента, осуществлять мониторинг учебной деятельности (по приведенным комментариям учащихся).
Сервисы позволяют оперативно оповещать учащихся и их родителей об изменениях в учебном процессе.
В ресурсе даны рекомендации учащимся по работе с различными сервисами (рис. 21).
Рис. 21. Рекомендации по работе с сервисами
Модуль «Портфолио». Портфолио - это форма аутентичного оценивания образовательных результатов по продукту, созданному учащимся в ходе учебной, творческой, социальной и других видов деятельности. В ЦОР «Домашний физический эксперимент. 7-9 классы» представлены рекомендации по построению различных моделей портфолио и их использованию в учебном процессе основной и полной средней школы. Дана характеристика основных типов портфолио:
• «Портфолио документов» - портфель сертифицированных (документированных) индивидуальных образовательных достижений;
• «Портфолио работ» - собрание творческих, проектных, исследовательских работ учащегося; описание основных форм и направлений его учебной и творческой активности (участие в научных конференциях, конкурсах, учебных лагерях, прохождение элективных курсов и различного рода практик, результаты спортивных достижений и др.);
• «Портфолио отзывов» - оценка школьником своих достижений, проведенный им анализ различных видов учебной и внеучебной деятельности и ее результатов, резюме, планиро-
вание будущих этапов образовательной работы, а также отзывы, представленные учителями, родителями, одноклассниками, работниками системы дополнительного образования и др. [21]. В случае контроля результатов работы учащихся над домашними экспериментальными заданиями, с нашей точки зрения, наиболее эффективным является применение портфолио в форме сетевого дневника экспериментатора (рис. 22).
Рис. 22. Структура портфолио учащегося в ЦОР «Домашний физический эксперимент. 7-9 классы»
Структура такого портфолио включает следующие элементы:
• «Определения» (основные определения физических понятий и терминов);
• «Мои эксперименты» (перечень выполненных домашних экспериментов и отчёты по результатам экспериментальной работы);
• «Копилка авторских достижений» (авторские фотоснимки и видеозаписи экспериментов, выполненные в домашних условиях; авторские анимации и модели, видеодоклады, тезисы докладов и презентации, их сопровождающие, и др.);
• «Вклад в развитие ресурса» (разработанные учащимися новые элементы ЦОР «Домашний физический эксперимент. 7-9 классы», отобранные учителем и включенные в данный ресурс);
• «Итогиработы по курсу: результаты и достижения».
Содержание портфолио по домашнему физическому эксперименту может служить весомым дополнительным основанием для аттестации учащегося по предмету за учебную четверть, полугодие или год.
Модуль «Вариативные практики обучения и методические рекомендации». Цифровой образовательный ресурс «Домашний физический эксперимент. 7-9 классы» может быть успешно использован в рамках различных практик организации домашней экспериментальной работы учащихся. Данный ресурс применим в учебном процессе в качестве средства поддержки:
1) текущей домашней работы, а также домашней работы при подготовке к промежуточной и итоговой аттестации;
2) физических практикумов (экспериментальных практикумов в школьной лаборатории и домашнего экспериментального практикума), в том числе реализуемых в статусе курсов по выбору;
3) индивидуального обучения в условиях:
• экстерната,
• инклюзивного образования,
• образования долго болеющих детей,
• самообразования (рис. 24).
Учащимся
Родителям
Рис. 24. Вариативные практики обучения
Учитель может выбрать необходимую для реализации практику работы школьников над домашними экспериментальными заданиями. В соответствии с избранной практикой обучения формируется комплекс экспериментальных заданий, определяются их объем и сложность, режим работы и форма аттестации учащихся.
В данном модуле представлены рекомендации учителю и родителям, в которых отражены особенности каждой из возможных практик организации домашнего физического эксперимента.
Модуль «Рекомендации учащимся по выбору профиля обучения. Содержание данного модуля направлено на решение следующих задач:
• знакомство учащихся с наиболее распространенными областями профессиональной деятельности, требующими естественнонаучного образования; содействие профессиональному самоопределению учащихся;
• информирование о требованиях, предъявляемых к учащимся при выборе физико-математического профиля;
• определение склонности к обучению по избранному профилю.
Модуль включает в себя следующие разделы: «Мир профессий» (описание профессий, требующих знания физики как учебной дисциплины), «Профили обучения» (характеристика профилей обучения в старшей школе), «Познай самого себя» (тесты по изучению склонностей учащихся) (рис. 25).
Рис. 25. Рекомендации учащимся по выбору профиля обучения
Представленные выше состав и содержание модулей цифрового образовательного ресурса «Домашний физический эксперимент. 7-9 классы» обеспечивают необходимые условия успешной работы учащихся по проведению физического эксперимента в домашних условиях. Содержание учебных заданий, разнообразие их видов и инструментов выполнения стимулируют познавательную активность учащихся и способствуют развитию у них интереса к изучению физики. Интерес к предмету - основа формирования готовности выпускников основной школы к выбору профильного уровня его изучения в старших классах.
Определим основные характеристики виртуальной среды ЦОР «Домашний физический эксперимент. 7-9 классы», которые способствуют формированию готовности учащихся к выбору профильного уровня обучения физике при их переходе в старшую школу.
1. Виртуальная среда ЦОР является источником учебной информации по организации домашнего физического эксперимента. В ней представлены домашняя экспериментальная лабо-
ратория по физике, учебная книга, среда учебной коммуникации, учебная игровая среда. Материал в ресурсе структурирован по учебным темам курса физики основной школы. Реализована модульная структура построения ЦОР. Имеет место нелинейный характер подачи материала. С помощью гиперссылок учащиеся могут оперативно обращаться к любому модулю ресурса и оперативно использовать в работе необходимые им учебные материалы.
2. Основное назначение виртуальной среды ЦОР - дидактическая поддержка самостоятельной работы учащихся по подготовке и проведению домашнего физического эксперимента. Информационная составляющая дидактических материалов направлена на обеспечение формирования у учащихся представлений об эксперименте как методе познания и его взаимосвязи с другими методами. В ресурсе представлены задания разных видов, что позволяет учащимся составить о данном научном методе весьма полное представление. Содержание инструктивных материалов ориентировано на формирование у школьников обобщенных умений в подготовке и проведении физического эксперимента.
3. В системе домашних экспериментальных заданий реализован принцип избыточности. Это помогает учителю при проектировании обучения учитывать интересы и склонности учащихся, оснащение школьного кабинета физики и школьной медиатеки, а также состав приборов и материалов, образовательных наборов по конструированию, цифровых ресурсов, аппаратной компьютерной техники, которыми располагают учащиеся в домашних условиях.
4. Инструментарий виртуальной среды ресурса позволяет автоматизировать нетворческие, рутинные операции поиска необходимой информации и математической обработки экспериментальных данных, что способствует высвобождению у учащихся времени для анализа сущности изучаемых явлений, установления связи между ними, осознанию сути их объяснения с позиций современного физического знания.
5. С помощью данного ресурса обеспечиваются необходимые и достаточные условия реализации вариативности практик освоения учебного физического эксперимента. В рамках каждой практики в необходимом объеме используются те или иные составляющие ресурса. Школьникам на основе оценки собственных возможностей и познавательных предпочтений из множества вариантов построения обучения предоставляется возможность выбора индивидуальной образовательной траектории освоения учебного физического эксперимента как метода познания.
Организация физического эксперимента с применением комплексной виртуальной образовательной среды «Домашний физический эксперимент. 7-9 классы» способствует формированию интереса учащихся к изучению физики и успешности освоения данного курса, что имеет в качестве своего закономерного следствия становление готовности учащихся к выбору профильного уровня его изучения в старших классах. Для достижения данного результата необходимо соблюдение определенных условий обучения. Важно организовывать работу учащихся над домашними экспериментальными заданиями с учетом механизма формирования готовности как психического феномена. В структуре данного механизма представлены следующие элементы: мотивация, ориентирование, исполнение, контроль и оценка результатов деятельности, самоопределение и выбор.
Мотивация. Положительная мотивация к изучению физики - ключевой фактор формирования готовности к продолжению обучения в данной области знания. Наиболее действенными в учебном процессе являются познавательные мотивы, мотивация самоутверждения, широкие
социальные и профессиональные мотивы. В таблице показаны основные приемы формирования этих видов мотивации.
Таблица
Формирование мотивации к выбору профиля обучения при организации домашней работы учащихся по выполнению экспериментальных заданий
Виды мотивации Приемы формирования мотивации к продолжению обучения в предпочитаемой области знания
1 2
Познавательные мотивы Формирование познавательного интереса к изучению физики на основе: • разнообразия физических опытов по цели и технологиям постановки; • освоения современного инструментария подготовки и проведения опытов; • проведения наблюдений и экспериментов контекстного содержания, расширяющих представления учащихся о практическом применении знаний по физике в повседневной жизни и технике; • использования в учебной практике занимательных домашних опытов; • предъявления сведений из истории становления физического эксперимента как метода познания, а также информации о жизни и деятельности ученых, осуществивших постановку опытов; • включения игровых элементов, связанных с содержанием физического эксперимента (викторин, кроссвордов, ролевых дидактических игр, интеллектуальных состязаний и др.)
Мотивация самоутверждения Создание ситуации успеха на основе: • применения упражнений и тренажеров, в том числе виртуальных, с целью закрепления у учащихся методологических знаний и отработки экспериментальных умений; • постепенного наращивания сложности экспериментальных заданий; • формирования индивидуальной траектории выполнения домашних экспериментальных заданий и темпов ее прохождения с учетом индивидуальных способностей обучаемых; • организации продуктивного познавательного сотрудничества учащихся в ходе выполнения экспериментальных заданий; • использования игровых соревновательных ситуаций, ориентированных на выявление лидеров в командном и индивидуальном зачетах; • реализации различных форм публичного представления достижений учащихся в освоении теории и практики постановки физического эксперимента. .Содействие росту уверенности учащихся в своих силах за счет: • применения различных способов дидактической поддержки самостоятельной учебной работы; • включения в домашние экспериментальные задания ссылок на информацию по истории постановки опытов известными учеными, свидетельствующей о сложности данного вида деятельности; • использования различных форм поощрения учебных достижений школьников.
Профессиональная мотивация Демонстрация связи содержания домашнего эксперимента по физике (отдельных экспериментальных заданий, средств и технологий постановки опытов, сопутствующих им видов учебного познания и практической работы) с различными видами профессиональной деятельности.
Окончание табл.
1 2
Широкие социальные мотивы Включение в программу обучения экспериментальных заданий, обеспечивающих: • знакомство учащихся с основными направлениями применения физических законов в повседневной деятельности человека, производственной практике и научном познании действительности; • сопоставление научных и житейских толкований природных явлений, понимание важности преодоления типичных заблуждений относительно их сущности, пользы и негативного влияния физических явлений на жизнедеятельность человека; • демонстрацию этапов истории становления экспериментального метода познания, необходимости освоения и внедрения современных технологий его реализации.
Ориентирование. В ходе учебных занятий учитель создает необходимые условия для осознания школьниками связи между физикой как учебным предметом (областью научного знания) и различными видами профессиональной деятельности, представленными в современном социуме. Дается информация о средних специальных и высших учебных учреждениях (региональных и федеральных), в которых можно получить профессии, требующие знания физики как учебной дисциплины.
Исполнение. Выполнение заданий ЦОР «Домашний физический эксперимент. 7-9 классы» способствует формированию у учащихся фактических предметных и методологических знаний, а также становлению ряда познавательных умений, необходимых для успешного изучении физики на профильном уровне. При выборе и выполнении школьниками домашних экспериментальных заданий осуществляется проба их интеллектуальных сил, имеет место последовательное осознание собственных склонностей и способностей. Это составляет основу адекватного понимания выпускниками основной школы своей психологической и интеллектуальной готовности к обучению по программе профильного курса физики в старших классах.
Контроль и оценка результатов. Данный элемент в структуре механизма проявления готовности связан с выявлением степени соответствия между полученными результатами выполнения экспериментальных заданий и требованиями учебной программы. Для того чтобы учащиеся могли оценить результаты собственной учебной работы, внешнего контроля и оценки недостаточно. Является необходимым формирование у них потребности и готовности к самоконтролю. С этой целью школьникам необходимо предлагать задания, связанные с рефлексией данной деятельности (например, оценка реальности полученного результата, его сопоставление с уже известными экспериментальными данными; анализ собственной интерпретации экспериментальных фактов и знакомство с иными подходами к их толкованию; выявление ошибок и неточностей в проведении эксперимента на фоне сопоставления его результатов с эталонными; поиск новых средств и технологий постановки эксперимента и сравнительный анализ их эффективности и пр.). Рефлексия может быть текущей, ретроспективной, перспективной. Полезна организация коллективной или групповой рефлексии. Организация разнообразной рефлексивной деятельности не только способствует формированию у учащихся потребности в са-
моконтроле, но и обеспечивает его объективность и выражается в итоге в адекватной самооценке обучаемыми собственного познавательного опыта.
Самоопределение и выбор. Оказываясь в ситуации выбора профиля обучения и далее будущей профессии, учащиеся сталкиваются с проблемой принятия решения. Указанные выше компоненты готовности (мотивация, ориентирование, исполнение, самоконтроль и самооценка), сформированные на необходимом уровне, обеспечивают более высокий уровень сознательности и ответственности такого решения.
Домашний физический эксперимент является важным средством эффективной предпро-фильной подготовки учащихся основной школы к выбору профильного уровня изучения физики при их переходе в старшие классы. Для проверки результативности организации домашней экспериментальной работы учащихся с применением комплексной виртуальной образовательной среды «Домашний физический эксперимент. 7-9 классы» была проведена опытно-поисковая работа. При переходе на старшую ступень обучения учащиеся экспериментальной группы уверенно продемонстрировали более высокий уровень готовности к сознательному выбору профильного уровня обучения физике в сравнении с учащимися контрольной группы. Это было подтверждено наблюдениями учителей за учащимися контрольной и экспериментальной групп и результатами диагностических методик оценки готовности учащихся к выбору профильного уровня обучения по предмету.
Список литературы
1. Албычев П.В. Самодельные приборы по физике. - М.: Гос. учеб.-пед. из-во Мин-ва просвещения РСФСР, 1950. - 279 с.
2. Данюшенков В.А., Коршунова О.В. Домашний эксперимент по физике в условиях развивающего обучения: учеб.пособие. - Киров: Изд-во ВГПУ, 2000. - 112 с.
3. Зенцова И.М. Классификация учебных экспериментальных работ по физике // Матер. IX Междунар. науч.-метод. конф. «Физическое образование: проблемы и перспективы развития». Ч. 1. - М.: МПГУ: РГУ им. С.А. Есенина 2010. - С. 221--224.
4. Зимняя И. А. Педагогическая психология : учеб. для вузов. - М.: Логос, 2004. - 384 с.
5. Зуев П.В. Простые опыты по физике в школе и дома. - М.: Флинта, 2012. - 141 с.
6. Иванова В.В., Р.Д. Минькова. Рабочая тетрадь по физике: 7 класс: к учебнику А.В. Перышкина «Физика. 7 класс». - М.: Экзамен, 2009. - 142 с.
7. Касьянов В.А., В.Ф. Дмитриева. Рабочая тетрадь по физике: 8 класс: к учебнику А.В. Перышкина «Физика. 8 класс». - М.: Экзамен, 2009. - 127 с.
8. Ковтунович М.Г. Домашний эксперимент по физике: пособие для учителя. - М.: ВЛАДОС, 2007. - 207 с.
9. Ланина И.Я. 100 игр по физике. - М.: Просвещение, 1995. - 224 с.
10. Минькова Р.Д. Рабочая тетрадь по физике: 9 класс: к учебнику А.В. Перышкина, Е.М. Гутник «Физика. 9 класс». - М.: Экзамен, 2008. - 127 с.
11. Оспенников Н.А., Оспенникова Е.В. Виды компьютерных моделей и направления использования в обучении физике // Вест. Том. гос. пед. ун-та. - 2010. - № 4. - С. 118-124.
12. Оспенников Н.А., Оспенникова Е.В. Формирование у учащихся обобщенных подходов к работе с моделями // Изв. Южн. федерал. ун-та. Пед. науки. - 2009. - № 12. - С. 206-214.
13. Оспенникова Е.В. Использование ИКТ в преподавании физики в средней общеобразовательной школе. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2011. - 655 с.
14. Оспенникова Е.В. Развитие самостоятельности школьников в учении в условиях обновления информационной культуры общества: в 2 ч. Ч. 2. Основы технологии развития самостоятельности школьников в изучении физики: моногр. / Перм. гос. пед. ун-т. - Пермь, 2003. - 329 с.
15. Покровский С.Ф. Опыты и наблюдения в домашних заданиях по физике. - 2-е изд. -М.: Изд-во АПН РСФСР, 1963. - 415 с.
16. Примерная основная образовательная программа образовательного учреждения. Основная школа / [сост. Е.С. Савинов]. - 2-е изд. - М.: Просвещение, 2014. - 342 с.
17. Профессиональный стандарт педагога [Электронный ресурс]. - URL: http://www.rosmintrud.ru/docs/mintrud/orders/129/PS_pedagog.doc
18. Пурышева Н.С., Важеевская Н.Е. Физика. 7 класс: рабочая тетрадь. - М.: Дрофа, 2009. - 158 с.
19. Пурышева Н.С., Важеевская Н.Е. Физика. 8 класс: рабочая тетрадь. - М.: Дрофа, 2003. - 160 с.
20. Пурышева Н.С., Важеевская Н.Е., Чаругин В.М. Физика. 9 класс: рабочая тетрадь. -М.: Дрофа, 2009. - 190 с.
21. Рекомендации по построению различных моделей и использованию «портфолио» учащихся основной и полной средней школы [Электронный ресурс]. - URL: http://74444s001.edusite.ru/DswMedia/portfolio.doc
22. Теория и методика обучения физике в средней школе. Избранные вопросы. Школьный физический эксперимент в условиях современной информационно-образовательной среды: учеб.-метод. пособие / Е.В. Оспенникова, Н.А. Оспенников, Д.А. Антонова, А.А. Оспенников; под общ. ред. Е.В. Оспенниковой. - Перм. гос. пед. ун-т. - Пермь, 2013. - 368 с.
23. Усова А.В., Вологодская З.А. Дидактический материал по физике: 6-7 кл. - М.: Просвещение, 1983. - 127 с.
24. Усова А.В., Вологодская З.А. Самостоятельная работа учащихся по физике в средней школе. - М.: Просвещение, 1981. - 158 с.
25. Федеральный государственный образовательный стандарт основного общего образования (5--9 кл.) [Электронный ресурс]. - URL: Ы*р://минобрнауки.рф/документы/938 (дата обращения: 29.07.2014).
26. Ханнанова Т.А., Хананнов Н.К. Физика. 7 класс: рабочая тетрадь. - М.: Дрофа, 2007. -
86 с.
27. Юров С.И. Домашние экспериментальные работы учащихся по физике. - М.: Гос. учеб.-пед. изд-во Мин-ва просвещения РСФСР, 1954. - 179 с.
