CC BY
217УДК 53 (076.5)
А.А. Оспенников, Е.В. Оспенникова
ПРОБЛЕМА ОБУЧЕНИЯ БУДУЩИХ УЧИТЕЛЕЙ ФИЗИКИ ПРИМЕНЕНИЮ СРЕДСТВ ИКТ НА УЧЕБНЫХ ЗАНЯТИЯХ ПО РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ: СОСТОЯНИЕ И НАПРАВЛЕНИЯ РАЗРАБОТКИ
Ключевые слова: обучение физике, решение задач, профессиональная подготовка учителя физики.
Статья посвящена анализу состояния проблемы профессиональной подготовки будущего учителя физики к обучению учащихся решению задач. Обсуждаются вопросы истории развития методических представлений о процессе обучения учащихся решению физических задач и основные достижения в исследовании данной проблемы в методике преподавания физики. Определены направления разработки проблемы профессиональной подготовки учителей данной области педагогической практики. Раскрыты особенности исследований, направленных на изучение применения средств ИКТ в обучении школьников решению физических задач и подготовку учителей физики к этой деятельности. Приведены результаты констатирующего педагогического эксперимента.
Анализ системы видов учебной деятельности по физике, их содержания, методологии и технологий реализации позволяет утверждать, что каждый из них несет в себе собственный потенциал «информатизации». До какой степени этот потенциал может и должен быть реализован в условиях современной информационно-образовательной среды? По нашему мнению, это определяется: во-первых, целесообразностью «информатизации» каждого отдельного вида деятельности (значимостью ожидаемого эффекта в ее результативности); во-вторых, наличием поддерживающих данный вид деятельности ресурсов и инструментов виртуальной среды; в-третьих, уровнем готовности учителей и учащихся к использованию информационных технологий в рамках данной деятельности. Следует обратить внимание на перманентный характер решения проблемы «информатизации» учебной деятельности, поскольку представления о сущности и необходимости этого процесса, психологическая и фактическая готовность к нему субъектов обучения непрерывно меняются в условиях развития цифровой аппаратной техники, появления новых ресурсов и инструментов обучения. Вместе с тем на каждом этапе развития системы образования следует анализировать уже накопленный опыт решения данной проблемы и предлагать на ближайшую перспективу эффективные решения и соответствующие им педагогические практики «информатизации».
© Оспенников А.А., Оспенникова Е.В., 2012
Рассмотрим современное состояние проблемы «информатизации» учебной деятельности школьников по решению физических задач, а также состояние проблемы подготовки будущих учителей физики к организации этой деятельности в условиях ИКТ-насыщенной среды.
Проблеме обучения учащихся решению задач посвящены многочисленные работы отечественных психологов и педагогов: Н.Г. Алексеева, А.В. Брушлинского, М.Э. Боц-мановой, В.В. Давыдова, А.В. Запорожца, Л.Н. Когана, А.Н. Леонтьева, А.М. Матюшки-на, Е.И. Машбица, Н.А. Менчинской, П.И. Пидкасистого, Д. Пойа, Я.А. Пономарева,
A.М. Сохора, Н.М. Сперанского, А.М. Степанищева, Е.Н. Турецкого, Л.М. Фридмана, Д.Б. Эльконина, А.Ф. Эсаулова и др. В области естественнонаучного образования вклад в исследование проблемы использования задач в обучении внесли С.Е. Каменецкий, Ю.М. Колягин, Н.А. Менчинская, А. Ньюэлл, В.П. Орехов, Д. Толлингерова, Н.Н. Туль-кибаева, А.В. Усова и др.
Подробный анализ вопросов истории развития методических представлений о процессе обучения учащихся решению физических задач выполнен в диссертационном исследовании А.А. Никонорова [4]. Автор выделяет несколько крупных периодов в истории становления данной проблемы. Критериями периодизации выбраны социальноэкономические условия научного поиска и появление в науке крупных психологодидактических концепций, оказывающих влияние на проблематику исследований.
Первый период (XVIII в. - 60-е гг. XIX в.) - это период зарождения методики обучения как науки. Задача в обучении рассматривается преимущественно как методический прием. Изучаются в основном вопросы методики решения математических задач.
Второй период (60-90-е гг. XIX в.). На этом этапе наряду с математическими задачами выделяются и рассматриваются в обучении задачи по физике. Идет процесс накопления опыта применения этих задач в учебной практике.
Третий период (конец XIX в. - первая половина XX в.) - период обобщения накопленного опыта работы. Появляются первые классификации физических задач и методические рекомендации по их решению.
Четвертый период (50-80-е гг. XX в). Выходят в свет пособия для учителей, в частности, книга С.Е. Каменецкого и В.П. Орехова «Методика решения задач по физике в средней школе». В.Е. Володарским и А.В. Токаревым разрабатываются системы учебных задач, определяются их основные функции в обучении физике.
С проникновением в дидактику идей кибернетики в этот же период стали исследоваться вопросы алгоритмизации процесса решения задач и эффективности применения алгоритмов в обучении (Л.А. Иванова, Н.Ф. Талызина и др.). Происходило развитие видового разнообразия задач, которое сопровождалось построением обновленных классификаций задач по физике (Л.И. Резников, А.В. Перышкин, П.А. Знаменский, Г.А. Балл,
B.Е. Володарский и др.). Соответственно видовому разнообразию задач были разработаны алгоритмы, учитывающие особенности решения задач различных видов (В.И. Со-сновский, Б.А. Гохват и др.).
Выполнены диссертационные исследования, касающиеся разработки теоретических основ обучения учащихся решению физических задач (В.В. Кириллов, Г.П. Стефанова, Н.Н. Тулькибаева, А.В. Усова и др.). Вклад в развитие теоретических основ решения данной проблемы внесли Н.Е. Важеевская, В.Е. Володарский, Н.М. Зверева,
Л.А. Иванова, С.Е. Каменецкий, А.В. Коржуев, Р.И. Малафеев, В.Г. Разумовский, В.А. Орлов, Л.И. Резников, Ю.А. Сауров, Н.Н. Тулькибаева, А.В. Усова и др.
Настоящий период (90-е гг. XX в - начало XXI в.). Интерес к проблеме не угасает. Разработка проблемы преимущественно осуществляется в контексте деятельностной модели обучения. В содержании исследований учитываются стратегии модернизации отечественного образования и в первую очередь такие ее отличительные черты, как: компе-тентностный подход к определению результатов обучения, информатизация учебного процесса, инновационные преобразования в содержании, методах и средствах обучения. Серьезное внимание стало уделяться целенаправленной подготовке будущих учителей физики к обучению учащихся решению задач.
Новые аспекты методики обучения учащихся решению физических задач рассматриваются в диссертационных работах Г.А. Дзиды, И.М. Низамова, А.А. Никонорова,
В.Г. Речкалова, Н.С. Селиверстовой, В.И. Сосновского, С.Ю. Трофимовой, В.Ю. Черем-ных, А.Н. Величко, П.И. Гниломедова и др. Назовем основные направления разработки обсуждаемой проблемы в диссертационных исследованиях этого периода:
1) методика реализации деятельностного подхода при обучении учащихся решению физических задач (Е.В. Полицинский);
2) методологические основы и методика формирования умений учащихся в решении физических задач, в том числе обобщенных умений (Г.А. Дзида, И.М. Низамов, Г.П. Стефанова и др.);
3) алгоритмический подход к обучению учащихся решению физических задач (Е.Л. Бит-Давид);
4) методы и приемы, обеспечивающие успешность учащихся в решении задач (Н.С. Селиверстова);
5) тесты по физике как средство подготовки учащихся к решению физических задач (А.Э. Пушкарев);
6) индивидуализация обучения при обучении решению задач по физике (Т.Ю. Вьюнова, С.Ю. Трофимова);
7) дифференциация обучения решению физических задач на основе учета когнитивных стилей деятельности учащихся (Л.Б. Лозовская);
8) развитие личности учащихся в процессе их обучения решению задач: развитие мышления (Н.Г. Сазанова) и творческих способностей (В.Ю. Черемных); формирование познавательного интереса (В.Г. Речкалов); преодоление психологических затруднений при решении задач по физике (С.Я. Ковалева);
9) обучение учащихся решению задач в старшей профильной школе (С.Ю. Трофимова).
Можно очертить круг основных достижений в решении данной проблемы в методике преподавания физики. Как итог многолетних исследований на сегодня в целом определены:
• понятие учебной задачи, в том числе на основе разных подходов к трактовке его содержания (генетического, кибернетического) (Г.А. Балл, Г.Д. Бухарова, В.М. Глушков, Л.Л. Гурова, К.К. Джумаев, Г.С. Костюк, А.Н. Леоньев, Е.И. Машбиц, А.Я. Понамарев, У.Р. Рейтман, Е.А. Флешнер, С.О. Шатуновский, Д.Б. Эльконин, А.Ф. Эсаулов и др.);
• функции задач: обучающие, воспитательные, развивающие (В.В. Давыдов, Л.В. Занков, Е.Н. Кабанова-Меллер, Н.К. Михеева, А.А. Никоноров, С.Л. Рубинштейн,
О.К. Тихомиров, В.Д. Шадриков, Л.Д. Филиогло, Д.Б. Эльконин и др.);
• классификации учебных задач по разным основаниям (Т.Ю. Вьюнова, Т.В. Кудрявцев, А.А. Никоноров, Я.А. Пономарев, У.Р. Рейтман, Н.Н. Тулькибаева, И. М. Фейенберг, Л.Д. Филиогло, Л.М. Фридман, А.Ф. Эсаулов и др.);
• понятия сложности и трудности учебной задачи (Г.А. Балл, Г.С. Костюк, А.М. Сохор и др.);
• структура учебной задачи (ДБ. Богоявленский, В.М. Глушков, Е.И. Машбиц, Н.С. Селиверстова, Н.Н. Тулькибаева, П.А. Швырев, Л.М. Фридман и др.);
• структура процесса решения (этапы деятельности при решении задачи) (Л.Л. Гурова, Е.И. Машбиц, А.А. Никоноров, С.Л. Рубинштейн, Н.Н. Тулькибаева, А.В. Усова, Л.М. Фридман и др.);
• психологические закономерности деятельности по решению задач (В.М. Глушков, К. Дункер, З.И. Калмыкова, О. Кречевский, Т.В. Кудрявцев, Н.А. Менчинская, А. Ньюэлл, Г.А. Саймон, Н.Н. Тулькибаева, А.В. Усова, Л.М. Фридман, Дж. С. Шоу, А.Ф. Эсаулов и др.), в том числе соотношение формальной и эвристической составляющих в структуре данной деятельности (Л.Л. Гурова, Ю.Н. Кулюткин, М.С. Красин, И.Л. Юфанова и др.);
• методы решения задач (Б.М. Амбросимов, В.А. Балаш, Г.А. Балл, Б.С. Беликов, Г.Д. Бухарова, С.Е. Каменцкий, И.А. Касаткина, Г.С. Костюк, В.П. Орехов, Л.Д. Филиогло и др.), в том числе методологические принципы (симметрии, относительности, суперпозиции, причинности, дополнительности, простоты и др.), используемые в решении (С.В. Бубликов, А.С. Кондратьев и др.), эвристические методы решения (М.С. Красин, Ю.Н. Кулюткин, И.Л. Юфанова и др.);
• основные положения методики обучения, в том числе: методика реализации алгоритмического подхода к обучению (Е.Л. Бит-Давид, А.А. Бобров, В.А. Величко, В.И. Гутман, С.Е. Каменецкий, В.В. Кириллов, В.Н. Мощанский, В.С. Степанов, Н.Н. Тулькибаева, А.В. Усова, Л.М. Фридман и др.), методика формирования обобщенных умений в решении задач (Г.Д. Бухарова, Г.А. Дзида, С.И. Дьяченко, А.А. Никоноров, Г.П. Стефанова, В.И. Савченко, Н.Н. Тулькибаева, Н.М. Ткаченко, А.В.Токарев, А.В. Усова, Л.Д. Филиогло, О.Р. Шеффер и др.), методика построения обучающего диалога с целью достижения понимания учащимися сущности решения (П.И. Гниломедов), методика комплексного применения знаний из различных разделов курса физики при решении задач (О.Р. Шеффер), использование в обучении практики самостоятельного составления задач учащимися (А.В. Сергеев, А.И. Павленко и др.), методика реализации принципа преемственности в развитии умения решать задачи в школьных курсах физики и математики (А.Н. Величко);
• методика организации деятельности учащихся по решению задач различных видов, а именно задач: межпредметного характера (Е.С. Волович, В.Н. Янцен и др.); физико-технического содержания (И.М. Низамов, М.Е. Тульчинский и др.) и экспериментальных физико-технических (Л.С. Ломоносова); инженерно-технических (Г.А. Ларионова); с историческим содержанием (Ю.А. Королев); графических (Л.И. Резников); познавательных (А.Н. Малинин^ и др.;
• теоретические основы развития мышления учащихся при решении задач по физике (Г.А. Берулава, В.Е. Володарский, Н.М. Зверева, Л.А. Иванова, С.Е. Каменецкий, Н.Н. Тулькибаева, А.В. Усова и др.);
• развитие самостоятельности в решении задач, в том числе по физике (Е.В. Оспенникова, П.И. Пидкасистый, Н.Н. Тулькибаева, А.В. Усова и др.);
• задачные технологии обучения (Ю.К. Бабанский, М.А. Данилов, Б.П. Есипов, В.И. Загвязинский, И.Я. Лернер, М.И. Махматуров, М.И. Скаткин и др.) и их реализации в обучении физике.
Наряду с развитием системы знаний по методике обучения учащихся решению физических задач развивались и представления о том, как учить учителей физики организации этой деятельности. Профессиональной подготовке специалистов по методике обучения учащихся решению физических задач посвящены диссертационные исследования М.А. Бобкова, Г.Д. Бухаровой, Е.С. Волович, М.А. Драпкина, Х.М. Инусовой, Н.К. Михеевой, Н.И. Михасенок, Г.П. Петросяна, Н.М. Саяпиной, Л.Г. Соколовой, Л.Д. Филиогло, Л.М. Фридмана, Н.И. Черкавского, Н.Н. Тулькибаевой, А.В. Усовой, А.А. Шаповалова и др. Разрабатываются следующие направления данной проблемы:
• классификация профессионально-методических умений (В.В. Завьялов, Н.И. Михасенок, Н.Н. Тулькибаева, А.В. Усова, Н.И. Черкавский и др.);
• особенности формирования профессионально-методических умений, в том числе обобщенных (А.А. Бобров, З.А. Вологодская, В.В. Завьялов, Г.А. Засобина, В.И. Земцова, Н.И. Михасенок, Е.В. Оспенникова, Л.Г. Соколова, Н.Н. Тулькибаева, А.В. Усова, А.А. Шаповалов и др.);
• критерии и уровни сформированности профессионально-методических умений (А.А. Бобров, В.В. Завьялов, Н.И. Михасенок, Н.Н. Тулькибаева, А.В. Усова и др.);
• методика обучения будущих учителей обобщенным методам решения физических задач как составляющая их профессионально-методической подготовки (Л.Д. Фи-лиогло);
• разработка моделей деятельности учителя по обучению школьников решению физических задач (С.М. Волова, Н.И. Михасенок, Н.Н. Тулькибаева, Н.И. Черкавский и др.).
В последнее время значительное внимание стало уделяться компетентностному подходу в профессиональной подготовке учителей физики (состав компетентностей, уровни сформированности, методика реализации компетентностного подхода к обучению и др.) (Н.Е. Важеевская, М.Д. Даммер, В.И. Земцова, Д.А. Исаев, Е.В. Оспенникова,
Н.С. Пурышева, Л.А. Прояненкова, Д.Э. Темнов, В.И. Тесленко, Н.Н. Тулькибаева,
А.В. Усова и др.).
Подводя итог анализу методических исследований по проблеме обучения учащихся решению физических задач и подготовки к этой деятельности будущих учителей физики, следует отметить, что в настоящее время уже существует достаточно разработанная теоретическая, методическая и технологическая база, включающая обширную систему научно-методических знаний и эффективных педагогических практик. Это служит серьезным основанием для разработки проблемы методов и приемов использования накопленного опыта в новой учебной среде, оснащенной компьютерными средствами и технологиями обучения. Информатизация продуктивных педагогических практик обучения учащихся
решению физических задач и подготовки учителей к этой деятельности - насущная проблема современной методической науки.
Работы, посвященные поиску путей решения этой проблемы, уже появились в методике преподавания физики (М.Д. Даммер, В.А. Извозчиков, А.С. Кондратьев,
В.В. Лаптев, Е.В. Оспенникова, В.Г. Петросян, Л.В. Петросян, И.Р. Перепеча, С.Е. Попов, Л.А. Прояненкова, А.В. Смирнов, М.И. Старовиков, Д.Э. Темнов, А.О. Чефранова и др.). Вместе с тем эту проблему следует отнести к малоразработанным в методической науке, поскольку предприняты лишь первые шаги в ее исследовании.
Рассмотрим немногочисленные работы, посвящённые вопросам использования средств ИКТ в решении физических задач.
В известной мере полезной основой для решения отдельных аспектов поставленной проблемы являются уже состоявшиеся в методике преподавания физики исследования в области использования средств ИКТ в школьном лабораторном физическом эксперименте (Д.В. Баяндин, Е.И. Бутиков, А.Д. Гладун, В.А. Извозчиков, А.С. Кондратьев, В.В. Лаптев, В.В. Ларионов, Е.В. Оспенникова, Н.А. Оспенников, С.Е. Попов, М.И. Старовиков, В.А. Стародубцев, А.И. Ходонович и др.). Эксперимент (натурный, компьютерный) фактически играет роль фундамента для разработки и использования в обучении физике широкого круга экспериментальных задач. Опыт использования средств ИКТ в решении задач этого вида так или иначе уже сложился. Однако этот опыт требует анализа, обобщения и дальнейшего развития в составе общей проблемы исследования.
Часть работ посвящена изучению и совершенствованию в условиях применения средств ИКТ практики обучения учащихся решению задач в средней общеобразовательной школе. Так, например, Л.Х. Умарова исследует проблему использования упражнений по физике, основанных на компьютерном модельном эксперименте. Автор рассматривает вопросы разработки и методики применения в обучении комплекса упражнений, направленных на формирование у учащихся умений в решении физических задач средствами компьютерного моделирования (компьютерный модельный эксперимент). В работе сформулированы требования к упражнениям, основанным на применении компьютерного эксперимента. Т.Ю. Вьюнова в диссертационной работе «Реализация индивидуального подхода к обучению и контроль знаний по физике с помощью компьютера» рассматривает комплекс проблем, связанных с использованием тестов как средства обучения учащихся решению физических задач. Предложена реализация компьютерного банка разноуровневых задач по физике. О.Н. Шарова, исследуя тему «Моделирование задач по физике в компьютерной среде», предлагает классификацию задач для компьютерного моделирования и методику формализации решения задач этого вида. Отметим, что под моделью автор понимает математическое описание задачи. Создан банк задач для компьютерного моделирования по двум разделам курса физики («Кинематика», «Динамика»). Работа с материалами банка позволяет учащимся научиться моделировать и решать вычислительные задачи по физике. Формированию обобщенных умений при решении инженерно-технических задач посвящено исследование Г.А. Ларионовой. В составе общей проблемы исследования соискатель рассматривает вопросы применения ЭВМ при планировании решения задач этого вида, составлении его алгоритма и проверке полученного результата. Методы решения задач на компьютере анализируются в статье В.Г. Петросяна, Л.В. Петросяна, И.Р. Перепечи. В работах Э.В. Бурсиана, В.А. Извозчикова и А.М. Слуцкого рассматриваются так называемые «компьютерно-ориентированные» задачи,
решаемые методами вычислительной математики. ЭВМ предлагается использовать: 1) для громоздких вычислений, 2) многократных однотипных вычислений, 3) исследования зависимостей. В работе В.А. Извозчикова, A.M. Слуцкого «Решение задач по физике на компьютере» подчеркивается, что использование компьютерных технологий очень важно и для формирования у учащихся научных понятий. Диссертационные работы общего характера выполнены У.Б. Еслямовой («Комплексное использование новых информационных технологий и традиционных технических средств в обучении физике») и Б.С. Зухаровым («Методика применения компьютера как одного из средств обучения физике»). Положения методики обучения, сформулированные в данных работах, в известной мере относятся и к применению средств ИКТ в обучении учащихся решению физических задач.
В педагогической печати широко обсуждаются общие вопросы совершенствования вузовской подготовки педагогов в области использования средств ИКТ в обучении (Г.А. Бордовский, С.Г. Григорьев, В.В. Гришкун, В.А. Гусев, М.И. Жалдак,
С.А. Жданов, В.М. Заварыкин, В.А. Извозчиков, С.Д. Каракозов, О.А. Козлов, О.А. Кочу-рова, Г.А. Кручинина, В.М. Монахов, Е.М. Разинкина, И.В. Ряхина, И.Г. Семакин,
С.А. Хузина, Л.А. Шевцова и др.), но методические исследования этой направленности немногочисленны. Совсем мало работ выполнено по методике подготовки будущих учителей физики к обучению школьников решению задач с использованием новых компьютерных технологий. Это направление исследований только начинает развиваться в методической науке.
Одной из первых работ является диссертация Н.И. Михасенок «Формирование у студентов обобщенного умения обучать учащихся решению физических задач на основе моделирования деятельности учителя» [3]. Компьютер рассматривается автором в качестве средства реализации модели деятельности учителя. Автор определяет перечень профессионально-методических умений учителя физики, в состав которого входит и умение « ... применять компьютерные средства в организации деятельности учащихся» [3, с. 47]. В диссертации определены этапы формирования профессионально-методических умений учителя физики [3, с. 49], предложена программа подготовки будущих учителей физики по методике обучения учащихся решению физических задач [3, с. 97]. При обсуждении вопросов методики реализации данной программы сформулированы дидактические возможности использования компьютера в обучении будущих учителей физики: усиление профессиональной направленности учения, повышение мотивации профессиональной деятельности; реализация на компьютере модели деятельности учителя по обучению учащихся; увеличение доли самостоятельной работы студентов, сокращение затрат учебного времени; дифференцированный подход к обучению; реализация возможностей пооперационной диагностики уровня сформированности профессиональных умений [3, с. 106].
С.Е. Попов в докторской диссертации «Вычислительная физика в системе фундаментальной подготовки учителя физики» ставит проблему развития содержания и методов преподавания учебной дисциплины «Вычислительная физика» в составе дисциплин фундаментальной подготовки будущего учителя [7]. Главное внимание в диссертации сосредоточено на разработке методологических и технологических основ проектирования системы подготовки будущего учителя в области вычислительной физики. Автором разработан полный учебно-методический комплекс дисциплины. Предложена технология обучения студентов моделированию физических явлений в виртуальной среде. Убедительно показано, что использование разработанных методики и технологии подготов-10
ки будущих учителей по вычислительной физике позволит в итоге существенно повысить эффективность их профессиональной работы в средней школе, в том числе деятельности по обучению учащихся решению физических задач.
Действительно, компьютерные модели - содержательная основа разработки разнообразных задач (в том числе исследовательских), которые могут эффективно использоваться в обучающей практике по физике. Вопросам создания и использования в обучении компьютерных моделей по физике посвящены многочисленные публикации и диссертационные исследования (Е.И. Бутиков, В.А. Извозчиков, С.М. Козел, А.С. Кондратьев, Е.С. Кощеева, В.В. Лаптев, В.В. Ларионов, В.В. Монахов, Н.А. Оспенников, О.Г. Ревинская, М.И. Старовиков, С.К. Стафеев, А.И. Ходонович и др.). Обсуждаются методологические основы компьютерного моделирования физических явлений, вопросы методики обучения учащихся методам компьютерного моделирования при изучении физики (Н.К. Анохина, П.В. Галаган, А.Д. Гладун, Н.Б. Горбачев, Х. Гулд, С.Г. Катаев, В.Н. Кеспиков, Л.В. Колисниченко, С.В. Коновалов, В.П. Корячкин, Н.С. Кравченко, А.А. Мальшин, В.М. Меньшиков, О.А. Соков, В.А. Стародубцев, А.Ф. Федоров, Р.Ф. Шарафутдинов, Т.И. Янина и др.). Ставятся и решаются проблемы методики разработки и использования специальных учебных сред для организации самостоятельной работы учащихся по компьютерному моделированию (Д.В. Баяндин, С.М. Дунин, Н.В. Криволуцкая, Е.С. Кощеева и др.). Методике использования компьютерных моделей в учебном процессе по физике посвящен ряд диссертационных работ (Е.И. Бутиков, В.В. Ларионов, И.А. Несмелова, И.М. Нуркаева, Н.А. Оспенников, О.Г. Ревинская, А.М. Толстик и др.). Вместе с тем собственно задачный подход к использованию компьютерных моделей в обучении как самостоятельная проблема в методике преподавания физике практически не обсуждается.
Первым учебно-методическим пособием для учителей, комплексно освещающим вопросы методики организации учебного процесса по физике с использованием средств ИКТ, была работа [6], подготовленная преподавателями кафедры мультимедийной дидактики и информационных технологий обучении Пермского государственного педагогического университета (2006). Первым пособием для студентов высших педагогических учебных заведений, в котором также освещен целый ряд вопросов теории и методики обучения физике в условиях информатизации системы образования, является работа А.В. Смирнова (2008) [8]. В пособии рассматриваются разные составляющие профессиональной деятельности учителя физики в новой информационной среде, показывается, каким образом видоизменяется его педагогическая практика в связи с применением новых информационных технологий обучения. Одна из глав пособия посвящена обсуждению вопросов влияния информационных технологий на выбор методов, форм и средств обучения физике. В отдельном параграфе раскрываются вопросы методики обучения учащихся решению физических задач. В начале изложения А.В. Смирновым рассматриваются общие методические вопросы обучения учащихся решению физических задач. Далее отмечается, что современные компьютерные технологии «... значительно расширяют школьную методику обучения решению физических задач средствами математического моделирования и вычислительной математики, а также средствами информационной технологии решения физических задач с применением баз данных» [8, с. 184]. Автор подробно рассматривает использование численных методов при решении физических задач. В пособии приводятся примеры применения численного метода решения физических задач в рамках конкретной учебной темы. Далее в работе обсуждается проблема обучения
школьников решению задач с использованием экспертных обучающих систем (ЭОС). ЭОС представляют собой разновидности интеллектуальных систем обучения (ИСО), которые способны моделировать деятельность квалифицированного педагога по управлению и оценке деятельности учащегося (в нашем случае по решению физических задач). Различают диагностирующие, проектирующие, обучающие и управляющие ЭОС [8, с. 115]. Возможны ЭОС, сочетающие в себе указные функции. Такая комплексная система в режиме диалога демонстрирует учащемуся стратегию и тактику решения задачи, контролирует уровень его знаний и умений, диагностирует допущенные ошибки, автоматизирует управление ходом решения. В некоторых случаях используют системы, которые способны не только анализировать и контролировать действия пользователя на предмет выбора правильных и более оптимальных методов решения, но и решать поставленные задачи (гибридные интеллектуальные системы обучения - ГИСО). ГИСО могут использоваться в средней школе в тех случаях, когда решаются сложные задачи, требующие специальных физико-математических знаний, которых у учащихся общеобразовательной школы пока нет [8, с. 115-116].
Несмотря на небольшое количество научно-методических работ по проблемам использования средств ИКТ в обучении учащихся решению физических задач и проблемам подготовки в этом направлении будущих учителей физики, процесс накопления цифровых ресурсов, способных поддержать и преобразовать учебный процесс по решению физических задач в средней общеобразовательной школе, набирает темп. Меняется в лучшую сторону качество создаваемых учебных ресурсов. Распространяемые на отечественном образовательном рынке цифровые пособия для средней школы содержат большое количество учебных задач, а также различных медиаобъектов (рисунков, видеороликов, анимаций, моделей, тренажеров и пр.), которые так или иначе могут быть использованы для организации учебной практики школьников по решению задач [1; 2].
В рамках проекта ИСО (2006-2008) подготовлены новые образовательные ресурсы. Данные ресурсы можно найти на Российском общеобразовательном портале (см. «Единое окно доступа к образовательным ресурсам» - http://school.edu.ru/). Новые ЦОР, ИИСС, ИУМК включают значительно возросшее число учебных задач. Стали более разнообразными медиаформаты их представления. Реализованы интересные подходы к организации учебной деятельности школьников по решению задач: появились интерактивные образцы решений, упражнения для отработки отдельных операций, входящих в структуру решения; разработаны оригинальные тренажеры; обновился видовой состав задач, в частности, более широко представлены игровые задачи; увеличилось число контекстных задач, задач-проектов для учебного исследования; расширилась база интерактивных тестов, построенных на использовании разнообразных способов предъявления вопросов учащимся и организации ответов.
Цифровые образовательные ресурсы для уроков решения задач размещены в Интернете. Существуют специализированные сайты, на которых представлены: задачи для абитуриентов; электронные решебники; справочники; простейшие инструментальные программы для решения; тесты, дистанционные школы (курсы) по решению задач, интеллектуальные клубы; олимпиады по решению задач; сборники задач, подготовленные учащимися; вопросы методики обучения решению задач и др. Краткая характеристика содержания ряда сайтов указанной тематики представлена в нашей работе [5].
Следует отметить, что накопленная база цифровых ресурсов используется в педагогической практике далеко не в полном объеме. Мы попытались исследовать опыт 12
применения новых ресурсов и технологий в массовом обучении. Первоначально изучался вопрос: в какой мере деятельность по решению задач представлена в учебном процессе по физике. В ходе констатирующего эксперимента, выполненного на кафедре мультимедийной дидактики и информационных технологий обучения Пермского государственного гуманитарно-педагогического университета (2009-2012) (исследуемая группа - 956 учащихся 7-11-х классов из 11 школ г. Перми и Пермского края), было выявлено, что на уроках физики в большей степени преобладают такие виды деятельности, как прослушивание объяснений учителя (43 %) и решение задач на основе изученных законов (25 %). В значительно меньшем объеме организуются лабораторные работы (12 %), работа школьников с учебником (10 %), просмотр демонстрационных опытов (6-7 %), устные ответы учащихся (3-4 %). К видам деятельности, выполняемым крайне редко (менее 1 % ответов), относятся: практические работы по изучению технических устройств; конструирование простейших технических устройств; подготовка и защита рефератов; обсуждение результатов самостоятельной работы с дополнительной литературой по предмету; работа с предметными компьютерными программами; учебные игры по предмету и некоторые другие.
Исследование показало, что сами учащиеся приоритетное значение при изучении физики отдают физическим опытам (наблюдение за демонстрациями - 21 %, самостоятельное выполнение лабораторных работ - 27 %). Далее учащимися выделяются: просмотр видеофильмов (12 %), решение задач (9 %), работа с учебником (8 %) и компьютером (8 %), игры по физике (6 %), объяснение учителя (6 %), некоторые другие виды - 3 %.
Сравнение реального положения дел и учебных предпочтений школьников показывает, что на практике имеют место процессы «торможения» их учебной активности и самостоятельности. Учащиеся менее заинтересованы в потреблении «готового» знания и предпочитают трудиться самостоятельно. Тем не менее интерес к решению учебных задач и работе с компьютером невысок. Первое обстоятельство связано с тем, что более двух третей учащихся, как показывают экспериментальные исследования разных авторов, испытывают серьезные затруднения в решении задач (другими словами, неуспешны в данной деятельности). Второе - с неразвитостью практики применения компьютера в обучении и неумением массового учителя-предметника сделать предметную виртуальную среду интересной для самостоятельной работы учащегося, востребованной в качестве ее эффективного инструмента, наконец, обеспечивающей успешность в освоении методов познания, в том числе методов решения физических задач.
Действительно, уровень эффективности использования компьютеров на уроке (независимо от вида деятельности) пока еще невысок: вообще не используют компьютер в обучении - более 40 % учителей, очень редко используют (не менее 1 раза в четверть) -чуть более 20 %, редко используют (не менее 1 раза в месяц) - 35 %, средний уровень использования (не менее 1 раза в неделю) - около 2 %. Более 55 % учителей вообще не применяют компьютер и при организации внеурочной работы учащихся. Побуждает учащихся к использованию компьютера только около 5 % учителей, а целенаправленно организуют использование компьютера во внеурочной деятельности школьников чуть более 1 % педагогов (данные мониторинга использования ИКТ в образовательном процессе средних общеобразовательных школ, проведенного при участии кафедры мультимедийной дидактики ПГПУ по заказу МОУ ДОВ «Исследовательский центр развития
системы образования» и Комитета по образованию и науке администрации г. Перми, в обследовании приняло участие 263 учителя).
Те из учителей, которые все же используют хоть иногда компьютер как новое средство обучения (около 40 %), высказали следующее отношение к практике применения цифровых объектов различных видов: 1) отдельные медиаобъекты для иллюстрации изложения регулярно используют 38 % учителей, лишь иногда используют - 53 % , не используют совсем - 9 %; 2) цифровые тестирующие комплексы с целью контроля знаний и умений учащихся применяют 66 % учителей, остальные не используют вообще; 3) отдельные учебные задания и задачи из ЦОР с целью организации индивидуальной самостоятельной работы учащихся на уроке применяют около 60 % учителей.
В ходе констатирующего эксперимента исследовались причины, влияющие на качество выполнения учащимися заданий для самостоятельной работы по решению физических задач, в том числе качество выполнения домашних заданий. Было установлено, что одной из существенных причин снижения качества самостоятельной работы учащиеся считают большой объем заданий (18 %) и трудность заданий (36 %). Важно отметить, что в качестве причины, определяющей низкое качество домашней работы, учащиеся указывают и отсутствие (недостаток) вспомогательных учебных материалов: заданий для самоконтроля, образцов учебной работы, рекомендаций и разъяснений. Причем 12 % школьников эту причину поставили на первое место по значимости влияния. Большая группа прочих причин (их отметили более 22 % учащихся) тесно связана с факторами, которые зависят от содержания и методики организации самостоятельной работы по решению задач (однообразие заданий, отсутствие к ним интереса, отсутствие четких требований к результату и систематического контроля его качества и т.п.).
Анализ качества современных цифровых ресурсов по физике и продуктивного опыта работы с данными ресурсами отдельных учителей позволяет утверждать, что уже сейчас ряд негативных факторов, влияющих на низкий методический уровень организации деятельности учащихся по решению задач, может быть исключен при систематическом и рациональном использовании в обучении потенциала виртуальной среды (ресурсы на CD и в Интернете, новые инструменты учебной деятельности). Дальнейшее развитие ресурсов виртуальной предметной среды и методики их использования в обучении могут обеспечить заметные изменения практики обучения школьников решению физических задач, привести к качественно новым результатам обучения.
Анализ состояния проблемы использования средств ИКТ в деятельности учащихся по решению физических задач в средней общеобразовательной школе, а также проблемы подготовки будущих учителей к организации этой деятельности позволяет сделать следующие выводы.
1. За последние два десятилетия накоплен заметный методический багаж в области использования средств ИКТ в учебном процессе по физике. Однако абсолютное число исследований посвящено разработке общих рекомендации по использованию ресурсов виртуальной среды на учебных занятиях по физике. Исключение составляет учебный физический эксперимент. В этом направлении выполнен ряд серьезных диссертационных исследований, непосредственно касающихся использования средств новых технологий в данном виде учебной деятельности.
Специальные исследования, посвященные проблеме обучения учащихся средней общеобразовательной школы решению физических задач с использованием средств ИКТ,
практически отсутствуют. В некоторых немногочисленных работах затрагиваются лишь отдельные аспекты поставленной проблемы.
2. Разработаны и увидели свет значительное количество учебных цифровых ресурсов по физике (на CD и в Интернете), которые включают разнообразные упражнения и задачи по физике. Уровень разработанности дидактического аппарата этих ресурсов достаточно высок (разнообразны виды задач, представлен иллюстративный материал, даются образцы решения, реализуется интерактивный характер самостоятельной работы учащихся по решению задач, имеются тренажеры и тесты для отработки умений в решении задач и самоконтроля уровня сформированности этих умений, представлены справочные материалы и пр.). Существуют пакеты стандартных и специальных учебных программ, которые могут быть использованы школьниками при решении физических задач как новые инструменты учебной деятельности. Вместе с тем уровень использования и дидактического и инструментального блоков виртуальной среды в деятельности школьников по решению задач остается весьма низким. Новые средства обучения пока еще мало и недостаточно эффективно используются в массовой педагогической практике.
3. Является актуальной проблема научно-методического исследования содержания цифровых ресурсов по физике (состава и качества их медиаобъектов и инструментов). Цель исследования - выяснить, каким образом новые средства обучения могут быть использованы для формирования у учащихся умений и навыков в решении физических задач, в том числе в освоении новых методов их решения. По результатам этого исследования могут быть определены направления совершенствования учебных объектов и инструментов цифровых ресурсов с целью их наилучшего соответствия современным задачным технологиям обучения.
4. Не ставится и не разрабатывается проблема комплексного использования компонентов ИКТ-инфраструктуры учебной среды в деятельности учащихся по решению задач (см. выше полный состав компонентов). Именно это направление исследования проблемы позволит увидеть и реализовать в организации данного вида деятельности полный спектр возможностей новой информационной среды. Для успешного обучения в среде с развитой ИКТ-инфраструктурой должна проводиться специальная работа по формированию у учащихся предметной ИКТ-компетентности в области использования в учебной деятельности по физике новых ресурсов и инструментов.
5. Проблема подготовки учителя физики к использованию информационных технологий в обучении учащихся решению задач до настоящего времени специально не исследовалась. Лишь в ряде немногочисленных работ последних лет (некоторые диссертационные исследования, методические пособия, статьи в периодической печати, тезисы научно-практических конференций) обсуждались лишь ее отдельные аспекты.
При разработке указанной проблемы важно обратить внимание не только на необходимость подготовки будущих учителей рациональному использованию составляющих ИКТ-инфраструктуры учебной среды в организации деятельности школьников по решению физических задач, но и обучить их самостоятельной деятельности по производству авторских цифровых ресурсов, а также авторских дидактических материалов для самостоятельной работы учащихся с объектами виртуальной среды. Знание научнометодических основ использования «готовых» ресурсов и инструментов виртуальной среды в обучении, а также методических основ и технологий разработки новых ресурсов и инструментов позволит учителю полно реализовать в педагогической деятельности свой
индивидуальный профессиональный стиль и создать в информационном пространстве школы такую учебную среду, которая обеспечит учащимся максимально приближенные к их индивидуальным особенностям условия учебной работы.
Уровень разработки вопросов теории и методики обучения учащихся решению физических задач и накопленный ИКТ-потенциал предметной учебной среды позволяет на сегодня ставить и решать проблему разработки в составе дисциплины ФГОС ВПО ОПД.Ф.04 «Теория и методика обучения физике» специального учебного модуля «Использование ЦОР в обучении учащихся решению физических задач» [5]. Содержание модуля должно обеспечить формирование у будущих учителей специальной профессиональной компетентности в области использования средств ИКТ в организации учебной практики школьников по решению физических задач.
1. Баяндин Д.В. Система активных обучающих сред «Виртуальная школа»: метод. пособие для учителя и руководство по использованию программного продукта / Перм. гос. техн. ун-т. - Пермь, 2002. - 72 с.
2. Баяндин Д. В., Медведева Н. Н., Мухин О. И. Управление учебной деятельностью и ее мониторинг на основе тренинговой технологии обучения // Образовательные технологии и общество (Educational Technology & Society). - 2012. - Т. 15, №1. - С. 505-524.
3. Михасенок Н.И. Формирование у студентов обобщенного умения обучать учащихся решению физических задач на основе моделирования деятельности учителя: дис. ... канд. пед. наук: 13.00.02. - Челябинск, 1999. - 174 с.
4. Никоноров А.А. Формирование у учащихся обобщенного умения применять средства решения в процессе решения физических задач: дис. ... канд. пед. наук: 13.00.02. - Челябинск, 2003. - 161 с.
5. Оспенников А.А. Учебный модуль «Использование ЦОР в обучении учащихся решению физических задач» // Цифровые образовательные ресурсы в школе: методика использования. Естествознание: сб. учеб.-метод. материалов для пед. вузов. - М.: Университетская книга, 2008. - С. 88-111. - (Библиотека информатизации образования)
6. Оспенникова Е.В. Использование ИКТ в преподавании физики в средней общеобразовательной школе: учеб. пособие / Е.В. Оспенникова [и др.]; Перм. гос. ун-т. - Пермь, 2006. - 272 с.
7. Попов С.Е. Вычислительная физика в системе фундаментальной подготовки учителя физики: дис. ... д-ра пед. наук: 13.00.02. - СПб., 2006. - 341 с.
8. Смирнов А.В. Методика применения информационных технологий в обучении физике: учеб. пособие для студентов высш. пед. учеб заведений. - М.: Академия, 2008. - 240.
