CC BY
30
ПРОЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОЕ ОБУЧЕНИЕ ФИЗИКЕ В СИСТЕМЕ ОТКРЫТОГО ОБРАЗОВАНИЯ
В.В. Ларионов, к.ф.-.м.н., доц. каф. Физики и информационных процессов Тел.: (3822) 41-82-38; E-mail: larionov@galore.tomsk.ru С.Б. Писаренко, асп. каф. Физики и информационных процессов Тел.: (3822) 56-38-45; E-mail:psb@fnsm.tpu.edu.ru Томский политехнический университет http://www.tpu.ru
A method of the analysis of perception of computer animation on physics is offered, based on education of didactic essential properties — recognizability, composite construction, attraction, correctness and problematical character, that are accessible to an estimation separately. Set of the techniques directed on their achievement is offered.
Введение
Большое значение в повышении качества обучения в системе открытого образования имеет проблема формулирования задания по изучению соответствующих разделов дисциплины. Основой задания во всех случаях служат ГОС ВПО и рабочая программа, где определены содержание предмета, темы лабораторных, практических занятий, контрольные работы и т.д. Конкретные этапы, сроки, типичные примеры - образцы выполнения заданий приводят к репродуцированию знаний и не соответствуют современным требованиям, предъявляемым к инженеру, который должен в полном объеме владеть навыками специалиста мобильного внедрения наукоемких технологий в современное производство.
Для решения поставленных дидактических задач целесообразно использовать видеокомпьютерные технологии обучения. Широкие возможности видеокомпьютерного анимационного предъявления информации развивают образное мышление и творческую инициативу. При этом наибольшее распространение получили педагогические модели, основанные на оперативной обработке информации, предъявлении результатов пользователю и их анализе. Применяя компьютеризацию лабораторных устройств, видеодемонстрации, компьютерную графику и обработку результатов эксперимента, необходимо одновременно трансформировать традиционные формы обучения.
Сочетание дистанционной формы образования с традиционными формами и самообразованием соответствует диалектике развития педагогической науки [1,2]. При этом широко распространены образовательные
технологии,
свя-
занные с регулярным виртуально-практическим обучением. Предполагается, что модельный режим [3] позволяет глубже изучить сущность явления, перейти от репродуктивного к продуктивному режиму обучения, в варианте удобном для обучаемого.
Технология обучения
Рассмотрим различные дидактические подходы в рамках проектно-ориентирован-ной технологии обучения.
1. Создание и формирование проектно-образующих и выявляющих заданий по физике
Основной отличительной чертой этого подхода является формирование заданий совместно со студентом. В этом случае задания выступают как познавательное средство, содержащее объясняющую, онтологическую и эвристическую функции. При этом учитываются:
- количество и качество проблемных ситуаций и вопросов, предложенных для рассмотрения студентом;
- распределение проблемных ситуаций по степени трудности, цели и способу действий, предлагаемых лично студентом [4];
- отслеживание распределения баллов за поставленные проблемы и поиск проблемных ситуаций.
В качестве примера приведем проектное задание, его блок-схему по педагогическому принципу полноты физической системы, возможные вопросы и статистический анализ количества вопросов, поставленных студентами к заданию.
Пример. Протон (электрон) ускоряют и направляют в поперечное магнитное поле с индукцией В. Размер области с полем В равен ^ Проанализировать и рассчитать траекторию частицы для предложенной схемы эксперимента (рис.1).
а = агс кш
В-в.
1т и
Рис. 1. Схема эксперимента по ускорению частицы в магнитном поле
Анализ проблемы. Традиционно в задаче определяют угол а.
В предлагаемой технологии вопросы к проектному заданию самостоятельно формулируют обучаемые. Система оценивания результатов работы учитывает количество и качество вопросов. Ниже приводим некоторые из возможных N проблемных вопросов.
1) Как устроен источник протонов, электронов? 2) Как можно ускорить частицы? 3) Что представляет собой источник энергии, необходимой для ускорения частиц? 4) Как создать магнитное поле данной конфигурации? 5) Какова методика регистрации частиц на экране? 6) Чему равен суммарный импульс, который получает экран при попадании в него протонов? ... 23) Как рассчитать количество энергии, потребляемой данным устройством? и т.д.
Полная дидактическая схема проектного задания приведена на рис. 2.
На рис. 3 (см. цв. вставку) показаны примеры тренажеров, прилагаемые к проектному исследованию данной задачи. Тре-
Вьщвижение гипотезы исследования, ее уровни
Рис. 2. Дидактическая блок-схема проекта
нажер (правая верхняя часть экрана) содержит опции, позволяющие варьировать параметры и наблюдать отклик физической системы в интерактивном режиме. Здесь же приведены сведения о программе-задании, примеры расчета электрических и магнит-
ных полей. Виртуальные тренажеры позволяют получать наглядные динамические иллюстрации физических экспериментов и явлений, воспроизводить их скрытые детали, которые не видны при наблюдении реальных экспериментов. Использование трена-
жеров приводит к не достижимой в реальном физическом эксперименте возможности визуализации упрощенной модели физического явления. При этом можно поэтапно включать в рассмотрение дополнительные факторы, которые постепенно усложняют модель и приближают ее к реальности.
Если сформировать таблицы для записи наблюдений и расчетов при действии регуляторами, то можно реализовать виртуальное лабораторно-практическое занятие, которое студенты осуществляют в диалоговом режиме с преподавателем, либо в виде варианта части проектной самостоятельной работы.
Тренажеры в учебной практике применяются в различных модификациях для постановки ознакомительных, творческих, исследовательских и проблемных заданий, компьютерных экспериментов, экспериментальных, качественных и расчетных задач, а также задач с недостающими данными. Применение программ-тренажеров в учебном процессе обеспечивает непрерывность, быстроту и полноту обучения.
2. Создание обучающих анимированных тестовых заданий (акцентированный подход)
Известно, что традиционной функцией тестирования является измерение уровня знаний учащихся. Компьютерное тестирование обладает необходимыми предпосылками для создания и использования обучающей функции. Реализуется принцип множественности предоставления информации, один из важнейших при проектно-ориентированном обучении в системе открытого обучения.
Основой разработанной методики является учебно-познавательная деятельность, которая обусловлена:
■ видом учебной деятельности (практическое действие преобладает над пассивным усвоением материала);
■ логикой познавательного процесса (использование в учебном процессе методов исследования);
■ психологией познавательного процесса (повышенный уровень мотивации, ассоциативный и эвристический механизмы, связь интуитивного и логического);
■ источником знания (опора на наглядность посредством визуализированного информационного поля [6]).
Рассмотрим применение акцентированного подхода в тестах, предназначенных для получения допуска к лабораторным работам, а также для проверки остаточных знаний после их выполнения. Разработанные тесто-
вые задания содержат анимации физических процессов, фрагменты учебных фильмов [7], фотографии, цветные рисунки, схемы и «живые» графики.
В проекте задействованы все виды закрытых тестовых заданий, а именно:
с выбором одного правильного ответа; с выбором нескольких правильных ответов;
на установление соответствия (рис. 4 -см. цв. вставку);
на установление правильной последовательности;
на дополнение; на составление формул.
Задания оформлены в электронном виде в среде Flash МХ 2004 (7 версия) [8]. Тесты для допуска студенты выполняют или в дистантном режиме, или в начале лабораторного занятия в компьютерном классе. Задания состоят из 20 последовательно предлагаемых вопросов, включающих общую теорию и более узкую теорию конкретных лабораторных работ, в частности методику и технику проведения эксперимента, вывод рабочих формул, схемотехническое моделирование.
Разработанные тестовые задания позволяют получить допуск при правильном ответе на все заданные вопросы. Поэтому все задания сопровождаются теоретическими объяснениями-ответами, которые компьютерная программа показывает студентам после первичного прохождения теста. Если при первом прохождении тестового задания из N вопросов правильно выполнено P, то программа показывает подробные ответы на (N-P) вопросов, которые вызвали затруднение. После прочтения ответов программа снова предлагает ответить на данные (N-P) вопросы. Если из данных вопросов правильных ответов Y, то снова предлагается изучить теорию (N-P-Y) «сложных» вопросов, а затем ответить на них. Процесс «вопросы - теория - вопросы» продолжается до тех пор, пока на все вопросы программы не будут даны правильные ответы. В электронный журнал заносится общее время, затраченное студентом на прохождение задания, дата и набранные баллы (рис. 5 - см. цв. вставку). Баллы определяются числом попыток пройти тест, при этом число попыток не ограничивается. Временной фактор может быть учтен преподавателем посредством введения поправки в рейтинговую оценку знаний.
Здесь же в журнале фиксируется дата выполнения тестового задания, что позволяет организовать педагогический мониторинг проработки проекта по отдельным этапам материала, фиксировать пробные попытки выполнения задания.
В конечном итоге преподаватель получает компьютерно-дидактический инструмент для ведения проекта и способ обнаружения закономерностей, присущих процессу обучения в режиме, заданном совместно со студентом. В ходе педагогических исследований установлена следующая закономерность: чем выше степень виртуализации проекта, тем меньше мотивация у студентов использовать все возможности компьютерной модели. Исключение составляют проекты, в которых окончательным этапом явля-
ются компьютеризированные лабораторные работы.
Для оценки предлагаемого метода по усвоению предметного материала применялась методика поэлементного анализа выполнения задания. В табл. 1 приведены результаты педагогического эксперимента по усвоению студентами учебного материала (на примере эффекта Холла). Большая часть студентов контрольных групп использовали известный теоретический материал (репродуктивный уровень). Значительная часть студентов экспериментальных групп использовали комплексный подход, дополнительные вопросы и программные средства, проявляя при защите своей работы творческий уровень усвоения.
Таблица 1
Уровень усвоения учебного материала студентами экспериментальных и контрольных групп на основе поэлементного анализа
Уровень усйоския Относительное число студентов, %
Экспериментальная группа Контрольна группа
Репродуктивный 35 75
Продуктивный 48 26
Творческий 17 11
Исследовательские умения оценивались при работе студентов рассматриваемым методом по следующим критериям (табл. 2):
2.1. Обоснование актуальности темы, высказывание своей точки зрения.
2.2. Объяснение выбора плана представления проекта, его логичности.
2.3. Аргументированность добавленных вопросов и ответов к ним.
2.4. Оценка разных подходов к проблеме.
Таблица 2
Результаты поэлементного анализа исследовательских умений
Умения (Экспертная оценка из 5 баллов)
Экспериментальная группа Контрольная группа
2.1 4.7 3.2
2.2 4.5 3.1
2.3 4.3 3.9
2.4 4.6 3.9
Таблица 3
Результаты поэлементного анализа информационных умений
Умения Доля студентов, успешно справившихся с заданием, %
Экспериментальная группа Контрольная группа
3.1 85 78
3.2 81 71
3.3 92 70
В качестве показателя уровня сформи- 3.1. Умение найти соответствующие ис-
рованности информационных умений вы- точники информации. браны следующие критерии (табл. 3):
3.2. Умение использовать дополнительные программные средства.
3.3. Умение анализировать результаты компьютерного моделирования и сопоставлять их с имеющимися сведениями.
Как видно из табл. 1-3, студенты экспериментальной группы, изучающие физику с использованием проектно-ориентирован-ного метода, обладают более высоким уровнем усвоения физического материала, а также информационных, экспериментальных и
исследовательских умений, чем студенты контрольной группы.
Отметим, что студенты самостоятельно, по своей инициативе используют работу в базе данных проекта и как средство изучения и повторения материала, и как пропедевтическое средство при дальнейшем изучении специальных физических дисциплин.
Проведенный эксперимент доказал целесообразность применения рассмотренного в статье метода обучения.
Литература
1. Открытое образование - стратегия ХХ1 века для России / Под общ. ред. В.М. Филиппова и В.П. Тихомирова. - М.: МЭСИ, 2000. - 356 с.
2. Тихомиров В.П. Основные принципы построения дистанционного образования в России // Дистанционное образование. - 1998. - № 1. - С. 5-7.
3. Тихомиров Ю.В. Виртуальный лабораторный практикум по курсу физики. - М.: Физикон, 20022003.
4. Ларионов В.В. Основные принципы проектно-ориентированного обучения физике в техническом университете // Известия Томского политехнического университета. - Т.307 (1). - 2004. - С.185-188.
6. Ларионов В.В., Писаренко С.Б. Особенности компьютерного тестирования по физике студентов, обучающихся технике и технологиям // Информационные технологии в образовании, технике и медицине: Материалы междунар. конф.: В 3 т. - Т.1 / ВолгГТУ. - Волгоград, 2004. - С. 208-212.
7. Анимированные явления в физике // http://physflash.narod.ru.
8. Пичугин Д.В., Ларионов В.В. Композиционный физический практикум http://csgnz.ultranet. tomsk.ru/aspa .
ЭВОЛЮЦИЯ МОДЕЛЕЙ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОБУЧАЕМОГО С КОМПЬЮТЕРОМ
Ю.А. Аляев, к.т.н., доц., проректор по научной работе, академик Академии информатизации образования РФ Тел.: (342) 2-660-690; E-mail: alyr1@yandex.ru Пермский региональный институт педагогических информационных технологий
http://pripit.perm.ru А.Ю. Беляков, к.т.н., доц. каф. Тактико-специальной, боевой и физической подготовки Тел.: (342) 2-614-620; E-mail: kafedra@perm.ru http://kafedratsp.narod.ru Пермский филиал Нижегородской академии МВД России http://www.iperm.ru/company2309.html Л.К. Гейхман, д.пед.н., проф., зав. каф. Прикладной лингвистики и информационных технологий образования Тел.: (342) 2-164-164; E-mail: glk@pstu.ru Пермский государственный технический университет http://www.pstu.ru
The models of interaction between the learner and the existing educational electronic publications are analysed. The proposing model of the learner — computer interaction holds much promise, due to the intellectualization of the educational programs and providing them with personal qualities. The article specifies the psychological and pedagogical features of the interaction between the learner and the intellectually active educational environment.
