CC BY
125ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦИФРОВЫХ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ РЕСУРСОВ
УДК 53 (072.3) + 004.9
И.В. Ильин
СОДЕРЖАНИЕ И МЕТОДИКА ОРГАНИЗАЦИИИ ЭЛЕКТИВНОГО КУРСА «ФИЗИКА СОВРЕМЕННОЙ ТЕХНОСФЕРЫ» В СРЕДНЕЙ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ШКОЛЕ
Обсуждается проблема формирования у учащихся средней школы конкретных и обобщенных физико-технических знаний, включая метауровень их обобщения. Результатами освоения метатехнического знания являются становление представлений о современной техносфере как макрообъекте техники (ее структуре, содержании и закономерностях развития) и более высокий уровень технической культуры обучаемых. В работе представлены концепция построения и содержание программы элективного курса «Физика современной техносферы» для средней общеобразовательной школы, направленной на формирование у учащихся конкретных и обобщенных технических знаний. Особая роль при организации обучения отводиться ИКТ-средствам поддержки данного курса. В качестве такого средства предлагается электронный образовательный ресурс как пополняемый комплекс мультимедиа модулей для изучения различных объектов техники.
Ключевые слова: обучение физике, техническое знание, физика современной техносферы, техносфера, информационно-коммуникационные технологии обучения.
Необходимость политехнической подготовки учащихся в процессе обучения физике определена действующим стандартом общего среднего образования (ФГОС, 2010, 2012). Ставится задача усвоения учащимися физических основ работы различных технических устройств и промышленных технологических процессов, формирования у них умения применять полученные знания для решения практических задач повседневной жизни и обеспечения ее безопасности, рационального природопользования и охраны окружающей среды, готовности к прогнозированию, анализу и оценке следствий бытовой и производственной деятельности. Достижение этих целей связывается с реализацией в обучении физике одного из базовых принципов дидактики -принципа политехнизма.
В рамках традиционных направлений научно-технического прогресса (НТП), базирующихся на достижениях физической науки, сформировались и развиваются их новые и весьма перспективные составляющие: оптоэлектроника, робототехника, нанотехнологии, микроэлектроника и др. Именно они будут определять в ближайшее время качественные преобразования сферы технического обеспечения современного общества.
© Ильмн И.В., 2015
Отметим, что техника настоящего времени достаточно сложна. Принципы ее действия в полном объеме в большинстве случаев недоступны для понимания неспециалистом. Это, как справедливо отмечает Э.А. Аринштейн, «...создает пропасть между современной техникой и школьным курсом физики» [1]. По этой причине в учебниках физики представлены преимущественно только доступные для освоения учащимися классические технические объекты (шлюзы, тепловые машины, электродвигатель, радиоприемник и т.п.). Тем не менее учащиеся средней школы должны знакомиться не только с классической, но и современной техникой. На это обращается внимание в примерной программе для основной школы, разработанной в соответствии с действующим стандартом общего среднего образования [9]. В содержании примерной программы помимо традиционных объектов техники выделены и современные технические объекты, такие как мобильный телефон, спутниковая система навигации, ЖК-монитор, плазменный телевизор, цифровой фотоаппарат и др.
В соответствии с данным направлением развития содержания политехнического обучения разрабатываются различные авторские программы (В.Г. Разумовский, В.А. Орлов, О.Ф. Ка-бардин, А.М. Кондаков и др.). Например, в содержании примерных программ по физике для основной и старшей школы [9] (авторы: В.Г. Разумовский, В.А. Орлов, О.Ф. Кабардин, А.М. Кондаков и др., 2010 г.) общие вопросы технической направленности (физика и техника, наука и техника, открытия в физике - основа прогресса в технике и технологии производства) представлены во вступительном разделе. Эти же вопросы имеются во вводных разделах других авторских программ (авторы Н.С. Пурышева, Н.Е. Важеевская, Е.М. Гутник, А.В. Перыш-кин, В.А. Коровин, А.Е. Гуревич и др.). Разрабатываются авторские программы для внеурочной деятельности по физике. В частности, в программе А.А.Кузнецова и М.В. Рыжакова предлагается изучение объектов современной техники в цикле внеурочных занятий «Как это работает.?» [6, с. 43-45]. Отмечается, что такие занятия необходимы для знакомства учащихся с миром техники, искусственно созданным человеком, путем использования на практике достижений физики.
Для решения задач реализации политехнической направленности предметного обучения является необходимой разработка элективных курсов, направленных на изучение классических и современных технических объектов. В содержании таких курсов необходимо представить объекты из разных областей производственной деятельности, сервисной и бытовой современной техники. Их изучение будет способствовать пониманию учащимися места и роли техники в развитии современной техносферы, осознанию роли науки в создании объектов техники нового поколения, пониманию базовых принципов их работы.
В рамках нашего исследования разработан элективный курс «Физика современной техносферы». Курс ориентирован на достижение в области политехнической подготовки учащихся результатов обучения, определенных стандартом образования (предметных, метапредметных, личностных). Главной особенностью курса является формирование у учащихся не только конкретных технических знаний в области современной техники, но и обобщенного технознанания - метатехнического знания (о техносфере и закономерностях ее развития) [4-6, 10].
Содержание и методика организации занятий курса ориентированы на комплексный подход к формированию результатов обучения. В этом комплексе объединены деятельностно-
ценностный, компетентностный, методологический (ориентация на освоение основ методологии научно-технического исследования), прагматичный (направленность на формирование знаний и умений, необходимых в жизни, развитие технической культуры) подходы.
В разработке программы курса реализован модульный принцип организации обучения. Курс состоит из системы модулей по технике, каждый из которых связан с изучением конкретного технического объекта (ТО). Учебный материал о каждом изучаемом ТО демонстрирует его место и роль в структуре современной техносферы [4-6, 10]. Реализация модульного подхода позволяет учителю «конструировать» программу курса из различных учебных модулей по своему усмотрению, а именно варьировать его содержание и объем в зависимости от уровня знаний, интересов и индивидуальных особенностей учащихся, а также специфики учебного плана школы.
Обучение по программе курса строится на основе применения специализированных цифровых дидактических материалов по технике, входящих в состав электронного образовательного ресурса (ЭОР) «Физика современной техносферы»» Самостоятельная работа учащихся с применением этих материалов обеспечивает более совершенный уровень организации их познавательной деятельности, для которого характерны:
1) приобретение более полных и глубоких знаний о технике и физических основах ее работы;
2) обеспечение разнообразия видов учебной деятельности в области освоения прикладных (технических) вопросов курса физики;
3) систематизация и обобщение технических знаний;
4) формирование широкого спектра практических умений учащихся, в том числе в области научно-технического творчества;
5) применение новых средств обучения и инструментов учебной деятельности (ИКТ) в области политехнической подготовки учащихся по предмету.
Рассмотрим основные составляющие элективного курса «Физика современной техносферы».
1. Цели учебного курса:
■ совершенствование (углубление, расширение) предметного знания (физика);
■ формирование (углубление, расширение) системы прикладных (технических) знаний и умений (на материале курса физики);
■ формирование представлений о роли физики в развитии других естественных наук, техники и технологий;
■ формирование представлений о нерациональном использовании природных ресурсов и энергии, загрязнении окружающей среды как следствии несовершенства машин и механизмов;
■ овладение основами безопасного использования естественных и искусственных электрических и магнитных полей, электромагнитных и звуковых волн, естественных и искусственных ионизирующих излучений во избежание их вредного воздействия на окружающую среду и организм человека
■ формирование базовой составляющей технической культуры - системы технических
знаний (конкретных, обобщенных);
■ формирование представлений о физической и современной технической картинах мира, технической составляющей мировоззрения, соответствующей современному уровню развития науки и общественной практики;
■ профориентация учащихся.
2. Задачи учебного курса: Формирование системы технических знаний:
■ конкретных научно-технических;
■ конкретных рецептурно-технических;
■ метатехнических.
Совершенствование предметных знаний и умений:
■ знаний по основному курсу физики;
■ умений в выполнении учебного научно-технического исследования (элементы);
■ умений в самостоятельной работе с различными источниками технической информации;
■ умений в применении средств ИКТ при выполнении различных видов познавательной и практической деятельности.
Формирование специальной предметной компетентности в области прикладной физики (начальный уровень):
■ готовность к выполнению различных видов технической деятельности;
■ приобретение опыта выполнения творческих заданий по технике;
■ освоение опыта применения средств ИКТ в выполнении заданий по технике. Развитие и воспитание личностных качеств учащихся:
■ развитие интереса к физике и технике;
■ воспитание начального уровня технической культуры (технической грамотности и компетентности) школьника, его способности к адекватной оценке ТО и способов их применения с учетом экологических, экономических, социальных, эргономических следствий;
■ развитие мировоззрения учащихся, представлений о современной технической картине мира;
■ осознание учащимися связи и взаимовлияния науки и техники, понимание того, что развитие техники возможно благодаря развитию физики как науки (физика как ведущая научная основа техники);
■ осознание возможных причин техногенных и экологических катастроф, необходимости применения достижений физики и технологий для рационального природопользования;
■ ценностная оценка системы взаимодействий «общество (человек) - техника - природа» с учетом возможных следствий этих взаимодействий;
■ воспитание нравственных и эстетических качеств, эмоционально-ценностного позитивного и рационального отношения к природе и техносфере; готовности к осмыслению глобальных проблем современности, связанных с развитием техносферы;
■ развитие технического мышления и творческих способностей учащихся;
■ создание условий для развития мотивации и последующего выбора и освоения технической профессии (специалист среднего звена, инженер) (профориентация).
3. Ожидаемые результаты освоения учебного курса. В результате изучения курса учащийся должен: знать:
■ принципы действия машин, приборов и технических устройств, с которыми человек встречается в повседневной жизни, и способы обеспечения безопасности при их использовании;
■ физические основы работы машин и механизмов, средств передвижения и связи, промышленных технологических процессов;
■ способы применения отдельных технических объектов (рецептурно-технические знания) в различных видах деятельности;
■ различные аспекты взаимодействий «общество (человек) - техника - природа» и результаты этих взаимодействий;
■ влияние менталитета социума на функционирование и развитие техники; уметь:
■ описывать объекты техники современной техносферы в соответствии с ОП изучения ТО;
■ применять полученные знания для объяснения принципов действия важнейших технических устройств, решения практических задач повседневной жизни, обеспечения безопасности своей жизни, рационального природопользования и охраны окружающей среды»;
■ осуществлять научно-техническую (инженерную) деятельность по проектированию ТО (элементы изобретения и рационализации); выполнять простейшие работы по созданию ТО и с применением ТО (элементы);
■ осуществлять непроизводственную техническую деятельность, включая техническую деятельность повседневной жизни.
владеть опытом (компетентность):
■ работы с различными источниками информации по вопросам прикладной физики (в том числе с ЭОР «Физика современной техносферы»);
■ применения средств ИКТ при изучении технических вопросов курса физики, а также при выполнении учебного научно-технического исследования;
■ представления результатов работы с техническим материалом в форме выступления перед аудиторией с устными докладами, в том числе с подготовленными авторскими презентационными материалами;
иметь представление:
■ о структуре техносферы и обобщенных характеристиках ее элементов;
■ содержании составляющих техносферы, характеризующих уровень ее развития:
- совокупности имеющихся в социуме технических артефактов - технических объектов (основаниях классификации, видах и типах ТО),
- структуре технического знания и обобщенных понятиях, его характеризующих,
- видах технической деятельности, реализуемых в социуме (научно-технической, производственной, непроизводственной),
- системе взаимодействий «общество (человек) - техника - природа» и следствиях технической деятельности на природу и социум (военно-политических, социально-экономических, национально-культурных, экологических, ценностно-мировоззренческих);
- ментальности социума (сложившихся социальных моделях технического поведения) как факторе влияния на уровень развития всех прочих составляющих техносферы);
■ факторах развития техносферы (военно-политических, социально-экономических, национально-культурных, ценностно-мировоззренческих, духовных); в з а и м о -с в я з и н а у к и и т е х н и к и как ведущем факторе, определяющем:
- развитие системы технических артефактов (от простейших орудий до сложных технических систем),
- развитие технического знания и видов технической деятельности;
- изменение системы взаимодействий «общество (человек) - техника - природа» и оценки их следствий;
- обновление менталитета социума;
■ закономерностях развития техносферы:
- этапах эволюции и революционных скачках, содержании и смене технических парадигм;
- основных отраслях современного производства и направлениях НТП;
- техногенезе (влиянии технической деятельности на естественную природу) и его общих закономерностях (экологический аспект развития техносферы);
■ методологии научно-технического исследования (общих принципах и методах решения технических проблем).
Содержание требований к уровню подготовки учащихся учитывает сформулированные в стандарте ФГОС требования к общим предметным, частным предметным, метапредметным и личностным результатам освоения основной образовательной программы.
На разных уровнях образования (основная и старшая школа) указанные цели образования достигаются на разном содержании учебного материала по предмету (физика) и с разной степенью глубины проработки компонентов метатехнического знания.
4. Инновационность учебного курса.
По целям обучения:
■ представление целей обучения в виде не только системы знаний и умений, но и совокупности компетентностей, отражающих более высокий уровень образовательной подготовки выпускника средней школы в сфере его политехнической подготовки;
■ обновление состава целей за счет включения целей, связанных с овладением учащимися метатехническим знанием и современными компьютерными технологиями
учебной деятельности при освоении технических вопросов курса физики и методов научно-технического исследования.
По содержанию обучения:
■ реализация одного из важнейших направлений политехнической подготовки школьников - формирование системы МТЗ (не только приобретение учащимися конкретных технических знаний, а формирование представлений о техносфере и закономерностях ее развития);
■ отражение в содержании обучения новых подходов к систематизации и обобщению знаний по вопросам прикладной физики (основание для систематизации - структура составляющих техносферы, развернутый обобщенный план изучения технического объекта).
По методам обучения:
■ расширение состава методов обучения за счет появления новых источников учебной информации о технике и инструментах учебной деятельности (работа с цифровыми источниками информации, обработка, хранение, представление и передача информации в виртуальной среде), а также обновление технологии применения традиционных методов в условиях использования возможностей виртуальной среды обучения;
■ использование преимущественно как репродуктивных, так и творческих методов обучения, ориентированных на самостоятельную работу учащихся по освоению технических вопросов курса физики; применение данных методов обучения в условиях организации индивидуальной, парной и групповой работы учащихся по выполнению творческих учебных заданий;
■ применение нетрадиционных методов обучения (метод проектов, метод социального взаимодействия в обучении, метод портфолио и др.).
По формам обучения:
■ увеличение разнообразия форм организации учебных занятий с учащимися, в частности, с применением форм дистанционного обучения (ДО): кейс-технологии, Web-технология;
■ расширение состава форм учебной деятельности (индивидуальная работа, работа в парах и малых группах, выполнение коллективных проектов).
По средствам обучения:
■ комплексное использование компонентов ИКТ-инфраструктуры школьной учебной среды и среды домашней работы (аппаратных средств, ресурсов и инструментов) при организации занятий;
■ применение специализированных цифровых дидактических материалов по вопросам прикладной физики (ЭОР «Физика современной техносферы») для организации самостоятельной работы учащихся, обеспечивающих более совершенный уровень ее организации (расширение состава задач самостоятельной работы; оптимизация времени, отводимого на ее организацию; реализация вариативных методик построения учебного процесса; более высокий уровень индивидуализации обучения; благоприятные условия для групповой и коллективной форм учебной работы; более высокий
уровень интереса и познавательной активности учебной работы и соответственно результативности обучения).
5. Учебные модули курса по выбору «Физика современной техносферы» для основного общего образования (7-9-е классы).
Таблица 1
Модуль 1 . «Механические явления. Динамика», 7-й класс. Тематический план (12 часов)
№ п/п Тема занятия Технический объект
1 Масса. Единицы массы Весы
2 Сила. Вес тела Динамометр
3 Измерение давления Барометр - анероид
4 Измерение давления Манометр
5 Архимедова сила Ареометр
6 Архимедова сила Подводная лодка
Таблица 2
Модуль 2 . «Тепловые явления», 8-й класс. Тематический план (10 часов)
№ п/п Тема занятия Технический объект
1 Тепловое движение. Температура Термометр
2 Влажность воздуха Гигрометр
3 Работа газа и пара при расширении. Тепловые двигатели и охрана окружающей среды Паровой двигатель
4 Работа газа и пара при расширении. Тепловые двигатели и охрана окружающей среды Двигатель внутреннего сгорания
5 Работа газа и пара при расширении. Тепловые двигатели и охрана окружающей среды Реактивный двигатель
Таблица 3
Модуль 3 . «Электрические явления», 8-й класс. Тематический план (12 часов)
№ п/п Тема занятия Технический объект
1 Электризация тел. Закон сохранения заряда Копировальный аппарат
2 Химические источники электрического тока Гальванический элемент
3 Измерение электрического тока Амперметр
4 Электроемкость конденсатора Сенсорный экран
5 Электроемкость конденсатора Конденсатор
6 Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля-Ленца Лампа накаливания
Таблица 4
Модуль 4 . «Магнитные явления», 9-й класс. Тематический план (18 часов)
№ п/п Тема занятия Технический объект
1 Действие магнитного поля на проводник с током Электродвигатель
2 Получение переменного электрического тока. Производство, передача и потребление электрической энергии Генератор переменного тока
3 Магнетизм. Сила Лоренца Электронно-лучевая трубка
4 Магнетизм. Сила Лоренца Масс-спектрограф
5 Действие магнитного поля на проводник с током Электросчетчик
6 Магнитное поле катушки с током Электрический звонок
7 Использование электромагнитной индукции Трансформатор
8 Использование электромагнитной индукции Электродинамический микрофон
9 Использование электромагнитной индукции Поезд на магнитной подушке
Таблица 5
Модуль 5 . «Электромагнитные колебания и волны», 9-й класс. Тематический план (4 часа)
№ п/п Тема занятия Технический объект
1 Принципы радиосвязи и телевидения Радиотелефонная связь (сотовый телефон)
2 Геометрическая оптика Линзы
Таблица 6
Модуль 6 . «Квантовые явления», 9-й класс. Тематический план (8 часов)
№ п/п Тема занятия Технический объект
1 Ядерная энергетика. Экологические проблемы использования атомных электростанций Ядерный реактор
2 Регистрация элементарных частиц Счетчик Гейгера
3 Регистрация элементарных частиц Камера Вильсона
Модуль 7 . «Физика и современная техносфера»: цикл обобщающих занятий
Цели занятий: показать роль физической науки в становлении и развитии современной техносферы; раскрыть содержание составляющих системы МТЗ как совокупности знаний о техносфере и особенностях ее развития.
Форма занятий: конференция (обобщение и систематизация физико-технических знаний учащихся).
Целесообразность занятий обусловлена выдающейся ролью, которую играет физика в развитии техники. Проведение занятий ориентировано на формирование у учащихся систематизированных представлений о современной техносреде и развитие у них интереса к изучению физики и техники.
Занятия проводятся в форме учебных конференций. В докладах учащихся рассматриваются ключевые моменты учебного материала о технических объектах, которые они изучали в течение учебного года (в рамках курса по выбору «Физика современной техносферы), освещается современный уровень развития современной техники и ее влияние на все сферы жизнедеятельности общества. Рассматриваются вопросы истории создания различных видов техники, рассказывается об учёных, сделавших наибольший вклад в развитие техники. Знания систематизируются и обобщаются на основе обобщенного плана изучения технического объекта.
Темы докладов учащиеся получают за 2-3 недели до проведения обобщающих занятий. В течение этого времени учащиеся собирают необходимые материалы, анализируют их и обсуждают с учителем.
План обобщающих занятий (инвариантная составляющая)
I. Введение: рассказ (объяснение) учителя:
1. Исторические этапы развития техносферы.
2. Современные достижения науки и техники.
II. Основная часть: доклады учащихся:
1. Технические объекты: на различных этапах истории развития общества.
2. Современные технические объекты.
III. Заключительная часть: рассказ (объяснение) учителя:
1. Понятие о техносфере.
2. Закономерности развития техносферы.
Содержание этапов обобщающих занятий (вариативная составляющая) [2, 3, 7, 11]
I. Введение
1. Исторические этапы развития техносферы:
■ техника древних цивилизаций,
■ техника античного мира,
■ техника средних веков,
■ техника Нового времени,
■ техника мануфактурной эпохи,
■ техника промышленного переворота,
■ технические достижения конца XIX - начала XX века.
2. Современные достижения науки и техники:
■ техника науки и промышленности (дуговые электроплавильные печи, прокатные станы, солнечные электростанции, ветроэлектростанции, ядерные реакторы на быстрых нейтронах, термоядерная установка, первая океанская электростанция, печатные машины, фулле-рены, сканирующий зондовый микроскоп, ускорители заряженных частиц, голография, сверхглубокое бурение скважин, глубоководный обитаемый подводный аппарат «мир», волоконно-оптические линии связи, навигационная система GPS, нейрокомпьютеры);
■ техника медицины (демонстрация прикладного характера физической науки, её роли в продолжении и качества жизни человека (искусственные органы человека, томографы, лазерная хирургия));
■ техника космоса и исследование Вселенной (ракета-носитель «Протон», станция «Союз», космический корабль «Апполон-11», «Луноход-1», корабли серии «шатл» (корабли многоразового использования), радиотелескопы, телескоп «Хаббл», МКС);
■ транспорт (современные аэростаты, сверхзвуковой пассажирский лайнер «Конкорд», суда на воздушной подушке, магнитопланы);
■ бытовая техника (домашние роботы, цифровая фотокамера, современные часы, цифровое спутниковое телевидение, сканеры, сотовая связь, система «умный дом», карманный компьютер, мобильный Интернет);
■ техника телекоммуникаций (история развития средств связи);
■ машиностроение: тяжелое (подъёмно-транспортное, железнодорожное, авиационное, нефтегазовое и др.), среднее (промышленность бытовых приборов и машин, автомобильная промышленность) и точное машиностроение (приборостроение, радиотехническое и электронное машиностроение, электротехническая промышленность);
■ альтернативные источники энергии (актуальные вопросы охраны окружающей среды, альтернативные источники энергии);
■ нанотехнологии (общие сведения о путях получения и использования наноструктур)
II. Основная часть
Примерный перечень докладов учащихся [2,3,11] 1. Технические объекты в развитии техносферы:
■ колесная повозка (Индия, 4000 лет до н.э.);
■ трубопроводы для канализации (Греция, 3000-2000 лет до н.э.);
■ солнечные часы (Египет, 1450 лет до н.э.);
■ абак (550 лет до н.э.);
■ водоподъемные механизмы (Египет, 300 лет до н.э.);
■ клапан (Александрия, Египет, 224 лет до н.э.);
■ подъемный кран (Рим, 10 лет до н.э.);
■ ветряная мельница (Персия, 664 г.);
■ книгопечатный станок (Китай, 868 г.);
■ камера-обскура (900 г.);
■ оптическая линза (1000 г.);
■ очки (1289 г.);
■ миниатюрные часы (Германия, 1511 г.);
■ токарный станок (Франция, 1568 г.);
■ микроскоп (Нидерланды, 1590 г.);
■ нарезное оружие (Дания, 1611 г.);
■ термометр (Италия, 1592 г.);
■ термостат (Голландия, 1609 г.);
■ барометр (Италия, 1644 г.);
■ первая суммирующая машина (Франция, 1645 г.);
■ электростатический генератор (Германия, 1650 г.);
■ телескоп (Англия, 1668 г.);
■ паровая машина (Англия, 1769 г.);
■ оптический телеграф (Франция,1791 г.);
■ гальванический элемент (Италия, 1800 г.);
первый пароход (1803 г.); электрический телеграф (Испания, 1804 г.); пишущая машинка (1808 г.);
электрическая лампа накаливания (Лондон, 1810 г.); Спектроскоп (Германия, 1814 г.); паровоз (Англия, 1814 г.); электромагнит (Дания, 1820 г.); лифт (Англия, 1829 г.);
электромагнитный телеграф (Россия, 1829 г.); трансформатор (Англия, 1831 г.); электрический двигатель (Россия, 1834 г.); холодильник (Австралия, 1850 г.); двигатель внутреннего сгорания (Бельгия, 1860 г.); электростанция (1881 г.); электрокардиограф (Нидерланды, 1900 г.); слуховой аппарат (США, 1901 г.); фотоэлемент (Германия, 1904 г.);
электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) для телевизионных изображений (1907 г.); счетчик радиации (Германия, 1908 г.); телефон (США, 1914 г.); электронным микроскоп (Германия, 1931 г.); радиотелескоп (США, 1937 г.); транзистор (США, 1947 г.); ТОКАМАК (СССР, 1950 г.); кредитная карточка (США, 1950 г.); микроволновая печь (США, 1953 г.); лазер (США, 1960 г.); 2. Современная техника:
радиотелефонная связь, GPS-навигация, точка доступа Wi-Fi, томограф,
подушка безопасности, поезд на магнитной подушке, волоконно-оптические линии связи, нанофильтры, квантовые резисторы.
III. Заключительная часть
1. Понятие о технике. Понятие о техносфере (содержание и структура). Классификация техники. Система технических знаний. Виды технической деятельности. Система отношений
«общество (человек) - техника - природа». Менталитет как фактор влияния на составляющие техносферы. Метатехническое знание (МТЗ).
2. Факторы развития техносферы.
3. Закономерности развития техносферы (этапы эволюции и революционные скачки, содержание и смена технических парадигм).
4. Научные и научно-технические революции.
5. Основные отрасли современного производства и направления НТП.
6. Техногенез и его общие закономерности.
7. Методология научно-технического исследования (общие принципы и методы решения технических проблем).
6. Учебные модули элективного курса «Физика современной техносферы» для среднего (полного) общего образования (10-11-й классы).
Модуль 1. « Физика и современная техносфера»: цикл обобщающих занятий
(углубленный уровень)
План обобщающих занятий (инвариантная составляющая)
I. Введение: рассказ учителя о целях и задачах занятий курса.
II. Основная часть: доклады учащихся:
1. Понятие техника и структура техносферы (углубленный уровень).
2. Факторы развития техносферы (углубленный уровень).
3. Закономерности развития техносферы (углубленный уровень).
4. Научные и научно-технические революции (углубленный уровень).
5. Основные отрасли современного производства и направления НТП (углубленный уровень).
6. Техногенез и его общие закономерности (углубленный уровень).
7. Методология научно-технического исследования (углубленный уровень).
III. Заключительная часть: рассказ учителя о плане дальнейшей работы курса по выбору.
Таблица 7
Модуль 2 . «Молекулярная физика и термодинамика», 10-й класс.
Тематический план (2 часа)
№ п/п Тема занятия Технический объект
1 Агрегатные состояния вещества Холодильник
Таблица 8
Модуль 3 . «Электродинамика», 10-й класс. Тематический план (14 часов)
№ п/п Тема занятия Технический объект
1 Применение полупроводников (п/п) в технике Диод
2 Применение п/п в технике Солнечные батареи
3 Применение п/п в технике Транзистор
4 Применение п/п в технике Электронный усилитель
5 Применение п/п в технике Светодиод
6 Применение п/п в технике Автомат для управления электрическим освещением
7 Пьезоэлектрический эффект Прибор для УЗИ
Таблица 9
Модуль 4 . «Электромагнитные колебания и волны», 11-й класс. Тематический план (16 часов)
№ п/п Тема занятия Технический объект
1 Применение электромагнитных волн СВЧ-печь
2 Волновая оптика Пирометр
3 Принципы радиосвязи и телевидения Спутниковый навигатор GPS
4 Принципы радиосвязи и телевидения Беспроводная точка доступа WI-FI
5 Применение электромагнитных волн Томограф
6 Применение электромагнитных волн Рентгеновский аппарат
7 Волновая оптика ЖК-экран
8 Волновая оптика Цифровой фотоаппарат
Таблица 10
Модуль 5 . «Квантовая физика», 11-й класс. Тематический план (16 часов)
№ п/п Тема занятия Технический объект
1 Квантовая теория электромагнитного излучения Лазер
Окончание табл. 10
№ п/п Тема и форма занятия Технический объект
2 Ядерная энергетика. Экологические проблемы использования атомных электростанций Ядерный реактор (АЭС)
3 Ядерное оружие Атомная бомба
4 Регистрация элементарных частиц Счетчик Гейгера
5 Регистрация элементарных частиц Камера Вильсона
6 Регистрация элементарных частиц Пожарная сигнализация
7 Строение атома и атомного ядра Плазменный экран
8 Строение атома и атомного ядра Люминисценстная лампа
7. Средства обучения
1. Электронный образовательный ресурс «Физика современной техносферы» (рис. 1), включающий комплект дидактических и учебно-методических:
■ структурированное описание ТО (по обобщенному плану изучения ТО, реализующему концепцию формирования у учащихся метатехнического знания);
■ опорный конспект (ОК) (сокращенный вариант описания ТО);
■ презентация ОК («линейное» представление информации средствами офисного ПО);
■ презентация ОК в виртуальной среде «£оот-презентация» («нелинейное» представление информации и визуализация системы знаний о техносфере);
■ виртуальная модель технического объекта (демонстрационная или интерактивная);
■ виртуальные модели физических явлений и законов, лежащих в основе работы ТО (авторские модели или ссылки на электронные ресурсы, содержащие такие модели);
■ инструкция к работе с интерактивной учебной моделью (разработанная на основе обобщенного плана работы с виртуальной моделью);
■ задания для самостоятельной работы учащихся с материалами модуля;
■ тест, контролирующий усвоение учащимися содержания модуля;
■ каталог медиаобъектов;
■ источники информации;
■ учебно-методический комплекс (УМК) занятия, ориентированный на изучение учащимися содержания модуля.
В состав образовательного ресурса «Физика современной техносферы» входит более 50 учебных модулей по изучению различных объектов техники. Каждый модуль содержит материалы для учителя и учащихся.
В составе модулей ЭОР «Физика современной техносферы» (рис. 2) представлены классические технические объекты, а также объекты современной техники: СВЧ-печь, цифровой
фотоаппарат, светодиод, плазменный экран, ЖК-экран, сенсорный экран, спутниковый навигатор GPS, беспроводная точка доступа WI-FI, МРТ, прибор для УЗИ, поезд на магнитной подушке и др.
Рис. 1. Модель ЭОР «Физика современной техносферы»
Изложение материала о каждом техническом объекте строится по обобщенному плану. Его структура и содержание представлены в работах [4-6, 10].
Для каждого уровня образования (основная и старшая школы) подготовлены специальные модули «Введение» и «Итоги курса» для организации занятий обобщающего характера. Работа с ресурсом ориентирована на достижение следующих целей:
а) знакомство с устройством и физическими основами работы объектов техники;
б) осознание их места и роли в современной техносфере;
в) систематизация и обобщение физико-технических знаний, введение понятий метатех-
ники.
Применение при разработке ЭОР средств мультимедиа обеспечивает разнообразие наглядных способов представления физико-технической информации (в виде текста, иллюстра-
ции, видеоматериалов, анимации, интерактивных моделей, в том числе моделей технических объектов и физических явлений, лежащих в основе их действия). Использование ZOOM-технологии позволяет предъявить данную информацию учащимся как системно организованную визуализацию. Накопление по мере изучения отдельных ТО конкретных знаний о техносфере является основой для их систематизации и обобщения, введения ключевых понятий МТЗ и дальнейшего развития их содержания.
Учителю - Учащимся »
Физика современной техносферы
► Механика
► Молекулярная физика
► Электродинамика
► Электромагн колеб и волны
► Квантовая физика
ЭОР "Физика современной техносферы"
Результаты развития науки и техники деятельности социума по преобразованию окружающего мира должны проектироваться на содержание системы образования и определять пути дальнейшего развития образовательной систеглы. Развитие последнего является отражением современного состояния общества, уровня его культуры и техносреды его обитания Изменение уровня культуры общества приводит к изменению структурных компонент системы образования и характера связей между ними Изменению подвергаются цели и содержание образования формы и методы обучения, уровень культуры участников образовательного процесса, характер взаимодействий и взаимоотношений между ними Цели и задачи образования должны отражать уровень и тенденции развития науки и техники формировать у молодого поколения не только знания и умения, позволяющие поддерживать и развивать научный технический и технологический потенциал, но и способствовать развитию их технической культуры
Программное обеспечение (бесплатное) «Физика современной техносферы»
необходимое
Электронный образовательный ресурс предназначен для построения различных вариативных практик формирования у учащихся системы метатехнического знания в учебном процессе по физике
Контент ресурса создан совместными силами преподавателей кафедры МДиИТО и студентов физического факультета ПГПУ
Авторы-разработчики •
Рис. 2. Титульная страница ЭОР «Физика современной техносферы»
Ниже приведены примеры некоторых составляющих модуля: опорного конспекта (рис. 3-4), презентации опорного конспекта (рис. 5-6), заданий для самостоятельной работы учащихся (рис. 7-8).
Рис. 3. Фрагмент опорного конспекта. Модуль «Плазменный телевизор» (автор ресурса: студентка физического факультета ПГГПУ Е. Кондратьева)
Рис. 4. Фрагмент опорного конспекта. Модуль «Автоматы для управления электрическим освещением» (автор ресурса: студент физического факультета ПГГПУ А. Черевко)
Рис. 5 . Фрагмент презентации опорного конспекта MS PP. Модуль «Лампа накаливания» (автор ресурса: студентка физического факультета ПГГПУ Э. Зарипова)
Рис. 6 . Фрагмент презентации опорного конспекта MS PP. Модуль «Счетчик Гейгера» (автор ресурса: студентка физического факультета ПГГПУ М. Тихонова)
Рис. 7 . Фрагмент заданий для самостоятельной работы учащихся. Модуль «Поезд на магнитной подушке» (автор ресурса: студент физического факультета ПГГПУ С. Казаков)
Рис. 8 . Фрагмент заданий для самостоятельной работы учащихся. Модуль «Солнечная батарея» (автор ресурса:
студент физического факультета ПГГПУ А. Вахрушева)
Рис. 9 . Фрагмент заданий для самостоятельной работы учащихся. Модуль «Пирометр» (автор ресурса: студент физического факультета ПГГПУ А. Ковин)
Возможны следующие подходы к организации занятий данного элективного курса:
а) тематический: занятия курса по выбору согласованы по времени, организуются с изучением разделов/тем основного курса физики, содержание учебных модулей курса соответствует изучаемым темам;
б) интегративный: занятия курса по выбору проводятся после изучения соответствующих тем основного курса физики, содержание учебных модулей курса формируется по усмотрению учителя.
Электронный образовательный ресурс «Физика современной техносферы» может быть использован в рамках:
1) основного курса физики средней общеобразовательной школы (базового, профильного);
2) курсов по выбору (основная школа) и элективных курсов (старшая школа);
3) внеурочной деятельности физико-технической направленности;
4) самообразования, реализуемого, в том числе, с применением дистанционных технологий обучения.
Возможны различные сочетания указных практик обучения.
Ресурс является пополняемым. К разработке материалов для данного ресурса могут быть привлечены учащиеся. Работа с ресурсом способствует формированию у учащихся системы конкретных знаний в области классической и современной техники, их систематизации и
обобщению, формированию метатехнического знания как важного условия техносоциализации обучаемых.
Автор выражает благодарность проф. Е.В. Оспенниковой за помощь в подготовке материалов данной статьи.
Список литературы
1. Аринштейн Э.А. Некоторые проблемы школьного курса физики [Текст]: тез. докл. / Э.
A. Аринштейн. - М.: Физический факультет МГУ, 2000. - С. 13.
2. Запарий В.В.. Нефедов С.А. История науки и техники [Электронный ресурс]. - Екатеринбург: Изд-во УГТУ, 2003. - URL: H^http://www.gumer.info/bibliotek_ Buks/Science/Za-par/index.php (дата обращения: 12.11.2009).
3. Иванова Н.Н. Физика и техника [Электронный ресурс] - URL: http://do.gendocs.ru/docs/index-293482.html (дата обращения: 12.11.2009).
4. Ильин И.В., Оспенникова Е.В. Формирование системы метатехнического знания как базовой составляющей технической культуры современного школьника // Педагогическое образование в России. - 2011. - № 3. - С. 208-216.
5. Ильин И.В., Оспенникова Е.В. Систематизация и метауровень обобщения технического знания как одно из направлений реализации принципа политехнизма в обучении физике [Текст] // European Social Science Journal. - 2012. - № 3. - С. 111-118.
6. Ильин И.В., Оспенникова Е.В. Принцип политехнизма в обучении физике в контексте современных представлений о структуре техносферы [Текст] // Педагогическое образование в России. - 2014. - № 1. - С. 71-75.
7. Поликарпов В.С. История науки и техники: для студентов вузов [Текст]. - Ростов-н/Д: Феникс, 1999. - 352 С.
8. Примерные программы по учебным предметам. Физика. 7-9 классы. Естествознание. 5 класс [Текст] - М.: Просвещение, 2010. - 80 с.
9. Примерные программы среднего (полного) общего образования (Проект) [Текст] / сост.
B.Г. Разумовский, В.А. Орлов, О.Ф. Кабардин, А.А. Фадеева // Физика в школе. - 2010. - № 3. -
C. 3-29
10. Принцип политехнизма в обучении физике: современная интерпретация и технологии реализации в средней школе: монография / И.В. Ильин, Е.В. Оспенникова, М.Г. Ершов, А.А. Оспенников; под общ. ред. Е.В. Оспенниковой; Перм. гос. гуманит.-пед. ун-т. - Пермь, 2014. -504 с.
11. Энциклопедия для детей. Техника [Текст] / глав. ред. В.А. Володин. - М.: Аванта +, 2005. - Т. 14. - 688 с.
