CC BY
80ЭЛЕКТРОННЫЕ УЧЕБНЫЕ РЕСУРСЫ И МЕТОДИКА ИХ ПРИМЕНЕНИЯ В ОБУЧЕНИИ
УДК 53 (072.3)
И.В. Ильин
СОДЕРЖАНИЕ И СРЕДСТВА ДИДАКТИЧЕСКОЙ ПОДДЕРЖКИ
КУРСА ПО ВЫБОРУ «ПРИНЦИП ПОЛИТЕХНИЗМА В ОБУЧЕНИИ ФИЗИКЕ»
Представлены концепция построения и содержание учебной программы курса по выбору «Принцип политехнизма в обучении физике: содержание и стратегии реализации», предназначенного для бакалавров, обучающихся по направлению «Педагогическое образование». Программа курса направлена на формирование у будущих учителей физики готовности к решению специальных профессиональных задач в области политехнического обучения и формирование положительной мотивации профессиональной деятельности, связанной с проектированием и проведением занятий с учащимися средней школы по изучению вопросов прикладной физики. Особая роль при организации таких занятий отводится ИКТ-средствам реализации политехнической направленности обучения. В качестве такого средства предлагается электронный образовательный ресурс как пополняемый комплекс мультимедиа модулей для изучения объектов современной техники. В рамках рассматриваемого учебного курса студенты выполняют творческие проекты, связанные с разработкой учебных модулей для данного ресурса.
Ключевые слова: методика обучения физике в высшей школе, обучение физике в средней школе, физико-техническое знание, техносфера, политехническая направленность обучения физике, информационно-коммуникационные технологии обучения.
Знакомство учащихся с вопросами современной техники в курсе физики средней школы - важная часть политехнической подготовки современного школьника. На сегодняшний день изучение прикладных вопросов в курсе физики сводится к эпизодическому рассмотрению отдельных объектов техники, что не является достаточным в образовательном отношении. Должна ставиться задача формирования у учащихся средствами физики технической культуры, соответствующей современному уровню развития техносферы. Это достигается реализацией в предметном обучении принципа политехнизма в его обновленном понимании.
Принцип политехнизма - это система регулятивов (дидактических требований), направляющих деятельность учителя по формированию у учащихся технической культуры (технической грамотности и технической компетентности) как основы их адаптации к современной тех-носреде [2; 3; 9]. Под технической компетентностью субъекта, как составляющей его технической культуры, понимается готовность к решению практических задач, связанных с использованием технических знаний в процессе жизнедеятельности в современной техносфере, адекватной оценке системы взаимодействий «общество (человек) - техника - природа» с учетом возможных следствий этих взаимодействий, совершенствованию техносферы (созданию новых объектов техники, повышению эффективности и безопасности их функционирования) [9].
© Ильин И.В., 2016
Предлагаемый учебный курс по выбору «Принцип политехнизма в обучении физике» ориентирован на подготовку будущих учителей к реализации политехнической направленности обучения физике в средней школе. В рамках курса студенты приобретают необходимые знания о содержании принципа политехнизма в его современном толковании и опыт реализации отдельных направлений политехнической подготовки школьников.
Цели курса:
• формирование специальной профессиональной компетентности (СПК) будущих учителей физики в области методики реализации принципа политехнизма в учебном процессе по физике;
• формирование готовности будущих учителей к проектированию и проведению учебных занятий курса по выбору и элективного курса «Физика современной техносферы».
Задачи курса:
1. Формирование у студентов системы знаний о:
• содержании принципа политехнизма, базирующемся на представлениях о современной техносфере, и вариативных практиках его реализации;
• методике формирования у учащихся системы технических знаний (конкретных, мета-технических) как базовой составляющей их технической культуры;
• системе средств дидактического обеспечения учебного процесса по политехнической подготовке учащихся;
• методике организации учебных занятий в рамках основного курса физики и курсов по выбору и элективных курсов по прикладным (техническим) вопросам физики.
2. Формирование готовности будущих учителей физики к решению специальных профессиональных задач:
• отбора и дидактической адаптации полиграфических и цифровых материалов по вопросам прикладной физики;
• разработки дидактических материалов политехнической направленности для самостоятельной работы учащихся, в том числе ориентированных на формирование у них системы метатехнического знания;
• проектирования и проведения учебных занятий различных организационных форм по вопросам прикладной физики в условиях применения средств ИКТ (на материале курса по выбору и элективного курса «Физика современной техносферы»).
3. Формирование у студентов положительной мотивации профессиональной деятельности, связанной с проектированием и проведением учебных занятий по изучению вопросов прикладной физики. Содействие становлению коммуникативной компетентности студентов в условиях коллективной деятельности по разработке учебных материалов и проектов занятий по вопросам прикладной физики с применением средств ИКТ (компонентов ЦОР, ИУМК, ИИСС и новых инструментов учебной деятельности).
Инновационная направленность курса:
По целям обучения:
а) обновление их состава за счет включения целей, связанных с овладением студентами содержанием и начальным опытом реализации одного из ключевых направлений политехнической подготовки школьников - формирования у них системы современного физико-
технического знания (конкретного, метатехнического), а также современными компьютерными технологиями дидактического сопровождения этой подготовки;
б) представление целей обучения в виде совокупности компетенций будущего специалиста (общекультурной, профессиональной, специальной), отражающих разные уровни решения профессиональных задач, связанных с организацией учебных занятий по физике политехнической направленности.
По содержанию обучения: обновление программы курса теории и методики обучения физике и представлении части содержания подготовки специалиста в виде совокупности новых профессиональных задач (типовых и творческих), связанных с:
а) изучением содержания принципа политехнизма (с учетом представлений о техносфере) и направлений его реализации в обучении физике;
б) проектированием учебных занятий по прикладным (техническим) вопросам физики;
в) проектированием и созданием соответствующих дидактических материалов для самостоятельной работы учащихся;
г) эффективным применением в обучении новых средств - цифровых источников учебной информации и новых инструментов учебной деятельности.
По методам обучения:
а) расширение состава методов обучения студентов за счет использования новых источников учебной информации и инструментов учебной деятельности;
б) использование преимущественно активных методов обучения, ориентированных на самостоятельную творческую работу студентов по решению профессиональных задач;
в) применение нетрадиционных методов обучения (компетентностный подход с применением технологий проектного и продуктивного обучения, элементов технологии КСО и технологии проблемного обучения, дистанционных технологий).
По формам обучения:
а) увеличение разнообразия форм организации учебных занятий со студентами, обеспеченного использованием средств ИКТ, в частности, применении форм дистанционного обучения (ДО): мультимедиа-лекции, кейс-технология, Web-технологии; offline и online консультаций;
б) расширение состава форм учебной деятельности студентов (выполнение индивидуальных и коллективных проектов, работа в малых творческих группах).
По средствам обучения:
а) комплексное использование ИКТ-инфраструктуры лабораторий и кабинетов университета (аппаратных средств, ресурсов и инструментов учебной и научно-исследовательской деятельности) при организации учебных занятий со студентами по программе курса;
б) системное внедрение средств ИКТ в самостоятельную работу студентов с целью обеспечения нового, более совершенного уровня ее организации (расширение спектра задач самостоятельной работы; оптимизация времени, отводимого на ее организацию; реализация вариативных методик построения учебного процесса; более высокий уровень индивидуализации обучения; создание благоприятных условий для групповых и коллективных форм учебной работы студентов, способствующих развитию их интереса к командной деятельности и становлению опыта профессиональной коммуникации).
Требования к уровню освоения учебного курса:
Содержание курса формируется за счет расширения и углубления содержания учебной программы дисциплины «Методика обучения физике». В результате изучения курса студент должен:
а) решать задачи, соответствующие общекультурной компетентности (ОК):
• пользоваться традиционными и цифровыми (локальными и сетевыми) источниками информации, работать с поисковыми системами, отбирать и структурировать информацию, формулировать заключения обобщающего характера;
• пользоваться стандартными офисными программами для обработки информации,
• владеть практическими умениями и навыками в области использования в преподавании аппаратной компьютерной техники;
• владеть навыками решения профессиональных задач в условиях коллективной деятельности;
б) решать задачи, соответствующие профессиональной компетентности (ПК):
• формулировать цели обучения и определять в соответствии с поставленными целями содержание учебных занятий; отбирать рациональные методы и приемы обучения, выбирать или самостоятельно проектировать необходимые для учебного процессе средства обучения;
• владеть методикой проведения учебных занятий по физике в различных организационных формах;
• владеть методикой организации самостоятельной работы учащихся, в том числе методикой организации их самостоятельной исследовательской деятельности; обеспечивать необходимые условия для работы учащихся в парах и малых группах;
• строить учебный процесс с учетом индивидуальных особенностей учащихся (интересов, способностей и пр.);
в) решать задачи, соответствующие специальной компетентности (СК):
• осуществлять поиск, анализ и отбор ресурсов и инструментов учебной деятельности, которые могут быть использованы при изучении вопросов техники в школьном курсе физики;
• владеть системой знаний об основных направлениях политехнической подготовки учащихся средней школы при их обучении физике;
• владеть методикой формирования системы технического знания (конкретного, метатех-нического) как одного из направлений реализации принципа политехнизма в обучении физике;
• определять методы и приемы рационального использования традиционных средств обучения и средств ИКТ при организации учебной работы школьников по изучению вопросов прикладной физики;
• разрабатывать авторские цифровые ресурсы и дидактические материалы для самостоятельной работы учащихся по физике с использованием различных компонентов ЦОР, ИИСС, ИУМК;
• проектировать и проводить учебные занятия по прикладной физике;
• осуществлять в условиях ИКТ-насыщенной предметной среды руководство самостоятельной учебной работой школьников по изучению вопросов техники; содействовать в связи с этим формированию общей и специальной предметной ИКТ-компетентности учащихся.
Взаимосвязь курса с дисциплинами учебного плана:
В рамках курса реализуются межпредметные связи (МПС) с дисциплинами: «Методика обучения физике», «Общая и экспериментальная физика», «Теоретическая физика», «История физики», «Концепции современного естествознания», «Мультимедиа технологии в образовании», «Компьютерное моделирование», «Основы педагогического проектирования».
Требования к обязательному объему учебных часов н а и з у ч е н и е м о д у л я :
Виды учебной работы Количество часов по формам обучения
Аудиторные занятия (всего): В том числе: 36
лекции (Л) 4
семинарские занятия (СЗ) 8
лабораторные работы (ЛР) 16
практические занятия (ПЗ) 8
Самостоятельная работа (СРС) (всего) 36
Общая трудоемкость: часы / зачетные единицы 72/ 2
Форма аттестации зачет
Т р е б о в а н и я к о б я з а т е л ь н о м у у р о в н ю и о б ъ е м у под-г о т о в к и п о м о д у л ю
Лекции
№ п/п Тема лекции Объем, ч
1 Понятие «техника» и «составляющие техносферы». Принцип политехнизма в педагогической науке (история становления, современное толкование) 2
2 Общие вопросы методики реализации принципа политехнизма в курсе физики средней школы. Формирование у учащихся системы метатехнического знания в курсе физики средней школы как одно из направлений реализации принципа политехнизма в обучении физике. Проектирование и разработка средств обучения для реализации принципа политехнизма 2
Всего 4
Семинары
№ п/п Тема занятия Объем, ч
1 Понятие «техника» и «структура техносферы». Принцип политехнизма в педагогической науке (история становления, современное толкование) 2
2 Общие вопросы методики реализации принципа политехнизма в курсе физики средней школы. Формирование у учащихся системы метатехнического знания в курсе физики средней школы как одно из направлений реализации принципа политехнизма в обучении физике 2
3 Проектирование и разработка средств обучения для реализации принципа политехнизма. Демонстрация требования к элементам модуля в составе ЭОР «Физика современной техносферы» 2
4 Предзащита элементов авторских проектов 2
Всего 8
Лабораторные занятия
№ п/п Тема и содержание занятия Объем, ч
Проектирование и разработка дидактических и учебно-методических материалов к модулю
1 Разработка содержания элементов модуля 4
2 Разработка содержания элементов модуля Применение средств ИКТ в представлении различных элементов системы метатехниче-ского знания. Создание цифровых дидактических материалов для учащихся 4
3 Разработка методических материалов для учителя (УМК учебных занятий элективного курса «Физика современной техносферы») 4
4 Коллективная разработка электронного образовательного ресурса Использование сетевых сервисов Интернета (или ДО «Moodle») в представлении дидактических материалов Сборка и тестирование и отладка ЭОР; добавление авторских модулей в состав ЭОР «Физика современной техносферы» 4
Всего 16
Практические занятия
№ п/п Тема занятия Объем, ч
1 Проведение студентами учебных занятий и обобщающего занятия (в конце) курса по выбору \ элективного курса для средней школы «Физика современной техносферы» в форме ролевой игры 8
Всего 8
Самостоятельная работа
№ п/п Содержание работы Неделя семестра
к лекциям
1 Работа с учебной, научно-методической и специальной литературой. Ответы на вопросы задачных ситуаций (кейс-метод) 1
2 Изучение конспектов лекций, размещенных в дистанционной оболочке обучения, работа с учебной, научно-методической и специальной литературой. Ответы на вопросы задач-ных ситуаций (кейс-метод). Выполнение индивидуальных заданий, в том числе проблемного характера 2
к семинарам
1-3 Работа с конспектами лекций, учебной и дополнительной литературой по теме семинара 3, 4, 5
4 Подготовка к предзащите авторских проектов 9
к лабораторным занятиям
1 Разработка элементов модуля (элементы 1-4, 8, 9): цифровые дидактических материалы 6
2 Разработка элементов модуля (элементы 5-7): цифровые дидактических материалы 7
3 Разработка модели ЭОР «Физика современной техносферы» 8
4 Корректировка и итоговая доработка модуля 10
к практическим занятиям
1 Подготовка к проведению учебного занятия 11
2 Разработка учебно-методического комплекса (УМК) учебного занятия (элемент 10), включающего организацию учебной работы школьников с содержимым модуля 11
Содержание курса
Лекции
Лекция 1. Понятие «техника» и составляющие техносферы. Принцип политехнизма в педагогической науке (история становления, современное толкование).
Лекция 2. Общие вопросы методики реализации принципа политехнизма в курсе физики средней школы. Формирование у учащихся системы метатехнического знания в курсе физики средней школы как одно из направлений реализации принципа политехнизма в обучении физике. Проектирование и разработка средств обучения для реализации принципа политехнизма.
Семинары
Семинар 1. Понятие «техника» и структура техносферы. Принцип политехнизма в педагогической науке (история становления, современное толкование) (2 ч).
Цель: изучение философских толкований понятий «техника» и техносфера, подходов к реализации политехнизма в педагогической науке.
Вопросы для обсуждения
1. Подходы к толкованию понятия техника. Составляющие техносферы (система технических знаний, виды технической деятельности, система отношений «общество (человек) - техника - природа», менталитет социума).
2. Содержание, методы и формы реализации принципа политехнизма на различных исторических этапах развития системы образования.
3. Состояние проблемы реализации принципа политехнизма в теории и практике обучения физике в средней школе.
4. Подходы к определению содержания принципа политехнизма на современном этапе развития педагогической науки. Принцип политехнизма в его современном понимании (с учетом представлений о современной техносфере и структуре метатехнического знания).
Индивидуальные сообщения
1. История развития содержания принципа политехнизма в педагогической науке.
2. Опыт зарубежных стран в реализации принципа политехнизма в средней общеобразовательной школе.
Рекомендуемая литература
1. Политехническое образование и профориентация учащихся в процессе преподавания физики в средней школе [Текст] / А.Т. Глазунов, Ю.И. Дик, Б.М. Игошев и др.; под ред.
A.Т. Глазунова, В.А. Фабриканта. - М.: Просвещение, 1985. - 159 с.
2. Поликарпов В.С. История науки и техники. Учеб. для студентов вузов [Текст] /
B.С. Поликарпов. - Ростов н/Д: Феникс, 1999. - 352 с.
3. Половинкин А.И. Законы строения и развития техники: уч. пособие [Текст] / А.И. По-ловинкин. - Волгоград: ВолгПИ, 1985. - 202 с.
4. Степин В.С. Философия науки и техники [Текст] / В.С. Степин В.Г. Горохов, М.А. Розов. - М.: Гардарика, 1996. - 400 с.
5. Теория и методика обучения физике в школе. Общие вопросы: уч. пособие для студ. высш. уч. завед. [Текст] / С.Е. Каменецкий, Н.С. Пурышева, Н.Е. Важеевская и др. - М.: Академия, 2000. - 368 с.
6. Физика и научно-технический прогресс: кн. для учителя / В. Г. Разумовский, Э.М. Браверман, Н. Е. Важеевская и др.: под ред. А. Т. Глазунова и др. - 2-е изд., перераб. - М .: Просвещение, 1988. - 176 с.
7. Шиян Н.В. Политехническое обучение учащихся в процессе изучения физики в зарубежных школах [Текст] / Н.В. Шиян, П.А. Шиян // Физика в системе современного образования: сб. докл. 9-й междунар. конф. (ФССО-07). - Т. 2. - СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2007. -с. 171-174.
8. Щербаков Р.Н. Формирование представлений о физике как основе техники [Текст] / Р.Н. Щербаков // Физика в школе. - 1995. - № 3. - с. 27-31.
9. Щербаков Р.Н. Физика и техника. На важных направлениях научно-технического прогресса [Текст] / Р.Н. Щербаков // Физика в школе. - 1996. - № 3. - с. 4-9.
Семинар 2. Общие вопросы методики реализации принципа политехнизма в курсе физики средней школы. Формирование у учащихся системы метатехнического знания в курсе физики средней школы как одно из направлений реализации принципа политехнизма в обучении физике (2 ч).
Цель: освоение методики реализации принципа политехнизма в курсе физики средней школы и формирование у учащихся системы метатехнического знания в курсе физики средней школы как одно из его направлений.
Вопросы для обсуждения
1. Содержание прикладного (технического) знания в курсе физики средней школы, уровни его систематизации и обобщения.
2. Виды учебно-познавательной деятельности учащихся, связанные с изучением вопросов прикладной физики. Виды технической деятельности и основные технические умения, формируемые в рамках предметного обучения. Методы и средства политехнического обучения. Цифровые образовательные ресурсы и инструменты. Применение средств ИКТ при изучении школьниками вопросов техники и освоении видов технической деятельности. Формы организации учебных занятий по технике.
3. Содержание системы МТЗ в курсе физики средней школы.
4. Основные положения методики формирования системы МТЗ в учебном процессе по физике. Вариативные практики учебной работы по формированию у учащихся системы МТЗ при обучении физике.
Индивидуальные сообщения
1. Роль межпредметных связей в политехническом обучении школьников и методика их реализации.
2. Элективные и факультативные курсы по физике, направленные на политехническую подготовку учащихся. Техническое творчество школьников в учебном процессе по физике. Внеурочная работа школьников по технике.
Рекомендуемая литература
1. Атутов П.Р. Политехническое образование школьников в современных условиях [Текст] / П.Р. Атутов - М.: Знание, 1985. - 80 с.
2. Глазунов А.Т. Техника в курсе физики средней школы [Текст] / А.Т. Глазунов. - М. Просвещение, 1977. - 159 с.
3. Задачи по физике с техническим содержанием: кн. для учителя [Текст] / В.А. Бондарь, Д.И. Кульбицкий, В.А. Яковенко- Мн.: Нар. асвета, 1986. - 167 с.
4. Маркович М.М. Техника на уроках физики [Текст] / М.М. Маркович, П.Я. Уваров. -М. Учпедгиз, 1960. - 166 с.
5. Методика преподавания физики в 7-8 классах средней школы [Текст] / Под ред. В.П. Орехова, А.В.Усовой, С.Е. Каменецкого. - М.: Просвещение, 1990. - 319 с.
6. Политехническое образование и профориентация учащихся в процессе преподавания физики в средней школе [Текст] / А.Т. Глазунов, Ю.И. Дик, Б.М. Игошев и др.; под ред. А.Т. Глазунова, В.А. Фабриканта. - М.: Просвещение, 1985. - 159 с.
7. Сердинский В.Г. Экскурсии по физике в средней школе: пособие для учителей [Текст] / В.Г. Сердинский. -М.: Просвещение, 1980. - 223 с.
8. Столяров Л.И. Организация радиотехнического кружка в школе (методические рекомендации) [Текст] / Л.И. Столяров. - Пермь: ПГПИ, 1984. - 24 с.
9. Теория и методика обучения физике в школе. Общие вопросы: уч. пособие для студ. высш. уч. завед. [Текст] / С.Е. Каменецкий, Н.С. Пурышева, Н.Е. Важеевская и др. - М.: Академия, 2000. - 368 с.
10. Учебное оборудование для кабинетов физики обшеобразовательных учреждений [Текст] / Ю.И. Дик, Ю.С. Песоцкий, Г. Г. Никифоров и др.; под ред. Г.Г. Никифорова. - М.: Дрофа, 2005. - 141 с.
Семинар 3. Проектирование и разработка цифровых дидактических материалов для самостоятельной работы учащихся по технике. Демонстрация требования к элементам модуля в составе ЭОР «Физика современной техносферы» (2 ч).
Цель: изучение технологии проектирования и разработки цифровых дидактических материалов для самостоятельной работы учащихся по технике.
Вопросы для обсуждения
1. Создание дидактических средств политехнической направленности (раздаточных учебных материалов, учебных пособий для элективных и факультативных курсов), в том числе средств реализации межпредметных связей в политехнической подготовке учащихся.
2. Требования к качеству виртуальной среды обучения; методика и технологии разработки цифровых учебных материалов по прикладным (техническим) вопросам физики (в том числе специализированных ЭОР).
3. Методика и технологии разработки цифровых учебных материалов по вопросам прикладной физики (на примере разработки ЭОР «Физика современной техносферы»).
4. Демонстрация требований к элементам модуля в составе ЭОР «Физика современной техносферы».
Индивидуальные сообщения
1. Техническое творчество учителя физики. Проектирование и создание простых технических объектов (моделей, макетов).
2. Проектирование виртуальной образовательной среды прикладной (технической) направленности: медиаформаты представления прикладных (технических) вопросов физики в виртуальной среде.
Рекомендуемая литература
1. Оспенникова Е.В. Учебный курс «Мультимедийные технологии проектирования компонентов предметных цифровых образовательных ресурсов» [Текст] / Е.В. Оспенникова, Е.А. Еремин, К.Г. Кудымов [и др.] // Цифровые образовательные ресурсы в школе: вопросы педагогического проектирования: сборник учебно-методических материалов для педагогических вузов. - М.: Универ. книга, 2008. - (Библиотека информатизации образования). - С. 175-251. (Режим доступа: http://www.sсhool-collection.edu.ru).
2. Оспенникова Е.В. Учебный курс «Основы педагогического проектирования» [Текст] / А.А. Оспенников, Е.В. Оспенникова // Цифровые образовательные ресурсы в школе: вопросы педагогического проектирования: сборник учебно-методических материалов для педагогических вузов. - М.: Универ. книга, 2008. - (Библиотека информатизации образования). - С. 28-68. (Режим доступа: http://www.sсhool-collection.edu.ru).
3. Оспенникова Е.В. Учебный модуль «Использование коллекций ЦОР в проектировании учебных материалов» [Текст] / А.А. Оспенников, Е.В. Оспенникова // Цифровые образовательные ресурсы в школе: вопросы педагогического проектирования: сборник учебно-методических материалов для педагогических вузов. - М.: Универ. книга, 2008. - (Библиотека информатизации образования). - С. 208-252. (Режим доступа: http://www.sсhool-collection.edu.ru).
4. Ильин И.В. ИКТ в учебном процессе по физике: медиаформаты представления вопросов прикладной физики [Текст] / И.В. Ильин // Применение информационных технологий в профессиональной деятельности специалиста XXI века: матер. I межвуз. науч.-практ. конф. / Пермский институт (филиал) ГОУ ВПО «Российский государственный торгово-экономический университет». - Пермь: ОТ и ДО, 2011. - С. 46-50.
Семинар 4. Предзащита элементов авторских проектов (2 ч).
Цель: анализ типичных ошибок, допущенных студентами при проектировании элементов модуля, и корректировка их проектной деятельности.
Содержание: предзащита авторских проектов и их обсуждение.
Примечание. Результаты обсуждения являются основанием для доработки проектов. На заключительном этапе семинара рассматриваются особенности и организационные вопросы объединения модулей в коллективный образовательный продукт.
Содержание лабораторных занятий
В рамках лабораторных занятий каждым студентом разрабатывается отдельный учебный модуль электронного образовательного ресурса (ЭОР) «Физика современной техносферы» [1, 9].
Структура комплекта дидактических и методических материалов учебного модуля
1. Структурированное описание ТО (по обобщенному плану изучения ТО, реализующему концепцию формирования у учащихся метатехнического знания).
2. Опорный конспект (ОК) (сокращенный вариант описания ТО).
3. Презентация ОК («линейное» представление информации средствами офисного ПО).
4. Презентация ОК в виртуальной среде «£оот-презентация» («нелинейное» представление информации и визуализация системы знаний о техносфере).
5. Виртуальная модель технического объекта (демонстрационная или интерактивная), а также 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).
6. Задания для самостоятельной работы учащихся с материалами модуля.
7. Тест, контролирующий усвоение учащимися содержания модуля.
8. Каталог медиаобъектов.
9. Источники информации.
10. Учебно-методический комплекс (УМК) занятия, ориентированный на изучение учащимися содержания модуля [1, 2, 9].
Примеры проблем и заданных ситуаций для обсуждения на лекции и предъявления заданий для самостоятельной работы
1. Противоречия в толковании понятия «техника»:
• сравнительный анализ определений понятия «техника»;
• анализ классификаций техники, проблема непротиворечивости классификаций;
• выделение и определение структуры нематериального и материальных аспектов понятия «техника»;
• представление в учебной среде элементов техники с учетом ее возможных классификаций (примеры и способы демонстрации).
2. Противоречия в выявлении составляющих понятия «техносфера»:
• сравнительный анализ позиций исследователей относительно составляющих техносферы;
• структура составляющих техносферы;
• особенности взаимосвязей составляющих техносферы;
• менталитет социума как фактор развития техносферы;
• система взаимодействий «общество (человек) - техника - природа» на современном этапе развития техносферы: определение звеньев взаимодействия (например, «техника -природа», «природа - техника» и других, их иллюстрация конкретными примерами).
3. Противоречия между содержанием принципа политехнизма в обучении физике в его традиционном понимании и необходимостью учета в нем представлений о составляющих техносферы:
• проблема достаточности классического толкования принципа политехнизма в обучении;
• следствия классического подхода к реализации принципа политехнизма в обучении;
• образовательный стандарт для средней школы, отражение в его содержании принципа политехнизма в обучении (целевые ориентиры, содержание обучения, результаты обучения);
• направления развития представлений о содержании принципа политехнизма в обучении;
• техническая культура учащихся как результат реализации принципа политехнизма в обучении;
• составляющие технической культуры учащихся; оценка технической культуры учащихся;
• отношение учащихся к политехнической подготовке при обучении физике;
• особенности реализации принципа политехнизма в обучении физике;
• содержание и роль предметной техносреды в политехнической подготовке школьников при обучении физике;
• перспективы развития предметной техносреды, используемой при обучении физике.
4. Проблема формирования у учащихся системы технического знания (конкретного, обобщенного) в обучении физике:
• подходы к формированию системы знаний о техносфере;
• методы формирования системы знаний о техносфере;
• изучение объектов современной техники: трудности и пути их преодоления;
• средства формирования технических знаний (конкретных, метатехнического);
• самостоятельная работа учащихся по освоению систем технического знания;
• способы систематизации технических знаний;
• обобщение технических знаний; оценка возможностей применения обобщенных алгоритмических предписаний при изучении объектов техники и видов технической деятельности;
• способы реализации межпредметных связей в формировании технического знания.
Перечень дополнительных индивидуальных заданий
1. Изучение практики зарубежных стран в реализации принципа политехнизма.
2. Углубленное изучение основных направлений НТП (механизация производства, теплоэнергетика, теплофикация, создание новых материалов с заданными свойствами, электроэнергетика и электрификация, производство радиотехники и ЭВТ, ядерная энергетика, фотоэлектронная и лазерная техника).
3. Углубленное изучение современных и перспективных направлений НТП (биоинженерия, нанотехнологии (наноэлектроника и др.), микроэлектроника, оптоэлектроника, робототехника, квантовая электроника, квантовая криптография, нейрокомпьютинг, нейрокибернетика, молетроника, криоэлектроника и др.).
4. Разработка анимации и моделей, отражающих принцип действия разрабатываемого объекта техники, физических явлений и законов, лежащих в основе его работы с применением инструментов и сред компьютерного моделирования (Adobe Flash, Stratum 2000 и др.).
5. Подготовка авторского учебного видеофильма по теме модуля.
Таблица
Примерный перечень технических объектов для изучения в курсе физики средней общеобразовательной школы
Раздел курса физики Тема курса физики Технический объект
1 2 3
Точность и погрешность измерений Линейка Штангенциркуль Микрометр
<С К Масса. Единицы массы Весы
Сила. Вес тела Динамометр
Сообщающиеся сосуды Водопровод Фонтан Чайник Датчик уровней Шлюз как гидротехническое сооружение
Измерение давления Барометр-анероид Манометр
Передача давления жидкостям и га- Гидравлический пресс
зам Насос Поршневой жидкостный насос Амортизатор Гидравлический тормоз Вибрационная машина Отбойный молоток
Архимедова сила Ареометр Подводная лодка Акваланг Батисфера Аэростат Дирижабль
Простые механизмы Полиспаст Баллиста Катапульта Ворот
Источники звука. Звуковые колеба- Камертон,
ния Музыкальные инструменты Фонограф Мегафон
Тепловое движение. Температура Термометр
<с § Влажность воздуха Гигрометр
Психрометр
)ЛЕКУЛЯРН ФИЗИКА РМОДИНАМ Количество теплоты. Уравнение теплового баланса Калориметр
Агрегатные состояния вещества Холодильник
Тепловая пушка
2 ^ Кондиционер
И Дистиллятор
Продолжение табл.
1 2 3
Работа газа и пара при расширении. Тепловые двигатели и охрана окружающей среды Паровой двигатель Паровая турбина ДВС Реактивные двигатели Криогенная техника Подушка безопасности
Конвекция Отопительная система квартиры
Виды теплопередачи Термос
Электризация тел. Закон сохранения заряда Электроскоп Электрометр Электрофорная машина Копировальный аппарат
Химические источники электрического тока Гальванические элементы Аккумулятор
Нагревание проводников электрическим током. Закон Джо-уля-Ленца Лампа накаливания Электрическая плитка, утюг, кипятильник Резистор
Короткое замыкание Предохранитель
Магнитное поле Земли Компас
Магнитное поле катушки с током Электромагнит Электрический звонок Магнитный сепаратор Электромагнитное реле
<с Действие магнитного поля на проводник с током Электродвигатель (синхронный и асинхронный) Электросчетчик
Измерение электрического тока Электроизмерительные приборы (амперметр, вольтметр)
о Получение переменного электрического тока. Производство, передача и потребление электрической энергии Генератор переменного тока Электромеханический индукционный генератор ЛЭП
Рч КТР 1 Э Использование электромагнитной индукции Трансформатор Детектор металла Поезд на магнитной подушке Спидометр Индукционные плавильные печи Электродинамический микрофон Аудио- и видеотехника Стартер люминесцентной лампы
Магнетизм. Сила Лоренца Осциллограф Электронно-лучевая трубка Масс-спектрограф Циклотрон Бетатрон МГД-генератор (магнитогидродинамический генератор)
Энергия электростатического поля Фотовспышка Фильтр радиоприемника
Электрический ток в газах Свеча зажигания Люминесцентная лампа Дуговые электроплавильные печи
Электрический ток в жидкостях Применение электролиза Гальванотехника (гальваностегия и гальванопластика)
Продолжение табл.
1 2 3
Диэлектрики в электростатическом поле Электростатический фильтр
Электроемкость конденсатора Конденсатор Сенсорный экран
Применение полупроводников в технике Полупроводниковый диод Солнечные батареи Светодиод Транзистор
Электронный усилитель Терморезистор
Автомат для управления электрическим освещением Фотореле Термореле
*Пьезоэлектрический эффект Пьезоэлектрическая зажигалка Прибор для УЗИ
*Техническое применение высокотем- Промышленные сверхпроводящие проводники
пературных сверхпроводников Поезд на сверхпроводящих магнитах
Геометрическая оптика Линзы Оптические приборы (микроскоп, бинокль, очки, кинопроектор, телескоп, перископ и др.) Волоконно-оптические линии связи
'РОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ Волновая оптика Цифровой фотоаппарат Жидкокристаллический экран Устройства создания голограмм Голографические изображения Поляроиды Просветленные объективы Пирометр Дифракционная решетка Спектроскоп Болометр
Применение электромагнитных волн Рентгеновский аппарат Томограф СВЧ-печь
2 ЛЕК iO Радиотелескоп Радиолокатор Приборы ночного видения Портативный УФ-дезинфектор
Принципы радиосвязи и телевидения Радиопередатчик и радиоприемник Радиотелефонная связь GP S -навигация Точка доступа Wi-Fi
Квантовая теория электромагнитного Лазер
излучения
<с S СП к © m Строение атома и атомного ядра. Плазменный экран Люминесцентная лампа
Регистрация элементарных частиц Счетчик Гейгера Камера Вильсона Пузырьковая камера Дозиметр
о н Пожарная сигнализация
к <с Ядерная энергетика. Экологические Ядерный реактор (АЭС)
проблемы использования атомных электростанций
Ядерное оружие Атомная и водородная бомба Нейтронная бомба
Окончание табл.
1 2 3
Управляемый термоядерный синтез ТОКАМАК
* Туннельный эффект Сканирующий зондовый микроскоп
* Применение нанотехнологий Нанофильтры
в технике Нанобатарейки
Квантовые резисторы
Примечание: название учебных тем в таблице приведено в соответствии содержанием учебников по физике А.В. Перышкина и В.А. Касьянова [4-8].
Особенностью данного курса по выбору является реализация межпредметных связей с курсом «Информатика» (раздел «Алгоритмизация и программирования»). В рамках лабораторных работ ряд студентов разрабатывает программный код для обеспечения интерактивных свойств компьютерной модели. Ниже приведены примеры готовых продуктов (рис. 1-5).
На рисунках. 1, 2 представлен один из самых эффективных способов пошагового анализа физико-технического материала - гиперграфика (или интерактивная графика). Этот способ полезно применять для представления внешнего вида и устройства технического объекта, демонстрации принципа его работы. Это могут быть многослойные иллюстрации или иллюстрации с выплывающими дополнительными графическими изображениями, возможен эффект увеличения изучаемой части объекта или выход на микроуровень механизма его работы. Для реализации эффектов гиперграфики удобно проводить разработку в среде Adobe Flash.
Рис. 1. Люминесцентная лампа (разработка студентов физического факультета ПГГПУ,
рук. Е.В. Оспенникова, И.В. Ильин)
Отчасти в интерактивных моделях (рис. 2), можно использовать и технологию ZOOM-презентации. Эта технология позволяет учащемуся двигаться в направлении расширения представлений об объекте или изучать его на все более «глубинных» уровнях.
Формы текущего и промежуточного контроля:
1) письменный и устный контроль по основному содержанию курса;
2) внешняя экспертиза проекта:
• качества индивидуального проекта в составе коллективного образовательного продукта - ЭОР «Физика современной техносферы» для средней общеобразовательной школы;
• качества учебно-методического комплекса (УМК) занятия по физике, включающего изучение школьниками вопросов техники с применением средств ИКТ (УМК занятия должен быть ориентирован на использование студентами авторских учебных цифровых материалов);
• качества проведения учебного занятия с использованием разработанных дидактических материалов по технике в образовательном процессе;
• индивидуального вклада в разработку и проведение учебного занятия по систематизации и обобщению технических знаний;
3) зачет (на основе защиты проекта, проведения учебного занятия с использованием материалов проекта, участия в разработке коллективного проекта).
Рис. 2. Камера Вильсона (разработка студентов физического факультета ПГГПУ, рук. И.В. Ильин)
Индивидуальные проекты связаны с разработкой интерактивных учебных моделей (рис. 3) или линейной анимации (рис. 4). Выбор уровня сложности проекта предоставляется студентам.
9 9
\
Ф»
«« ® «в
Рис. 3. Интерактивная модель «Беспроводная точка доступа WI-FI» (разработка студентов физического факультета ПГГПУ, рук. Е.В. Оспенникова, И.В. Ильин)
Рис. 4. Рентгеновский аппарат (разработка студентов физического факультета ПГГПУ, рук. Е.В. Оспенникова, И.В. Ильин)
В результате освоения программы курса по выбору студенты достигают необходимого уровня готовности к проектированию и проведению учебных занятий по изучению вопросов прикладной физики с применением средств ИКТ. Данный вывод получен в результате опытно-поисковой работы со студентами физического факультета ПГГПУ [9].
Автор выражает благодарность профессору Е.В. Оспенниковой за помощь в подготовке материалов для данной статьи.
Список литературы
1. Ильин И.В. Содержание и методика организации элективного курса «Физика современной техносферы» в средней общеобразовательной школе // Вест. ПГГПУ. Сер. «ИКТ в образовании». - Вып. 11. - Пермь, 2015. - С. 62-84.
2. Ильин И.В., Оспенникова Е.В. Принцип политехнизма в обучении физике в контексте современных представлений о структуре техносферы // Педагогическое образование в России. -2014. - № 1. - С. 71-75.
3. 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.
4. Касьянов В.А. Физика 10 кл.: учеб. для общеобразоват. учеб. заведений. - 4-е изд., испр. - М.: Дрофа, 2002. - 420 с.
5. Касьянов В.А. Физика 11 кл.: учеб. для общеобразоват. учеб. заведений. - 4-е изд., испр. - М.: Дрофа, 2004. - 429 с.
6. Перышкин А.В. Физика 7 кл.: учеб. для общеобразоват. учреждений. - 13-е изд., стер. -М.: Дрофа, 2009. - 192 с.
7. Перышкин А.В. Физика 8 кл.: учеб. для общеобразоват. учреждений. - 13-е изд., стер. -М. : Дрофа, 2010. - 191 с.
8. Перышкин А.В., Гутник Е.М. Физика 9 кл.: учеб. для общеобразоват. учреждений. -14-е изд., стер. - М. : Дрофа, 2009. - 300 с.
9. Принцип политехнизма в обучении физике: современная интерпретация и технологии реализации в средней школе: моногр. / И.В. Ильин, Е.В. Оспенникова, М.Г. Ершов, А.А. Оспен-ников; под общ. ред. Е.В. Оспенниковой; Перм. гос. гуманит.-пед. ун-т. - Пермь, 2014. - 504 с.
