CC BY
17
Scientific journal
PHYSICAL AND MATHEMATICAL EDUCATION
Has been issued since 2013.
Науковий журнал
Ф1ЗИКО-МАТЕМАТИЧНА ОСВ1ТА
Видасться з 2013.
http://fmo-journal.fizmatsspu.sumy.ua/
Слободяник О.В. Використання комп'ютерних моделей nid час ¡ндивдуально) роботи учнв з фЬики. Ф1зико-математична осв¡та. 2019. Випуск 4(22). С. 116-123.
Slobodyanyk O. Use of computer models during individual work of physical students. Physical and Mathematical Education. 2019. Issue 4(22). Р. 116-123.
DOI 10.31110/2413-1571-2019-022-4-018 УДК: 37.016:53]:004.94
О.В. Слободяник
1нститут ¡нформа^йних технолог¡й i засобш навчання НАПН Укра)ни, Укра)на
Oslobodyanyk84@gmail.com ORCID: 0000-0003-3504-2684
ВИКОРИСТАННЯ КОМП'ЮТЕРНИХ МОДЕЛЕЙ П1Д ЧАС ШДИВЩУАЛЬНОТ РОБОТИ УЧН1В З Ф1ЗИКИ
АНОТАЦ1Я
Формулювання проблеми. Аналiз результатiв зовнiшнього незалежного оцiнювання за останнi роки з дисципл'1н природничо-математичного циклу, зокрема з фiзики, показав, що система навчання потребуе кардинальних змн. Переосмислення вимагае не тiльки методика викладання природничо-математичних дисциплiн, а й засоби, методи та форми навчання. Основним завданням нашого досл'дження була перев'рка ефективностi використання комп'ютерних моделей (на прикладi РЬеХ симуляц 'ш) пд час iндивiдуально'i' роботи з фiзики.
Матер/'али / методи. У процеа досл'дження використовувались методи аналiзу педагог'чно(, методично( лтератури i дисертац/'йних досл'джень; зд'шснювалося узагальнення результатв втчизняного i зарубiжного досв'ду щодо використання комп'ютерних моделей на уроках дисциплiн природничо-математичного циклу. Апробовано систему iндивiдуальних завдань з використанням комп'ютерних моделей з фiзики. Використано методи порвняльного аналiзу успiшностi учнв.
Результати. Проаналiзувавши педагог'мний досв'д з використання комп'ютерних моделей на заняттях природничо-математичного циклу можемо зробити висновок, що учн краще сприймають та засвоюють iнформацiю, якщо (( подача пдсилена в'вуальною картинкою. Зазначено, що динам'чн': комп'ютерн': модел'1 е корисними для перевiрки виконання домашнього завдання, пд час пояснення нового та закрiплення вивченого матералу, як домашне завдання чи для самост'шно'( iндивiдуальноi' роботи та особливу роль вони в'д'грають пд час демонстрацйного експерименту або лабораторного практикуму. Особливо( актуальност/' набувають модел'1, коли реальний фiзичний експеримент неможливий. Наведено приклади iндивiдуальних завдань, якi розд'тен'! на три р'тн'! складностI При посл'довному (х виконанн! учнi засвоюють матер 'юл поступово в'д найпростiшого до найскладншого, не втрачаючи логiчний ланцюжок. Виконання таких завдань сприяе кращому засвоенню теоретичного матер 'юлу. Акцентуеться увага на тому, що при виконанн! таких завдань учнi спочатку формулюють апотезу, а пот 'т перевiряють (( на комп'ютерн 'ш модел '1.
Висновки. В ход'! досл'дження виявлено, що використання комп'ютерних моделей, як засобв навчання на уроках фiзики та в позаурочний час мае беззаперечно позитивний вплив на процес навчання та рiвень розвитку п'знавальноСактивност '! учнiв. Проте, варто дотримуватися балансу м'ж реальним та комп'ютерним (в'ртуальним) експериментом. Доведено ефективнсть використання комп'ютерних моделей в iндивiдуальнiй робот '! учнiв з фiзики.
КЛЮЧОВ1 СЛОВА: комп'ютерн'! модел '! (симуляци), фзика, заклади загально) середньо)' осв!ти, самост'!йна робота, ¡ндив¡дуальн¡ завдання.
ВСТУП
Сучасний стан розвитку освiти в кран вимагае пошуку прюритетних напря/мв вдосконалення системи навчання, яке було б спрямоване на особистсть здобувача освти, на його штереси та забезпечувало б штелектуальн, свтэгляды i духовно-культурн потреби. Сьогодн сучасне сусптьство висувае сво'' вимоги щодо формування компетентно'' особистост, яка зможе досить швидко прилаштуватися в сучасному економiчному, науковому та культурному середовищк Тому шкльна освгга мае створити сприятливi умови для виявлення та розвитку творчих здiбностей учнв, задоволення ''хнх Ытереав i потреб, розвитку навчально-тзнавально'' активност та критичного мислення.
Постановка проблеми. В Закон Укра'ни Про освп^у зазначено, що: «... метою повно'' загально'' середньо'' освти е всебiчний розвиток, виховання i соцiалiзацiя особистост, яка здатна до життя в сусптьств та цивЫзовано'' взаемодп з природою, мае прагнення до самовдосконалення i навчання впродовж життя, готова до свщомого життевого вибору та самореалiзацN, вщповщальносп, трудово'' дiяльностi та громадянсько'' активност..» (Закон Укра(ни Про освту, 2019), а реалiзувати досягнення це'' мети можна, формуючи ключовi компетентности серед яких математична; Ыформацшно-
ISSN 2413-158X (online) ISSN 2413-1571 (print)
комунтацмна; компетентности у галузi природничих наук, технти i технологiй. Тому перед освтчнами стогть не просте завдання: створити таке освiтнe середовище, яке вiдповiдало б сучасним вимогам сустльства.
На сучасному eтапi запровадження шформацмно-комунтафйних тeхнологiй (1КТ) з використанням комп'ютерних мереж i онлайнових засобiв, вчитель мае можливiсть подавати шформащю на сучасному рiвнi, задовольняючи шдивщуальы запити кожного учня. Ефeктивнiсть такого навчання залежить вщ вмiлоï оргаызацп педагогом навчального процесу як на заняттях, так i в позаурочний час. Зазначимо, що це вимагае вщ вчителя глибоких знань учывського складу в аудиторп та Ух особиспсних характеристик, вчитель мае знайти Ыдивщуальний пiдхiд до кожного учня. Разом з тим рiвeнь навчальних досягнень залежить вщ того, як кожний учень зможе оргаызувати свою самоспйну дiяльнiсть, опановуючи нeобхiдну Ыформацю
Вiдкриття в галузi 1КТ та Ух запровадження в освтю галузь змушують переглядати питання органiзацiï шформацшного забезпечення навчально-виховного процесу у закладах освти. При цьому можна видтити кiлька варiантiв використання iнформацiйних технолопй у процeсi навчання (на прикладi фiзики): прямий i зворотний зв'язок мiж користувачами 1КТ; архiвнe збер^ання великих обсягiв iнформацiï з можливостями Ух передач^ можливiсть проведення вiртуального експерименту; обробка та аналiз результа^в експерименту та висновкiв, що з них випливають; автоматичне реферування i анотування матeрiалiв; можливiсть оцiнки i контролю рiвня опанування вiдповiдною навчальною iнформацiею i коригування рiвня навчальних досягнень. (Биков &Лещенко, 2017)
Аналiз останшх дослiджень i публiкацiй. Аналiз дисeртацiйних дослiджeнь з теорй' та методики навчання фiзики та науково-педагопчно'|' лiтeратури свiдчить про те, що застосування Ыформацмних тeхнологiй у навчальному процеа розглядалось зарубiжними та впчизняними науковцями рiзнопланово. М. Жалдак, Ю. Жук, С. Величко, С. Гайдук у сво'|'х працях дослiджують проблему тдвищення eфeктивностi застосування iнформацiйно-комунiкацiйних технолопй у навчальному процеа; О.Буров, Т.Зубченко, Ю. Науменко розглядають 1КТ для досл'дження динам'ки когнтивних можливостей y4Hie nid д'!ею зовнiшнiх та внутрiшнiх факторiв■; С. Литвинова Р. Горбатюк, Г. Громко розглядають можливост використання комп'ютерного моделювання явищ та процеав у нaвчaннi природничо-математичних дисциплiн■ Ю. Жук, В. Заболотний, О. 1ваницький, О. Пiнчук, О. Соколюк описують оргaнiзaцiю навчальноУ дiяльностi у комп'ютерно орiентовaному навчальному сeрeдовищi та проектування iнформaцiйного освiтнього середовища, Т.Фадеева дослщжуе використання iмiтaцiйного моделювання в освтьому процeсi; Носенко Е., Салюк М. обфунтували пiдхiд щодо форсування когнтивних структур мислення засобами комп'ютерних технолопй; £. Прокопенко описав пiдвищeння Ытересу учнiв до навчання на засадах використання Ярового моделювання; О.Гриб'юк дослщжуе використання систем комп'ютерноУ математики GeoGebra з метою aктивiзaцiï дослiдницькоï дiяльностi учнiв; М. Мястковська пропонуе використовувати Phet-симуляци для виконання домaшнiх завдань з молекулярноУ фiзики та посилення мiждисциплiнaрних зв'язкiв; В. Биков та колектив aвторiв у посiбнику (Биков, 2017) охарактеризували теоретико-методолопчы засади цифрово) гумaнiстичноï пeдaгогiки вiдкритоï освiти - науки про зaкономiрностi створення позитивно)' iнтeгровaноï пeдaгогiчноï рeaльностi за умови конвергенцп фiзичного та вiртуaльного (створеного за допомогою 1КТ) навчальних просторiв (середовищ), визначено особливостi застосування комп'ютерних технолопй для творчого розвитку особистосп. На сьогодн iнформaцiйнi комп'ютeрнi технологи (1КТ) використовуються практично в уах сферах людськоУ дiяльностi, зокрема i в освiтнiй гaлузi. Пiнчук О. та Соколюк О. розглядають iгровi адаптивн модeлi, системи монiторингу стану (що вщстежують eмоцiйний стан учыв) (гeймiфiкaцiю) як засоби заохочення та мотивування учыв до нaвчaльно-пiзнaвaльноï дiяльностi, превентивне упрaвлiння результатом (системи прогнозування досягнень) (П'нчук&Соколюк, 2018).
Мета статп. Дослiдити можливостi використання комп'ютерних моделей (на приклaдi Phet-симуляцiй) пiд час шдивщуально'|' роботи учнiв з фiзики та довести eфeктивнiсть Ух впливу на навчальний процес з фiзики та розвиток тзнавальних здiбностeй.
МЕТОДИ ДОСЛ1ДЖЕННЯ
У процeсi дослiджeння використовувались методи aнaлiзу пeдaгогiчноï i методично) лiтeрaтури й дисeртaцiйних дослiджeнь■ здшснювалося узагальнення рeзультaтiв вiтчизняного i зaрубiжного досвiду; теоретичне моделювання використання системи комп'ютерного моделювання; пeрeвiркa eфeктивностi системи шдивщуальних завдань з фiзики на основi комп'ютерних симуляцiй шляхом порiвняльного aнaлiзу успiшностi. Це дослiджeння виконувалося в рамках науково-дослщно'|' роботи «Система комп'ютерного моделювання тзнавальних завдань для формування компетентностей учыв з природничо-математичних предме^в» (НДР №0118U003160).
РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛ1ДЖЕННЯ
В рамках НДР «Система комп'ютерного моделювання тзнавальних завдань для формування компетентностей учыв з природничо-математичних предме^в» (№0118U003160) було проaнaлiзовaно нaйдоступнiшi сервки комп'ютерного моделювання з природничо-математичних дисциплш («Phet», «Жива фiзикa», Stratum 2000: <^ртуальна фiзикa», «Yenka», Stephen Hawking's Snaps hotsof the Universe, «OLABS», «MOZAIK education», «CK12», «Khan Academy», «Professor-Why», «Go-Labz») за такими крт^ями: нaуковiсть моделювань, iнтeрaктивнiсть, iнтуïтивнiсть, цтавкть, iнструмeнтaльнiсть, комплeкснiсть, рiзнорiвнeвiсть, нaочнiсть даних, реальысть, схeмaтичнiсть, «дружнiй» iнтeрфeйс, доступысть незалежно вiд нaявностi 1нтернету та шшм. З усього пeрeлiку наявних ресурав з комп'ютерними моделями було вобрано Phet Interactive Simulation, як дуже гнучкий шструмент, що може бути використаний рiзними способами. Це велика збiркa iнтeрaктивних симуляцiй для ефективного вивчення дисциплш природничо-математичного циклу в школГ ^м того, на сайт е потужна методична i техычна пiдтримкa, яка включае фрагменти уро^в i занять з учнями, методичн рекомендацп щодо використання моделювань для дослщжень, а також техычы рекомендацп щодо усунення можливих техычних несправностей (Демент'!евська, 2019). Розглянемо можливосп використання Phet-симуляцiй на уроках фiзики в стaршiй школi.
Згiдно з Навчальною програмою з фiзики для зaклaдiв загально) середньо) освiти (ЗЗСО) (Навчальна програма з ф'зики, 2017) вивчення фiзики у 10 клас за рiвнeм стандарту розпочинаеться з «Механти», учнi мають освоУти мaтeрiaл з
таких тем: «Мехаычний рух. Основна задача механти та способи опису руху тта», «Рiвномiрний i нерiвномiрний прямолiнiйний рух. Вщносысть руху. Закон додавання швидкостей», «Прискорення. Рiвноприскорений рух», «Графiки залежностi кiнематичних величин вщ часу для рiвномiрного i рiвноприскореного прямолiнiйного руху» та ш.. Як показуе практика, остання тема викликае немало труднощiв, тому доцтьно використати комп'ютернi моделi не ттьки на уроцi, а й для самоспйного домашнього опрацювання. Використаемо вже вщомий нам сайт https://phet.colorado.edu, де в роздЫ «Симуляцií-Фiзика» оберемо комп'ютерну симуляцiю «Чоловiк, що рухаеться» (рис. 1) phet.colorado.edu/uk/simulation/legacy/moving-man i «Дiя сили в 1 напрямку» (рис. 2) phet.colorado.edu/uk/simulation/legacy/forces-1d.
Рис. 1.«Чоловт, що рухаеться» Рис. 2. <^я сили в 1 напрямку»
Ц комп'ютернi моделi можна використовувати як в режимi онлайн, так i, завантаживши на персональний комп'ютер. Вимоги до програмного забезпечення: Microsoft Windows XP/Vista/7/8.1/10 остання верая Java; Linux остання верая Java.
Симуляцп розробленi таким чином, щоб учнi могли прослiдкувати причинно-наслiдковi зв'язки фiзичних явищ та процеав.
Наведемо приклади завдань для шдивщуально''' роботи учнiв на закрiплення вивченого матерiалу (можна виконувати як на уроц так i як домашне завдання). Пропонуемо роздiлити цi завдання на три рiвнi вiд найлегших на знання формул та вмшня виражати величини (рiвень1) до найскладнших (рiвень Ill) на побудову графЫв залежностi та вмiння самостiйно формулювати завдання.
Бланк i3 завданнями
Вщкрийте, будь ласка, комп'ютерну симуляцiю «Moving Man» phet.colorado.edu/uk/simulation/legacy/moving-man (загальний вигляд показано на рис.1) та виконайте наступи завдання:
Р'юень I.
1. Початкова координата руху чоловта дорiвнюе 0, через який час вш перемутиться на 5 м в сторону будинку, якщо швидккть 3м/с.
2. Повторпъ дослiдження, але чоловiк мае рухатися в сторону дерева. Який параметр змшиться i як саме?
3.Що при цьому вiдбуваеться з прискоренням? Чому?
Р'юень II.
1.Нехай початкова координата положення чоловта дорiвнюе 0, прискорення дорiвнюе 2 м/с2 . Визначте час за який чоловт подолае вщстань 8 м та модуль швидкосп.
2. Визначте кшцеву швидкiсть чоловiка, якщо при початкова швидкостi 1 м/с, вш подолав вiдстань 9 м за 10 с.
3. Чоловт рухався з швидкктю 1 м/с, починае розганятися i, рухаючись iз прискоренням 0,4 м/с2 досягнув швидкост 2,9 м/с . Яким е перемщення чоловта?
Р'юень III.
1. Побудуйте графт залежностi x(t), де х- координата, t - час.
2. Складпъ задачу за даними, наведеними на рис. 3 та розв'яжпъ п.
Рис. 3
3. Складпъ задачу за даними, наведеними на рис. 4 та розв'яжггь ïi.
Рис. 4
3bît щодо виконання завдань учн надсилають вчителю, заповнивши вiдповiдну Google Форму, посилання на яку отримують разом iз завданнями. (Слободяник, 2014)
Дослщження проводилось в 10-х класах, всього взяли участь у експеримент 45 учыв, якi були розподiленi на контрольну (10-А - 23 учы) та експериментальну (10-Б - 22 учы) групи. В контрольнiй грут комп'ютернi моделi використовувались лише в аудиторп при поясненнi нового матерiалу, а в експериментальнiй комп'ютерними моделями пщсилювали практичнi, лабораторнi заняття та систематично учн виконували iндивiдуальнi завдання на базi комп'ютерних симуляцiй з сайту Phet (зразок наведено вище). До та пiсля експерименту було проведено контрольний зрiз знань учыв в обох групах та виявлено, що кшьмсть учнiв, якi досягли високого рiвня збiльшилася на 5 %, а середнього -на 4% (за рахунок зниження клькост учыв з початковим рiвнем знань). (рис. 5-6). Особливкть такого тдходу полягае в тому, що тсля виконання iндивiдуальних завдань учнi колективно обговорюють проблеми, якi виникли по ходу виконання завдань та пропонують шляхи Ух виршення. Вчитель виступае в ролi координатора, вносить корективи за необхщносл. Пiсля чого було проведено порiвняльний аналiз успiшностi на паралелк В експериментальнiй групi кшьшсть учнiв, що покращили свiй рiвень навчальних досягнень значно збiльшилася в порiвняннi з контрольною групою.
початкоеии середн|и достатки високии PieHi навчальних досягнень
Рис. 5. Усшшшсть учшв до проведення експерименту
початковим середн|и достатки PiBHi навчальних досягнень
Рис. 6. Усшшшсть учшв тсля проведення експерименту
Проте, за будь яких умов використання комп'ютерних моделей на уроках фiзики вчитель мае дотримуватися таких принцитв: використання моделi доречне, якщо реальний експеримент неможливий або як доповнювальний до реального; пщ час використання комп'ютерноУ моделi перед учнями необхщно ставити чп^, лопчы, послiдовнi завдання, щоб робота з моделлю не перетворилася на гру; модель мае допомагати учням встановлювати графiчнi залежност мiж фiзичними параметрами. (Мястковська, 2016)
Зпдно з рекоменда^ями розробникiв моделей занадто багато Ыструкцм та конкретних вказiвок теж не сприяють проведенню учнями наукових навчальних дослщжень. Заметь цього, учнi будуть обмежувати свое експериментування з симуля^ями, а виконувати лише те, що зазначено в шструк^ях. Тому, завдання варто формулювати таким чином, щоб учн спочатку формулювали ппотезу, а вже по™ перевiряли ïi на комп'ютернш моделi.
ОБГОВОРЕННЯ
Як вiдмiчае в сво'|й монографп В.Ю. Биков (Биков, 2009), шформатизащя системи освiти безпосередньо пов'язана з широким впровадженням i ефективним застосуванням в освт 1КТ, що базуються на методах i засобах iнформатики. Цi методи i засоби утворюють у системi освiти гнучке i адаптивне штегроване органiзацiйно-функцiональне та шформацмно-технологiчне комп'ютерно орiентоване середовище, яке розвиваеться i активно впливае на формування в системi освти найбiльш сприятливих умов досягнення ïi зовншых i внутршых цiлей.
Саме таке освiтне середовище, на сьогодншый день, дае можливкть максимально реалiзувати умови для формування ключових компетентностей учнiв з природничо-математичних дисциплЦ а саме з фiзики. Незаперечним
фактом e те, що пщ час вивчення фiзики велике значення мае навчальний експеримент, який орieнтований на те, щоб учн1 застосовували на практик рiзноманiтнi методи фiзичноï науки, опановували елементи проведення науково-дослщно) роботи, спiвставляти результати практично) (експериментально)) дiяльностi з теорieю, використовували на практик мiжпредметнi зв'язки тощо. Незамiнним засобом для реалiзацiï фiзичного експерименту в ЗЗСО е комп'ютерн моделi. Як зазначае Совкова Т.С., використання 1КТ в фiзичному експеримент у перспективi дозволить: формувати умшня одержувати iнформацiю з рiзних джерел, обробляти i збер^ати ïi; формувати навички дослщницько) дiяльностi за допомогою моделювання роботи науково) лабораторп; надати тим, хто навчаеться, можливкть управлшня реальними об'ектами (наприклад, навчальними роботами, що iмiтують промисловi пристро) або мехаызми); надати здобувачам освiти можливкть управлiння iнформацiйними моделями рiзних об'ектв, явищ, процесiв; створити середовище для дослщницько) роботи учнiв з закладiв освiти, рiзних регiонiв i кра)н. (Совкова, 2018).
Крiм того, застосування комп'ютерно) технологи навчання мае на мет: 1) формування умiнь учыв працювати з iнформацieю, розвиток комунтативних здiбностей; 2) пiдготовку особистостi «шформацшного сусптьства»; 3) збiльшення обсягу навчального матерiалу для творчого засвоення й використання його учнями; 4) формування дослщницьких умшь, умiнь приймати оптимальн рiшення тощо (Совкова, 2018). Як показують дослiдження, надзвичайно ефективним та перспективним методом формування необхщних компетенцм у здобувачiв освiти е комп'ютерн симуляцп, якi максимально вiдтворюють реальну дiяльнiсть.
В процесi фрагментарного використання комп'ютерного моделювання на занятт можна ïx застосовувати: пiд час актуалiзацiï необxiдниx знань та умiнь учням пропонувати перегляд симуляцп для пояснення вивчених ранше явищ та закоыв; пiд час надання нового матерiалу вчитель супроводжуе свою розповiдь вщповщними симуляцiями для бiльш ефективного розумшня; пiд час узагальнення та систематизацп знань данi симуляцп дозволяють здмснити оцiнювання знань та умiнь отриманих на занятп. (Дронь, 2017).
Динамiчнi комп'ютерн моделi можна застосовувати на рiзниx етапах уроку: пщ час перевiрки домашнього завдання, при пояснены нового та пщ час закртлення вивченого матерiалу, як домашне завдання, але, на нашу думку, найбтьш доцтьно )х використовувати пщ час iндивiдуальноï роботи.
Пiд шдивщуальною роботою ми розумieмо самостiйну дiяльнiсть учнiв, спрямовану на самовиховання та розкриття iндивiдуальностi учня.
На сьогодншый день, досить актуальною постае проблема акт^заци самостiйноï роботи з предметв природничо-математичного циклу. Вдосконалення способiв самостйно) роботи полягае в пiдвищеннi якост знань учнiв, розвитку вмiння самостйно здобувати i поглиблювати сво) знання, у пошуку рацiональниx шляxiв виршення поставлено) задачi. Будь - яка навчальна дiяльнiсть учня неможлива без його тзнавально) активностi та внутршньо) мотивацп (Доросевич, 2006).
Саме комп'ютерн моделi дозволяють активiзувати дiяльнiсть, мотивувати та отримувати в динамщ наочнi запам'ятовувальнi iлюстрацiï фiзичниx експериментiв та явищ, вiдтворити )хы тонкi деталi, якi можуть «вислизати» при спостереженнi реальних експериментiв (Заболотний, 2009).
Зазначимо деяк особливостi використання цих моделей в навчальному процеа в залежност вщ способу )х використання: 1. При використаннi на лекц1йному занятт'1 (при пояснены нового матерiалу) роздтьна здатнiсть екрана мае бути не менше 1024x768, щоб симуля^я заповнила екран i ÏÏ краще було видно; в примЩены мае бути вiдповiдне затемнення для уникнення «блЫв», а як наслщок не сприйняття iнформацiï учнями. Осктьки симуляцiя подаеться у виглядi аымащйно) картинки, то вчитель мае можливкть керувати процесом, зупиняючи i запускаючи перехщ процесу за допомогою вщповщних клавiш; наприклад, невидимi фiзичнi величини та )х напрямки (якщо там е) можна зробити видимими, кнуе можлив^ь повторення анiмацiï стiльки разiв скiльки цього вимагатиме аудиторiя для повного розумшня шформацп. Можна запропонувати учням зробити певн припущення щодо очтуваного результату, обговорити )х в групах, а потм порiвняти iз результатом, одержаним на комп'ютернiй моделк Завершуеться така подача матерiалу колективним обговоренням.
2. Використання комп'ютерних симуляцш на лабораторних заняттях дае можливкть виконувати дослщи, якi неможливi з реальним обладнанням. ^м того, такi дослщження можна виконувати вдома як повноцшну лабораторну роботу або пiдготовку до виконання дослщження на реальному обладнанн в клаа.
3. Групова форма оргашзацп навчання досить часто застосовуеться учителями на уроках природничо-математичного циклу. Така форма оргаызацп можлива, якщо в учыв е персональний комп'ютер або заняття проводиться в комп'ютерному клаа. Тод^ зоргаызувавшись в групи, кожен з них мае можливкть самостйно керувати комп'ютерною моделлю пщ наглядом вчителя, але без безпосереднього його втручання при цьому виконуючи завдання при цьому обговорювати процеси, ям спостер^ають на екраы.
4. Використання комп'ютерних симуляцм у виглядi ¡ндив/'дуальних завдань може розглядатися у дектькох аспектах: як зааб для закртлення вивченого матерiалу з використанням моделювань у клаа; перед вивченням нового мaтерiaлу в клаа; для дослщницько) дiяльностi та для самостйно) роботи в позаурочний час.
Саме на останньому способi використання комп'ютерних симуляцм ми зупинимося i розглянемо детальнее.
Використання комп'ютерного моделювання на уроках природничо-математичних дисциплш стимулюе навчальну та науково-тзнавальну дiяльнiсть учыв, акт/^зуе творчу дiяльнiсть та позитивно впливае на устшысть, що доводить експеримент (рис. 5-6), розширюе межi розумiння фiзичниx явищ та процеав, що вщбуваються в навколишньому середовищ^ дають можливiсть учням на вищому рiвнi зрозумiти природнi явища, поняття, формули. Комп'ютернi моделi забезпечують високий ступшь нaочностi i, що дуже важливо учн мають змогу самостйно втручатися в переб^ експерименту, змшювати умови його проведення, що сприяе розвитку мотивацп, зaцiкaвленостi та бажання експериментувати, проводити сaмостiйнi дослiдження в гaлузi природничих наук. Комп'ютерне моделювання е важливою складовою освiтнього процесу. Використання зaсобiв iнформaцiйниx теxнологiй мае беззаперечно позитивний вплив на процес навчання лише в тому випадку, коли буде дотримуватися баланс мiж реальним та вiртуaльним. Не можна переобтяжувати будь-який вид навчально) дiяльностi: урок, самостйну, домашню чи групову роботу комп'ютерними
технолопями. Проте, коли реальний експеримент неможливий (н-д, вщсутне обладнання), то вiртуальний експеримент з використанням комп'ютерного моделювання е незаменим. Крiм того, у вчителя розширюються можливостi для устшно'' органiзацiï самостiйноï iндивiдуальноï роботи з фiзики. Зокрема, позитивний вплив на розвиток тзнавальних здiбностей учыв мае система iндивiдуальних завдань на базi комп'ютерних моделей.
Про зростання рiвня зацiкавленостi предметом свiдчить позитивна динамта успiшностi учнiв, якi в свош iндивiдуальнiй роботi використовували комп'ютерн моделi.
ВИСНОВКИ ТА ПЕРСПЕКТИВИ ПОДАЛЬШИХ ДОСЛ1ДЖЕНЬ
1. Аналiз актуальних дослщжень дае можливiсть зробити висновок, що комп'ютерн моделi сприяють формуванню тзнавальних здiбностей, дослiдницьких умiнь, кращому розумшню фiзичних процесiв, посиленню мiжпредметних зв'язюв та формуванню ключових компетентностей, а саме: математично'; iнформацiйно-комунiкацiйноï; компетентностi у галузi природничих наук, технiки i технологй
2. Iнтерактивнi комп'ютернi моделi роблять процес навчання насиченiшим, цтавшим та урiзноманiтнюе його, активiзуе навчально-тзнавальну дiяльнiсть учнiв.
3. Використання комп'ютерних моделей дозволяе учням бути безпосередым активним учасником експерименту та дотримуватися шдивщуально' траекторп.
4. Використання комп'ютерних моделей у навчальному процеа сприяе зростанню рiвня успiшностi навiть найпасившших учнiв (доведено експериментально).
Можливостi використання комп'ютерних моделювань, зокрема Phet-симуляцш, на уроках дисциплш природничо-математичного циклу, ще не повною мiрою дослщжеы, тому перспективи наших подальших розвщок вбачаемо у дослiдженнi використання динамiчних моделей на лабораторних роботах та тд час учнiвських наукових дослщжень (при пiдготовцi до написання МАЫвських та iнших наукових робiт).
Список використаних джерел
1. Chang K. E., Chen Y. L., Lin H Y and Sung Y. T., Effects of learning support in simulation based physics learning. Computers & Education, 51(4), 2008. pp. 1486-1498.
2. Martin O. Steinhauser Computer Simulation in Physics and Engineering. EMI Fraunhofer Institute for High-Speed Dynamics, Ernst-Mach-Institut, 2012.
3. Saastamoinen K. and Rissanen A. Journal of Physics: Conference Series Understanding physical phenomena through simulation exercises, 2019.
4. Биков В. Модел'1 органiзацiйнихсистем eidKpumoïосвти: Монографiя. Кж'в, Укра'на: Атта, 2009.
5. Биков В., Лещенко М. та Тимчук Л. Цифрова гуманстична педагогка. Кж'в: 1ТЗН НАПН Укра'ни, 2017. 181с.
6. Дементевська Н. Вiдбiр штернет-ресурав для формування дослщницьких компетентностей учыв при вивченн фiзики в школГ 36îphuk матер'ал'в ЗвiтноïнауковоÏ конференцп 1нституту iнформацiйних технологiй i засоб'в навчання НАПН Украни. Кив: 11ТЗН НАПН Укра'ни, 2019. С. 78-81.
7. Дронь В. Використання комп'ютерного моделювання при вивченн фiзики як засобу для розвитку тзнавально' мотивацп. Матерiали I Всеукрашсько'|' науково-практично' 1нтернет-конференцп з мiжнародною участю Сучасн iнформацiйнi технологи'та iнновацiйнiметодики навчання: досв'д, тенденцй, перспективи, Тернопть. 2017. С. 121125.
8. Жалдак М. Комп'ютер на уроках математики. Кив, Украша: Технта, 1997. 304 с.
9. Жук Ю. Дослщження впливу Ыформацмних i комунiкацiйних технологiй на формування особиспсних якостей учнiв загальноосвiтнiх навчальних закладiв Науково-методичний, iнформацiйно-освiтнiй журнал „Вересень". № 1, 2003. С. 18-21.
10. Заболотний В. Формування методичноÏ компетентност'1 учителя фiзики засобами мультимед'а монографiя. ВЫниця, Укра'на: Едельвейс, 2009. 454 с.
11. Закон Укра'ни Про осв^. URL: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/2145-19
12. Литвинова С. Використання систем комп'ютерного моделювання для проектування дослщницьких завдань з математики. Фiзико-математична освта, 2018. Вип. 1 (15). С. 83-89. DOI 10.31110/2413-1571-2018-015-1-013
13. Литвинова С. Модель використання системи комп'ютерного моделювання для формування компетентностей учыв з природничо-математичних предметв. Ф'!зико-математична освта. 2019. Випуск 1(19). С. 108-115. DOI 10.31110/2413-1571-2019-019-1-017
14. Мястковська М., Пшембаев I. Використання Phet-симуляцш для виконання домашых завдань з молекулярно' фiзики Збiрник наукових праць Кам'янець-Подльського нацонального унiверситету iм. 1вана Оценка. Серiя: Педагогiчна. Кам'янець-Подтьський, Укра'на 2016. Вип. 22. C. 204-207.
15. Слободяник О. Методика оргаызацп самостшно'' роботи студентв педагопчних уыверситетв у процеа навчання фiзики дис. канд. пед. наук, Юровогр. держ. пед. ун-т iм. Володимира Винниченка, Юровоград, 2012. 258 с.
16. Слободяник О.Використання Google сервiсiв для контролю самоспйно'|' роботи учыв Науковiзаписки. Серiя: Проблеми методики ф/'зико-математичноï i технологiчноï освти. Юровоград: РВВ КДПУ iм. В.Винниченка, 2014. C. 28-34
17. Совкова Т. Застосування комп'ютерних симуляцй при вивченнi роздлу «Оптика» Методичн рекомендацп для студентв Одеса, 2018. URL: http://dspace.pdpu.edu.ua/bitstream/123456789/2572/1/Sovkova%20Tetiana%20Sokrativna.pdf (дата звернення 15.10.2019)
18. Фiзика i Астрономiя. Навчальна програма для 10-11 клаав закладiв загальноУ середньо' освiти. ^вень стандарту, профiльний рiвень) (наказ № 1539 вщ 24.11.2017 р.) URL:https://mon.gov.ua/ua/osvita/zagalna-serednya-osvita/navchalni-programi/navchalni-programi-dlya-10-11-klasiv (дата звернення 15.10.2019)
References
1. Chang K. E., Chen Y. L., Lin H. Y. and Sung Y. T. (2008) Effects of learning support in simulationbased physics learning. Computers & Education [in English]
2. Martin O. (2012) Steinhauser Fraunhofer Institute for High-Speed Dynamics, Ernst-Mach-Institut EMI Computer Simulation in Physics and Engineering [in English]
3. Saastamoinen K and Rissanen A (2019) Journal of Physics: Conference Series Understanding physical phenomena through simulation exercises. [ in English]
4. Bykov V. Yu. (2009) Modeli orhanizatsiinykh system vidkrytoi osvity [Models of Open Education Organizational Systems] Kyiv: Atika,. [in Ukrainian]
5. Bykov V., Leshchenkota M., Tymchuk L. (2017) Tsyfrova humanistychna pedahohika [Digital humanistic pedagogy] Kyiv: ITZN NAPN Ukrainy [in Ukrainian]
6. Dementiievska N. (2019) Vidbir internet-resursiv dlia formuvannia doslidnytskykh kompetentnostei uchniv pry vyvchenni fizyky v shkoli [Selection of online resources for the formation of students' research competencesin the study of physics at school]. Reporting Scientific Conference. Kyiv: IITZN NAPN Ukrainy. 78-81 [in Ukrainian]
7. Dron V. (2017) Vykorystannia kompiuternoho modeliuvannia pry vyvchenni fizyky yak zasobu dlia rozvytku piznavalnoi motyvatsii [Using computer simulation in physics as a means to develop cognitive motivation]. Modernin formation technologies and innovative teaching methods: experience, tendencies, perspectives. c.121-125 [in Ukrainian]
8. Zhaldak M. (1997) Kompiuter na urokakh matematyky [Computer in mathlesson]. Kyiv: Tekhnika. [in Ukrainian]
9. Zhuk Iu. (2003) Doslidzhennia vplyvu informatsiinykh i komunikatsiinykh tekhnolohii na formuvannia osobystisnykh yakostei uchniv zahalnoosvitnikh navchalnykh zakladiv [Research of the in fluence of information and communication technologies on the formation of personal qualities of students o fsecondary schools] Scientific-methodical, informational-educational magazine "September" 1, 18-21. [in Ukrainian]
10. Zabolotnyi V. (2009) Formuvannia metodychnoi kompetentnosti uchytelia fizyky zasobamy multymedia [Formation of methodological competence of the teacher of physics bymeans of multimedia] monohrafiia. Vinnytsia, Ukraina: Edelveis. [in Ukrainian]
11. Zakon Ukrainy Pro osvitu [Law of Ukraine On Education] (n.d.). zakon.rada.gov.ua Retrieved from https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/2145-19 [in Ukrainian]
12. Lytvynova S. (2018) Vykorystannia system kompiuternoho modeliuvannia dlia proektuvannia doslidnytskykh zavdan z matematyky. [Use of computer simulation systems to design mathematical research problems]. Fizyko-matematychna osvita. 1 (15). 83-89. [in Ukrainian]
13. Lytvynova S. (2019) Model vykorystannia systemy kompiuternoho modeliuvannia dlia formuvannia kompetentnostei uchniv z pryrodnycho-matematychnykh predmetiv [Model of using computer simulation system for forming competences of students in science and mathematics]. Fizyko-matematychna osvita. 1(19). S. 108-115. DOI 10.31110/2413-1571-2019-0191-017 [in Ukrainian]
14. Miastkovska M., Pshembaiev I. (2016) Vykorystannia Phet-symuliatsii dlia vykonannia domashnikh zavdan z molekuliarnoi fizyky [Use of Phet-simulations to accomplishhome workin molecular physics] Zbirnyk naukovykh prats Kamianets-Podilskoho natsionalnoho universytetu im. IvanaOhiienka. Seriia: Pedahohichna. Kamianets-Podilskyi. 22. s. 204-207. [in Ukrainian]
15. Slobodianyk O. (2012) Metodyka orhanizatsii samostiinoi roboty studentiv pedahohichnykh universytetiv u protsesi navchannia fizyky [Methods of organization of independent work of students of pedagogical universitiesin the process of teaching physics] Candidate's thesis, Kirovohrad: KSPU after Volodymyra Vynnychenka. [in Ukrainian]
16. Slobodianyk O. (2014) Vykorystannia Google servisiv dlia kontroliu samostiinoi roboty uchniv [Use of Google services to control students'independen twork Naukovi zapysky]. 6(2) Kirovohrad: RVV KDPU im. V.Vynnychenka, 28-34 [in Ukrainian]
17. Sovkova T. (2018) Zastosuvannia kompiuternykh symuliatsii pry vyvchenni rozdilu «Optyka» [Application of computer simulations when studying the "Optics"] section Metodychni rekomendatsii dlia studentiv. Odesa. URL: http://dspace.pdpu.edu.ua/bitstream/123456789/2572A/Sovkova%20Tetiana%20Sokrativna.pdf [in Ukrainian]
18. Fizyka i Astronomiia. Navchalna prohrama dlia 10-11 klasiv zakladiv zahalnoi serednoi osvity. (riven standartu, profilnyiriven) [Physics and Astronomy. Curriculum for 10-11 grades of general secondary education institutions. (standard level, profile level) (nakaz № 1539 vid 24.11. 2017 r.) URL: https://mon.gov.ua/ua/osvita/zagalna-serednya-osvita/navchalni-programi/navchalni-programi-dlya-10-11-klasiv [in Ukrainian]
USE OF COMPUTER MODELS DURING INDIVIDUAL WORK OF PHYSICAL STUDENTS
Olga Slobodyanyk
Institute of Information Technologies and Learning Tools of the NAES of Ukraine
Abstract.
Formulation of the problem. The analysis of the results of external independent evaluation in recent years from the disciplines of the natural and mathematical cycle, in particular in physics, showed that the system of education needs dramatic changes. Rethinking requires not only the methodology of teaching natural sciences and mathematics, but also the means, methods and forms of teaching. The main objective of our study was to test the effectiveness of using computer models (such as Phet simulations) when working individually in physics.
Materials and methods. Methods of the analysis of pedagogical, methodological literature and dissertation research were used in the research process; the results of domestic and foreign experience on the use of computer models in the lessons of the disciplines of natural science were summarized. The system of individual tasks using computer models in physics was tested. Methods of comparative analysis of student performance were used.
Results. Having analyzed the pedagogical experience of using computer models in the science and mathematics cycle, we can conclude that students are better able to perceive and absorb information if its presentation is enhanced by the visual picture. Dynamic computer models have been found to be useful for checking homework, explaining new and consolidating learned material, as homework, or for individual work, and play a special role during a demonstration experiment or lab. Particularly relevant are models where real
physical experimentation is not possible. Examples of individual tasks are divided into three levels of difficulty. In the sequential implementation of the students learn the material gradually from the simplest to the most complex, without losing the logical chain. Performing such tasks contributes to a better assimilation of theoretical material. Attention is drawn to the fact that when performing these tasks, students first formulate a hypothesis and then test it on a computer model.
Conclusions. The study found that the use of computer models as a means of teaching physics lessons and afternoons has an undeniably positive impact on the learning process and the level of students' cognitive activity. However, it is important to keep a balance between the real and the computer (virtual) experiment. The efficiency of using computer models in the individual work of physics students is proved.
Keywords: Computer Models (Simulations), Physics, General Secondary Education, Individual Work, Individual Tasks.
