Технологии в курсе физики

§-1. НОВЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ К ВОПРОСУ О         ВОЗМОЖНОСТЯХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭВМ НА  УРОКАХ   ФИЗИКИ В СРЕДНЕЙ ШКОЛЕ.

Наиболее ценными результатами образования считается гибкость и широта мышления, способность и стремление учиться. Но на практике школьное обучение дает в основном некоторую сумму знаний, интересы учащихся при этом развиваются недостаточно. Это связано в первую очередь с преобладанием пока в большинстве школ объяснительно-иллюстративного метода обучения.

В настоящее время актуальной проблемой образования, как мы считаем, является творческое усвоение знаний школьниками. Именно оно может обеспечить развитие и саморазвитие личности ученика исходя из его индивидуальных особенностей. Основная задача педагога при этом заключается в том, чтобы сделать приобретаемые знания личностно значимыми для учащегося. Это можно достичь формированием у школьников положительного отношения к учению, организацией обучения таким образом, чтобы оно максимально способствовало развитию у них активности, самостоятельного творческого мышления, но для этого, как мы убеждены, необходимо сделать акцент в организации учебного процесса на увеличение самостоятельной работы учащихся.

Понимая важность самостоятельного ученического труда, учителя в современной школе все же не могут уделить достаточно времени на уроке для выполнения работ, способствующих его проявлению. По данным Т.И.Шамовой, полученным в 1979 году , в практике массовой школы на одном уроке на самостоятельную деятельность школьников отводится 4,5 минуты, и только учителя-мастера отводят па такую работу более 17 минут. Наблюдения показывают, что существенных изменений в этом вопросе пока не произошло. И причина тому то, что в подавляющем числе школ, проще говоря, в массовой школе (а не в инновационной) учитель был и остается главной фигурой учебного процесса и работает с огромными перегрузками в классах, где минимум 30 учащихся.

Учитель и должен быть главной фигурой учебного процесса, но в его деятельности максимальную роль должна играть работа по организации познавательной деятельности учащихся, а не сообщение им информации.

Но в указанных выше условиях учитель не всегда может сочетать свою деятельность цо изложению учебного материала с необходимой долей деятельности по организации самостоятельной работы учащихся над этим материалом. Из основ дидактики хорошо известно, что только самостоятельная индивидуальная  учебная  деятельность способна привести к образованию прочных и глубоких знаний, устойчивых навыков.

Решение возникших трудностей возможно многими путями, которые мы здесь обсуждать не будем. Остановимся на одном из них. На наш взгляд, преодолеть существующие трудности учителю во многом может помочь компьютер, операционные возможности которого несут огромный дидактический потенциал. Поэтому многие педагоги и возлагают на ЭВМ большие надежды, полагая, что их применение может сократить разрыв между знаниями, которые действительно сейчас дает школа и которые требует от подрастающего по колония современное общество.         

Считаем, что необходимо провести теоретический анализ современного  использования вычислительной техники на уроках физики, разобраться в том, что уже сделано, что достигнуто, а что требует серьезной дополнительной работы.                              

Одной из первых вычислительных машин, появившихся в школе, был программируемый микрокалькулятор (ПМК). Он дозволил за счет быстроты выполнения вычислительных операций расширять и углублять общий интеллектуальный уровень учащихся, развивать алгоритмическое и эвристическое мышление, так как появились дополнительные возможности для введения проблемности в обучение  Изучение опыта работы учителей показывает, что иа уроках физики ПМК целесообразно применять в следующих случаях:

• при решении задач;                 

• для обработки результатов лабораторных работ;

• для моделирования некоторых физических процессов и занимательного моделирования физических ситуаций (последнее применялось очень редко).

Такое использование микрокалькуляторов позволяет учителю развивать логические способности учащихся, формировать умение сознательно планировать свою деятельность, а главное, создает условия для большей самостоятельной работы на уроке.

Применяемые в настоящее время персональные компьютеры (ПК) обладают большими возможностями, чем микрокалькулятор. ПК, как показывают, наблюдения, все более активно используют учителя многих предметов но, особенно учителя физики, причем разрабатываются в процессе практического применения самые различные направления от обработки результатов измерений, моделирования физических опытов на ЭВМ  до создания экспертных систем  и обучающих модельно-зкспериментальных сред. Наиболее широко используется моделирование на ЭВМ физических явлений, процессов.

С появлением компьютера стало возможно знакомить учащихся с численными методами решения задач на ПК, полагая, что ото имеет большое познавательное и практическое значение. По утверждению В.Л.Латышева, наибольшую самостоятельность мышления учащихся развивает их участие в теоретических и экспериментальных разработках в области вычислительных методов.

Но все же одной из самых главных задач, решаемых при обучении физике, является формирование научного стиля мышления и развитие творческих способностей у школьников. Как известно из дидактики, способности учащихся хорошо развиваются при решении ими различных задач. Мы взяли за основу классификацию И.Я.Лернера, в которой он задачи, организующие деятельность учащихся, разделил на:

• обучающие, когда учитель предъявляет задание и покидывает, как надо его решать;

• тренировочные, предназначенные для самостоятельного решения по образцу;

• поисковые, самостоятельное решениекоторых целиком возлагается на учащихся.

Считаем, что при наличии в кабинете физики компьютера на него целесообразно в первую очередь переложить решение обучающих и тренировочных задач. Основанием для этого является то, что при компьютерной организации решения обучающих и тренировочных задач есть возможности неоднократного повторения объяснения, причем начиная с любого места, а восприятие учащимися материала при этом идет самостоятельно (в индивидуальном режиме). Если рассматривать тренировочные задачи, то они призваны закрепить умения и навыки по пройденному теоретическому материалу. Также их особенно хорошо использовать для отработки математических навыков. Компьютер позволяет оперативно следить за правильностью ответов учащихся, предоставляет возможность запросить помощь.

Обратимся теперь к самому важному к поисковым задачам. Естественно, их решение обладает наибольшей ценностью. Именно решение поисковых или творческих задач создает возможность для развития творческого мышления учащихся. Из психологических исследований к тому же известно, что повысить эффективность решения творческих задач можно за счет активизации зрительного представления выполняемых действий. Поэтому ЭВМ и может оказать помощь при решении таких задач. Необходимо учитывать, что эффективность применения компьютерных программ для решении поисковых  творческих задач зависит от:

• техиико-операционных возможностей ЭВМ;

• обьема и уровня информации, заложенной и программы.

В этом направлении проводились исследования. Программы, осуществляющие управление решением учебных творческих задач, И.Н.Голицына  разделила на:

• обучающие (реализующие управление с помощью ЭВМ);

• исследовательские (позволяющие исследовать незнакомое явление или процесс с помощью абстрактной модели из теории физики);

конструкторские (позволяющие сконструировать схему, устройство, технологический процесс и т.н.);

• творческие компьютерные лабораторные работы.

Применение ЭВМ для решения поисковых и творческих задач очень важно направление работы и надо его развивать; внедрять в массовую школу, а не только в инновационные школы, где физика и математика изучаются углубленно.

Теперь обратимся к тому, что шире всего применяется в онкольной практике. Физика - наука экспериментальная, и обучение этому предмету должностроиться на основе эксперимента. Но хорошо известно, что далеко не всякие эксперименты возможно поставить в школьных условиях. Постановка одних затруднена из-за отсутствия необходимого оборудования, другие опасны для жизни школьников, третьи протекают слишком медленно и требуется много времени, чтобы их проследить (или слишком быстро, поэтому наблюдать их совсем невозможно). На помощь во всех атих случаях пришло компьютерное моделирование, которое является важнейшим направлением использования ЭВМ как средства обучения и развития учащихся. Мы считаем необходимым выделить и проанализировать следующие области применения учебной компьютерной модели (УКМ): демонстрация физических явлений, выполнение фронтальных лабораторных работ или практикума, анализ физических явлений или процессов, аналиа фундаментальных экспериментов. Заметим, что в этих направлениях сделано далеко не все и требуется большая дополнительная исследовательская работа.

Ясно, что для повышения наглядности изучаемого материала УКМ может выступать как иллюстративное средство, что и используют учителя. Но, кроме того, на базе компьютерных моделей можно проводить лабораторные работы или физические практикумы, изучать трудно наблюдаемые физические явления. Большое значение имеет работа учащихся с УКМ, в которых представлены  фундаментальные  физические опыты.

В последнее время важным направлением включения ЭВМ в учебный процесс становится не просто обработка результатов эксперимента, но и применение компьютера в качестве средства автоматизации или управления экспериментом. Такое использование компьютерной техники в школе пояполяет повысить точность измерений, придать изучению физики более глубокую научную основу, приучает глубже изучать явления природы, развивает любознательность и изобретательность. Различные датчики и ЭВМ изменяют характер физического эксперимента, поднимают его на новый, более высокий уровень.

Проверка знаний, умений и навыков является, бесспорно, важным элементом любого учебного процесса. В практике работы учителей физики наблюдается различный подход к контролю знаний: одни учителя отводят ему большую часть урока, применяя различные способы и формы проверки, другие сводят ее к фронтальному опросу и контрольной работе. Такое различное отношение к контролю знаний во многом определяется тем, что учителям просто не хватает времени для систематической глубокой проверки знаний учащихся. И здесь большую помощь может принести применение ЭВМ. Немалый опыт накоплен по использованию компьютерной техники для диагностики знаний, которая проводится по тестовой методике. Компьютер позволяет сократить затраты времени учителя на проверку.

§-2. МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ ФИЗИКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПЬЮТЕРНЫХ МОДЕЛЕЙ.

Одним из наиболее перспективных направлений использования информационных технологий в физическом образовании является компьютерное моделирование физических явлений и процессов. Компьютерные модели легко вписываются в традиционный урок, позволяя учителю продемонстрировать на экране компьютера многие физические эффекты, а также позволяют организовывать новые, нетрадиционные виды учебной деятельности учащихся. Приведём в качестве примеров два вида такой деятельности, опробованные  на практике :

1. Урок - исследование: учащимся предлагается самостоятельно провести небольшое исследование, используя компьютерную модель, и получить необходимые результаты. Многие компьютерные программы позволяют буквально за считанные минуты провести такое исследование.

2. Урок решения задач с последующей компьютерной проверкой: учитель предлагает учащимся для самостоятельного решения в классе или в качестве домашнего задания индивидуальные задачи, правильность решения которых они могут проверить, поставив затем компьютерные эксперименты.

Значительное число компьютерных моделей, охватывающих почти весь курс школьной физики, содержится на широко известных лазерных дисках “Физика в картинках” и “Открытая физика” (ООО “Физикон”, Москва, г. Долгопрудный ). Практика использования указанных дисков на уроках физики показывает, что, если учащимся предлагать модели для самостоятельного изучения, то учебный эффект оказывается чрезвычайно низким. Для эффективного вовлечения учащихся в учебную деятельность с использованием компьютерных моделей необходимы индивидуальные раздаточные материалы с заданиями и вопросами различного уровня сложности. Перечислим основные виды заданий, которые можно предлагать учащимся при работе с компьютерными моделями:

Итак какие же виды учебной деятельности можно предложить учащимся при работе с компьютерными моделями ?

• Прежде всего это знакомство с моделью, то есть небольшая исследовательская работа - экскурс по устройству модели и её функциональным возможностям, в которую входит знакомство с основными регулировками модели. В ходе этой работы учитель в компьютерном классе, переходя от ученика к ученику помогает освоить модель, поясняя наиболее сложные моменты и задавая вопросы, отвечая на которые учащиеся глубже вникают в суть происходящего на экране.
• После того как компьютерная модель освоена в первом приближении, имеет смысл предложить учащимся выполнить 1 - 3 компьютерных эксперимента. Эти эксперименты позволят учащимся научиться уверенно управлять происходящем на экране и вникнуть в смысл демонстраций.
• Далее, если модель позволяет, можно предложить учащимся экспериментальные задачи, то есть задачи для решения которых не обязательно производить вычисления, а необходимо продумать и поставить соответствующий компьютерный эксперимент. Как правило учащиеся с особым энтузиазмом берутся за решение таких задач. Цель подобных заданий...
• На данном этапе, когда учащиеся уже достаточно хорошо овладели моделью и углубили свои знания по изучаемому явлению, имеет смысл предложить 2 - 3 задачи не требующих длительного решения, которые необходимо решить без использования компьютера (некоторых учеников даже необходимо отсадить подальше от ...), а затем проверить полученный ответ, поставив эксперимент на компьютере. Задачи, правильность решения которых можно проверить, используя компьютерную модель. При составлении таких задач необходимо учитывать как функциональные возможности модели, так и диапазоны изменения числовых параметров заложенные авторами модели. Следует отметить, что, если эти задачи решаются в компьютерном классе, то их решение не должно превышать 5 -8 минут. В противном случае работа с компьютером становится мало эффективной. Задачи, требующие более длительного решения имеет смысл предлагать в виде домашнего задания. Задачи, требующие более длительного решения, имеет смысл предлагать для предварительной проработки в виде домашнего задания и только после этого использовать их в компьютерном классе.
• Наиболее способным учащимся можно предложить исследовательские задачи, то есть задачи в ходе решения которых учащимся необходимо спланировать и провести ряд компьютерных экспериментов, которые бы позволили подтвердить или опровергнуть определённые закономерности. Самым продвинутым ученикам можно предложить самостоятельно сформулировать такие закономерности.
• Творческие задания лучше предложить ученикам в виде домашнего задания. В рамках таких заданий учащиеся самостоятельно придумывают и решают задачи, а затем проверяют свои результаты в компьютерном классе.