Использование компьютерных моделей на уроках физики при изучении темы "Законы термодинамики" в средней школе

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Использование компьютерных моделей при изучении темы «ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ» в средней школе

Глава 1. Использование информационных технологий при обучении физике

В настоящее время существует множество методологических и организационных моделей информатизации учебного процесса, которые позволяют реализовать различные формы проведения занятий. Возможна индивидуальная и групповая форма работы учащихся с информационными и коммуникационными технологиями, а также общеклассная форма проведения занятий с применением иллюстративно-демонстрационных приложений, проецируемых на экран или интерактивную доску с помощью мультимедийного проектора.

Организация работы с программированными электронными учебниками, контролирующими программами и программами-практикумами возможна только в режиме обеспечения каждого участника группы персональным компьютером. Именно в этом случае достигается максимальная эффективность использования электронных ресурсов для целей интенсификации обучения и приобщения учащихся к информационным технологиям в ходе обучения физике.

При использовании локальной компьютерной сети открываются совсем новые пути индивидуализации обучения. Учитель может сочетать групповой и индивидуальный режимы работы. Так на уроке, посвященном закреплению материала, одна часть учащихся может выполнять тест по теме прямо на компьютере. Вторая часть при этом самостоятельно меняет режимы компьютерной симуляции и готовится к демонстрации этой компьютерной модели с рассказом о наблюдаемых явлениях и их закономерностях. В ходе их рассказа этот фрагмент уже демонстрируется на все мониторы в режиме отсутствия звукового сопровождения. Третья группа учащихся может собирать таблицу с объектами, в которой представлено использование данного физического явления на практике, и затем выступить перед учащимися, когда уже на все мониторы будет подаваться одно и то же изображение с собранной ими таблицей. Четвертая группа - несколько раз просмотрит видеофрагмент лабораторного эксперимента и попытается реализовать его на демонстрационном столе из блоков, приготовленных учителем.

В случае выбора общеклассной формы проведения занятий полезно использовать различные библиотеки электронных наглядных пособий и созданные на их основе презентации по теме урока. Информационные объекты, входящие в эти библиотеки можно классифицировать по следующим типам.

· Видеофрагменты, представляющие собой снятые в школьной лаборатории физические эксперименты, занимательные опыты, современные игрушки (сувениры), в которых наблюдаются эффектные физические явления, и современные технические устройства, используемые в медицине. Видеофрагменты имеют звуковое сопровождение, в котором объясняются принципы действия устройства, излагается элементы содержания курса физики, связанные с происходящим на экране явлением. Возможна остановка фрагмента в ходе просмотра и повторный его просмотр.

Видеофрагменты полезно использовать при недостаточной укомплектованности кабинета физики средствами, позволяющими проводить демонстрационные опыты и эксперименты. Видеофрагменты по месту съемки могут быть разбиты на натурные и лабораторные.

Натурные видеосъемки демонстрируют использование физических принципов в работе современной техники. Такие видеофрагменты без сомнения украсят урок с передачей новой информации учащимся. Достаточно традиционно на уроках сначала рассматриваются теоретические принципы, в основе которых лежат лабораторные эксперименты, а затем применение этих принципов в технике. Такой ход изложения повторяет последовательность этапов реального познания мира физикой. Однако не следует забывать, что цель учителя поставить перед учеником интересную задачу, заинтересовать проблемой. Именно в этом случае урок оказывается эмоционально окрашенным, появляется мотивация к изучению нового материала и он лучше усваивается. Поэтому, интересный эпизод, снятый в реальной практике, можно поставить в начале урока, чтобы в течение урока ответить на вопрос, как же это происходит.

Лабораторные видеосъемки, в свою очередь, можно разделить по критериям отбора на классические, новые и занимательные.

Классические опыты описаны в методической литературе (свойства электромагнитных волн СВЧ-диапазона, притяжение свинцовых цилиндров, волны на пружине и т.д.), которые требуют высокой квалификации учителя, наличия соответствующего исправного оборудования. Ряд известных экспериментов требуют затемненного кабинета, длительной подготовки или проекционного оборудования (отражение свечи, поляризация света, полное внутреннее отражение), поэтому их также сложно показать в реальных условиях.

Среди новых экспериментов можно отметить опыты с использованием фотодатчиков, соединенных с компьютером (равноускоренное движение тележек на магнитной подушке по наклонной плоскости, период колебаний маятника). Кроме того, в современных программных продуктах имеются видеосъемки различных занимательных игрушек, которые особенно интересны для школьников. Среди них - классические демонстрации (китайский гусь, артезианский водолаз) и современная сувенирная продукция (тлеющий разряд).

Конечно, если имеется возможность показать реальный эксперимент, то это следует сделать. В этом случае видеофрагменты хороши для аттестационных целей, повторения, самостоятельной работы учащихся.

· Звуковые фрагменты, являющиеся записанными в файл дикторскими комментариями к рассматриваемому физическому процессу или явлению. Их можно проиграть, остановить, перемотать вперед, перемотать назад, поставить на паузу.

· Анимации, представляющие собой динамичные иллюстрации теоретических представлений, работы технических устройств или природных явлений. Некоторые из них является короткими фрагментами без звука, которые могут сопровождать рассказ учителя, другие анимации имеют звуковое сопровождение, согласованное с визуальными смысловыми акцентами, и может использоваться для самостоятельного просмотра учащимися с последующим обсуждением.

С помощью компьютерных анимаций можно показывать схемы процессов, объяснение протекания которых связано со знанием структуры вещества на атомно-молекулярном (давление газов, протекание тока, ядерные реакции) или планетарном уровне (образование ветров, магнитное поле Земли, солнечное затмение). Кроме того, их удобно использовать для демонстрации в динамике принципов действия технических устройств (насос, множительный аппарат, двигатель и т.д.), в которых невозможно увидеть процесс в ходе работы механизма. Третий тип анимаций призван облегчить введение абстрактных понятий, физических величин, которые связаны с изменением какого-либо параметра во времени (движение относительно разных систем отсчета, ускорение как изменение вектора скорости, правило буравчика и т.д.).

Например, анимация, включенная в состав библиотеки электронных наглядных пособий фирмы “1C” (рисунок 1), показывает аналогию между соединениями труб и электрических проводников, что позволяет наглядно продемонстрировать учащимся принципы распределения токов в электрических цепях с параллельным и последовательным соединениями проводников. Такая же гидродинамическая аналогия рассматривается в учебнике физики Касьянова В.А., что позволяет повысить степень информативности моделей учебника.

· Компьютерные интерактивные модели, представляющие собой схемы, графики, имитации процессов и экспериментов, задания, игры, исходные параметры которых задаются пользователем, протекание процессов рассчитывается с использованием физических законов. Результат расчетов представляется в виде статичной или динамичной картины. На основе моделей можно вести изложение материала, составлять задания для тренинга по усвоению понятий и физических законов.

Например, в модели, разработанной фирмой “1С” и показанной на рисунке 2, визуально выделены цветом источники поля (два положительных заряда) и пробный заряд меньшего размера и меньший по модулю (можно изменять исходные параметры с помощью панели управления справа). Поле присутствует в виде стрелок постоянно, независимо от того, чему равен и где находится пробный заряд. Сила, действующая на заряд, проявляется, только если навести на него указатель мыши, что психологически подчеркивает, что это заряд, вносимый для обследования поля. При перетаскивании пробного заряда мышью вектор силы отслеживает направление и модуль напряженности поля. Можно снизить до нуля заряд одного источника поля и исследовать поле точечного заряда. Можно снизить до нуля и заряд второго источника, исчезнет поле, и независимо от модуля пробного заряда сила, действующая на него, останется равной нулю в любой точке пространства.

Такая модель помогает учителю уже во время ее описания правильно расставить психологические акценты при работе, в то же время имеется большой простор для дальнейшей самостоятельной работы учащихся с этой компьютерной моделью.

· Фотографии природных явлений, бытовых приборов и приспособлений, экспериментальных установок, технических объектов, портреты ученых. Они призваны проиллюстрировать экспериментальную базу, на которой строятся физические представления и многочисленные технические применения физических явлений, открытых в лаборатории.

· Рисунки, которые являются статичными иллюстрациями к текстам сопровождаемых учебников и представляют собой схемы приборов, экспериментальных установок, электрических цепей, образное представление физических величин, символьное изображение протекающих процессов, модельных представлений об их протекании, а также графики зависимостей физических величин от времени, расстояния и т.п., диаграммы, иллюстрирующие взаимосвязь различных физических параметров объектов.



Например, на рисунке 3 представлены схема работы домкрата и фотография гидравлический подъемника. Такое совмещение крайне важно для выработки навыков условного обозначения устройства приборов на чертежах и наоборот чтения чертежей и сопоставления их с реальными устройствами.

· Текстовые фрагменты, представляющие собой определения физических понятий, величин, явлений, формулировки законов и границ их применимости, описания важнейших технических устройств, упоминающихся в школьных учебниках.

· Обобщающие таблицы, являющиеся сводом основных понятий и законов, изученных в данной теме. Обобщающие таблицы могут содержать разнообразную информацию: текстовую, графическую, символьную и т.д.

Кроме программной составляющей информатизации учебного процесса при обучении физике немаловажной является роль компьютерного оборудования, которое может быть использовано при проведении таких занятий. При этом спектр современных технических средств, поддерживающих информационные и коммуникационные технологии, достаточно обширен и может быть определен следующими основными компонентами.

· Компьютер - универсальное устройство обработки информации; основная конфигурация современного компьютера обеспечивает учащемуся широкие мультимедийные возможности.

· Ноутбук - компьютер, легко переносимый в портфеле, который, вместе с легким мультимедийным проектором может обеспечить аудиовизуальную поддержку выступления учителя, использоваться для подготовки учителем занятия в любом помещении школы или дома.

· Принтер - позволяет фиксировать на бумаге информацию, найденную и созданную учащимися или учителем.

· Мультимедийный проектор, подсоединяемый к компьютеру, видеомагнитофону или телевизору - технологический элемент новой грамотности, радикально повышает уровень наглядности в работе учителя, дает возможность для учащихся представлять результаты своей работы всему классу.

· Интерактивная доска - сенсорный экран, подсоединенный к компьютеру, изображение с которого передает на доску проектор. Достаточно только прикоснуться к поверхности доски, чтобы начать работу на компьютере. Специальное программное обеспечение позволяет работать с текстами и объектами, аудио- и видеоматериалами, Internet-ресурсами, делать записи от руки прямо поверх открытых документов и сохранять информацию. Интерактивная доска предоставляет уникальные возможности для работы и творчества учителя и ученика.

· Устройства для записи или ввода визуальной и звуковой информации (сканер, цифровой фотоаппарат, цифровая видеокамера) - дают возможность непосредственно включать в учебный процесс информационные образы окружающего мира.

· Устройства вывода звуковой информации - наушники для индивидуальной работы со звуковой информацией и громкоговорители с оконечным усилителем для озвучивания всего класса. В комплект с наушниками часто входит индивидуальный микрофон для ввода речи учащегося.

· Устройства регистрации данных (датчики с интерфейсами) - существенно расширяют область физических экспериментов, предоставляют возможность для компьютерной обработки данных.

· Устройства, обеспечивающие создание локальной компьютерной сети (концентратор, сетевые платы, сервер) - позволяют более эффективно использовать имеющиеся информационные и технические ресурсы, обеспечивают общий доступ к сети Internet.

· Телекоммуникационный блок (модем) - дает доступ к российским и мировым информационным ресурсам, позволяет вести дистанционное обучение, вести переписку с другими школами.

· Мультимедийный лингафонный комплект - предоставляет целый ряд преимуществ и новых возможностей по сравнению с обычным компьютерным классом, оснащенным локальной сетью. Основной возможностью такого компьютерного класса является звуковая и видеосвязь учителя с каждым учащимся в отдельности или группой учащихся, а также речевая и видеосвязь учащихся, объединенных в группу между собой.

В зависимости от целей, возлагаемых учителем для проведения урока, и от формы самого занятия возможно использование различных конфигураций перечисленного оборудования. Ниже представлены некоторые варианты использования технических средств информационных и коммуникационных технологий при различной оснащенности учебного процесса.

· Автономный компьютерный класс и принтер - такая конфигурация оборудования может быть использована учителем при индивидуальной работе с учениками (демонстрация того или иного информационного объекта, показ презентации, проектная деятельность, проведение тренингов, тестов, игровых упражнений на закрепление приобретенных знаний), использование принтера будет полезно при подготовке раздаточного иллюстративного материала и распечатке домашнего задания.

· Компьютер и мультимедийный проектор (для усиления учебного эффекта возможно использование интерактивной доски) - учитель может демонстрировать на экране информационные объекты, обеспечивая тем самым предоставление развернутой комбинированной информации с помощью средств мультимедиа. Удобным является использование такой конфигурации при объяснении новой темы или обсуждении пройденного материала, а также при организации устного опроса учащихся или при проведении коллективного тестирования класса по созданным учителем материалам теста.

· Компьютерный класс, оснащенный локальной сетью и сканером, имеющий общий доступ в Internet - в процессе работы учитель может предоставлять доступ ученикам к файлам презентаций, информационным ресурсам школьного сервера и сети Internet по изучаемой теме. Использование сканера и различных информационных ресурсов незаменимо при проведении проектной деятельности учащихся. Кроме того, при такой конфигурации оборудования появляются практически неограниченные возможности для информатизации и интенсификации учебного процесса, а именно, учащиеся могут самостоятельно и под руководством учителя проводить исследования, закреплять полученные знания, решать задачи и выполнять упражнения.

· Автономный компьютерный класс, оснащенный мультимедийным лингафонным комплектом - такая конфигурация оборудования значительно расширяет мультимедийные ресурсы обычного компьютерного класса. Возможны следующее варианты работы.

Вариант 1. Учитель делает объявление в классе или что-либо рассказывает и его речь транслируется на головные телефоны всех учащихся, а также по громкоговорящей связи. При этом возможна передача изображения экрана преподавателя на мониторы учащихся. Применение такого варианта полезно при изложении нового материала с использованием компьютера или демонстрации работы различных обучающих программ.

Вариант 2. Учитель, работая с учащимся, ведет речевую связь с ним и видит содержимое его экрана на своем мониторе, а также может управлять его клавиатурой и манипулятором, используя свою клавиатуру и манипулятор. Данная возможность позволяет учителю индивидуально работать с учащимся, не покидая своего рабочего места.

Вариант 3. Учитель работает с группой учащихся. Отличается от варианта 1 тем, что не происходит трансляция по громкоговорящей связи и работа ведется не со всеми учащимися, а с определенной группой. Такая схема построения учебного процесса позволяет реализовать дифференцированный подход к обучению.

Вариант 4. Учащийся что-либо рассказывает группе учащихся с демонстрацией содержимого своего экрана на мониторы рабочей группы, что создает эффект разбиения класса на несколько виртуальных аудиторий. Преподаватель может подключаться к каждой из виртуальных аудиторий и контролировать ход работы учащихся.

Вариант 5. Проведение компьютерного тестирования знаний. При этом учитель имеет возможность непосредственно контролировать ход работы всего класса или отдельных групп, переключаясь последовательно на мониторы различных учащихся.

1.2 Новые информационные технологии в обучении

Концепция современного образования ставит перед школой ряд проблем, решение которых, зачастую, невозможно без повсеместного внедрения новых информационных и компьютерных технологий в обучение.

Сегодня на уроке физики необходимо при минимальном количестве учебных часов дать достаточное количество информации, чтобы гарантировалась полнота усвоения главного. Профилизация средней школы тоже требует активного внедрения новых форм и методов обучения. С этой целью представляется эффективным использование достижений компьютерных технологий в процессе обучения.

Анкетирование, проведенное с учащимися 11 классов, показало, что значительная часть учащихся 9-11 классов испытывают затруднения и теряют интерес к предмету, не реализуют свой творческий потенциал в полной мере.

Причины, которые ведут к потере интереса к освоению новых знаний при традиционном подходе к преподаванию:

- применение традиционного обучения рассчитанного на увеличение информационного потока при ограниченном времени, не позволяющего полностью раскрыть учащимся свой творческий потенциал;

- не в полной мере применяются элементы исследования, как важнейшего компонента при обучении физике, в лабораторных и практических работах: в виду недостаточности оборудования или упрощённости самой экспериментальной модели, затрат большого количества времени учащимися на расчет искомых величин и погрешностей измерений, невозможности многократного повторения эксперимента при различных параметрах и т.д.;

- формальный подход к решению физических задач (решение их только на бумаге и невозможность проверки полученного результата на практике);

- слабая оснащенность демонстрационным оборудованием из-за недостаточного финансирования;

- невозможность показа некоторых физических экспериментов в условиях школы, в виду их дорогой стоимости или высокой опасности и т.д.

Актуальность проекта обусловлена:

1. Необходимостью ликвидировать разрыв между современным уровнем преподавания физики в школе и дидактическим потенциалом технологий информационного общества.

2. Потребностью создания программно-методического обеспечения для обучения школьников физике с применением ИКТ.

Для современной системы обучения физике характерны следующие противоречия:

1. Между дидактическим потенциалом технологий информационного общества и сложившимся уровнем преподавания физики в школе.

2. Между образовательными потребностями информационного общества и отсутствием необходимого программно-методического обеспечения для обучения школьников.

Указанные выше противоречия позволяют в сложившейся системе сформулировать проблему проекта, которая состоит в обосновании и конструировании нового эффективного подхода к обучению физике на базе НИТ (ИКТ).

2. Реализация информационных технологий на уроках физики

Тема проекта: «Новые информационные технологии в преподавании физики».

Объект исследования: Процесс обучения физике в 7-11 классах.

Предмет исследования: Обучающая среда школьного курса физики.

Цель проекта: внедрение новых информационных технологий в преподавание физики как средство повышения познавательной деятельности учащихся (создание модели обучающей среды с применением ИКТ).

Обучающая среда представляет собой действующую модель усвоения науки и культуры, помогающая в обучении общества. Одна из главных характеристик обучающей среды - это ее естественность, натуральность. Она представляет собой своеобразный сплав отдельных компонентов, обеспечивающих в целом обучающий эффект. Обучающая среда, разработанная с применением образовательных информационных технологий, позволит создать систему обучения физике, которая не только обобщит, конкретизирует, систематизирует знания по физике, но и повысит мотивацию учащихся к изучению этой дисциплины.

Наиболее значимые цели конструирования учебного процесса с применением образовательных информационных технологий состоят в повышении мотивации учащихся, в автоматизации учебного процесса, развитии рефлексии, творческой мысли учащихся и др.

Достижение поставленной цели предполагается через решение следующих задач:

1. Развитие личности обучающегося, подготовка его к самостоятельной продуктивной деятельности в условиях современного информационного общества: развитие мышления, эстетическое воспитание, формирование умений принимать правильное решение или предлагать варианты в сложной ситуации, развитие умений осуществлять экспериментально-исследовательскую деятельность.

2. Реализация социального заказа, обусловленного информатизацией современного общества.

3. Интенсификация образовательного процесса во всех уровнях системы непрерывного образования:

- повышение эффективности и качества образовательного процесса за счет реализации возможностей информационно-коммуникационных технологий (ИКТ);

- активизация познавательной деятельности с использованием ИКТ;

- углубление межпредметных связей за счет использования ИКТ;

- реализация идей открытого образования на основе использования сетевых технологий.

Ресурсы проекта: наличие кабинета, оборудованного компьютером, проектором, компьютерная измерительная лаборатория, доступ в Интернет.

Идея проекта заключается в следующем:

Эффективность обучения физике и качество знаний учащихся будет выше, если конструирование обучающей среды будет опираться на систему обучения физике с применением ИКТ.

Ожидаемый результат.

Модель дает для участников проекта:

преподавателю - возможность спроектировать обучающую среду; возможность реализовать принципиально новые формы и методы обучения; дополнительные возможности для поддержания и направления развития личности обучаемого; творческий поиск и организации совместной деятельности учащихся и учителей; разработка и выбор наилучших вариантов учебных программ; использование интеллектуальных форм труда;

учащимся - доступ к нетрадиционным источникам информации; повышение эффективности самостоятельной работы; появляются совершенно новые возможности для творчества, обретения и закрепления различных профессиональных навыков;

родителям - возможность участвовать в процессе обучения начиная от контроля уровня успеваемости, заканчивая участием в совместных проектах.

Сроки исполнения проекта:

1 этап

Разработать модель применения компьютера, интерактивной доски как универсального технического средства. Проведение уроков-презентаций по отдельным темам.

2 этап

Разработать модель использования компьютерных моделей на уроке, работы с компьютерной лабораторией.

Системное использование цифровых образовательных ресурсов. Создание сайта, где будет представлена вся информация о проекте.

3 этап

Разработать модель использования Интернет-ресурсов: выполнение виртуальных исследований по изучению физического явления, создание проектов. Применение телекоммуникации на уроке. Организация дистанционного обучения.

Основное содержание проекта

1. Применение компьютера на уроках в качестве универсального технического средства обучения.

Традиционные аудиовизуальные средства обучения могут быть с успехом заменены компьютером, экраном и мультимедийным проектором. Современное программное обеспечение позволяет продемонстрировать на уроке большое количество наглядного материала: рисунки, схемы, таблицы, тексты (формулировки законов, формулы и т.д.), видеозаписи, анимации, физические модели. Учитель сам может скомплектовать из объектов электронного ресурса презентацию, которая будет демонстрироваться по ходу урока. В зависимости от типа урока информационное содержание слайдов будет меняться.

Например, на уроке изучения нового материала целесообразно продемонстрировать видеозапись опыта (в том случае, если демонстрация реального опыта занимает много времени, мелкие детали эксперимента не улавливаются учениками и в том случае, если опыт невозможен), затем продемонстрировать анимацию или компьютерную модель процесса (позволяет рассмотреть особенности явления, неоднократно повторять процесс, усложнять его). На этапе закрепления новых знаний можно провести игру (принцип игры: на экране возникает вопрос по изученной теме - следует ответ учащегося - возникает на слайде правильный ответ, сопровождающийся тематическим рисунком или фотографией). В конце урока динамично можно повторить основные этапы урока, демонстрируя отдельные информационные слайды.

Подобные (традиционные по сути) уроки позволяют отказаться учителю от привычных инструментов в работе мела и доски, сделать урок ярче, поддержать интерес учащихся к предмету.

Промежуточные результаты сегодня - это:

1. Использование компьютера, проектора и интерактивной доски.

2. Подготовка презентации к урокам.

3. Тестирование учащихся.

2. Использование компьютерных моделей на уроках физики

Компьютерная модель позволяет управлять поведением объектов на экране компьютера, изменяя величины числовых параметров, заложенных в основу соответствующей математической модели. Некоторые модели позволяют одновременно с ходом эксперимента наблюдать в динамическом режиме построение графических зависимостей от времени ряда физических величин, описывающих эксперимент. Подобные модели представляют особую ценность, так как учащиеся, как правило, испытывают значительные трудности при построении и чтении графиков.

Можно выделить следующие виды заданий для учащихся к компьютерным моделям:

- компьютерные эксперименты;

- экспериментальные задачи (то есть задачи, для решения которых необходимо продумать и поставить соответствующий компьютерный эксперимент);

- расчётные задачи с последующей компьютерной проверкой (учащимся предлагается 2 - 3 задачи, которые вначале необходимо решить без использования компьютера, а затем проверить полученный ответ, поставив компьютерный эксперимент. При составлении таких задач необходимо учитывать как функциональные возможности модели, так и диапазоны изменения числовых параметров);

- задачи с недостающими данными (при решении таких задач учащийся должен разобраться, какого именно параметра не хватает для решения задачи и самостоятельно выбрать его величину);

- творческие задания (в рамках данного задания учащемуся предлагается составить одну или несколько задач, самостоятельно решить их (в классе или дома), а затем, используя компьютерную модель, проверить правильность полученных результатов);

- исследовательские задания (задание, в ходе выполнения которого ученикам необходимо спланировать и провести ряд компьютерных экспериментов, которые бы позволили подтвердить или опровергнуть определённые закономерности);

- проблемные задания (с помощью ряда моделей можно продемонстрировать, так называемые, проблемные ситуации, то есть ситуации, которые приводят учащихся к кажущемуся или реальному противоречию, а затем предложить им разобраться в причинах таких ситуаций с использованием компьютерной модели).

Промежуточные результаты сегодня - это:

1. Создана база компьютерных моделей по определенным темам.

2. Модели используются на уроках.

3. Использование компьютерной измерительной лаборатории

Лаборатория служит для проведения демонстрационного и ученического эксперимента. Такой комплекс «L-микро» с широкими измерительными возможностями предлагает «Росучприбор». Он состоит из компьютерного измерительного блока, системы датчиков и дополнительного оборудования. Компьютер выступает в качестве универсального измерительного прибора. Информация может подаваться на компьютер с двух датчиков одновременно, она автоматически обрабатывается и результат демонстрируется на экране в виде цифровой информации или уже готового графика. Компьютерная измерительная лаборатория позволяет на современном уровне организовать исследовательскую деятельность учащихся.

4. Цифровые образовательные ресурсы

Готовые программные продукты позволяют существенно сократить время на подготовку к уроку. Они содержат хорошего качества наглядно-иллюстративный материал к учебникам, справочную информацию, дополнительный материал, расширяющий кругозор учащихся или более углубленный материал.

Также я использую программные продукты, которые содержат интерактивные практические работы, действующие модели, таблицы, рисунки, графики. Они позволяют наглядно объяснить явления, процессы, а также продемонстрировать опыты.

На уроках активно используются электронно-образовательные ресурсы «Отрытая физика 2.6», «Физика, 7-11 классы» Физикон, «Физика, 7-11 кл. Библиотека наглядных пособий», «Уроки физики Кирилла и Мефодия», «Электронные уроки и тесты «Физика в школе», «Виртуальная физическая лаборатория», «1С:Репетитор. Физика+Варианты ЕГЭ» и другие. Ресурсы программ используются на этапе подготовки и проведения уроков физики, а также для самостоятельной работы учащихся во внеурочное время. Мультимедийные комплексы содержат электронные учебники, видеофрагменты, интерактивные модели, лабораторные работы, упражнения, задачи и тесты, позволяют включать их содержание в любой этап урока: в объяснение нового материала, в этапы актуализации знаний, в постановку исследования, в этап самостоятельной работы с последующей проверкой.

Данные программы также предназначены для уроков практикумов, которые применяются для решения задач с последующей проверкой на компьютерной модели, что стимулирует самостоятельную деятельность учащихся.

Интерактивные лабораторные работы позволяют в полном объеме выполнить практическую часть учебной программы, особенно в тех случаях, когда опыт нельзя провести по объективным причинам в лабораторных условиях.

Однако следует отметить, что все перечисленные формы проведения практических занятий с использованием ИКТ первоначально требуют четко отработанной технологии, в том числе постановки учебных задач и организации учебной деятельности учащихся.

5. Использование Интернет - ресурсов

Большие возможности в моей практике дает применение Интернет-ресурсов, которые позволяют на качественно новом уровне проводить различные формы учебных занятий.

* Интернет - учебная, справочная информация

* Интернет - ЕГЭ

* Интернет - практикумы, урок

* Интернет - профильная, довузовская подготовка

* Интернет - олимпиады, конкурсы

Для организации первоначального знакомства учащихся с ресурсами Интернета учитель может предложить список разных электронных адресов с составленной специально для учащихся краткой аннотацией.

Такой список может находиться на специальном стенде в кабинете. Полезно и самих учащихся постепенно подключить к работе по составлению небольших аннотаций, тематически соответствующих изучаемому на уроках материалу.

Приведем примеры таких аннотаций при изучении физики.

1. http://www.fizika.ru - Данный ресурс содержит доступный, интересный иллюстрированный материал в виде учебников по физике для 7, 8 и 9-го классов. Много качественных и расчетных задач, а также примеров разобранных решений задач для 7 и 8 классов.

2. http://physics.nad.ru/physics.htm - Анимация физических процессов по оптике, волнам, механике, термодинамике. Есть теория по каждой из предложенных тем, наглядный эксперимент крупным планом.

3. http://www.sci.aha.ru - Ресурс содержит большое множество справочных таблиц по физике: «Масса», «Скорость», «Энергия», «Данные о Земле, Солнце, Вселенной», «Физические константы», «Массы и размеры молекул», «Свойства газов, жидкостей и твердых тел» и многое другое.

4. http://elibrary.ru/ - Научная электронная библиотека содержит самые последние новости науки в виде небольших статей, которые обновляются ежедневно. Можно узнать все о самых последних открытиях в науке.

5. http://ivsu.ivanovo.ac.ru/phys/ - Ресурс, который поможет школьнику находить любую информацию по физике, материал по истории физики. Здесь же находится краткая физическая энциклопедия для детей, большой энциклопедический словарь, биографии ученых - физиков

Интернет-ресурсы которые применяются часто:

- «Информационно-образовательный портал РБ» http://www.oprb.ru/;

- «Физика в анимациях» (http://physics.nad.ru/);

- фестиваль «Открытый урок» (http://festival.1september.ru/);

- официальный информационный портал ЕГЭ (http://www.ege.edu.ru/);

- ФИПИ (http://www.fipi.ru/);

- «Открытый колледж. Физика» (http://college.ru/physics/);

- методическое объединение учителей физики (http://schools.techno.ru/sch1567/);

- «Физика Ru» (http://www.fizika.ru/);

- Российский общеобразовательный портал (http://www.school.edu.ru/);

- Астрофизический портал (http://www.afportal.ru/);

- «Единая коллекция образовательных ресурсов «(http://school-collection.edu.ru/) и другие.

Материалы сайтов используются при подготовке к урокам, для контроля ЗУН, для подготовки учащихся к олимпиадам и ЕГЭ, дистанционного обучения, для исследовательской работы.

Промежуточные результаты сегодня:

1. Использование ресурсов при подготовке к уроку.

2. Поиск информации по разделам курса.

3. Подготовка учащихся к олимпиадам и конкурсам.

6. Проектная деятельность учащихся

Учебный проект - это совместная деятельность учащихся, имеющая общую цель, направленную на достижение конечного результата. Эта деятельность позволяет проявить себя, попробовать свои силы, применить свои знания, показать свой результат. Продуктом проектной деятельности является доклад, плакат, модель, рисунок, информация, презентация.

Проектная деятельность воспитывает и развивает: самостоятельность в проявлениях (в паре, группе, индивидуально); умение выслушать других; умение высказать свое мнение; коммуникативность и заинтересованность в достижении цели; умение научиться понимать и выражать себя.

Мотивация к изучению физики у учащихся повышается и при подготовке домашних проектов. Используя различные цифровые среды, редакторы и ресурсы, приложения MS Office ребята готовят сообщения, доклады, дополнения к материалу урока. Учитель ставит пред учениками конкретную задачу, а технологию выполнения этого задания ученики выбирают сами, учитель же оцениваю конечный результат. Важно чтобы используемый материал (схемы, диаграммы, текстовая информация, анимации, видео, иллюстративный графический материал) был логически выдержан и нес конкретную необходимую информацию.

Промежуточные результаты сегодня: участие в конкурсах исследовательских проектов МАН РБ, Фестиваль Портфолио и др.

7. Дистанционное обучение

Современные технологии позволяют организовать дистанционную форму обучения. Дистанционное обучение (ДО) - это обучение, когда преподаватель и обучаемый разделены пространственно и когда все или большая часть учебных процедур осуществляется с использованием информационных и телекоммуникационных технологий. Дистанционное обучение дает возможность ученику самому получать требуемые знания.

От традиционных форм обучения ДО отличают следующие характерные черты:

- появляется возможность заниматься в удобное для себя время, в подходящем темпе и месте. При этом продолжительность освоения курса может варьироваться;

- обучаемый может осваивать данный курс одновременно с основным обучением или главной профессиональной деятельностью;

- возможность формирования индивидуального учебного плана из набора отдельных курсов;

- учащийся может одновременно обращаться к самым различным источникам информации (библиотекам и базам данных, электронным и обычным пособиям). С помощью Интернета возможно общение как с преподавателем, так и с другим обучаемым. Разумеется, возможен и личный контакт;

- эффективно используется как время обучаемого, так и время преподавателя. Снижаются требования к учебным площадям и их эксплуатации;

- применение новейших информационных технологий способствует продвижению и адаптации человека в современном информационном обществе;

- ДО дает равные возможности получения разнообразного образования вне ограничений места проживания, состояния здоровья и других особенностей.

Эффективность ДО, впрочем, как и традиционного обучения, зависит от качества используемых учебных материалов и мастерства педагогов. Однако при организации ДО следует обратить внимание на следующие моменты:

- в центре процесса обучения находится самостоятельная познавательная деятельность ученика;

- необходимо, чтобы обучаемый научился самостоятельно приобретать знания, пользуясь разнообразными источниками информации, умел работать с этой информацией, используя различные способы познавательной деятельности, обладал необходимыми приемами работы с компьютером и в сети Интернет;

- самостоятельное приобретение знаний не должно носить пассивный характер, напротив, обучаемый с самого начала должен быть вовлечен в активную познавательную деятельность, предусматривающую применение полученных знаний для решения разнообразных проблем окружающей действительности;

- организация самостоятельной деятельности обучаемых в сети предполагает использование новейших педагогических технологий, соответствующих данной форме обучения, стимулирующих раскрытие внутренних резервов каждого ученика. Наиболее удачны в этом отношении обучение в малых группах, метод проектов, исследовательские, проблемные методы; подробный конспект занятия с необходимым материалом - необычные сведения, вопросы, творческие задания;

- перечень видов деятельности дистантных учащихся на протяжении дистанционного занятия;

- перечень видов деятельности самого дистантного педагога;

- перечень материалов или сами материалы, необходимые для занятия (ссылки на веб-сайты, собственные веб-квесты, тексты, необходимые лабораторные материалы, CD-ROM).

Глава 3. Структура учебной деятельности при компьютерном обучении

В отечественной психологии учение рассматривается как процесс, главными компонентами которого являются знания и действия. Такое понимание процесса учения восходит еще к Я. А. Коменскому, который определил знания частично как чувственные представления, а главным образом - как понятия и их системы, описывающие объекты и явления в их общих внешних свойствах, связях, и объясняющие их сущность. И. Ф. Гербарт учение считал первой ступенью, следом за которым шло развитие, совершенствование общих познавательных процессов. Такой же точки зрения придерживался Л. С. Выготский, сформулировавший общие принципы культурно-исторической концепции, на которых строились теории учения А. Н. Леонтьева, П. Я. Гальперина, Д. Б. Эльконина и В. В. Давыдова. Под учением, как и многие основатели психологии и педагогики, Л. С. Выготский понимал приобретение знаний, умений и навыков, а под развитием - приобретение общих качеств и способностей. Определение деятельности наиболее четко дал И. И. Ильясов: "Деятельность - обозначение процессов взаимодействия человека и общества с объектами действительности". А. Н. Леонтьев подчеркивал, что, для того, чтобы овладеть знаниями и умениями, необходимо осуществить деятельность, адекватную той, которая воплощена в этих знаниях и умениях. Процесс учения рассматривался как процесс управления деятельностью, компонентами которого являются объекты воздействия, акты его преобразования, а также продукт, условия и средства преобразования. Различается внешняя практическая деятельность, в рамках которой происходит усвоение, и внутренняя, умственная деятельность. При этом считалось, что структуры внутренней и внешней деятельности совпадают. П. Я. Гальперин ввел теорию поэтапного формирования умственных действий. Предметом усвоения в процессе обучения при этом считается действие. Действие структурировано и включает предмет преобразования, продукт (цель), средства, а также сам процесс преобразования. Знания включаются во все компоненты действия. Процесс преобразования заключается в создании (или актуализации) имеющейся ориентировочной основы действия (ООД), осуществление самого преобразования на стадии разработки содержания компьютерного обучения. Он позволяет не только создать семантическую сеть, отражающую предмет или тему, связывающую основные понятия и их свойства существенными отношениями, но также создать изоморфный граф, узлами которого являются формируемые соответствующие каждому понятию действия, а ребрами - различной степени детализированные пути формирования ООД. Н. Ф. Талызина включает в средства поэтапного усвоения приемы познавательной деятельности - мышления, памяти, внимания, - важнейшими из которых являются логические приемы мышления: выделение свойств объектов, определение понятий, распознавание, выведение следствий, умозаключений, классификация и доказательство. В. В. Давыдов выделяет две формы теоретического мышления и рассматривает их как две процедуры: анализ и восхождение к конкретному. Учение при этом трактуется как овладение способами перехода от всеобщих отношений к их конкретизации и обратно, от модели к объекту и обратно. На замещение объектов знаками указывает и Г. П. Щедровицкий, понимая под знаниями способы перехода от объектов к знакам, движение в знаковых системах и обратный переход к объектам. При разработке предметной информационной технологии каждый элемент структуры конкретизируется, связывается с отработкой элементарного навыка, заменяется операцией. Детализация структуры и состава знания и действия позволяет учесть все приведенные компоненты в содержании учебной программы, повышая тем самым эффективность компьютерного обучения.

Основным в процессе обучения перечисленные теоретики считают усвоение знаний. Процесс усвоения знаний, согласно положениям Н. Ф. Талызиной и П. Я. Гальперина, осуществляется в шесть этапов:
1) мотивация ;

2) уяснение схемы ориентировочной основы действия;

3) выполнение действия в материализованной форме (т.е. действия с объектами, представленными в виде знаков, схем, моделей);

4) выполнение действия в громкой речи;

5) выполнение действия в речи про себя;

6) выполнение действия в умственной форме (оперируя образами и понятиями, без участия внешних знаков и форм).

И. И. Ильясов выделяет три вида действий, связанных с уяснением содержания: восприятие и декодирование исходного содержания, переработку и уяснение содержания, фиксацию переработанного и уясненного содержания, т.е. выделят практически те же этапы, которые, несколько в другой модели, описывает когнитивная психология. Однако, детализация этих этапов в когнитивной психологии отсутствует, а И. И. Ильясов обработку и усвоение знаний рассматривает как две большие группы операций: 1) при смысловой обработке содержания осуществляются категоризация, соотнесение, обобщение, группировка и т.д.; 2) при фиксации содержания (включении во внутреннюю когнитивную структуру) происходит переход к знаковым системам естественных и искусственных языков, форма которых не связана с содержанием, а также к изобразительным знакам, подобным содержанию. Первая группа операций соответствует обработке информации в кратковременной памяти обучаемого, вторая - переносу и хранению в долговременной памяти, т.е. запоминанию и отработке.

Суммируя наиболее известные, кратко описанные выше теории, можно выделить следующие виды (этапы) деятельности, связанные с усвоением учебной информации при компьютерном обучении.

1. Эмпирическая деятельность как этап восприятия:

- отражение фона, заполняющего поле экрана дисплея;

- концентрация внимания и отражение отдельных единичных объектов на фоне;

- отражение выделенных единичных объектов и конкретной ситуации;
- тражение конкретной ситуации в комплексе.

2. Эвристическая деятельность по распознаванию ситуации:

- абстрагирование от конкретности, в которой представлена ситуация, создание знаковой модели;

- поиск алгоритма преобразования модели для решения поставленной задачи, привлечение имеющихся знаний.

3. Репродуктивная деятельность по преобразованию модели и получению нового знания.

- преобразование модели по избранному алгоритму;

- интерпретация результатов преобразования, оценка адекватности полученной модели имеющимся у обучаемого знаниям;

- оценка адекватности решения поставленной задаче.

4. Практическая деятельность, связанная с отработкой навыка:

- закрепление умения в подобных ситуациях;

- формирование умения в необычных ситуациях;

- формирование ассоциативных умений в необычных ситуациях.

Последний вид (этап) практической деятельности относится к воспитанию стратега, который для решения данной конкретной задачи будет использовать весь арсенал имеющихся знаний и умений, искать похожие ситуации, т.е. ассоциации.

Все виды деятельности, независимо от конкретного содержания, включают следующие компоненты : потребности и мотивы, задачи, действия, операции. Особенности компьютера как инструмента человеческой деятельности, заключаются в обеспечении доступа к большим объемам информации и ее переработке, усилении познавательно-исследовательских возможностей человека, организации обмена информацией по содержанию выполняемой деятельности и создании новой человеко-машинной коммуникативной системы.

Компонентами учебной деятельности при компьютерном обучении являются : а) учебная задача, б) система учебных действий, в) моделирование содержания объектов усвоения, г) преобразование модели, д) действия самооценки и контроля.

Учебную задачу ставит учитель. Поскольку компьютер неспособен на эмоции, при постановке задачи, разъяснении методов ее решения и контроля путей решения учащегося, необходимо особое внимание уделять мотивации, имея, наряду с традиционным учебным планом (или сценарием программы) мотивационный план. Тактика мотивации, состоящая в подбадривании, похвале, вызове на соревнование и т.п., увязывается с решениями, создающими условия для стимуляции учебы. Мотивационные аспекты учебы можно классифицировать в соответствии с такими специфическими примерами, как соревновательность, заинтересованность, самоконтроль, уверенность и удовлетворение. При компьютерном обучении необходимо определять мотивационное состояние обучаемого, реагировать с целью мотивации на действия рассеянных, менее уверенных или недовольных учащихся, а также поддерживать тонус уже мотивированных обучаемых. Структура мотивационной основы деятельности обучаемого отражает перечисленные компоненты учебной деятельности, представляя их как этапы обучения. На первом - сосредоточении внимания на учебной ситуации - необходимо дать обучаемому информацию об актуальности и практической значимости темы, заинтересовать, развить стремление к получению нового знания. На втором - конкретизировать вопросы, помогающие овладению способами рациональной учебной деятельности, развивающие теоретическое мышление. На третьем этапе - выборе решения - необходимо создать индивидуальную установку на данную деятельность. На последнем этапе, когда обучаемый нуждается в оценке и корректировке действий, ему необходимо предоставить возможность выбора вида помощи, выдавать эту помощь в доброжелательной форме, выдавать, в случае затруднений, дополнительные задачи, алгоритмические предписания по их решению и мотивационные указания.

Система учебных действий, связанных с усвоением материала, подробно описана выше. Пункты "б", "в" и "г" относятся к внешнему моделированию ( в отличие от внутреннего, умственного, обеспечивающего усвоение знания) и означают возможность компьютера представлять на экране дисплея ту предметную среду, в содержание которой вводится учащийся. Правильно задать объект или явление в виде компьютерной модели можно при следующих условиях: когда будут выделены основные структурные элементы объекта и его системообразующие связи и определены типы знаковых средств, обеспечивающие реализацию выделенных связей на экране дисплея. Информационные технологии дают возможность оперативного преобразования моделей, причем при этом могут использоваться не только компьютер, но и различные установки, устройства, работающие под руководством компьютера и позволяющие наиболее полно изучить объект или явление. Такие модели выступают как средства организации действий самого учащегося, развивают его научно-теоретическое мышление, позволяют по-новому представлять объект усвоения, манипулировать им, моделируя внутреннюю структуру и включая его в различные внешние отношения.

Таким образом, компьютер в учебном процессе может применяться в следующих основных функциях:

1)как средство организации познавательной деятельности путем внешнего (предметного) и внутреннего (умственного) моделирования;

2) как средство реализации наиболее полной системы учебных действий, а также их контроля и коррекции;

3) как средство создания новых форм учебного процесса, моделирования совместной деятельности типа "учитель-компьютер-учащийся", "компьютер-учащийся", "компьютер- группа учащихся", "учитель-компьютер-группа учащихся".

Исследование показало, что наиболее эффективной формой компьютерного обучения является "учитель-компьютер-группа учащихся". Эффективна совместная деятельность, осуществляемая в педагогике сотрудничества. При использовании компьютера как средства обучения можно выделить следующие типы задач: уже имеющиеся дидактические задачи, в которых повышается эффективность их решения за счет использования справочных и экспертных систем в обучении; организация контроля и тренировки при сохранении традиционной формы обучения; новые дидактические задачи, например, имитация эксперимента; моделирование содержания объектов усвоения.

Анализ различных психологических и педагогических теорий позволил выявить две качественные компоненты учения : статичную и динамическую. Несмотря на различие позиций, различные авторы выделяют в процессе обучения как управляемые, так и управляющие компоненты. Это, в свою очередь, позволяет построить некоторую модель с входными параметрами - состояние обучаемого до процесса обучения, характеристики самого процесса и состояние обучаемого после прохождения некоторого курса. Почти все авторы инвариантной частью обучения как статичного явления считают знания, умения и навыки, с небольшим разбросом как в сторону расширения (исторический опыт, культурно-исторический опыт), так и в сторону сужения (оперантное поведение, формирование некоторого условного рефлекса). Препарированию подвергаются сами знания, их природа (смежность знака и объекта, связи между объектами и явлениями, понятия и их системы), а также процесс их усвоения. В основном, проводится аналогия между процессами усвоения знания и процессами мышления в целом (восприятие материала, осмысление и овладение им), а также между процессами усвоения знаний и процессами переработки информации (внимание и селективное восприятие, кратковременное запоминание, кодирование и переход в долговременную память, хранение, воспроизведение, генерация ответа, внешнее выполнение действия, получение обратной связи). Расположив авторов различных теорий обучения в хронологическом порядке появления их теорий, можно проследить, как постепенно дифференцировался сам процесс обучения, как от более крупных действий по усвоению знаний и умений произошел переход к выделению элементарных операций и фаз обучения, так и обратно, к синтезу из элементарных действий более крупных и их взаимосвязи.