Психолого-педагогічні аспекти комп’ютерного моделювання при вивченні розділу "Геометричної оптики"

Як показують педагогічні спостереження, ступінь активності дитини в процесі використання засобу НІТ деякою мірою може характеризуватися взаємовідносинами, що встановлюються в навчальному середовищі «дитина-комп'ютер» під час розв'язання питання «ведений-ведучий» у кожній конкретній ситуації [10]. Зрозуміло, що нижчий рівень активності учня притаманний ситуації, коли ведучим виступає комп'ютер (точніше, те програмне середовище, яким оперує дитина), ведений - учень. Такий рівень характерний для ігрової ситуації, організованої у відповідному програмному середовищі. Перехід засобу НІТ від рівня «іграшки» до рівня засобу навчальної діяльності визначає якісний ступінь у його застосуванні. Тут постає питання про місце, яке організатори навчального процесу відводять засобу НІТ у цьому процесі.

Існує велика кількість педагогічних програмних засобів (ППЗ), які зводять засіб НІТ до рівня джерела навчальної інформації, яка візуалізована на екрані комп'ютера або подана його аудіозасобами. Активність в цих ППЗ визначається її реагуванням на питання, що закладені проектантами відповідного засобу. За такого підходу ведучим виступає програмний засіб, тобто здійснюється ретроспективний аналіз дитиною попередніх дій, майже не потрібна побудова «попереднього плану дій» [11]. Така ситуація характерна саме для гри, при цьому «правила гри» встановлюються розробниками ППЗ і є однаковими для всіх користувачів. Питання диференціації тут вирішуються на рівні терміну засвоєння навчального матеріалу, кількістю циклів використання ППЗ або його фрагментів, характером «точок входження» користувача в різні фрагменти ППЗ. Саме такі ППЗ можуть бути використані в навчально-виховному процесі дошкільних навчально-виховних закладів та початкової школи. Але використання і таких програмних засобів повинно мати деякі обмеження, бути змістовно обґрунтованим.

Якщо в старшому шкільному віці здійснення діяльності (цілепокладання, добір засобів, виконання дій, аналіз результатів і т. ін.), зокрема в середовищі «учень-комп'ютер», спирається на достатньо сформовані розумові якості особистості, то в молодшому шкільному віці до вад зазначеного підходу можна віднести відсутність можливості використання подібних засобів НІТ для формування в дитини навичок ретроспективного аналізу власних дій, планування подальшої діяльності, тобто тих компонентів, без яких неможливо сформувати продуктивне мислення. Крім того, «мала» компонента самостійності, що притаманна такому підходу, може закріпити в дитині роль веденого в середовищі «людина-комп'ютер», що ніяк не відповідає меті формування творчої особистості, яка в своїй майбутній діяльності в умовах інформати-зованого суспільства має активно залучати засоби НІТ для досягнення власних цілей.

Окремого розгляду потребує і питання про те, як впливає формування алгоритмічного мислення (на позитивних якостях якого наполягають багато педагогів) на розвиток творчих здібностей учнів. Це важливо хоча б тому, що творчість - це, в першу чергу, вихід за межі засвоєного алгоритму. Алгоритм, як система приписів, виконання яких обов'язково приводить до одержання розв'язку задачі, формує, в основному, навички репродуктивної діяльності. Перевантаження алгоритмічністю, стискання рамками приписів саме дитячого мислення може завдати більше шкоди, ніж користі. Врівноваження компонентів різних форм розумової діяльності молодших школярів повинно бути обґрунтовано з урахуванням превалювання формально-логічного компоненту в розумовій діяльності в процесі оперування алгоритмами. Деякі фахівці навіть наполягають на тому, що постійне оперування засобами інформаційних технологій накладає свій відбиток на психічну структуру розумової діяльності, на особливості її процесів та виробляє відповідну спрямованість мислення. Аналізуючи професійну діяльність програмістів, дослідники помітили, що «комп'ютер подібний до дзеркала, яке відображає зворотний бік розумових процесів програміста» [12].

Ми окреслили далеко не всі питання, що виникають під час аналізу означеної проблеми, але їх вивчення дасть можливість наблизитися до розуміння впливу використання засобів НІТ на розвиток дітей дошкільного та молодшого шкільного віку, на формування потрібних, заздалегідь сформульованих та визначених психологічних властивостей дитини. Це, в свою чергу, дасть змогу прогнозувати результати цього впливу, формувати спектр позитивних педагогічних дій під час реалізації навчально-виховного процесу з використанням засобів НІТ. Ці питання пов'язані, в першу чергу, з кінцевими цілями навчально-виховного процесу, а не з проблемою використання в цьому процесі того чи іншого апаратного та програмного забезпечення засобів НІТ.

Підсумовуючи висловлене вище, зазначимо таке:

Сьогодні все більше відчувається потреба в подальшому розробленні вітчизняних програмних засобів, орієнтованих на використання в навчальному процесі як початкової, так і основної школи.

Заходи, здійснювані в напрямі поширення НІТН у молодшій та основній школі, повинні бути змістовно обґрунтовані, спиратися на адекватні науково-методичні та психолого-педагогічні дослідження. Не треба забувати, що «експериментальним матеріалом» виступають діти.

Для розв'язання окреслених питань потрібна розробка окремої державної програми наукових досліджень, починаючи з уточнення положень концепції інформатизації освіти з урахуванням сучасного рівня апаратно-програмних засобів, тенденції їх розвитку, вітчизняного та світового досвіду.

Сьогодні, коли так багато говориться про комп'ютерізація освіти, а дещо в цій галузі уже робиться, цікаво обговорити питання: що може і чого не може забезпечити комп'ютерізація освіти?

Використаємо так звану уніфіковану модель навчання (див. рисунок).

Вона наочно демонструє стадії, які повинні пройти вчитель і учень у процесі засвоєння учнем відповідного навчального матеріалу.

Проаналізуємо окремі стадії уніфікованої моделі навчання і вияснимо можливості і обмеження дистанційного навчання.



Почнемо із стадії «Мотивація». На успішність навчання великий вплив мають інтереси, мотиви, ціннісні установки і потреби індивіда. Учень повинен мати бажання навчатися і усвідомлювати необхідність цього.

Навчальний процес за своєю природою цілеспрямований, хоч і не виключає елементів випадковості. Розуміння мети і очікування результатів значно полегшує сприйняття нової навчальної інформації. Існують різноманітні методи і прийоми мотивації навчання. До їх числа слід віднести й використання в навчальному процесі комп'ютера і комп'ютерних технологій. Наприклад, можливість отримати як додаток до підручника великого обсягу високоякісну, добре оформлену інформацію на компакт-дисках.

Безперечно, це активізує навчальний процес, суттєво підвищує зацікавленість, мотивацію в навчанні. Але, як показує досвід, часто в учнів зміщуються акценти і замість підвищення зацікавленості у вивченні навчального матеріалу збільшується зацікавленість до можливостей сучасних комп'ютерних засобів. Іншими словами, увага учня зміщується від об'єкта вивчення до засобу вивчення.

Стадія «Організація». Серед організаційних форм навчання виділяється самостійна робота. Тому застосування сучасних технічних засобів, особливо при навчанні «на відстані», може мати достатньо високу ефективність.

На сьогодні є технічні можливості для того, щоб учень, перебуваючи на великій відстані від навчального центру (вузу, коледжу, ліцею), прослухав і продивився лекцію провідного професора, взяв участь у відеоконференції або отримав консультацію, виконав комп'ютерний лабораторний експеримент. При цьому виникає небезпека неякісного навчання, адже навчальні курси в Інтернаті пропонують не тільки провідні університети, а й невеликі молоді компанії.

Стадію «Розуміння» можна вважати кульмінацією навчального процесу. Це найбільш важливий етап, який безпосередньо пов'язаний з інтелектуальною діяльністю учнів. Для того, щоб переконатися в успішності проходження цієї стадії, при будь-якій формі організації навчального процесу намічається такий етап - «Контроль і оцінка». При дистанційному навчанні ця стадія є центральною. Учень повинен переконатися перш за все в тому, чи розібрався він у навчальному матеріалі, чи зрозумів його, запам'ятав основні положення, навчився застосовувати їх на практиці для вирішення відповідних завдань. Якщо мова йде про підсумковий контроль, то учень повинен оцінити досягнутий вчителем рівень засвоєння. Ця стадія дистанційного навчання при підсумковому контролі має специфічний нюанс; вчитель повинен бути впевнений, що на другому кінці телекомунікативного ланцюжка перебуває саме та людина, яка претендує на отримання не тільки певних знань, а й документа (диплома, сертифіката) про засвоєння відповідної освітньої програми. Що стосується дистанційного навчання, то тут є труднощі, які можна подолати тільки внаслідок проведення контрольних випробувань учня в спеціально обладнаних навчальних приміщеннях в присутності осіб, яким повністю довіряє вчитель і адміністрація навчального центру.

Стадія «Повторення» призначена для закріплення отриманих вчителем знань і умінь, доведення їх до рівня навичок і досвіду творчої діяльності.

Цій же меті, але на більш високому рівні служить стадія «Узагальнення».

На стадії «Повторення», а тим більше на стадії «Узагальнення», як правило, потрібне активне спілкування вчителя з учнем, що є найбільш творчою для вчителя частиною навчального процесу. Використання на цих стадіях засобів дистанційного навчання, в принципі, можливе, але, як показує досвід, це збільшує тимчасові витрати, погіршує глибину розуміння і в кінцевому результаті знижує якість навчання [21].

Будь-яка нова форма навчання, потребує створення психологічної бази, без якої неможливо говорити про якість навчального процесу. Можна виділити ряд психологічних принципів, що впливають на якість навчання фізики.

1. Ретельне і детальне планування навчальної діяльності, її організація, чітка постановка цілей і задач навчання.

Варто сказати, що ефективність навчальної діяльності багато в чому залежить від змісту навчального матеріалу, оскільки він детермінує структуру і рівень пізнавальних інтересів - загальних або спеціальних - в залежності від етапу навчання. Для її забезпечення необхідно активізувати минулий досвід учнів і допомогти їм зв'язати його з новим матеріалом, спрямовувати їх, ставлячи перед ними нові задачі.

2. Розробка таких учбово-методичних матеріалів, що спираються на психологічні закономірності сприйняття, пам'яті, мислення, уваги, а також вікові особливості учнів.

Виділимо ряд незалежних від особистості характеристик особливостей, які варто враховувати при розробці учбово-методичних матеріалів з фізики:

* органи почуттів людини обмежені у своїй можливості реагувати на інформаційні сигнали, внаслідок чого можуть уловлювати лише дозовану кількість повідомлень із навколишнього середовища.

* людина сприймає світ в залежності від того, що очікує сприйняти, але якщо його очікування не виправдалися, то він намагається знайти цьому яке-небудь пояснення, а тому його свідомість найбільшу увагу приділяє новому і несподіваному;

* існує «ефект психічного перенасичення», який полягає в тому, що людина не спроможна без варіації виконувати одноманітні завдання протягом навіть короткого часу, іноді непомітно для себе змінюючи розв'язувану задачу.

Врахування цих особливостей сприяє підвищенню рівня сприйняття інформації і засвоєнню навчального матеріалу.

3. Наявність такого зворотного зв'язку між учнем і викладачем, яка забезпечує учневі психологічний комфорт у процесі навчання.

Зміст механізму зворотного зв'язку полягає в тому, що в міжособистісному спілкуванні процес обміну інформацією як би подвоюється, і, крім змістовного аспекту несе в собі від реципієнта до комунікатора відомості про те, як реципієнт сприймає й оцінює поводження комунікатора.

Насамперед, зворотний зв'язок - це інформація, що містить реакцію реципієнта на поводження комунікатора.

4. Здатність учня самостійно працювати з інформацією.

Самостійна робота є основним елементом навчальної діяльності.

У якості головних мотивів самостійної діяльності можуть виступати учбово-пізнавальні і професійні мотиви. Конкретними стимулами можуть виявитися інтерес, відповідальність, страх відрахування і т.д. Різні за змістом мотиви надають діяльності різноманітний зміст, обумовлюючи її якість [2].

Таким чином, врахування методичних і психологічних особливостей ДО є необхідною умовою в організації навчання на відстані.

Сформульовані принципи повинні бути поставлені в основу змістовної частини електронних курсів. Відомо, що створення мультимедіа-навчальних програм, пов'язане з проблемами передачі інформації в електронному вигляді і її сприйнятті. І тут особливо важливо максимально врахувати психолого-педагогічні принципи побудови навчального матеріалу.

Були визначені основні психолого-педагогічні вимоги до програми.

Комп'ютерна програма повинна:

забезпечувати ініціативність, активність дій учня при роботі з нею;

відповідати тематиці навчальних програм шкільних предметів;

враховувати рівень знань, умінь, навичок розвитку дітей, їхні вікові особливості;

враховувати сучасні дидактичні вимоги до проведення уроку;

забезпечувати обернений зв'язок «учень - - учитель»;

- мати певний рівень адаптивності до індивідуальних можливостей учня;

бути варіативною та функціональною;

мати навчальну цінність;

мати визначені алгоритми та обсяг пізнавальної діяльності учня.

Досвід застосування комп'ютерного моделювання з фізики виявив ряд позитивних моментів. На нашу думку, одними із суттєвих є: активізація пізнавальної діяльності учнів, розвиток самостійності, вміння через конкретну дію (проведення чисельного експерименту чи створення демонстраційної програми) набувати нові знання.

2. Методологічні аспекти поєднання традиційних та НІТН при формуванні понять геометричної оптики

2.1 Проблеми вивчення геометричної оптики в сучасному шкільному курсі фізики

В старших класах не буде докладно вивчатися геометрична оптика (вона розглядається як окремий випадок хвильових явищ). Тому тут головна увага приділяється питанням геометричної оптики.

Спочатку підкреслимо, що вивчення світлових явищ має велике пізнавальне, технічне й виховне значення. Навколишній світ ми сприймаємо й пізнаємо насамперед завдяки світлу й нашим зоровим відчуттям. На законах оптики заснована оптична й освітлювальна техніка. Знання елементів оптики необхідно учням для вивчення інших загальноосвітніх предметів. У центрі розгляду світлових явищ у базовому курсі дві основні проблеми: як поширюється світло від джерела в однорідному середовищі і як веде воно себе на границі двох середовищ. При цьому в навчальному матеріалі можна виділити три головні частини: прямолінійність поширення світла, закон відбивання і явище заломлення світла.

У базовому курсі фізики основні елементи геометричної оптики вивчають в основному на якісному рівні, без глибокого розгляду. Виклад матеріалу ведуть феноменологічно, з використанням моделі «світловий промінь», причому на досвідченій основі, що вимагає залучення великої кількості демонстраційних дослідів, фронтального експерименту учнів, організації спостережень при виконанні класних і домашніх експериментальних завдань [18].

Методична наука відповідає на три питання: навіщо вчити, чому вчити, як учити. Відповіді на ці питання міняються в епоху інформатизації суспільства, що принесла нові інформаційні технології - технології обробки, передачі, поширення й подання інформації за допомогою ЕОМ. Апаратні й програмні засоби, необхідні для реалізації цих технологій, називають засобами нових інформаційних технологій - НІТ.

Розробкою питань впровадження засобів нових інформаційних технологій (НІТ) у середню школу займалися в різні роки багато вчених. Однак основна увага приділялася питанням використання НІТ безпосередньо для вивчення мов програмування й керування загальним навчальним процесом; тільки останнім часом методисти вплотну приступили до розробки питань застосування НІТ при навчанні окремим предметам, у тому числі фізиці.

Включення НІТ у навчальний процес змінює роль засобів навчання, використовуваних у процесі викладання фізики, а використання засобів нових інформаційних технологій змінює навчальне середовище, у якій відбувається процес навчання.

До апаратних засобів нових інформаційних технологій ставиться персональний комп'ютер, до програмних засобів спеціально розроблені дидактичні матеріали, названі програмно-педагогічними засобами (ППС).

Велике значення при вивченні теми має графічна наочність - використання дошки, таблиць, проектора [21]. Але обов'язково до креслення променів і побудови зображень на дошці, у зошиті, на екрані монітора показати учням дійсний вигляд світлових пучків і одержувані зображення предметів за допомогою приладів, тобто прагнути створювати в них наочне подання про світлові явища.

З кількісних залежностей школярі вивчають тільки два - закони відбивання світла й зв'язок між фокусною відстанню й оптичною силою лінзи. Тому число розв'язуваних розрахункових завдань дуже обмежено, причому завдання вирішуються прості.

Головна увага при виборі якісних завдань повинне бути звернене на формування в учнів уміння пояснювати на основі отриманих знань явища, з якими часто зустрічається будь-яка людина у своїй трудовій діяльності й у побуті. Як показує практика, багато складних для сприйняття учнями питання досліджуваної теми (наприклад, побудова зображення великого предмета в малому дзеркалі, дослідження області бачення, побудова багаторазових зображень у двох дзеркалах, розташованих під кутом один до одного, і т. п.) доцільніше розглядати на гурткових або факультативних заняттях.

При вивченні теми увесь час доводиться оперувати поняттям «промінь світла» («світловий промінь»). Строге визначення цьому абстрактному поняттю в цьому місці шкільного курсу дати важко. Тому ці поняття розробили інтерактивними, щоб учні в будь-який момент змогли повторити теоретичний матеріал і тим самим зміцнити знання. У той же час необхідно довести до свідомості учнів, що поняття «світловий промінь» є ідеалізацією й що в дійсності справу мають зі світловими пучками. На перших же уроках по цій темі необхідно продемонструвати ці пучки за допомогою приладу по геометричній оптиці і на екрані ЕОМ показати графічне зображення променів і різних пучків світла.

Світловий промінь можна розглядати як геометричний образ, як вісь світлового пучка. При цьому треба попередити учнів, що не слід уявляти промінь, наприклад, як дуже тонкий пучок світла й вважати що, зменшуючи діаметр світного отвору приладу, можна одержати геометричний промінь. (До цього питання обов'язково треба повернутися в старших класах, при вивченні явища дифракції світла й при демонстрації дифракційної картини на вузькій щілині.) Необхідно, щоб з поняттям «промінь світла» школярі зв'язували подання про лінії, що вказує напрямок поширення світлової енергії, а не просто абстрактний, чисто геометричний образ. Домагаючись формування у свідомості учнів чіткого розуміння того, що зі світлом зв'язане особлива форма енергії, треба на першому ж уроці звернути увагу на різні дії світла: теплове, хімічне, біологічне й т.д. Підкреслюють, що у всіх випадках спостерігається перетворення енергії, що несе світло, в інші види енергії.

Інші приклади ідеалізації в геометричній оптиці - поняття «світлова точка», «точкове джерело світла». Точка не має розмірів, у той час як будь-яке джерело світла має кінцеві розміри. Але якщо розміри джерела світла порівняно невеликі й він розташований досить далеко від приладу, що перетворить світловий пучок, то таке джерело можна вважати точковим.

При вивченні побудови зображення предмета в плоскому дзеркалі в учнів формується поняття «уявне зображення точки (предмета)», а при вивченні лінз - «дійсне зображення точки (предмета)». Тут треба враховувати, що школярі до цього часу ще не знають ролі ока в утворенні зображень, а дана обставина досить істотно для неформального засвоєння названих понять. Питання про напрямок, у якому ми бачимо зображення, і про його місце взагалі важкий для розуміння. Уявне зображення - одне з найбільш складних понять роздягнуте в оптиці навіть для старших класів його важко засвоїти, не простежуючи хід променів до сітківки ока.

Здатність органів зору живих істот бачити предмети тільки прямолінійно, коли від предмета світло безпосередньо попадає в наше око, ставиться до їхньої вродженої здатності, що склалася в процесі тривалого розвитку й пристосування до навколишнього середовища. Наприклад, дивлячись на плоске дзеркало, ми не дивимося на відбитий предмет, (щоперебуває перед дзеркалом), тому світло від предмета безпосередньо не попадає в око, а впливає на нього лише після відбиття від дзеркала. Тому що відбите від дзеркала світло поширюється прямолінійно, то завдяки зоровій звичці нам здається, начебто предмет ми бачимо на прямолінійному напрямку, і саме за дзеркалом, а не там, де він перебуває в дійсності. Таким чином, коли мова йде про уявне зображення, то тут відіграє роль скоріше психолого-фізіологічний фактор, чим фізичний. Фізично існує тільки дійсне зображення. Тому методично поняття «уявне зображення» ефективніше розглядати паралельно з поняттям «дійсне зображення» або після розгляду цього поняття, але показавши при цьому принципову відмінність названих зображень.

Викладають це питання на основі енергетичних уявлень. На місці виникнення дійсного зображення відбувається насправді концентрація енергії світла, що може бути виявлено фотоелементом, термометром, фотопапііром і ін. Уявне зображення не можна одержати на екрані або фоточутливій плівці. Його називають уявним, видуманим тому, що реально в даному місці простору воно не існує (його немає). У тім місці де «перебуває» це уявне зображення, енергія світла не концентрується. Це добре ілюструє відомий досвід зі скляною пластиною, поставленої вертикально, і двома вертикальними свічами, одна з яких запалена. Розташувавши останню перед дзеркалом, ставлять за ним другу свічку, незасвічену, у такім місці, щоб при спостереженні крізь скло вона здавалася палаючою. Вимірюванням доводять, що свічки виявляються розташованими на рівних відстанях від дзеркала.

Вивчення теми починають із нагадування факту прямолінійного поширення світла, котрий уже відомий учням з курсу природознавства й життєвих спостережень, пов'язаних із цим явищем (форма світлового пучка в повітрі від прожектора, кишенькового ліхтаря, пучки сонячного світла, що поширюються через щілини в пиловому повітрі затемненої кімнати і т. п.). Незважаючи на такий достаток життєвих спостережень, на уроці обов'язково потрібно використати експеримент.

На приладі по геометричній оптиці, звертають увагу школярів на те, що подібні досвіди й спостереження переконують у прямолінійному поширенні світла в однорідному середовищі.

Корисно повідомити, що про прямолінійне поширення світла писав ще засновник геометрії Евклід за 300 років до нашої ери й, імовірно, поняття про пряму лінію виникло з подання про прямолінійне поширення світла в однорідному середовищі.

Необхідно розповісти й про практичне застосування цього явища для визначення відстаней до недоступних предметів (у геодезії, військовому справі, астрономії).

З метою закріплення матеріалу й придбання практичних умінь на цьому уроці школярам пропонують короткочасну лабораторну роботу - фронтальний експеримент зі шпильками по «провешиванию прямій лінії» (мал. 2.1.3.). Окремим учням можна рекомендувати виготовити вдома камеру-обскуру (мал. 2.1.4.), а на уроці розповісти про роботу з нею.

Мал. 2.1.4.

Один з наслідків прямолінійного поширення світла в однорідному середовищі - утворення тіні й півтіні й зокрема, сонячне й місячне затьмарення. Причини затьмарень уже з'ясовували в курсах природознавства й географії, тому, опираючись на попередні знання учнів, можна різноманітити методи роботи. На уроках, де розглядається даний матеріал, можна заслухати доповіді й повідомлення учнів, супроводжувані демонстрацією досвідів з таблицями, діапозитивами. Звертають увагу учнів на те, що із затьмареннями в минулі часи, було зв'язано багато марновірств, але сучасна наука дозволяє з великою точністю пророчити час їхнього настання. Корисно запропонувати учнем домашні експериментальні завдання по дослідженню розміру тіні (у порівнянні із предметом) і по визначенню розміру предмета, по його тіні.



Мал. 2.1.5.

Приступаючи до вивчення законів відбивання світла, доцільно насамперед показати явища відбивання й заломлення світла на границі двох прозорих середовищ саме так, як вони відбуваються в дійсності (тобто одночасно). При демонстрації відповідних досвідів з оптичною шайбою (мал. 2.1.5.) або із прямокутною посудиною з водяним розчином флюоресцина (Мал. 2.1.6, а) звертають увагу учнів на те, що при падінні пучка світла на границю двох середовищ (повітря - скло або повітря - вода) пучок роздвоюється: одна його частина повертається в перше середовище (це явище називають відбиванням світла), а інша проникає в друге середовище, змінивши свій напрямок (заломлення світла). Пояснення супроводжують малюнком, на якому вказують назви променів і кутів і їхні літерні позначення, підкреслюють, що на малюнку кожний пучок світла представлений його центральним променем (мал. 2.1.6, б).

Мал. 2.1.6.

При вивченні законів відбивання світла зі школярами розбирають наступні питання: «У якій площині лежить відбитий промінь?», «У якому напрямку треба шукати відбитий промінь у цій площині?», «Як співвідносяться між собою кути падіння й відбивання?» - і на основі аналізу результатів експерименту із оптичною шайбою роблять висновок.

Урок по вивченню закону відбивання можна побудувати й таким чином, що основний висновок (рівність кутів падіння й відбивання) учні одержують повністю самостійно, у процесі виконання лабораторного експерименту.

Після встановлення закону відбивання з'ясовують відмінність дзеркального й розсіяного відбивання світла. Зробити це можна в процесі самостійної роботи з підручником. На початку уроку показують наступні демонстрації: направивши кілька паралельних пучків світла на плоске дзеркало, укріплене на оптичній шайбі, з'ясовують, що вони залишаються паралельними й після відбивання. Далі в добре затемненому класі перед проекційним апаратом встановлюють плоске дзеркало так, щоб світло після відбивання потрапить на стелю або на стіну класу. На стелі одержують різко обкреслену світлу пляму. Інша частина стелі залишається темною, у класі світліше не стає. Звернувши на цю увагу учнів, задають питання: «Чи відбивається світло від вати?» Замінивши дзеркало ватою, спостерігають, що значна частина стелі освітлена й у класі стало світліше. Після цього учням пропонують розглянути малюнки на екрані ЕОМ, де показаний що паралельний світловий пучок відбивається від дзеркальної поверхні у вигляді паралельного ж пучка, так само строго спрямованого (мал. 2.1.7, а), а шорсткувата поверхня відбиває падаючий на неї світло в усіх напрямках (мал. 2.1.7, б). У процесі колективного обговорення з'ясовують різницю між дзеркальним і розсіяним відбиттям і яке значення має розсіяне відбиття в нашому житті. Навколишні нас предмети видні тому, що вони розсіюють світло, що йде від Сонця й штучних джерел світла.



При вивченні дзеркального відбивання показують, що плоске дзеркало тільки змінює напрямок ходу променів світла, але не може перетворювати пучки світла. У даному місці курсу фіксують увага школярів саме на цьому, а плоскі дзеркала розглядають як пристосування, що служать для зміни напрямку світлового пучка світла. Цей матеріал закріплюють системою вправ по конкретній зміні напрямку променя дзеркалом (паралельний пучок світла піднімають або опускають на яку-небудь задану висоту, змінюють горизонтальний напрямок пучка світла на вертикальне й т. п.). Показують, що зображення в плоскому дзеркалі перебуває за дзеркалом і на тій же відстані (мал. 2.1.2.).

Вивчення явища переломлення світла починають за допомогою ЕОМ із повторення досвідів по одночасному відбиттю й заломленню світла на границі двох прозорих середовищ. Нагадують, який промінь називається падаючим, а який - заломленим, показують і позначають відповідні кути, повторюють закони відбивання. Потім експериментально з оптичною шайбою (заломлення світла при проходженні через скляний напівциліндр) показують, що заломлений промінь лежить у тій же площині, що й падаючий промінь. Звертають увагу на те, що кут заломлення світла в склі змінюється при зміні кута падіння, зв'язок між цими кутами більш складний, чим при відбиванні світла.

Використовуючи більш складну установку (мал. 2.1.6, а), на якій можна спостерігати заломлення світлового пучка як при переході з повітря у воду, так і з води в повітря, звертають увагу школярів на наступну закономірність: при переході світла з повітря у воду кут заломлення менше кута падіння. При переході світла з води в повітря кут заломлення більше кута падіння. Креслення на дошці (мал. 2.1.6, б) допомагає зрозуміти спостережуване (KN - границя повітря й води, АO - падаючий промінь, OB - заломлений промінь у воді (він же падає на дзеркало, що лежить у воді), ВК - відбитий промінь від дзеркала (він падає на границю води й повітря), KD - заломлений промінь при виході в повітря; ? - кут падіння при переході з повітря у воду, ? - кут заломлення; ?₁ і ?₁ відповідно кути падіння й заломлення при переході променя з води в повітря).

Спостереження повторюють для середовищ повітря - скло на досвіді з оптичною шайбою. Зробивши відповідні креслення й порівнявши для різних середовищ кути заломлення при рівних кутах падіння, вводять поняття про середовища оптично більш (менш) щільних.

У цьому місці шкільного курсу, використовуючи ці ж установки розповідають школярам і про оборотність світлових променів.

Тому що при розгляді явища заломлення вводять показник заломлення, то вправи проводять не тільки якісно. Велику увагу повинно бути приділене поясненню явищ, відомих учням з життєвого досвіду, наприклад, чому предмети, частково занурені у воду, здаються зламаними в поверхні води, чому дно ріки, предмети у воді здаються вище, ніж це є в дійсності, і т. п.

Використовуючи прості устаткування (склянка з водою, олівець, колба з водою), можна організувати фронтальні лабораторні спостереження учнями уявного підняття предмета при його зануренні у воду.

Лінзи в базовій школі розглядають не тільки експериментально, як наслідок явища заломлення. Учнів на досвіді знайомлять із властивостями лінз перетворювати пучки світла й давати дійсне зображення предметів. Вводять поняття про фокусні відстані F оптичній силі лінз 1/F. Формулу лінзи вивчають тільки із сильними учнями.

Фронтальну лабораторну роботу «Одержання зображення за допомогою лінзи» проводять у сполученні з демонстраційним експериментом, що дозволяє ввести поняття «фокусна відстань» і «оптична сила».

У центрі уваги повинні бути дві демонстрації: 1) паралельний пучок променів (мал. 2.1.8.) збирається в одній точці (фокусі лінзи) і 2) промені, що йдуть через фокус, після заломлення йдуть паралельно оптичної осі (мал. 2.1.9.). Знання ходу цих двох променів дає можливість показати принцип побудови зображення в лінзах і переконати школярів у залежності характеру зображення від відстані предмета до лінзи і її фокусної відстані. Необхідно розглянути основні випадки одержання дійсних зображень предметів при різних положеннях предмета щодо лінзи (мал. 2.1.10., а, б, в) На малюнку з екрана ЕОМ, при побудові зображення стрілки, один із променів проведений паралельно головної оптичної осі, інший - через її оптичний центр.

Мал. 2.1.8. Мал. 2.1.9.

Далі розглядають будову ока й фотоапарата, за допомогою комп'ютера. Цей матеріал відіграє істотну роль як у здійсненні зв'язку викладання з життям і розширення політехнічного кругозору учнів, так і в узагальненні й систематизації їхніх знань по всьому вивченому матеріалі.

Око надзвичайно складна оптична система, по принципу дії нагадує фотоапарат. Тому після порівняння ходу променів (мал. 2.1.11. і 2.1.12.) корисно запропонувати, учням скласти таблицю, у якій співставляються оптичні системи фотоапарата й ока (характер зображення, як здійснюється наведення на різкість, роль діафрагми - зіниці, об'єктива - кришталика й т. п.).



Мал. 2.1.10.

Через обмеженість часу, що відводить на вивчення теми «Світлові явища», різні випадки більш складних побудов зображень (за допомогою побічних осей), а також визначення області бачення зображень і т. п., можна розглянути тільки в гуртковій роботі або на факультативних заняттях.

Програма базової школи припускає вивчення ще наступних питань:

- короткозорість і далекозорість;

- окуляри;

- кут зору і його збільшення;

- лупа;

мікроскоп;

телескоп;

дисперсія й спектральне розкладання;

проекційний апарат.

На цих питаннях зупиняємося, тому що зв'язок з життям дуже цікавить учнів. І тим самим, ще раз підкреслюємо важливість вивчення оптики.



Мал. 2.1.11. Мал. 2.1.12.

На завершення варто розповісти учням про значення оптичних приладів у промисловості, у наукових дослідженнях, у побуті. Важливо показати роль оптичних приладів у пізнанні світу. Наприклад, фотографування зворотної сторони Місяця, невидимої із Землі, і т. п. Матеріал, досліджуваний у класі, дає основу для проведення багатьох цікавих позакласних занять за наступними темами: «Історія техніки освітлення», «Сонячне випромінювання - джерело життя на Землі» і т.д.

По матеріалу теми можна з учнями провести екскурсію. [13]

2.2 Організація навчального процесу при поєднанні традиційних та НІТН

Засоби навчання відіграють в педагогічній діяльності таку ж саму роль, як і знаряддя праці в будь-якому виробничому процесі. Від рівня їх розвитку і раціональної організації застосування в значній мірі залежить ефективність та кінцевий результат навчання. Не випадково деякі фахівці вважають, що впровадження техніки в практику навчання - подія така ж важлива, як у свій час було створення перших шкільних підручників.

Широке проникнення в навчальний процес сучасних технічних засобів навчання і електронних обчислювальних машин є характерним фактором розвитку вищої освіти. Технічне оснащення вузівського навчального процесу - це не дань моді, а об'єктивна необхідність, яка обумовлена всім ходом суспільно-історичного розвитку.

Певна річ, що сучасні ТЗН - це не панацея, яка покликана допомогти школі загалом вирішити всі поставлені перед нею завдання. Але те, що ми вже знаємо про дидактичні можливості ТЗН, дає нам право стверджувати, що вони можуть зробити суттєвий внесок у вдосконалення навчально-виховного процесу у вищій школі.

Зміни в структурі навчального процесу не слід розглядати як самоціль: з'явився технічний засіб - міняй схему навчання, що склалася, щоб цей засіб вписався в нову схему. Однак модернізація дидактичної системи вищої школи з урахуванням нових завдань підготовки спеціалістів і проникнення новітніх ТЗН в ВНЗ - це єдиний об'єктивний процес, викликаний усім ходом розвитку суспільства.

Академік В.М. Глушков писав, що»… навіть в майбутньому ЕОМ не зможуть повністю замінити вчителя». Що стосується часткової комп'ютеризації навчального процесу, то ця можливість в силу наявності великої наукової, матеріально-технічної, а також морально-психологічної бази не потребує корінної перебудови умов, що склалися, а отже стала реальною і конкретною. Більше того, впровадження ЕОМ в навчання стало необхідністю, оскільки метою його є не оголошувати відому і однакову для всіх схему знань, а розвивати різноманітність, своєрідність, індивідуальну неповторність особистості.

Т.В. Колесник [14] зазначає, що навчання за допомогою ЕОМ - це принципово новий тип навчального процесу, що вимагає нових форм і методів навчальної та навчаючої діяльності. Використання ЕОМ змінює фукції викладача: він повинен заздалегідь визначити шляхи та розробити алгоритми оптимального керівництва всім навчальним процесом й окремим заняттям у тому числі. Істотною дидактичною особливістю навчання за допомогою ЕОМ є встановлення безпосередніх діалогів між студентом і машиною або діалогічного трикутника - студент-комп'ютер-викладач.

Такі діалоги допомагають розібратися у всіх труднощах, що виникають у процесі вивчення предмета при самостійному розв'язанні завдань, а викладачеві - спостерігати та контролювати якісний стан навчання.

Чи може техніка замінити викладача? Справа в тому, зазначає В.М. Кузнєцов [17], що розуміти під словом «замінити». Жодна машина не може взяти на себе роль педагога як суб'єкта педагогічного впливу, одна із найважливіших функцій якого - керувати пізнавальною діяльністю того, хто навчається, у взаємо-опосередкованому процесі викладання - навчання. Але технічний пристрій, виступаючи засобом навчання в руках педагога, може виконувати низку його функцій, передаючи навчальну інформацію або контролюючи її засвоєння. Час, що звільнився, викладач витрачає на здійснення таких функцій педагогічної діяльності, які не під силу електроніці.

Існує й інший погляд щодо марності й навіть «хибності» застосування нових засобів навчання без відчутних змін в адміністративній структурі навчальних закладів. Це твердження підкріплювалося навіть намаганнями деяких навчальних закладів в США ввести безперервний процес навчання, при якому кожен учень просувається вперед згідно зі своїм індивідуальним планом, закінчуючи курс у зручний для нього час.

Дійсно, досить розповсюджений серед неспеціалістів погляд про витіснення людини-викладача з навчального процесу і повної заміни його обчислювальною машиною може мати місце в конкретних специфічних умовах [5], наприклад: а) там, де немає чи не вистачає викладачів (малорозвинені країни); б) де учні розкидані географічно і не можуть бути забезпечені штатом викладачів; в) де економічно незручно створення організованого навчання (якщо підприємство невелике і учні працюють за плаваючим графіком). Низка дослідників стоять на позиціях застосування ЕОМ для дистанційного домашнього навчання [3; 4], для спеціалізованого навчання глухих, сліпих, німих, розумово відсталих, «важких», «вразливих» та деяких інших особливих категорій учнів [16; 24; 3], а також для навчання в системі відкритих університетів [23].

Багато зарубіжних педагогів віддають перевагу ідеї так званого «перемежаючого» навчання, яке поєднує традиційні і нові прийоми та засоби [22], при цьому більшість дослідників схильні вважати ЕОМ засобом розширення можливостей людини, хоч і не заперечують того, що роль останньої суттєво зміниться [3].

Дослідження, проведені в США педагогічними лабораторіями на кошти Фонду Форда, стверджують, що в недалекому майбутньому електроніка та телебачення дозволять «одному професорові проводити лекції для великих аудиторій». В «новому педагогічному світі» майже не потрібні будуть педагоги (особливо, у вузах). Нові технічні засоби навчання немовби роблять застарілою ту точку зору, що краща освіта досягається малими групами та за допомогою висококваліфікованих вчителів.

За даними ООН, людина запам'ятовує лише 10% прочитаного, 20% - почутого, 30% - побаченого. Якщо людина чує та бачить, рівень запам'ятовування підвищується до 50%, а якщо чує, бачить, а потім обговорює, то і до 70%. Використання аудіовізуальних засобів до того ж скорочує на 40% необхідний для навчання час і на 20% збільшує об'єм засвоєної інформації [10, 21].

Використовується останнім часом і нова технологія, що дозволяє подолати «тиранію відстаней». Віце-президент австралійського університету професор Ф. Джевонс в зв'язку з цим говорить: «У вік мікрокомп'ютеризації друкованих матеріалів недостатньо». Тому зроблені кроки в новому напрямі. Почалось здійснення програми підготовки комп'ютерних спеціалістів за допомогою «дистанційного навчання» (з використанням персональних комп'ютерів студентів). Вони можуть бути задіяні як «індивідуальні робочі станції», а також під'єднуватися до центральної ЕОМ. Електронна пошта підтримує постійний зв'язок. Тепер справа за тим, щоб створити таку ефективну систему навчання, яка б відповідала можливостям цієї технології» [21, 2].

Аналогічна система навчання існує в США. Тут вона отримала назву «Електронний університет». Вже багато років компанія «Нешнл едьюкейшн корп» експлуатує систему освіти «Еднет» («Мережі освіти»). Бум, який розгорнувся останніми роками навколо «інформаційної технології», сприяв прогресу «педагогічної технології». З'явилась можливість під її егідою з'єднати телевізор з комп'ютером, так би мовити, запрягти цю «пару гнідих» у віз освіти.

Висновок педагогів і студентів на диво одностайний: об'єднання телебачення і комп'ютерів дасть змогу розширити навчальну аудиторію, підвищивши рівень її знань. Усе більша кількість коледжів та університетів пропонують американській аудиторії «електронно-телевізійні види навчання».

Зокрема, Г. Паск бачить майбутнього викладача або як персонального наставника, який повинен приєднуватися до навчання тільки у випадку необхідності, виявленої машиною, або як психіатра, який вступає в гру там, де»… з учнем станеться що-небудь «патологічне» [5]. Цікаве обгрунтування подібного підходу пропонується британськими дослідниками Л. Кенді та Е. Едмондзом у застосуванні його при вивченні рідної мови. Виходячи із традиційної англійської системи навчання, згідно з якою до кожного класу приписано два викладачі (вчитель, який веде групові заняття, і наставник, який приєднується до тих, у кого виникають труднощі), Л. Кенді і Е. Едмондз віддають комп'ютеру роль наставника, що, на їх погляд, повинно забезпечити необхідний ступінь індивідуалізації навчання [21].

Англійські педагоги К.А. Томас, Д.К. Девіс, Д. Опеншоу, Д.В. Берд, поділяючи погляд Г. Паска, пропагують використання ЕОМ для»… виконання шаблонної і часто втомлюючої роботи з тренування учнів і вивчання ними фактичного матеріалу…», залишаючи викладачеві «дійсне навчання», побачивши»… істинне поле їх відповідальності у керуванні розвитком особистості».

Про спробу протиставити машину викладачеві, що викликала деяке розчарування учнів в низці навчальних закладів США, пише Н.П. Іванов, на думку якого, ЕОМ ефективна лише в тих випадках, якщо вона доповнює традиційно складені форми і методи навчання принципово новими, а не просто копіює їх [9]. В цілому, не слід допускати, щоб введення нових методів перетворювалося «в самоціль». Вони повинні вписуватись у загальну систему методів і форм роботи з учнями [7, 14].

Висновки, що роблять дослідники в тих країнах, де накопичений величезний досвід комп'ютеризації, перш за все в розвинутих країнах, полягають в тому, що реальні досягнення в цій галузі не дають підстав вважати, що застосування ЕОМ кардинально змінить традиційну систему навчання на кращу. Не можна просто запроваджувати комп'ютер у звичний навчальний процес і сподіватися, що він зробить революцію в освіті. Потрібно змінювати саму концепцію навчального процесу, проектувати принципово іншу технологію навчання, в якій комп'ютер органічно вписався б як новий, потужний засіб. В закордонній літературі відзначається, що засоби впровадження комп'ютера базуються на концепції освіти, основною метою якої є накопичення знань, умінь, навичок, необхідних для виконання професійних функцій в умовах індустріального виробництва. В даний час суспільство знаходиться на етапі переходу до інформаційних технологій виробництва і стара концепція освіти вже не відповідає його вимогам.

Проблеми комп'ютеризації навчання не зводяться до масового виробництва комп'ютерів і впровадження їх в існуючий навчальний процес. Зміна засобів навчання, як, зрештою, зміна в будь-якій ланці дидактичної системи, неминуче призводить до перебудови всієї цієї системи. Використання обчислювальної техніки розширює можливості людини. Проте вона є лише інструментом, знаряддям розв'язання задач, і її застосування не повинне перетворюватись у самоціль, моду або формальний захід.

Необхідно, перш за все, визначити конкретну мету і зміст навчання в комп'ютерному варіанті. І якщо виявиться, що мета може бути досягнута за допомогою традиційних, надійних, звичних для викладача і учнів засобів, то краще за все звернутися саме до них. Для комп'ютерного навчання доцільно відбирати тільки той зміст, розгортання і засвоєння якого не може обійтися без ЕОМ

Використання ЕОМ у навчальному процесі дещо змінює функції викладача, оскільки здійснюється їх перерозподіл між викладачем і ЕОМ. При цьому машині передаються лише ті функції, з якими вона може справитися ефективніше за викладача. Програма і технічна система ЕОМ допомагають автору програми компонувати інформацію, планувати її зміни, видавати креслення, таблиці, графіки на екран дисплея. Подання інформації може здійснюватися в будь-якому тимчасовому режимі, а наявність дидактичних засобів виділенням інформації (наочність, підкреслювання, штрифування, кольорове зображення тощо) значно підвищує реалізацію інформаційної функції ЕОМ. Особливої уваги при цьому заслуговує структурування матеріалу, який при навчанні краще сприймається з екрана дисплея.

Сприйняття матеріалу при використанні ЕОМ поліпшується за рахунок різних дидактичних можливостей ЕОМ: наочності, підкреслювання, обертання, кольорового зображення тощо. Особливість процесу навчання за допомогою ЕОМ викликає інтерес до навчання і сприяє активізації та зосередженню уваги студентів на предметі. Цьому сприяють також діалогова форма роботи, безперервний контроль і негайне підкріплення відповіді.

Умови роботи на ЕОМ спонукають студентів до активної і напруженої діяльності, оскільки вони усвідомлюють можливість контролю викладачем, а також самоконтролю завдяки порівнянню та узагальненню матеріалу, що вивчається. Проведення самоконтролю допомагає студентам не лише корегувати свою відповідь, але й виправити зроблені ними помилки та значно розширити пам'ять завдяки перегляду матеріалу на екрані дисплея.

Процес навчання в інститутах нерозривно пов'язаний з використанням креслень, графіків, діаграм, формул, що дозволяє подавати інформацію в ущільненому вигляді. Це сприяє розвиткові високого рівня абстракції у студентів. Дидактичні можливості сучасних ЕОМ щодо зображення графічної інформації дозволяють демонстрацію конкретних предметів замінити схематичними або символічними зображеннями, використовувати наочність як спосіб абстрагування та формування проблемних ситуацій. Крім того, ЕОМ створює умови для переходу на більш високий рівень інтелектуальної праці, бо чим більше автоматизується в машинних процесах діяльність людини, тим більше підвищується її психологічний рівень і вона може краще проявити свої творчі здібності.

При традиційних формах навчання викладач не може враховувати всі індивідуальні особливості студентів і орієнтує навчальний процес на середнього студента з точки зору не лише його успішності, але й рівня психологічних характеристик.

Значну допомогу викладачеві може надати використання ЕОМ для психодіагностичного тестування студентів, наприклад, визначення об'єму пам'яті, концетрації уваги, репродуктивності розумових процесів, оригінальності мислення та ін.

Безперечна ефективність використання ЕОМ також при здійсненні поточного і проміжного контролю знань студентів, оскільки вона значно спрощує розробку алгоритму навчання та допомагає викладачеві проводити ці форми контролю. ЕОМ може оцінити знання студентів більш об'єктивно та обгрунтовано, хоча її виховні функції менші, ніж при традиційних формах навчання [31].

Навчальний процес, як і кожний інший, пов'язаний з управлінською діяльністю людини, може бути описаний сукупністю компонентів, які відображають:

- структуру процесу, тобто основні й складові частини, що в традиційній технології навчання можуть бути подані як лекція, консультація, практичне заняття, лабораторна робота, завдання на проектування, цільовий контроль (залік, іспит, захист, колоквіум);

- технологію процесу, тобто взаємний зв'язок структурних частин навчального процесу в часі й домовленості про послідовність операцій, спрямованих на формування певних знань, умінь і навичок;

- інформаційні потоки, утотожнені в навчальному процесі зі змістом і обсягом навчальної інформації, яку згідно з навчальним планом регламентовано одержує студент;

- керовані потоки, які можна розглядати як послідовність керованих дій щодо обліку, аналізу, нормування, планування, розподілу, контролю, звітності, організації та інформування відносно кадрового, фінансового, матеріально-технічного, енергетичного, інформаційного та іншого ресурсного забезпечення навчального процесу.

Якщо вказані компоненти структуровані й пов'язані з деталізованими цільовими функціями, то морфологію навчального процесу можна розглядати як його інфологічну модель. Запровадження в навчальний процес обчислювальної техніки може вплинути на зміст моделі і залишити її у первісному вигляді.

Саме процес набуття знань, умінь і навичок, спираючись на теорію поетапного формування знань як на теоретичну основу його побудови, за своїм характером може бути індуктивним чи дедуктивним. Відповідно до обраного методу викладання матеріалу формується й технологічний цикл заняття, де головним регулюючим ресурсом є інформація, що відображає у той чи інший спосіб поняття курсу.

Процедура інформування, яка у традиційній технології навчання має форму лекційного викладання, як правило, через машинну форму навчання носить тривіальний характер, набуває вигляду послідовного пробігу (тобто листання) матеріалу курсу за допомогою екрана комп'ютера. Теоретичні та практичні проблеми у цьому випадку належать сфері дидактики і психології й пов'язані з визначенням оптимального обсягу однієї навчальної дози, послідовності таких доз, формою зображення (текстова, графічна, звукова). Частково процедури оптимізації структури навчального курсу можуть бути автоматизовані. Так, враховуючи прагматичну вагу поданої студентові інформації, а також ергономічні та психологічні характеристики, що відображають індивідуальні можливості того, кого навчають, сприймати і запам'ятовувати інформацію, є можливість встановити межі й обсяг окремих навчальних доз, обсяг конкретного заняття, розробити індивідуальний план засвоєння студентом дисциплін [20; 28].