Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

Компьютерный практикум для 10 класса с использованием мультимедийного курса «Открытая физика».

Методические разработки по теме «Электричество и магнетизм»



• Оглавление
• Введение
• Глава 1. Приоритетность использования новых информационных технологий в учебном процессе
• 1.1 Особенности использования компьютера в учебном процессе
• 1.2 Исследование проблем и перспектив внедрения компьютерных технологий в обучение физике в школе
• 1.3 Компьютерные программно-методические материалы по физике
• Глава 2. Разработка методики использования мультимедийного курса «Открытая физика»
• 2.1 Концептуально - содержательные методические аспекты
• 2.2 Целесообразность использования электронного варианта лабораторного практикума
• 2.3 Методические рекомендации по использованию мультимедийного курса «Открытая физика»
• Глава 3. Экспериментальная апробация виртуальной лаборатории по физике
• 3.1 Апробация виртуальной лаборатории «Открытая физика»
• 3.2 Анализ педагогического эксперимента
• Выводы
• Заключение
• Литература
• Приложение 1. Дидактические материалы для 10 класса
• Приложение 2. Диагностические тесты, использованные в ходе эксперимента
• Начальный контроль по теме «Молекулярная физика и термодинамика»
• Итоговый контроль по теме «Электричество и магнетизм»
• 

Введение

Одним из приоритетных направлений информатизации общества является процесс информатизации образования, предполагающий использование новых информационных технологий для интенсификации всех уровней учебно-воспитательного процесса, повышения его эффективности и качества.

Анализ отечественного и зарубежного опыта использования компьютера в обучении на уроках физики показал, что внедрение информационных технологий в традиционную модель обучения не позволяет качественно изменить содержание предмета, а еще более формализует процесс обучения, усложняет деятельность педагога в передаче знаний учащимся.

Решению проблем использования компьютеров в учебно-воспитательном процессе посвящены работы С.Е. Каменецкого, В.В. Лаптева, Е.М. Раводина, И.В. Роберт, А.С. Бордовского, Е.И. Машбиц, А.И. Ракитова и др. В исследованиях этих авторов получили развитие вопросы методики и технологии применения вычислительной техники в учебном процессе, психолого-педагогические аспекты информатизации образования. Также рассмотрены положения, связанные с приоритетностью достижения оптимального сочетания фундаментальных и практических знаний учащихся по предметам естественнонаучного блока; отмечена важность изучения не набора фактов, а способов и технологий их получения, важность расширения различного рода практикумов, интерактивных и совместных форм работы[2, с.10].

Необходимость усиления фундаментальной подготовки учащихся в блоке естественнонаучных дисциплин, основанная на широком использовании информационных технологий в преподавании физики, определяет актуальность нашей работы. Использование информационных средств ведет к повышению качества обратной связи. Проблема работы заключается в создании методики эффективного использования мультимедийного курса «Открытая физика» на компьютерном практикуме в 10-х классах при изучении раздела «Электричество и магнетизм». Методика нацелена на усиление фундаментальной составляющей естественнонаучной подготовки учащихся.

Гипотеза: организация компьютерного практикума с использованием учебного компьютерного курса «Открытая физика» повысит эффективность учебного процесса и усилит фундаментальную подготовку по физике.

Цель работы состоит в разработке и практической реализации методики преподавания компьютерного практикума по физике с использованием виртуальной лаборатории «Открытая физика».

Исходя из цели работы и выдвинутой гипотезы, поставлены следующие задачи:

Провести анализ педагогической литературы с целью изучения проблемы использования компьютера на уроках физики и учебно-методической литературы по проблеме усиления фундаментальной подготовки учащихся в блоке естественнонаучных дисциплин.

Провести анализ наиболее популярных компьютерных программных по физике для 10-х классов.

Организовать учебно-познавательную деятельность учащихся на компьютерных уроках по физике и проанализировать результат.

Разработать методические рекомендации по использованию мультимедийного курса «Открытая физика» при организации компьютерного практикума.

Осуществить экспериментальную проверку разработанной методики обучения физики с использованием мультимедийного курса «Открытая физика».

Для решения поставленных задач применялись следующие методы:

анализ психолого-педагогической и учебно-методической литературы по проблеме дипломной работы;

анализ опыта учителей физики, использующих компьютер в обучении;

педагогические наблюдения, беседа, тестирование учащихся;

педагогический эксперимент в классе с традиционной моделью обучения и в группе школьников, изучающих физику с использованием компьютера;

анализ результатов работ учащихся экспериментального и контрольного классов для определения эффективности предлагаемой методики проведения компьютерного практикума с использованием виртуальной лаборатории «Открытая физика».

Объект исследования: процесс обучения физике 10 класса подростков гимназии «Универс» на базе использования мультимедийного курса «Открытая физика».

Предмет исследования: виртуальная лаборатория «Открытая физика» как средство обучения физике 10 класса подростков гимназии «Универс».

Практическая значимость заключается в том, что разработаны методические рекомендации учителю физики по проведению компьютерных занятий с использованием мультимедийного курса «Открытая физика» по «Электричеству и магнетизму».

На защиту выносится: методика использования мультимедийного курса «Открытая физика» на компьютерном практикуме в 10 классе.



Глава 1. Приоритетность использования новых информационных технологий в учебном процессе

1.1 Особенности использования компьютера в учебном процессе

Стратегия модернизации российского образования предусматривает приоритетность использования новых информационных технологий в учебном процессе, а также усиление практической ориентации и инструментальной направленности общего среднего образования. Это означает: достижение оптимального сочетания фундаментальных и практических знаний; направленность образовательного процесса не только на усвоение знаний, но и на развитие способностей учащихся самостоятельно находить и использовать необходимые познавательные ресурсы; изучение не набора фактов, а способов и технологий их получения, расширение различного рода практикумов, интерактивных и совместных форм работы [2, с.10].

В настоящее время компьютер стал составной частью экспериментальных научных установок и теоретических разработок. Поскольку методы обучения связаны с методами научного познания, компьютер должен использоваться и в учебном процессе. Для этого нужны специальные обучающие программы, которые позволяют отрабатывать алгоритмы решения физических задач, моделируют физические явления, то есть служат созданию своеобразной физической лаборатории, в которую можно «впустить» учащихся для самостоятельного экспериментирования, позволяют демонстрировать весьма тонкие физические эффекты, ранее не доступные для демонстрации в кабинете физики.

За счет применения компьютеров, позволяющих моделировать и наблюдать многие явления, значительно расширяются возможности традиционного физического практикума.

Компьютер для учителя - замечательный помощник, который дает возможность организовать работу каждого ученика в собственном темпе, сразу же реагировать на его вопросы.

Основная задача педагога - сделать приобретаемые знания личностно-значимыми для учащегося. Для этого необходимо сделать акцент в организации учебного процесса на увеличение самостоятельной работы школьников. В деятельности учителя - главной фигуры учебного процесса - максимальную роль должна играть работа по организации познавательной деятельности учащихся, а не сообщение им информации [5, с.38]. Из основ дидактики хорошо известно, что только самостоятельная индивидуальная учебная деятельность способна привести к образованию прочных и глубоких знаний, устойчивых навыков.

Наиболее важным при обучении физике, на наш взгляд, является понимание учащимися сути, причин происходящих явлений, а не только их внешней стороны. Поэтому актуальны способы такого обучения, которые наглядно показывали бы связь наблюдаемых явлений и их теоретического описания. К таким можно отнести демонстрации и лабораторные работы, проведенные соответствующим образом с применением новых информационных технологий. Необходимо использовать системы, облегчающие восприятие физического материала одновременно с качественной и количественной стороны, позволяющие визуализировать протекание изучаемого процесса, важные экспериментальные моменты и его поведение в среде измеряемых параметров.

1.2 Исследование проблем и перспектив внедрения компьютерных технологий в обучение физике в школе

Компьютерные технологии обучения представляют собой систему обучения, одним из технических средств которой является компьютер[15, с.354]. Реализовать компьютерную технологию обучения возможно лишь при наличии соответствующего учебно-методического комплекса, а также компьютерной грамотности учителя и учеников.

Согласно С.Е. Каменецкому, компьютерная грамотность представляет собой совокупность знаний и умений, которая позволяет учителю и учащимся использовать ЭВМ в качестве обучающего средства. Учитель и его ученики должны иметь практические навыки обращения с ЭВМ, знать общие принципы ее построения и функционирования, понимать значение, роль и применение компьютерной техники в различных областях человеческой деятельности [17, с 327].

Кроме компьютерной грамотности учитель должен обладать компьютерной культурой - культурой комплексного использования электронно-вычислительной техники в учебном процессе, умело определять место и время применения компьютерной техники в обучении [17, с. 354].

Основными педагогическими целями использования компьютерных технологий в обучении физике, согласно Н.С. Пурышевой и С.Е. Каменецкому, являются следующие:

1. Развитие творческого потенциала обучаемого, его способностей к коммуникативным действиям, умений экспериментально - исследовательской деятельности, культуры учебной деятельности; повышение мотивации обучения.

2. Интенсификация всех уровней учебно-воспитательного процесса, повышение его эффективности и качества.

3. Реализация социального заказа, обусловленного информатизацией современного общества (подготовка пользователя средствами компьютерных технологий).

Использование компьютерных технологии позволяет организовать самостоятельную познавательную работу учащихся по изучению явлений окружающей действительности. Возможны разные варианты организации работы учащихся: выполнение исследования под руководством и по инструкции учителя; можно предложить учащимся самостоятельно выдвигать гипотезы, а исследование проводить по плану, предложенному учителем. Возможен вариант, при котором учащиеся сами составляют план исследования, выполняют его и делают выводы. В этом случае репродуктивный метод обучения заменяется самостоятельным приобретением знаний на основе осуществления экспериментально - исследовательской деятельности, подводящей обучаемого (при соответствующей методике) к самостоятельному открытию изучаемой закономерности.

Таким образом, процесс сообщения готовых знаний и их экспериментальная проверка в традиционной методике заменяются экспериментально - исследовательской деятельностью.

Попытки создать электронную версию физического практикума предпринимались и предпринимаются, как в России, так и за рубежом. В настоящее время существует большое количество работ по различным разделам физики, но не все программы, с которыми нам удалось ознакомиться, имеют удобный пользовательский интерфейс, качественное графическое оформление и достаточную методическую проработку. Многие до сих пор имеют DOS - интерфейс, хотя более удобным является графический. Огромное значение имеет качество динамической графики. Использование некачественной анимации может привести к тому, что у учащихся сложится неправильное представление о происходящем процессе. Приближенная же к реальности анимация помогает школьнику лучше разобраться в явлении. Хорошо оформленный практикум способствует пониманию сложных процессов и явлений, стимулирует познавательный интерес учащихся.

В современных условиях остро встает проблема усовершенствования физических кабинетов и создания оснащенных компьютерных классов в целях повышения эффективности физического образования. Разработанные ранее учебники, учебные пособия, программы пригодны лишь для полностью укомплектованных физических кабинетов, но и они не могут в полной мере удовлетворить требованиям подготовки. В связи с этим целесообразно использовать компьютерные технологии в процессе обучения физике и, в частности, в постановке физического эксперимента. На сегодняшний день существует очень много образовательных программ по моделированию физического эксперимента на компьютерах. Выбор педагогических программных средств огромен и рядовой учитель теряется в море информации, обрушиваемой на него производителями. Необходимо знакомить учителя физики с готовыми компьютерными продуктами, которые могут помочь ему на уроках.

Целью нашего исследования является анализ наиболее популярных компьютерных курсов по физике и создание банка данных с кратким указанием характеристик программ.

1.3 Компьютерные программно-методические материалы по физике

1С: Репетитор. Физика

Мультимедийный электронный учебник для школьного курса физики. Содержит разноуровневые задачи, демонстрации физических явлений методами компьютерной анимации, компьютерное моделирование физических закономерностей, видеоматериалы, интерактивные модели, набор тестов, справочные материалы и формулы.

Платформа: Windows.

Категория пользователей: старшеклассники и абитуриенты.

Активная физика

Обучающая программа содержит простейшие имитационные эксперименты. Для каждого класса предлагается 10-12 коротких компьютерных занятий. Содержит более 500 заданий, имеет режим контроля знаний и обучения. Программа рассчитана на групповую и индивидуальную работу в классе.

Платформа: MS-DOS.

Категория пользователей: VII-X классы.

Физика в картинках

Демонстрационная программа. Содержит справочные сведения по физике, сопровождаемые изображениями экспериментов, а также справочник формул, таблицы физических величин, калькулятор. В программу включены сборник вопросов и задач, предусмотрена возможность ввода ответов и их проверки.

Платформа: MS-DOS.

Категория пользователей: V-XI классы.

Изучаем движение

Компьютерная среда для изучения движений реальных объектов, записанных видеокамерой. Программа позволяет измерить характеристики движения в кадрах фильма и проанализировать результаты, широко используя графики и таблицы.

Платформа: Mac OS.

Категория пользователей: V-XI классы.

Живая физика

Компьютерная проектная среда, ориентированная на изучение движения в гравитационном, электростатическом, магнитном полях, а также движения, вызванного всевозможными видами взаимодействия объектов. Работа программы основана на численном интегрировании уравнений движения. Может использоваться как демонстрационная программа. Имеет возможность для интерактивного компьютерного эксперимента; способы представления результатов задаются пользователем.

Платформа: Windows, Mac OS.

Категория пользователей: VI-XI классы.

Физика для школьников и абитуриентов

Компьютерное пособие для поступающих в ВУЗы. Может быть использовано для индивидуальной подготовки, для проведения занятий в компьютерном классе.

Платформа: Windows.

Категория пользователей: старшеклассники и абитуриенты.

Открытая физика 1.0

Мультимедийная обучающая программа. Соответствует школьному курсу физики, имеет две части. Содержит сборник компьютерных экспериментов по всем разделам, для каждого эксперимента предусмотрены: компьютерная анимация, графики, числовые результаты. Имеются пояснения физики наблюдаемого явления, видеозаписи лабораторных экспериментов, вопросы и задачи.

Платформа: Windows.

Категория пользователей: VI-XI классы.



Глава 2. Разработка методики использования мультимедийного курса «Открытая физика»

2.1 Концептуально - содержательные методические аспекты

Информатизация общества, согласно А.И. Ракитову [41, с. 5], представляет собой процесс прогрессивно нарастающего использования информационной техники для производства, переработки, хранения и распространения информации и особенно знаний.

Информатизация - «процесс перестройки жизни общества на основе все более полного использования достоверного, исчерпывающего и своевременного знания во всех общественно значимых областях человеческой деятельности»[38, с. 6].

Концепция информатизации образования, созданная в 1988 г. под руководством А.П. Ершова, нашла свое продолжение в работах В.В. Давыдова и В.В. Рубцова, в результате чего появилась психологическая концепция проектирования новых технологий обучения и развития детей.

Авторы концепции информатизации образования [30, с. 45] определяют информатизацию образования как процесс подготовки человека к полноценной жизни в условиях информационного общества. Она является ключевым условием успешного развития процесса информационного общества и требует приоритетного обеспечения ресурсами.

В работах Г.С. Ландсберга отмечается, что для реализации учебно-воспитательного потенциала физики как учебного предмета «преподавать нужно именно физическую науку (или введение в нее), а не комплекс фактов и знаний». Поэтому методика подачи учебного материала предполагает перемещение центра тяжести с заучивания и запоминания материала на приобретение опыта деятельности.

Методика преподавания школьного курса физики в России развивается по пути вооружения учащихся методами научного познания в единстве с усвоением знаний. Только при этом условии можно достичь активизации познавательной деятельности ученика на уроках. Процесс научного познания в целом носит циклический характер: от исходных эмпирических фактов к гипотезе, от нее - к теоретическим выводам и далее - к экспериментальной их проверке и практическому применению.

На первом этапе происходит накопление фактов, выявленных при эмпирическом исследовании какой-то группы явлений. Основные методы исследования на этом этапе - наблюдение и эксперимент. Далее, опираясь на выявленные факты, ученый стремится сформулировать некую гипотезу о связи или родстве изучаемых явлений, их механизме и скрытых особенностях физических объектов, участвующих в наблюдаемых явлениях. Это - второй этап процесса познания явлений природы, здесь основным методом познания выступает моделирование. Сформированная первичная модель процесса и участвующих в нем тел, приводящая к выявленным ранее особенностям изучаемых явлений, далее анализируется. Определяется, каковы должны быть особенности изучаемых явлений в новых условиях их протекания, если первичная модель верна. На этом третьем этапе процесса познания, этапе выявления следствий, основным методом исследования становится метод теоретического анализа. Четвертый этап - экспериментальная проверка следствий. Сравниваются наблюдаемые особенности изучаемых явлений в новых условиях с теми предполагаемыми их особенностями, которые предсказывает первичная модель. Результаты такой проверки поставляют новую группу фактов, которая вместе с исходной группой позволяет уточнить или существенно изменить первичную модель. Здесь работает экспериментальный метод и метод моделирования. Далее идут этапы, аналогичные третьему, четвертому и пятому, - до тех пор, пока модель изучаемой группы явлений не будет достаточно хорошо предсказывать особенности этих явлений при разных условиях их наблюдения.

Следовательно, объектами изучения в курсе физики на доступном для учащихся основной и средней школы уровне должны быть эксперимент, как метод познания, метод построения моделей (гипотез) и метод их теоретического анализа. Выпускники школы должны понимать, что такое исходные факты; в чем суть моделей природных объектов и процессов, гипотез; как делаются теоретические выводы; как экспериментально проверяются модели, гипотезы и теоретические выводы. Они должны понимать, что в основе научного познания лежит моделирование реальных процессов, что никакая модель не может быть тождественна изучаемому процессу или объекту, но вместе с тем отражает его важнейшие особенности. Без этого у выпускника школы не может сформироваться научное мышление, он не сможет отличать научные знания от ненаучных, разбираться в вопросах познания окружающего мира.

Учебный физический эксперимент должен не только и не столько выполнять функцию средства наглядности, сколько, прежде всего, служить одним из методов познания; поэтому в большинстве случаев он должен приобрести характер самостоятельных исследований самих учащихся или в крайнем случае демонстрационного исследования для формирования у выпускников школы умения решать нестандартные задачи, которые будет ставить перед ними быстро меняющаяся действительность [30].

Анализ работ, посвященных разработке вопросов внедрения средств новых информационных технологий в среднюю школу [1, с.17; 3, с.66; 6, с.15; 10, с.46], показал, что основное внимание уделялось вопросам использования средств новых информационных технологий непосредственно для изучения языков программирования и управления общим учебным процессом. Только в последнее время методисты вплотную приступили к разработке вопросов применения СНИТ при обучении отдельным предметам, в частности, физике.

Включение СНИТ в учебный процесс изменяет роль средств обучения, используемых в процессе преподавания физики, а их использование изменяет учебную среду, в которой происходит процесс обучения. В настоящее время в процесс обучения физике активно входит персональный компьютер. Это происходит, на наш взгляд, по трем основным причинам [6, с.22]:

· общий процесс компьютеризации всех сфер деятельности затронул и обучение, и компьютер становится помощником учителя и учащихся на уроках почти любого предмета;

· компьютер стал столь распространенным инструментом физика-исследователя, что наряду с физикой теоретической и экспериментальной выделяют новый раздел - компьютерную физику;

· школьный курс информатики нуждается в поддержке со стороны курса физики, когда речь заходит об устройстве компьютера, принципах функционирования отдельных его элементов, и, в свою очередь, обеспечивает курс физики материалом, вызывающим большой интерес учащихся.

В результате компьютер оказывается в курсе физики в роли и средства обучения, и предмета изучения.

В качестве средства обучения компьютер интересует нас как инструмент моделирования реального мира.

В качестве предмета изучения компьютер используется в двух направлениях: в связи с изучением методов исследования в современном естествознании и в связи с изучением физических законов и явлений. В частности, у учащихся следует создать представление о том, что основными направлениями использования компьютера в физике - науке является компьютерное моделирование физических явлений и работа компьютера в соединении с экспериментальными установками, где он выполняет две задачи: служит для фиксации экспериментальных данных, которые он может производить со скоростью и в объемах, совершенно недоступных при работе на некомпьютерной установке, автоматизирует управление экспериментом. Кроме того, компьютер используется для обработки экспериментальных данных, хранения и быстрого поиска огромного массива информации, как средство коммуникации. Использование компьютера на уроках и во внеурочное время позволяет познакомить учащихся с этими направлениями [16, с. 39].

На основе проведенного анализа педагогической и учебно-методической литературы, посвященной вопросам эффективного использования компьютера и компьютерных программ в учебном процессе [1], [4], [7], [8], [14], [21], [24], [28], [40], [41], была выявлена проблема, связанная с тем, что попытки вести регулярное обучение с помощью информационных технологий терпят неудачу, так как из-за несовершенства программных средств не удается получить явное преимущество компьютерных технологий перед традиционными формами обучения.

В работах Е.В. Падерина, Ю.М. Цевенкова, Е.Ю. Семенова [28], [39] описаны недостатки работы с учебными программами:

· материал подается в условной форме, сильно сжатой и однообразной;

· диалог с программой лишен эмоциональности;

· не обеспечивается развитие речевой, графической и письменной культуры учащихся;

· помимо ошибок в изучении учебного материала, которые ученик делает и на традиционных уроках, появляются еще технологические ошибки - ошибки работы с программой;

· среди имеющегося программного обеспечения много некачественного, не учитывающего специфику работы со школьниками, имеющего много фактических или методических ошибок.

Ряд педагогов [7], [25], [27], [33], [36] сомневаются в реальности достижения компьютерной грамотности в средней школе; считают, что компьютеры есть еще одно средство отвлечения внимания детей в классе; полагают недостаточной профессиональную подготовку учителей физики в области вычислительной техники; возражают, что компьютеризация даст поколение, не способное в уме складывать и вычитать; высказывают суждение, что компьютер - очередная причуда, подобная лингафонным кабинетам и телестудиям в классах, не способная оказать заметного влияния на школьное образование.

Многие авторы [1], [3], [9], [10], [11], [12], [18], [20], [23], [31], [32], [34], [42], [43] отмечают преимущества работы с учебными компьютерными программы:

· оптимизация темпа работы ученика естественным образом;

· легко достижимая уровневая дифференциация обучения;

· становление учащегося субъектом обучения, так как программа требует от него активного управления;

· сокращение времени выработки необходимых технических навыков;

· создание на уроке игровой, познавательной ситуации с помощью компьютерной анимации;

· диалог с программой приобретает характер игры, и у учащихся повышается мотивация учебной деятельности.

Как отмечает Лаптев В.В. [20, с. 12], у школы нет иного выбора, кроме адаптации ее к информационному веку. Основная цель этой адаптации - научить школьников обрабатывать информацию, решать задачи, общаться с людьми и понимать суть изменений, происходящих в обществе. Если компьютерная деятельность ориентирована на поддержку традиционного курса обучения, то в этом случае она не только не будет отвлекать детей от школьного предмета, а наоборот, способствовать развитию повышенного интереса к нему [20, с. 5-6].

2.2 Целесообразность использования электронного варианта лабораторного практикума

Существует несколько причин, по которым желательно использовать электронный вариант лабораторного практикума. Компьютер позволяет провести эксперименты из любой области физики: механики, электричества, молекулярной, ядерной, атомной физики и т. д. В каждом из этих разделов встречаются опыты, которые имеют большое значение для формирования полной картины мира у учащихся, но не включаются в лабораторный практикум в связи с трудностями в их постановке. Другим важным преимуществом применения компьютера является возможность повышения наглядности физических процессов. Еще одним достоинством компьютера является возможность проведения с его помощью лабораторных практикумов по фронтальному методу. Обычно последовательность лабораторных работ, выполняемых учащимися, не совпадает с последовательностью изложения материала в лекционном курсе. Одновременное выполнение одной и той же работы всеми учениками требует большого количества экспериментальных установок. Реализовать это невозможно не только по причине значительных финансовых затрат и необходимостью где-то разместить оборудование, а также в связи с требованиями безопасности учащихся. С помощью компьютера проблема решается очень просто - различные работы могут выполняться на одной «установке» - компьютере.

Преимущества виртуальной лаборатории «Открытая физика»

Не смотря на то, что к настоящему моменту уже выпущено более десятка лазерных дисков, предназначенных для изучения физики, на наш взгляд, среди них выделяется мультимедийный компьютерный курс «Открытая физика 1.0» (разработчик «Физикон», МФТИ), в котором представлены все разделы, предусмотренные программой общеобразовательной школы.

Курс прошёл сертификацию в Институте информатизации образования Министерства образования России, он соответствует программе курса физики для общеобразовательных учреждений России и рекомендован Министерством образования России в качестве учебного пособия для средних школ.

Данный курс является мощным средством интенсификации занятий и повышения интереса учащихся к физике и рекомендуется учащимся средних школ, техникумов, лицеев, колледжей, студентам не физических специальностей, лицам, самостоятельно изучающим физику, а также абитуриентам и преподавателям. Учебный компьютерный курс «Открытая физика 1.0, часть II» содержит в виде отдельных модулей интерактивные компьютерные модели, которые позволяют наблюдать на экране компьютера симуляции физических экспериментов, видеозаписи натурных экспериментов и звуковые пояснения в виде фрагментов лекций, которые читает научный руководитель проекта С.М. Козел. Компьютерные модели позволяют пользователю управлять поведением объектов на экране монитора, изменяя начальные условия экспериментов, и проводить разнообразные физические опыты. Некоторые модели позволяют наблюдать на экране, одновременно с ходом эксперимента, построение графических зависимостей от времени ряда физических величин, описывающих эксперимент. Видеозаписи натурных экспериментов делают курс более привлекательным и позволяют сделать занятия живыми и интересными. Особо подчеркнём, что к каждой компьютерной модели, к каждому видеофрагменту даны пояснения физики наблюдаемых экспериментов и явлений. Эти пояснения можно не только прочитать на экране дисплея и при необходимости распечатать, но и прослушать, если компьютер укомплектован звуковой картой.

Мы рекомендуем сначала познакомить учащихся с пользовательским интерфейсом на примере какой-нибудь конкретной темы. Обсуждать результаты можно на последующих уроках, дополнительных занятиях или семинарах.

От рассмотренных выше программ эта отличается, во-первых, очень высокой степенью интерактивности: схемы экспериментов, модели физических объектов, силовые поля можно создавать при помощи простых манипуляций мышью, а во-вторых, наглядным отображением физических процессов при помощи анимации, графиков, таблиц, векторов. Это стимулирует процесс усвоения учебного материала, способствует повышению мотивации к изучению физики, формирует фундаментальные понятия, умения и навыки.

2.3 Методические рекомендации по использованию мультимедийного курса «Открытая физика»

Виртуальная лаборатория «Открытая физика» представляет собой пакет программ, оформленный в виде CD-диска и ориентированный на красочную иллюстрацию физических явлений и демонстрацию фундаментальных физических опытов.

При использовании курса «Открытая физика» в качестве физического практикума преподаватель сталкивается с двумя трудностями.

Во-первых, при организации регулярных занятий с группой учащихся необходимо иметь CD с «Открытой физикой» на всех компьютерах класса (CD-диск защищен от переписывания на жесткий диск компьютера и занимает слишком большой объем памяти).

Во-вторых, требуется значительная методическая работа для постановки конкретной лабораторной или практической задачи каждому учащемуся.

Первую трудность можно преодолеть с помощью локальной компьютерной сети. CD-диск устанавливается на устройство чтения: CD-ROM сервера компьютерного класса. И все учащиеся со своих рабочих мест обращаются к серверу и запускают программу на своих персональных компьютерах. Время обращения при этом увеличивается незначительно и практически не сказывается на темпе работы обучаемой группы.

Вторая проблема была нами решена путем разработки на базе «Открытой физики» учебно-методических материалов в поддержку уроков по теме «Электричество и магнетизм» для 10 класса (приложение 1).

В результате проведенного исследования нами было установлено: чтобы урок в компьютерном классе был не только интересен по форме, но и дал максимальный учебный эффект, учителю необходимо заранее подготовить план работы с выбранной для изучения компьютерной моделью, сформулировать вопросы и задачи, согласованные с функциональными возможностями модели. Разумно распределенный материал (с учетом возрастных и психологических особенностей учащихся; обязательная логическая завершенность изучаемого) - это не только выигрыш времени для решения поставленных задач, но и залог успешного усвоения новых знаний учащимися.

Преимущественной на наш взгляд является, ситуация, когда учитель в начале урока раздаёт учащимся задания и контрольные вопросы в распечатанном виде.

В соответствии с нашей методикой на каждом занятии в конце работы учащимся отводится время для оформления результатов проведенных работ (таблиц, графиков, физических зависимостей, решенных заданий и т. п.) в письменном виде, после чего тетради сдаются для проверки преподавателю

Нами была апробирована модель урока, на которой в конце занятия проводилась групповая дискуссия, в ходе которой обсуждались основные трудности и полученные учащимися результаты. Компьютерные уроки без фиксированной концовки менее эффективны.

Безусловно, использование компьютера стимулирует мотивацию, поэтому, на наш взгляд, на начальных уроках следует выделить учащимся время на незапланированные эксперименты. Пусть они познакомятся даже с не относящимися к теме урока моделями (ведь на первых порах им всё интересно), иначе они обязательно будут пытаться делать это при выполнении плановых лабораторных работ. После этого стоит обсудить с учащимися следующие вопросы:

· Какие модели с их точки зрения самые интересные?

· Что они узнали нового, поработав с той или иной моделью?

· Какие опыты они поставили, какие получили результаты?

Цель обсуждения - показать, что поставить осмысленный опыт и получить результат совсем не просто и здесь есть чему поучиться. Имеет смысл объявить конкурс на самый интересный опыт. Следует позволить учащимся вволю поэкспериментировать, освоить интерфейс курса. Это сэкономит время на последующих уроках. Важно, чтобы каждый ученик выполнял своё персональное задание, и в своём ритме. При этом учащиеся работают в полную силу и получают от этого удовлетворение.

В дидактике имеется ряд теорий обучения [5, с. 86], которые по-разному объясняют сущность дидактического процесса и, следовательно, различным образом предлагают его строить. Виды обучения различаются по характеру обучающей и учебной деятельности, по построению содержания, методам и средствам обучения. Основные виды обучения: объяснительно-иллюстративное, проблемное, программированное.

При разработке методики использования мультимедийного курса «Открытая физика» на компьютерном практикуме мы придерживались принципов программированного обучения [5, с. 104], в соответствии с которыми строился учебный процесс и, согласно которым, учение осуществлялось как управляемая деятельность, так как материал разбивался на мелкие, легко усваиваемые «порции». Они последовательно предъявлялись учащимся для усвоения. После изучения следовало подведение итогов - проверка степени усвоенного.

Общий принцип построения предлагаемой нами методики проведения компьютерного практикума выглядел следующим образом.

В начале очередного занятия формулировалась тема предстоящей работы, шла постановка целей и выдвижение гипотез. После чего учащиеся получали дидактические материалы, запускали на своих персональных компьютерах виртуальную лабораторию «Открытая физика» и приступали к эксперименту.

Прежде всего, школьники самостоятельно знакомились с теоретическим материалом работы, изложенным в соответствующей теме. Это связано с тем, что работа на компьютерном практикуме проходила с опережением материала лекционного курса физики.

На следующем этапе учащиеся задавали начальные условия, следуя рекомендациям дидактического пособия, и проводили исследование. Результаты работы заносились в сводную таблицу и представлялись в виде графиков и схем.

Далее школьники приступали к анализу полученных результатов и оформлению вывода.

В конце занятия тетради с отчетами сдавались преподавателю для проверки.



Темы лабораторных работ компьютерного практикума, цели и этапы деятельности преподавателя и учащихся Продолжительность лабораторных работ составляет 40 мин..

Урок	Тема лабораторной работы	Цель	Действия учителя	Действия ученика
1	Электрическое поле точечных зарядов	1. Знакомство с моделью электрического поля точечных зарядов. 2. Знакомство с принципом суперпозиций. 3. Экспериментальное исследование закономерностей движения точечных зарядов в однородном электрическом поле. 4. Изучения эквипотенциальных поверхностей и густоты силовых линий в зависимости от конфигурации заряда.	1. Сообщение темы занятия. 2. Обеспечение школьников дидактическими материалами. 3. Консультирование учащихся по возникающим вопросам. 4. Контроль за действиями обучаемых в ходе постановки эксперимента. 5. Помощь в случае возникновения у школьников трудностей в процессе работы. 6. Подведения итогов работы учащихся, 7. Сообщение темы следующего занятия. 8. Проверка отчетов школьников.	1. Знакомство с темой лабораторной работы. 2. Изучение теоретического материала по справочнику программы «Открытая физика». 3. Ответы на вопросы, сформулированные в дидактическом пособии. 4. Выбор конфигурации зарядов. 5. Построение графика зависимости числа силовых линий от заряда. 6. Смена конфигурации заряда. 7. Рассмотрение эквипотенциальных поверхностей. 8. Изображение силовых линий и эквипотенциальных поверхностей. 9. Формулировка вывода по работе. 10. Оформление отчета в рабочей тетради.
2	Взаимодействие электрических зарядов	1. Знакомство с моделью электрических зарядов. 2. Изучение закона взаимодействия электрических зарядов. 3. Расчет силы взаимодействия зарядов друг с другом.	1. Сообщение темы занятия. 2. Обеспечение школьников дидактическими материалами. 3. Консультирование учащихся по возникающим вопросам. 4. Контроль за действиями обучаемых в ходе постановки эксперимента. 5. Помощь в случае возникновения у школьников трудностей в процессе работы. 6. Подведения итогов работы учащихся, 7. Сообщение темы следующего занятия. 8. Проверка отчетов школьников	1. Знакомство с темой лабораторной работы. 2. Изучение теоретического материала по справочнику программы «Открытая физика». 3. Ответы на вопросы, сформулированные в дидактическом пособии. 4. Выбор конфигурации зарядов. 5. Расчет силы взаимодействия зарядов друг с другом. 6. Проверка результатов в компьютерном эксперименте. 7. Фиксация схемы расположения зарядов и действующих сил. 8. Смена знаков зарядов. 9. Оформление отчета
3	Поле плоского конденсатора	1. Знакомство с моделью плоского конденсатора. 2. Определение смысла поверхностной плотности заряда, однородности поля и его потенциальности. 3. Изучение зависимости числа эквипотенциальных поверхностей от поверхностной плотности заряда. 4. Изучение зависимости силы от величины пробного заряда. Изучение зависимости силы от поверхностной плотности.	1. Сообщение темы занятия. 2. Обеспечение школьников 3. дидактическими материалами. 4. Консультирование учащихся по возникающим вопросам. 5. Контроль за действиями обучаемых в ходе постановки эксперимента. 6. Помощь в случае возникновения у школьников трудностей в процессе работы. 7. Подведения итогов работы учащихся 8. Сообщение темы следующего занятия 9. Проверка отчетов школьников	1. Знакомство с темой лабораторной работы. 2. Изучение теоретического материала по справочнику программы «Открытая физика». 3. Ответы на вопросы, сформулированные в дидактическом пособии. 4. Изучение модели. 5. Построение графика зависимости силы от величины пробного заряда. 6. Построение графика зависимости силы от поверхностной плотности. 7. Формулировка вывода по графикам. 8. Решение задачи. 9. Оформление отчета.
4	Цепи постоянного тока	1. Изучение физического смысла падения напряжения. 2. Изучение физического смысла ЭДС. 3. Изучение закона Ома. 4. Экспериментальное определение силы тока в зависимости от величины ЭДС и от сопротивления.	1. Сообщение темы занятия. 2. Обеспечение школьников дидактическими материалами. 3. Консультирование учащихся по возникающим вопросам. 4. Контроль за действиями обучаемых в ходе постановки эксперимента. 5. Помощь в случае возникновения у школьников трудностей в процессе работы. 6. Подведения итогов работы учащихся, 7. Сообщение темы следующего занятия. 8. Проверка отчетов школьников	1. Знакомство с темой лабораторной работы. 2. Изучение теоретического материала по справочнику программы «Открытая физика». 3. Ответы на вопросы, сформулированные в дидактическом пособии. 4. Сборка электрической схемы. 5. Определение силы тока при заданном значении сопротивления. 6. Изменение значения сопротивления при постоянном значении ЭДС. 7. Изменение значения ЭДС при постоянном значении сопротивления. 8. Запись результатов в таблицу. 9. Построение графика зависимости силы тока от величины сопротивления. 10. .Построение графика зависимости силы тока от величины ЭДС. 11. Формулировка вывода по данным графика. 12. Оформление отчета.
5	Последовательное соединение проводников	1. Изучение последовательного соединения проводников. 2. Нахождение значения общего сопротивления, силы тока в цепи, сопротивления на резисторах и общего сопротивления в цепи. 3. Изучение зависимости ЭДС от силы тока и напряжения.	1. Сообщение темы занятия. 2. Обеспечение школьников дидактическими материалами. 3. Консультирование учащихся по возникающим вопросам. 4. Контроль за действиями обучаемых в ходе постановки эксперимента. 5. Помощь в случае возникновения у школьников трудностей в процессе работы. 6. Подведения итогов работы учащихся, 7. Сообщение темы следующего занятия. 8. Проверка отчетов школьников	1. Знакомство с темой лабораторной работы. 2. Изучение теоретического материала по справочнику программы «Открытая физика». 3. Ответы на вопросы, сформулированные в дидактическом пособии. 4. Сборка электрической схемы. 5. Проведение серии экспериментов. 6. Формулировка вывода. 7. Ответ на предложенный вопрос. 8. Оформление отчета.
6	Магнитное ноле прямого тока	1. Знакомство с моделью магнитного поля прямого тока. 2. Исследование линий магнитной индукции, их особенностей. 3. Исследование зависимости густоты линий магнитной индукции от силы тока. 4. Исследование величины магнитной индукции от силы тока. 5. Исследование величины магнитной индукции от расстояния до проводника. 6. Исследование характера расположения железных опилок в зависимости от силы тока.	1. Сообщение темы занятия. 2. Обеспечение школьников дидактическими материалами. 3. Консультирование учащихся по возникающим вопросам. 4. Контроль за действиями обучаемых в ходе постановки эксперимента. 5. Помощь в случае возникновения у школьников трудностей в процессе работы. 6. Подведения итогов работы учащихся, 7. Сообщение темы следующего занятия. 8. Проверка отчетов школьников	1. Знакомство с темой лабораторной работы. 2. Изучение теоретического материала по справочнику программы «Открытая физика». 3. Ответы на вопросы, сформулированные в дидактическом пособии. 4. Изучение модели «Силовые линии». 5. Объяснение зависимости густоты линий от силы тока. 6. Построение графика зависимости величины магнитной индукции от расстояния до проводника с током. 7. Формулировка вывода по данным графика. 8. Изучение модели «Железные опилки». 9. Формулировка вывода о расположении опилок в зависимости от силы тока. 10. Решение задачи. 11. Оформление отчета.
7	Магнитное поле кругового витка с током и соленоида.	1. Знакомство с моделью магнитного поля кругового витка с током и соленоида. 2. Исследование зависимости модуля индукции от расстояния до витка с током. 3. Исследование зависимости модуля индукции от силы тока. 4. Исследование характера расположения железных опилок в зависимости от величины силы тока в круговом витке с током. 5. Знакомство с моделью соленоида. 6. Определения однородности поля. 7. Изучение зависимости модуля индукции в зависимости от расстояния до центра соленоида. 8. Изучение зависимости модуля индукции от силы тока. 9. Исследование влияния величины силы тока на однородность поля. 10. Изучение смысла густоты линий индукции. 11. Исследование характера расположения железных опилок в зависимости от величины силы тока в соленоиде.	1. Сообщение темы занятия. 2. Обеспечение школьников дидактическими материалами. 3. Консультирование учащихся по возникающим вопросам. 4. Контроль за действиями обучаемых в ходе постановки эксперимента. 5. Помощь в случае возникновения у школьников трудностей в процессе работы. 6. Подведения итогов работы учащихся, 7. Сообщение темы следующего занятия. 8. Проверка отчетов школьников	1. Знакомство с темой лабораторной работы. 2. Изучение теоретического материала о магнитном поле кругового витка с током по справочнику программы «Открытая физика». 3. Ответы на вопросы, сформулированные в дидактическом пособии. 4. Изучение модели «Силовые линии». 5. Построение графика зависимости величины магнитной индукции от расстояния до витка с током. 6. Изучение зависимости магнитной индукции от силы тока. 7. Построение графика данной зависимости. 8. Изучение модели «Железные опилки». 9. Формулировка вывода о расположении опилок в зависимости от величины силы тока. 10. Изучение теоретического материала о магнитном поле соленоида по справочнику программы «Открытая физика». 11. Ответы на вопросы, сформулированные в дидактическом пособии. 12. Изучение модели «Силовые линии». 13. Построение графика зависимости величины магнитной индукции от расстояния до центра соленоида. 14. Изучение зависимости магнитной индукции от силы тока. 15. построение графика данной зависимости. 16. Определение влияния величины силы тока на однородность поля. 17. Изучение модели «Железные опилки». 18. Формулировка вывода о расположении опилок в зависимости от величины силы тока. 19. Сравнение моделей магнитного поля кругового витка с током и соленоида. 20. Оформление вывода.

Темы фронтальных лабораторных работ в курсе «Электричество и магнетизм»:

традиционный практикум [27]	компьютерный практикум на базе «Открытой физики»
1. Исследование смешанного соединения проводников.	1. Электрическое поле точечных зарядов.
2. Изучение закона Ома для полной цепи.	2. Взаимодействие электрических зарядов.
3. Изучение явления электромагнитной индукции.	3. Поле плоского конденсатора.
	4. Цепи постоянного тока.
	5. Последовательное соединение проводников.
	6. Магнитное поле прямого тока.
	7. Магнитное поле кругового витка с током и соленоида.

информационный технология мультимедийный физика



Глава 3. Экспериментальная апробация виртуальной лаборатории по физике

3.1 Апробация виртуальной лаборатории «Открытая физика»

Апробация разработанных учебно-методических материалов в поддержку уроков по теме «Электричество и магнетизм» на основе использования мультимедийного курса «Открытая физика» проходила в 10-ом классе гимназии №1 «Универс» г. Красноярска. Исследование длилось 1,5 месяца. В рамках описанного курса было проведено 7 компьютерных занятий по 40 минут. В эксперименте участвовало два класса. Экспериментальный класс состоял из 19 человек, контрольный - из 22. Занятия по физике в контрольном классе проходили в традиционной форме, в экспериментальном классе - с применением информационных технологий.

Средний балл по классам после вводного тестирования составил:

контрольный - 3,5;

экспериментальный - 3.

Средний балл по классам после итогового тестирования составил:

контрольный - 3,5;

экспериментальный - 4.

Тестовые работы школьники выполняли в традиционной письменной форме. Задания для контроля были взяты из вариантов Единого Государственного Экзамена и централизованного тестирования по физике.

В процессе апробации уточнялась методика использования компьютерного курса на физическом практикуме, делалась экспертная оценка работы.

3.2 Анализ педагогического эксперимента

На физическом практикуме учащиеся с большим интересом работали с предложенными моделями, пробовали все настройки, к сожалению, не особенно вникая в физическое содержание происходящего на экране. Практический опыт показал, что обычному школьнику конкретная модель может быть интересна в течение 5-10 минут в зависимости от её красочности и сложности, а затем неизбежно возникает вопрос: «А что делать дальше?» Опросы, которые мы провели после такой «самостоятельной работы», свидетельствуют, что учебный эффект незначителен, так как учащиеся такую деятельность воспринимают не более чем развлечение.

Анализируя данный эксперимент, мы использовали сравнительный анализ полученных оценок, количество пройденных тем за определенный срок в сравнении с традиционным обучением. А также анализ тестовой работы, выполненной учащимися традиционного обучения и учащимися обучения с применением информационных технологий.

Начальный уровень учащихся по физике определялся относительно традиционной системы оценивания. В исследовании также учитывалась оценка учащихся по физике, скоррелированная входным тестом по остаточным знаниям.

Контрольный класс

Имя	Оценка за входной тест	Оценка за итоговый тест
1. Ирина Б.	4	4
2. Жанна Ю.	3	3
3. Олег П.	4	3
4. Дима Л.	4	3
5. Мария Б.	3	4
6. Павел П.	4	3
7. Юра Г.	4	4
8. Женя Т.	3	3
9. Данил З.	4	4
10. Игорь Б.	3	3
11. Миша К.	4	4
12. Костя Л.	3	3
13. Толик А.	4	4
14. Оля С.	3	4
15. Вова Р.	3	3
16. Соня К.	3	4
17. Женя Р.	4	4
18. Олег В.	3	3
19. Иван У.	4	4
20. Федор Л.	3	3
21. Инна П.	4	4
22. Таня З.	3	3
Средний балл	3,5	3,5

Экспериментальный класс

ФАМИЛИЯ	ОЦЕНКА ЗА ВХОДНОЙ ТЕСТ	ОЦЕНКА ЗА ИТОГОВЫЙ ТЕСТ
1. Алексей Т.	3	4
2. Захар Л.	2	3
3. Ира П.	3	4
4. Вася М.	4	4
5. Юра Г.	3	4
6. Толя П.	4	5
7. Саша Д.	3	3
8. Игорь Е.	3	4
9. Анна Р.	2	3
10. Лиза Т.	4	5
11. Паша Н.	3	5
12. Оля К.	3	5
13. Паша К.	3	4
14. Рома Д.	3	4
15. Иван Р.	3	3
16. Рома Л.	3	4
17. Костя Ю.	4	3
18. Ира Т.	2	4
19. Дима Ц.	3	5
Средний балл	3	4



Сравнение результатов контрольной проверки знаний на начало эксперимента