Методика применения электронного учебного пособия в изучении темы "Применение первого закона термодинамики к изопроцессам"

На этапе тренировки, состоящем в решении задач, вербальное знание переходит в умение и навык, приобретает четкость, определенность. Решение задач превращается в главное средство обучения, происходит дифференцирование исходного знания, оно наполняется частными, деталями. Этот этап, значительно превосходящий первый по трудности длительности, осуществляется при минимальной помощи со стороны учителя или даже при полном ее отсутствии.

Компьютерное обучение возможно в принципе на обоих этапах, но целесообразно. Ho чаще всего на втором.

Решающим аргументом является тот факт, что личность учителя играет при введении знания огромную стимулирующую роль, для которой никакого эквивалента при компьютерном введении знаний не существует и в обозримом будущем принципиально не может появиться. База данных (память), на которую опирается учитель и которая включает не только знания, приобретенные в результате внешне организованного и, в известной мере, стандартизованного обучения, но также и неосознаваемый опыт, включающий продукты непроизвольной психической деятельности, несопоставимо богаче той, что может быть в распоряжении компьютера. На этапе тренировки, где преобладает самостоятельная работа учащихся, значимость этого фактора близка к нулю.

Компьютерная тренировка позволяет устранить давно известный недостаток школьного обучения, состоящий в том, что оно часто остается более или менее незавершенным, поскольку осуществляется преимущественно на уровне этапа введения знания. Учебный процесс строится обычно по принципу матрешки, т.е. усвоение последующей темы требует уверенного владения предыдущей, вплоть до умения решать задачи. Но школьных ресурсов на тренировку не хватает, и для многих учащихся обучение сводится к порождению цепочки не полностью усвоенных тем.

Весьма существенно, что автоматизация тренировки позволяет гарантировать усвоение адекватного знания и исправление ошибок, возникших на предыдущем этапе. При изучении физики для этого может использоваться методика диагностирования психологических причин ошибок, применимая, возможно, и для других предметов.

По этим соображениям, говоря в дальнейшем о компьютеризации обучения, будем иметь в виду преимущественно этап тренировки и, следовательно, те предметы, усвоение которых предполагает выполнение многочисленных упражнений. Таковы, например, физика, математика, языки и т. п.

Проблема тренировки давно находится на периферии научных интересов исследователей, что обусловило ее низкую психолого-педагогическую освоенность. Отметим в этой связи два ее аспекта.

Во-первых, это недостаточность имеющейся информации для организации рациональной тренировки даже в рамках традиционного школьного обучения. Отсутствует, например, научно обоснованная методика подбора тренировочных задач. В школьной практике наборы таких задач составляются, как правило, эмпирически на уровне интуиции составителей и индивидуально для каждого конкретного случая. Не получил выхода в практику и не исследуется описанный П. А. Шеваревым феномен отрицательного воздействия на обучение связи между структурами учебного знания и учебных задач.

Второй аспект теоретической не освоенности тренировки - это не исследованность ее специфически компьютерной стороны и, как следствие, - отсутствие научных критериев и методов оценки обучающих компьютерных программ (ОКП), а также нормативной базы их производства. Закономерно поэтому, что предоставляемые сегодня рынком ОКП (государственное их производство отсутствует), - как правило, продукты интуиции, лишенные научного обоснования, и неудовлетворительность их качества давно уже отмечается в литературе. Высказываются, например, мнения о доминировании в производстве ОКП интуиции программистов, о недопустимости «захламления школы бессодержательными, хотя внешне эффектными обучающими программами», о необходимости внедрения в образование не новых информационных технологий вообще, а только их прогрессивных вариантов, поскольку «не всякое новое заслуживает внедрения, тем более - в такой деликатной сфере, как образование».

3. Технология создания электронного учебника

В.П. Беспалько строит теорию учебника на основе более общей теории - теории педагогических систем (ПС). Учебник рассматривается как модель педагогической системы. Учебник будет тем лучше, чем лучше педагогическая система (добавим -- и лучше будет в этой модели смоделирована). Представление об учебнике как информационной модели педагогических систем предполагает моделирование в его содержании основных элементов ПС: «цели», «содержание», «дидактические процессы», «организационные формы». При отсутствии в модели-учебнике чёткого описания тех или иных элементов системы получаем неполные учебники, включая такую книгу, в которой ни один из элементов не определён и которая поэтому учебником не является.

Электронный и традиционный учебники в обозримом будущем обречены на параллельное существование. Поэтому эти учебники целесообразно строить как самостоятельные средства обучения, каждый из которых способен полностью обеспечить процесс обучения. Вместе с этим осуществляется их максимальная координация и согласованность по содержанию и объёму учебного материала; структуре и последовательности учебных тем, уровню дифференциации обучения, строго выдерживается соответствие основополагающим государственным документам: концепции средней школы, образовательному стандарту и программе.

Выбирает учебник учитель с учётом пожеланий учащихся и родителей: например, изучать информацию небольшими дозами удобнее с помощью компьютера, а повторять крупную порцию материала -- с помощью книжного учебника. Вполне возможно, что школьники, у которых дома есть компьютер, предпочтут электронный учебник для домашней работы. Вопрос о том, какой из этих учебников -- основной, а какой -- вспомогательный, решает учитель в соответствии с той технологией обучения, которой он придерживается.

Обучающие возможности электронного учебника во многих случаях объективно выше обучающих возможностей книжного учебника, это преимущество надо использовать в полной мере.

Исключительно важны вопросы преемственности и стыковки информационной технологии с современной традиционной технологией, с другими перспективными технологиями обучения. В какой мере и в какой форме технология обучения должна найти своё отражение в электронном учебнике, чем школьный электронный учебник должен отличаться от вузовского?.

Сопоставим понятие электронного (компьютерного) учебника с другими близкими ему понятиями. Компьютерный учебник -- это программно-методический комплекс, обеспечивающий возможность самостоятельно освоить учебный курс или его большой раздел. Компьютерный учебник сочетает свойства обычного учебника, справочника, задачника и лабораторного практикума. Компьютерный учебник -- обычная книга с комплектом дискет: в книге излагается теория, а на дискетах -- различные компьютерные программы. Программно-методический комплекс в виде обычной книги с комплектом дискет называют компьютеризированным учебником.

Определение понятия электронного учебника часто связывают с понятием компьютерной учебной программы. Л.Х. Зайнутдинова компьютерной учебной программой (КУП) называет любое программное средство (систему), специально разработанное и адаптированное для применения в обучении. В этой работе выделяются (в зависимости от их назначения) три вида компьютерной учебной программы: педагогические программные средства (ППС), информационно-поисковые справочные программные системы (ИПСПС), обучающие программные системы (ОПС).

К педагогическим программным средствам (ППС) отнесены компьютерные учебные программы одноцелевого назначения: сервисные, контролирующие, тренажёрные, моделирующие, демонстрационные и аналогичные программные средства (термин ППС получил распространение в педагогической литературе благодаря работам И.В. Роберт). Обучающие программные системы отличаются тем, что предоставляют пользователю комплекс возможностей, в их число входят: автоматизированные обучающие системы (АОС), электронные учебники (ЭУ), экспертные обучающие системы (ЭОС), интеллектуальные обучающие системы (ИОС). ЭУ в связи с их комплексным назначением относятся к обучающим программным системам (ОПС). Л.Х. Зайнутдинова считает, что электронный учебник должен обеспечивать выполнение всех основных функций, включая предъявление теоретического материала, организацию применения полученных знаний (выполнение тренировочных заданий), контроль уровня усвоения (обратная связь) без помощи каких бы то ни было бумажных носителей, то есть только на основе компьютерной программы. Для определения понятия электронного учебника автор использует понятие дидактического цикла как структурной единицы процесса обучения, обладающая всеми его качественными характеристиками. На первом этапе дидактического цикла ставят познавательную задачу, на втором предъявляется содержание учебного материала, на третьем применяются первично полученные знания, на четвёртом этапе осуществляется обратная связь, контролируется деятельность учащихся, на пятом идёт подготовка дальнейшей учебной деятельности.

Из методологических и практических соображений дидактический процесс в учебнике должен иметь краткую технологичную форму, не требующую на первых порах радикальной ломки традиционных технологий, или, во всяком случае, близкой к ним. Одна из таких технологий -- технология крупноблочного изложения учебного материала. В отдалённой перспективе, когда электронный учебник станет ведущим в массовой практике, можно перейти к иным технологиям, менее зависимым от традиционных технологий. Но и традиционные технологии постоянно развиваются и обобщаются. [16, стр 29]

3.1 Технология создания электронных учебников

Технология создания электронных учебников достаточно трудоёмка и включает следующие этапы.

Определение целей и задач разработки.

Разработка структуры электронного учебника.

Разработка содержания по разделам и темам учебника.

Подготовка сценариев отдельных структур электронного учебника.

Программирование.

Апробация.

Корректировка содержания ЭУ по результатам апробации.

Подготовка методического пособия для пользователя.

Кратко рассмотрим эти этапы.

1. Определение целей и задач разработки. Отправной точкой в создании электронных учебников являются дидактические цели, для достижения и решения которых используются информационные технологии.

В зависимости от целей обучения электронные учебники могут быть следующих типов:

предметно-ориентированные ЭУ;

для изучения отдельных предметов общеобразовательного цикла в конкретном классе;

предметно-ориентированные электронные учебники для изучения отдельных разделов предметов общеобразовательного цикла при сквозном
изучении учебного материала;

предметно-ориентированные электронные тренажёры с наличием справочного учебного материала;

электронные автоматизированные системы развития способностей.

2. Разработка структуры электронного учебника. Структура в общепринятом понимании (от лат. struktura -- строение, расположение, порядок) -- совокупность устойчивых связей объекта, обеспечивающих его целостность[1]. Исходя из этого определения, при разработке электронного учебника необходимо первоначально выработать его структуру, порядок следования учебного материала, вид навигации по разделам, сделать выбор основного опорного пункта будущего учебника. Рассмотрим подробнее структуру электронного учебника для общеобразовательной школы по математике по теме «Функции и графики». Эта тема в школе изучается с 7-го по 11-й классы [8]. В 7-м классе ставится цель -- ввести функциональные понятия, такие, как «функция», «аргумент», «область определения функции», «график функции» и т.п.; изучить свойства простейших функций и их графики; изучается графический способ решения системы линейных уравнений. В 8-м классе расширяется круг изучаемых функций; изучается графический способ решения квадратичного уравнения. В 9-м классе вводятся понятия чётности и нечётности функций. В 10-м классе изучается тема «Производная и её применение»; при её изучении используются полученные знания в предыдущих классах и изучаются новые вопросы, касающиеся методов исследования функций. В 11-м классе изучают логарифмические, показательные и степенные функции, их свойства и графики. Таким образом, по теме «Функции и графики» имеется достаточно объёмный и взаимосвязанный материал, изучаемый в школе на протяжении пяти лет фрагментарно. Электронный учебник позволяет всю тему освоить в интерактивном режиме в удобные для обучающегося сроки и самостоятельно проверить свои знания. ЭУ по указанной теме опирается на учебную программу для общеобразовательной школы, поддерживает действующие печатные учебники, реализует концентрический способ изучения учебного материала. Такой ЭУ имеет иерархическую структуру; выделяются под темы, изучаемые в каждом классе. По каждой под теме, касающейся изучения конкретной математической функции, выделены следующие компоненты: определение функции, свойства функции, примеры построения графика функции, справочник, задания на построение графиков функций, тесты.

Все структурные единицы ЭУ и их компоненты взаимосвязаны, находятся в общей программной оболочке. Каждый компонент в указанных разделах электронного учебника доступен для пользователя из любого другого компонента.

Таким учебником, размещённом на одном компакт-диске, можно пользоваться с 7-го по 11-й классы.

3. Разработка содержания по разделам и темам ЭУ. Понятие о содержании электронного учебника является частью понятия содержания образования, под которым понимается система знаний, умений, навыков, овладение которыми обеспечивает развитие умственных способностей школьника.

Содержание электронного учебника может разработать опытный педагог-предметник, педагог-новатор, не один год посвятивший преподаванию своего предмета в школе. При разработке содержания отдельных тем необходимо ранжировать учебный материал: по степени сложности восприятия, по степени сложности подачи.

В ходе этой работы необходимо: выделить основное ядро учебного материала, выделить второстепенные моменты в изучении учебного материала, выделить связи с другими темами учебного курса, подобрать практические разноуровневые многовариантные задания по каждой теме, подобрать иллюстрации, графики, демонстрации, анимационные и видеофрагменты к понятиям, формулировкам, событиям и т.д.

4. Подготовка сценариев отдельных программ ЭУ. Познавательный интерес в педагогической практике рассматривают часто как средство активизации познавательной деятельности учащихся, эффективный инструмент учителя, позволяющий ему сделать процесс обучения привлекательным, выделить в обучении те аспекты, которые могут привлечь к себе непроизвольно внимание учеников, заставят активизировать их мышление, волноваться, переживать [9]. Вот эти слова ПИ. Щукиной следует всегда помнить при составлении сценариев педагогических программных средств учебного назначения.

Сценарий электронного учебника -- это покадровое распределение содержания учебного курса и его процессуальной части в рамках программных структур разного уровня и назначения.

Процессуальная часть включает в себя всё то, что необходимо представить на экране монитора для раскрытия и демонстрации содержательной части.

Программные структуры разного уровня -- это компоненты мультимедийных технологий: гипертекст, анимация, звук, графика и т.п. Использование этих средств носит целенаправленный характер: для активизации зрительной и эмоциональной памяти, для развития познавательного интереса, повышения мотивации учения.

5. Программирование. В этой работе участвуют: постановщик курса, программисты, программисты-дизайнеры, психолог. Эта работа начинается с создания основных шаблонов кадров будущего ЭУ; они различаются в зависимости от назначения кадра: разместить в нём познавательный материал, подкрепить его рисунком, анимацией, графиком и т.п. Иной вид имеет шаблон кадра для заданий, тестов. После создания основных шаблонов кадров процесс программирования упрощается, делается более целенаправленным.

6. Апробация. Хорошо, если после создания ЭУ с ним могут поработать преподаватели, учителя-предметники, для использования которыми (в том числе) в учебном процессе он и разрабатывался. Это делается первоначально на практических семинарах, затем -- на курсах повышения квалификации соответствующего профиля учителей в институтах повышения квалификации. Мнение таких людей об ЭУ, их замечания крайне важны для разработчиков; их учитывают, на их основе вносят в курс корректировки. И всё-таки ЭУ необходимо апробировать в условиях реального школьного учебного процесса. Во время апробации выявляются отдельные незамеченные разработчиками ошибки, некорректность, неудобства в эксплуатации и т.п.

7. Корректировка по результатам апробации. По результатам апробации проводится корректировка программ электронного учебника. Эта работа может касаться и сценарной линии учебника, его структуры; она касается неточностей и ошибок в ответах при работе с заданиями и т.п.

8. Подготовка методического пособия для пользователя. Этот этап венчает работу над электронным учебником. Подготовка методического пособия для учителя может включать следующие материалы: содержание отдельных программных модулей; задания, тесты, предлагаемые после изучения каждой темы; примерное тематическое планирование с указанием места использования данного электронного учебника; инструкцию для работы с ЭУ; необходимую конфигурацию компьютера для инсталляции ЭУ. Пособие может быть записано на электронном носителе либо издано на бумажном носителе. Упомянутые отличительные особенности электронных учебников позволяют сделать вывод о том, что они являются эффективным средством обучения, позволяющим на высоком уровне реализовать основные принципы дидактики.

3.2 Разработка урока с применением электронного учебного пособия по теме «Применение первого закона термодинамики к изопроцессам»

1. Отличительные признаки электронных учебников

Стремительный процесс информатизации школ на основе современных компьютеров, поступающих в учебные заведения страны, открывает в образовании путь электронным учебникам (ЭУ). Учебник, в классическом понимании, -- это книга для учащихся или студентов, в которой систематически излагается материал в определённой области знаний на современном уровне достижений науки и культуры [1]. Следовательно, учебник, как электронный, так и печатный, имеют общие признаки, а именно:

учебный материал излагается из определённой области знаний;

этот материал освещен на современном уровне достижений науки и культуры;

материал в учебниках излагается систематически, т.е. представляет собой целое завершённое произведение, состоящее из многих элементов, имеющих смысловые отношения и связи между собой, которые обеспечивают целостность учебника.

Существует мнение о том, что некоторым учителям не нравится термин «электронный» учебник, так как имеется и печатный учебник [2]. Эти авторы предлагают термин «электронное издание». Но слово «издание» также предполагает печатную продукцию. Не стоит бояться новых терминов, включающих известные понятия. Меняется жизнь, меняются технологии. И ко всем изменениям надо относиться с пониманием.

Необходимо чётко определить отличительные признаки электронного учебника от печатного. На наш взгляд, они состоят в следующем.

1. Каждый печатный учебник (на бумажном носителе) рассчитан на определённый исходный уровень подготовки учащихся и предполагает конечный уровень обучения. По многим общеобразовательным предметам имеются учебники обычные (базовые), повышенной сложности, факультативные и др. Электронный учебник по конкретному учебному предмету может содержать материал нескольких уровней сложности. При этом все они будут размещены на одном лазерном компакт-диске, содержать иллюстрации и анимацию к тексту, многовариантные задания для проверки знаний в интерактивном режиме для каждого уровня.

2. Наглядность в электронном учебнике (ЭУ) значительно выше, чем в печатном. Так в учебнике по географии России на бумажном носителе обычно и представлено около 50 иллюстраций. В новом мультимедийном учебнике по этому же курсу имеется около 800 слайдов [3]. Наглядность обеспечивается также использованием при создании электронных учебников мультимедийных технологий: анимации, звукового сопровождения, гиперссылок, видео сюжетов и т.п.

Электронный учебник обеспечивает многовариантность, многоуровневость и разнообразие проверочных заданий, тестов. Электронный учебник позволяет все задания и тесты давать в интерактивном и обучающем режиме. При неверном ответе можно давать верный ответ с разъяснениями и комментариями.

Электронный учебник является мобильным: при его создании и распространении выпадают стадии типографской работы. Электронные учебники являются по своей структуре открытыми системами. Их можно дополнять, корректировать, модифицировать в процессе эксплуатации.

5. Доступность электронного учебника выше, чем у печатных. При спросе на электронный учебник легко можно увеличить его тираж, можно переслать по сети.

6. Для обеспечения многофункциональности при использовании и в зависимости от целей разработки электронные учебники могут иметь различную структуру. Например, для использования на уроках можно создавать электронный учебник, поддерживающий школьную программу по конкретному предмету и учебный материал подавать согласно имеющемуся тематическому планированию. Можно разрабатывать электронные учебники без привязки к тематическому планированию, а просто следуя учебному плану по конкретному школьному курсу. Можно создавать электронные учебники по принципу вертикального изучения учебного материала. Так, например, функции и графики изучаются в школе с 7-го по 10-й классы. На бумажных носителях имеется четыре учебника для соответствующих классов, в каждом из которых имеется, наряду с другими темами, и учебный материал по функциям и графикам. Электронный учебник может объединить весь изучаемый материал по этой теме с 7-го по 11-й классы. Такой электронный учебник можно использовать и для самостоятельных занятий, для подготовки к сдаче экзаменов, на уроках, для подготовки к сдаче экстерном.

Использование учебника и технологии его подготовки для работы с учащимися

Для успешного внедрения в школу компьютерного обучения необходим научный подход, «серьезный (систематический анализ "знаний и умений” с точки зрения содержащихся в них свёрнутых умственных действий и операций являющихся внутренней основой этих "знаний и умений", которую как раз и нужно развернуть в программах pa6оты учебных компьютеров».

Сегодня в педагогике и психологии большое внимание уделяется вопросу развития в процессе обучения творческих способностей учащихся. Здесь мы исходим из того, что тренировка - один из необходимых и важнейших средств обеспечения высокий эффективности обучения и развития творческого потенциала учащихся.

Для решения проблемы соотношения “компьютерного” и “человеческого” мышления необходимо наряду с информационными методами обучения применять и традиционные. Используя различные технологии обучения, мы приучим учащихся к разным способам восприятия материала: чтение страниц учебника, объяснение учителя, получение информации с экрана монитора и др. С другой стороны, обучающие и контролирующие программы должны предоставлять пользователю возможность построения своего собственного алгоритма действий, а не навязывать ему готовый, созданный программистом. Благодаря построению собственного алгоритма действий ученик начинает систематизировать и применять имеющиеся у него знания к реальным условиям, что особенно важно для их осмысления.

Информационная технология позволит учащимся осознать модельные объекты, условия их существования, улучшая, таким образом, понимание изучаемого материала и, что особенно важно, их умственное развитие. Следует отметить, что компьютер, как педагогическое средство, используется в школе, как правило, эпизодически. Это объясняется тем, что при разработке современного курса физики не стоял вопрос о привязке к нему информационной технологии. Применение компьютера, поэтому, оказывается целесообразным лишь при изучении отдельных тем, где имеется очевидная возможность вариативности. Для систематического использования информационной технологии в процессе обучения необходимо переработать (модернизировать) весь школьный курс физики.

При планировании уроков необходимо найти оптимальное сочетание таких программ с другими (традиционными) средствами обучения. Наличие обратной связи с возможностью компьютерной диагностики ошибок, допускаемых учащимися в процессе работы, позволяет проводить урок с учетом индивидуальных особенностей учащихся. Контроль одного и того же материала может осуществляться с различной степенью глубины и полноты, в оптимальном темпе, для каждого конкретного человека. Таким образом, предполагается, что информационную технологию наиболее целесообразно применять для осуществления предварительного контроля знаний, где требуется быстрая и точная информация об освоении знаний учащимися, при необходимости создания информационного потока учебного материала или для моделирования различных физических объектов.

Методические аспекты сочетания традиционной и информационной технологий в обучении позволяют отобрать учебные темы традиционного курса, изучение которых можно проводить с использованием ПЭВМ.

первый вид - это совокупность материальных объектов (явлений, процессов), которые необходимо проанализировать и систематизировать ученику для уяснения, изучаемого материала.

второй вид - это набор различных условий и параметров, которые подбираются (задаются, вводятся учеником или учителем, программистом) с целью получения определенного результата (выполнения задания) компьютерного эксперимента.

Наглядность I рода - это все то, что учащиеся видят непосредственно в результате проведения реальных физических экспериментов (внешний и внутренний облик зданий, цехов различных физических производств и т.п).

Наглядность II рода - это символьная (модельная) запись проводимых или демонстрируемых физических процессов и явлений,

Наглядность III рода - это мультимедийная наглядность, которая позволяет не только сочетать в динамике наглядности I и II рода, но и значительно расширить и обогатить их возможности введением фрагментов мультимедиа благодаря использованию информационной технологии. Отличительной особенностью III типа наглядности является возможность объединения реального физического объекта и его сущности на разных уровнях. Наряду с этим компьютер предоставляет возможность пользователю (ученику или учителю) активно подключаться к демонстрациям, ускоряя, замедляя или повторяя, по мере необходимости, изучаемый материал, управлять и моделировать сложными физическими процессами, систематизировать, классифицировать и фиксировать на экране монитора необходимую информацию и т.п.

Таким образом, очевидно, что применение информационной технологии в процессе обучения физики по традиционным программам возможно лишь эпизодически, при изучении отдельных тем. Для более полного и систематического применения информационной технологии в процессе обучения физики необходимо переработать школьные программы в соответствии с учетом возможностей компьютера и разработанных нами критериев отбора и структурирования содержания. При работе с компьютерными программами следует различать термины “информация” и “поток информации”. Обучение учащихся в среде потока учебной информации и является информационной технологией обучения.

2. Методические рекомендации к планированию учебного материала включающее новые информационные технологии

Одним из наиболее перспективных направлений использования информационных технологий в физическом образовании является компьютерное моделирование физических явлений и процессов. Компьютерные модели легко вписываются в традиционный урок, позволяя учителю продемонстрировать на экране компьютера многие физические эффекты, а также позволяют организовывать новые, нетрадиционные виды учебной деятельности учащихся. Приведём в качестве примеров два вида такой деятельности, опробованные нами на практике[ 1] :

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

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

Значительное число компьютерных моделей, охватывающих почти весь курс школьной физики, содержится на широко известных лазерных дисках «Физика в картинках» и «Открытая физика» (ООО “Физикон”, Москва, г. Долгопрудный ), серия Новая школа «Школа - 2005». Практика использования указанных дисков на уроках физики показывает, что, если учащимся предлагать модели для самостоятельного изучения, то учебный эффект оказывается чрезвычайно низким. Для эффективного вовлечения учащихся в учебную деятельность с использованием компьютерных моделей необходимы индивидуальные раздаточные материалы с заданиями и вопросами различного уровня сложности. Перечислим основные виды заданий, которые мы предлагаем учащимся при работе с компьютерными моделями [ 2] :

Ознакомительное задание. Это задание предназначено для того, чтобы помочь учащемуся осознать назначение модели и освоить её регулировки. Задание содержит инструкции по управлению моделью и контрольные вопросы.

Компьютерные эксперименты. В рамках этого задания учащемуся предлагается провести несколько простых экспериментов с использованием данной модели и ответить на контрольные вопросы.

Экспериментальные задачи. Это задачи, для решения которых учащемуся необходимо спланировать и провести ряд компьютерных экспериментов.

Тестовые задания. Это задания с выбором ответа, в ходе выполнения которых учащийся может воспользоваться компьютерной моделью.

Исследовательское задание. Учащемуся предлагается самому спланировать и провести ряд компьютерных экспериментов, которые подтверждают или опровергают некоторую закономерность. Наиболее способным учащимся предлагается самостоятельно сформулировать ряд закономерностей и подтвердить их экспериментом.

Творческое задание. В рамках данного задания учащиеся сами придумывают задачи, формулируют их, решают, а затем ставят компьютерные эксперименты для проверки полученных ответов.

Перечисленные задания помогают учащимся быстро овладеть управлением компьютерной моделью, способствуют осознанному усвоению учебного материала и пробуждению творческой фантазии. Особенно важно то, что учащиеся получают знания в процессе самостоятельной работы, так как эти знания необходимы им для получения конкретного наблюдаемого на экране компьютера результата. Учитель на таком уроке выполняет лишь роль помощника и консультанта. [34, 35].

4. Поурочное планирование занятия в 10 классе по теме «Применение первого закона термодинамики к изопроцессам» с применением электронного учебного пособия

а) Учебно-воспитательные задачи

Цель урока: Установить связь между изменениями внутренней энергии, работы и количеством теплоты для изопроцессов.

Задачи урока:

1) образовательные задачи:

- углубление, обобщение и систематизация знаний по первому закону термодинамики;

- применение полученных знаний при решении качественных и расчетных задач;

2) воспитательные задачи:

- формирование активной жизненной позиции;

- формирование информационной культуры;

3) развивающие задачи:

- развитие алгоритмического мышления, памяти, внимания;

- развитие умения применять знания на практике;

- развитие умений действовать самостоятельно;

б) Методические рекомендации

Последовательность изложения нового материала

Связь между изопроцессами для идеального газа.

Связь между количеством теплоты, работой газа и внутренней энергией.

Первый закон термодинамики.

Изопроцессы в термодинамике.

Сжатие и расширение, нагревание и охлаждения газа.

Оборудование:

Компьютеры, мультимедийный проектор, диски «Microsoft Office в школе», «Открытая физика», Электронный учебник «Физика 2005».

Мотивация познавательной деятельности учащихся

Опираясь на знания учащихся полученные раннее в 8 классе по темам «Первый закон термодинамики» и «Работа газа при расширений» были заданы вопросы: Для чего применяется первый закон термодинамики и в чем она заключается? Где и как может совершать работу газ?

А затем наряду с демонстрацией использования энергии газа можно продемонстрировать с помощью электронного учебника: движение двигателя, работу тепловых машин и т.д.

Обратив внимание учащихся на то, что современные двигатели и тепловые машины нуждаются в источнике энергии и это потребность с каждым годом становится проблемой всего человечества, т.к. природные ресурсы исчерпаемы. Задать проблемный вопрос: Почему человек не может изобрести вечный двигатель? Если нет, то почему?

в) План занятия.

Ход урока

1. Организационный момент

Проверка знаний, умений и навыков учащихся.

2. Опрос

Для изучения новой темы нам необходимо повторить следуюшие вопросы:

Что называют изопроцессом?

Что называют изотермическим процессом?

Что называют изобарным процессом?

Что называют изохорным процессом?

Формула изменения внутренней энергии.

Формула работы для изохорного, изобарного, изотермического процессов.

Закон сохранения энергии.

Первый закон термодинамики.

Изучение нового материала

Учитель:

3. Объяснение нового материала.

На прошлых уроках, изучая газовые законы, мы составили таблицу 1 (Приложение 1). Обратите внимание на 5 столбик этой таблицы, где приведено геометрическое истолкование работы для различных изопроцессов. Это пригодится сегодня нам для нашего урока.

Изороцесс	Постоянный параметр	Переменные параметры	Математическая запись закона	Графики в осях координат	1 закон термодинамики
				p,v	T,v	Т,р
Изотермический	Т	p,v	pV = const
Изобарный	P	T,v	v/T= const
изохорный	V	p,T	p/T= const

- Выведем формулы первого закона термодинамики для различных процессов.

Электронный учебник:

1) Изотермическое сжатие

Для вывода 1 закона термодинамики воспользуемся интерактивной моделью изотермического сжатия ( рис.2) и графическим истолкованием работы для процесса ( рис.3)

Для изотермического процесса T- const, T=0, а значит U= 3/2 v RT=0 ( внутренняя энергия не изменяется). Над газом совершается работа А>0, а тепло выделяется Q<0.

Первый закон термодинамики U=A+Q выглядит так: 0 = -Q + A

Над газом совершается работа, при этом газ выделяет тепло во внешнюю среду ( внутренняя энергия не изменяется)

А блок -схема 1 закона для изотермического сжатия приведена на рис. 4

2) Изотермическое расширение

Для вывода 1 закона термодинамики воспользуемся интерактивной моделью изотермического расширения (рис.5) и графическим истолкованием работы для процесса ( рис.6)

Для изотермического процесса T- const, T=0, а значит U=0 ( внутренняя энергия не изменяется). Газ совершает работу А<0, а тепло поглощается (Q>0).

Первый закон термодинамики выглядит так: Q = A

Газ совершает работу за счет поглощения тепла из внешней среды (внутренняя энергия не изменяется)

Блок - схема первый закона термодинамики для изотермического сжатия представлена на рис. 7

3) Изобарное нагревание.

Воспользуемся интерактивной моделью и (пронаблюдаем изобарное нагревание) (рис. 8) и графическим представлением работы (рис. 9)

При изобарном нагревании температура увеличивается (T>0), внутренняя энергия увеличивается (U>0), газ совершает работу, тепло поглощается.

Первый закон термодинамики выглядит так: Q = U - A

Газ получает тепло из внешней среды. Полученная таким образом энергия тратится на увеличение внешней энергии и на совершение работы.

В итоге блок - схема первого закон термодинамики выглядит как на рис.10

4) Изобарное охлаждение

Пронаблюдав процесс изобарного охлаждения на интерактивной модели (рис.11) и воспользовавшись рис.12 можем сделать вывод:

рис.11 рис.12 рис.13

при изобарном охлаждении температура уменьшается (T<0), внутренняя энергия уменьшается (U<0), над газом совершается работа, тепло выделяется.

Первый закон термодинамики выглядит так: U = -Q + A

Над газом совершается работа, при этом газ выделяет тепло во внешнюю среду, а его внутренняя уменьшается .

Блок-схема для 1 закона термодинамики для этого случая представлен рис.13

5) Изохорное нагревание

Изохорное нагревание пронаблюдаем на интерактивной модели (рис14) и воспользуемся графиком на рис 15. Вывод:

рис. 14 рис. 15 рис. 16

При изохорном нагревании (T>0), внутренняя энергия увеличивается (U>0), работа A=pV равна нулю, т.к. V=0, а тепло поглощается (Q>0).

Первый закон термодинамики выглядит так: U=Q

Газ увеличивает свою внутреннюю энергию за счет теплоты, полученной из внешней среды.

Интерпретация 1 закона термодинамики для изохорного нагревания представлена на рис.16

6) Изохорное охлаждение

Изохорное охлаждение пронаблюдаем на интерактивной модели (рис 17) и графиком на рис 18. Вывод:

рис. 17 рис. 18 рис. 19

При изохорном охлаждении (T<0 ), внутренняя энергия уменьшается(U<0), работа A=pV равна нулю, т.к. V=0, а тепло выделяется (Q<0).

Первый закон термодинамики выглядит так: - U=-Q

Газ выделяет тепло во внешнюю среду; при этом его внутренняя энергия уменьшается.

7) Адиабатное сжатие

Адиабатным называется процесс изменения объема и давления газа при отсутствии теплообмена с окружающими телами.

Примеры адиабатных процессов:

- сжатие воздуха в воздушном огниве;

- сжатие воздуха в дизеле;

Пронаблюдаем процесс адиабатное сжатие и построение адиабаты на интерактивной модели процесса. ( рис. 20 и рис.21)

рис. 20 рис. 21 рис.22

При адиабатном сжатии температура увеличивается( T>0 ), внутренняя энергия увеличивается (U>0), над газом совершается работа А>0, а количество теплоты равно нулю.

Первый закон термодинамики выглядит так: U=A

Над газом совершается работа, при этом внутренняя энергия газа увеличивается.

8) Адиабатное расширение

Пронаблюдаем адиабатное расширение и построение адиабаты на интерактивной модели процесса. ( рис. 23 и рис. 24 )

рис. 23 рис.24 рис.25

При адиабатном расширении температура уменьшается ( T<0 ), внутренняя энергия уменьшается ( U<0), газ совершает работу (А<0), а количество теплоты равно нулю.

Первый закон термодинамики выглядит так: 0= - U+A

Газ совершает работу только за счет своей внутренней энергии. (Внутренняя энергия при этом уменьшается)

Учитель:

Мы познакомились с новым процессом - адиабатным, а для всех процессов записали первый закон термодинамики.

В результате у нас получилась таблица 2

Изороцесс	Постоянный параметр	Переменные параметры	Математическая запись закона	Графики в осях координат	1 закон термодинамики
				p, v	T, v	Т, р
Изотерми-ческий	Т	p,v	pV = const				Q=A
Изобарный	P	T,v	v/T= const				ДU=Q
изохорный	V	p,T	p/T= const				Q= ДU+A A= ДU+Q
Адиабат-ный	Q=0	V,p					ДU=A

Электронный учебник:

3. Закрепление нового материала.

Заполнение теста на компьютере. (тестер с диска “Microsoft Office в школе”)

1. Выберете выражение, соответствующее 1 закону термодинамики.

3/2 н RT

А + Q = Д U

Q1 - Q2Q1

рДV.

3/2 н RДT

2. Как называется процесс, для которого первый закон термодинамики имеет вид:ДU = Q ?

Изохорный.

Изотермический.

Изобарный.

Адиабатный.

cm Дt.

3. На рис. 1 изображено несколько вариантов термодинамического процесса. Стрелками показано, получает система тепло или отдает, совершает газ работу или работа совершается над газом. Какой из вариантов соответствует уравнению:

Д U = А - Q ?

Рис. 1

а

б

в.

г.

д.

4. Определите изменение внутренней энергии газа, если над ним совершается работа в 10 Дж и при этом он теряет 10 Дж количества теплоты.

-30 Дж.

-20 Дж.

-10 Дж.

0 Дж.

10 Дж.

20 Дж.

5. В каком случае при передаче газу тепла его температура может не измениться?

Если над газом совершают работу.

Если газ совершает работу.

При передаче газу тепла он всегда нагревается.

При сжатии газа.

Такое невозможно

6. Если количество теплоты, передаваемое газу, одинаково, то в каком случае он нагреется сильнее: при изобарном или при изохорном процессе?

При изобарном процессе.

При изохорном процессе.

В обоих случаях температура не изменится.

В обоих случаях температура изменится одинаково.

Учитель:

Решение задачи

№1 На рисунке представлен некоторый замкнутый процесс (цикл) в газе координатных осях Оpv. Участок 3-1 соответствует изотерме. Начертить этот процесс в координатах Орт.

Электронный учебник:



Учитель:

Решение задачи

№1 На рисунке изображен замкнутый процесс в газе в координатах Оpv. В каком случае газ совершил большую по величине работе?

Электронный учебник:

Домашнее задание

Дополнить таблицу №2

Написать сообщения о проявлениях первого закона термодинамики в быту и природе. Сделать сообщение о двигателях Дизеля.

При проведений урока для экспериментальной работы мы использовали электронный учебник серии Новая физика - «Физика 2005». Этот современный учебник предназначен для учащихся 9-11 классов, где рассматриваются специальные разделы для всех тем изучаемых в средней школе. Учебник состоит из трех учебных разделов: учебник, тренажер экзаменов, конспекты. [Приложение 1]

В разделе учебник вы найдете теоретический материал и примеры задач по курсу школьной программы, представленные в виде анимационных роликов, а так же задания для самостоятельного решения в интерактивном режиме. [Приложение 2]

Тренажер экзамена. В этом разделе предоставляется возможность не только проверить свои знания, но и окунуться в атмосферу реального экзамена. Вы можете выбрать один из видов экзамена - ЕНТ или классический. [Приложение 3]

Конспекты. Здесь вы найдете краткие ответы на экзаменационные вопросы с возможностью распечатать их в виде справочника. [Приложение 4]

5. Организация дидактического эксперимента

5.1 Основные методы дидактических исследований

Педагогический эксперимент - это «научно поставленный опыт в области учебной или воспитательной работы, наблюдение исследуемого педагогического явления в созданных и контролируемых исследователем условиях». При этом устанавливается зависимость полученного результата от какого-либо педагогического воздействия или изменения одного из этих условий. [36]

Эксперимент может быть констатирующим, проверочным и преобразующим. Констатирующим называют педагогический эксперимент, в задачу которого входит изучения положения дел в школе, классе, коллективе учащихся и т.д. без внесения экспериментатором каких-либо изменений в учебно-воспитательный процесс.

Проверочным называют эксперимент, организуемый в целях проверки гипотезы, разработанной исследователем, методики или каких-то отдельных приемов учебной работы, видов учебной деятельности учащихся и т.д. По форме организации различают два вида проверочного эксперимента: лабораторный и обучающий.

Обучающий эксперимент проводится в условиях работы класса по расписанию, по программе, утвержденной школой. Этот эксперимент предполагает выделение экспериментального и контрольного классов. В контрольном классе преподавание ведется традиционными методами, в экспериментальном классе вносятся изменения, влияние которых на качество знаний учащихся проверяется. Все прочие условия должны оставаться примерно такими же, как и в контрольном классе. Началу эксперимента должно предшествовать тщательное изучение уровня подготовки учащихся сравниваемых классов по интересующим показателям. Это начальное состояние фиксируется. В ходе эксперимента фиксируются все изменения, происходящие в контрольном и экспериментальном классах под влиянием обучения. Если в экспериментальной группе изменения значительно отличаются от изменений в контрольной группе, делают вывод о том, что это вызвано введением фактора, запланированного исследователем в соответствии с гипотезой.

Экспериментальная проверка гипотезы - это одновременно и перестройка практики обучения или воспитания, и изучение влияния этой перестройки на изучаемый объект.

При преобразующем эксперименте исследователь активно изменяет содержание, формы или методы обучения и воспитания в соответствии с выдвинутой гипотезой на основе творческого воображения, способности отвлечься от существующего опыта и умения находить новые решения. Все творческие идеи рождаются под влиянием запросов практики, новых задач, которые ставятся обществом на том или ином этапе развития перед школой в целом и перед преподаванием каждого отдельного предмета.

Таким образом, педагогический эксперимент может быть для исследователя и источником новых знаний, и одним из средств проверки собственных выводов, и средством активизации его творческой мыслительной деятельности.

В исследованиях целесообразно использовать для проверки эффективности нового метода способ уравнивания условий. При этом способе проверки выделяют экспериментальные и контрольные классы, которые подбирают так, чтобы состав учащихся в них примерно был одинаков и преподавание предмета вел один и тот же учитель (или учителя, имеющие примерно одинаковый стаж) об успеваемости судят по среднему арифметическому значению балла за последнюю четверть, предшествующую началу эксперимента.

Внутри контрольных и экспериментальных классов целесообразно разделить учащихся на три группы по уровню знаний или по уровню развития интересующих исследователя умений и затем в ходе исследования сравнивать, какие изменения происходят в знаниях и умениях учащихся различных групп под влиянием проверяемых методов обучения (экспериментальных классах) и под влиянием традиционных методов обучения (в контрольных классах). С этой целью проводят контрольные работы, содержание которых определяется в соответствии с задачами исследования.

5.2 Методика проведения дидактического эксперимента и анализ его результатов

Целью эксперимента явилась проверка возможности и эффективности разработки методики применения электронного учебного пособия в изучении темы школьного курса физики «Применение первого закона термодинамики к изопроцессам».

Педагогический эксперимент рассматривается как комплекс методов исследования, позволяющих обеспечить доказательную и научно-объективную проверку правильности гипотезы, которая была выдвинута.

Общее число учащихся, принявших участие в педагогическом эксперименте, составило 16 человек, что обеспечивает статистическую достоверность полученных результатов.

В экспериментальной работе принимали учащиеся 10 классов средней школы Сарыкольской основной школы Карабалыкского района Костанайской области.

Эксперимент осуществлялся в рамках естественного образовательного процесса школы на практических занятиях по физике.

Цели экспериментального исследования ставились следующие: разработать и реализовать методику применения электронного учебного пособия в изучении темы школьного курса физики «Применение первого закона термодинамики к изопроцессам», педагогические условия ее эффективного функционирования, выявление результатов предложенной методики.

Определяя показатели эффективности обучения в экспериментальных и контрольных группах, остановимся на следующих показателях:

объем, глубина понимания и оперативность знаний учащихся;

степень овладения пониманием структуры изучаемого раздела;

Исследовательская работа проходила в несколько этапов:

Экспериментально - аналитический.

разработка методики применения электронного учебного пособия в изучении темы школьного курса физики «Применение первого закона термодинамики к изопроцессам»;

фиксирование данных о ходе эксперимента на основе контрольных срезов, характеризующих изменения объектов под влиянием экспериментальной системы мер.

Обобщающий

статистическая обработка результатов эксперимента;

конечная диагностика уровня усвоения темы школьного курса физики «Применение первого закона термодинамики к изопроцессам» учениками 10 класса Сарыкольской основной школы Карабалыкского района.

осмысление и аналитическое изложение выводов.

Для оценки достигнутого уровня усвоения темы школьного курса физики «Применение первого закона термодинамики к изопроцессам» учащихся в процессе изучения курса физики 10 класса при использовании информационных технологий введено несколько показателей, измерение которых в ходе обучающего эксперимента дало возможность проследить изменения в контрольных и экспериментальных группах.

Измерение показателей проводилось в различных шкалах. Поэтому, с целью унификации измерений и перехода к обобщенному показателю (коэффициенту), все измерения сведены к порядковой (ранговой) шкале и выделены 4 (четыре) уровня:

0 - нулевой уровень: ученик обладает представлениями о разделе, знаниями о понятиях курса, но отобразить их в виде единой системы он не в состоянии;

1 - первый уровень: ученик обладает частичными знаниями о структуре курса, умеет отслеживать отдельные связи между понятиями;

2 - второй уровень: уровень знаний о структуре курса средний, студент может указать исходные понятия, генетически исходное понятие, однако отсутствуют полные представления о структуре курса;

3 - третий уровень: характеризуется полными представлениями о структуре курса, пониманием взаимосвязей между понятиями.

Проверка эффективности разработанной методики осуществлялась по средствам контрольного среза в контрольных и экспериментальных группах. Ниже предоставлены задания контрольного среза.

В качестве основного количественного критерия полноты выполнения операции учащимися мы выбрали «коэффициент полноты выполнения контрольного среза», который вычисляется нами по методике, разработанной А. В. Усовой:

, где

pi - количество верно выполненных операций i-м учащимся,

l - количество операций, которые должны быть выполнены,

n - количество учащихся.

Рассчитанное нами значение коэффициента успешности равно 1,26, что в соответствии с методикой А. В. Усовой говорит об эффективности предлагаемой новой методики.

2) коэффициент полноты усвоения объема понятия

где mi- полнота усвоения объема i-м учеником,

m- объем, подлежащий усвоению на данном этапе формирования понятия,

n- количество учащихся в классе;

3) коэффициент, характеризующий полноту усвоения связей и отношений данного понятия с другими:

где fi - количество связей и отношений, усвоенных i-м студентом,

f - количество связей, которые должны быть усвоены учащимся на данном этапе формирования понятия.

n - число учащихся.

По результатам контрольных работ были сделаны следующие выводы об усвоении материала в процентном соотношении.

Таблица №1 «Результаты среза по начальным знаниям»

1 группа	Экспериментальная группа
	1 задание	2 задание	3 задание	4 задание
«Отлично»	30%	25%	27%	46%
«Хорошо»	50%	55%	56%	52%
«Удовлетворительно»	10%	15%	15%	2%
«Неудовлетворительно»	10%	5%	2%	0%

Таблица №2 «Результаты контрольного среза в конце эксперимента»

2 группа	Контрольная группа
	1 задание	2 задание	3 задание

Подобные документы

• Методика применения электронного учебного пособия в изучении темы "Сила трения"

  Принципы, виды и структура содержания электронных учебников по физике. Анализ процесса обучения физике в старшем звене общеобразовательной школы. Педагогические условия использования электронного учебника в процессе обучения физике в старших классах.
  
  дипломная работа [982,6 K], добавлен 29.05.2015
  

• Первый закон термодинамики

  Структура школьного курса физики. Анализ содержания раздела "Молекулярная физика". Из истории Первого начала термодинамики. Внутренняя энергия идеального газа. Применение Первого закона термодинамики к различным процессам. Методика решения задач.
  
  реферат [1,2 M], добавлен 20.04.2015
  

• Методика применения электронного пособия по волейболу в образовательном процессе

  Игра в волейбол как средство физического воспитания в школе. Особенности информатизации школьников. Повышение качества физического воспитания учащихся общеобразовательных учреждений на основе методики применения электронного пособия по волейболу.
  
  курсовая работа [615,8 K], добавлен 17.04.2014
  

• Разработка модуля учебного пособия по дисциплине "Безопасность жизнедеятельности"

  Роль учебника в процессе обучения. Необходимость модернизации учебного пособия. Психодиагностическое тестирование как инструмент активизации познавательный деятельности студентов. Анализ структуры учебного пособия "Безопасность жизнедеятельности".
  
  дипломная работа [94,2 K], добавлен 04.05.2017
  

• Применение электронного учебника на уроках информатики как способ повышения учебной мотивации

  Сущность и особенности формирования учебной мотивации и пути ее повышения. Особенности разработки системы уроков по информатике для восьмого класса с применением электронного учебника. Результаты практической апробации дидактико-методических материалов.
  
  дипломная работа [60,7 K], добавлен 10.11.2013
  

• Разработка электронного учебника по теме "Моделирование лифа"

  Использование информационных технологий в процессе обучения студентов и принцип их внедрения в учебный процесс. Разработка и обоснование выбора фрагмента электронного учебника в помощь преподавателю и студентам по дисциплине "Моделирование одежды".
  
  курсовая работа [33,1 K], добавлен 05.08.2009
  

• Предпрофильная подготовка учащихся 9 классов основной школы по информатике посредством элективного курса

  Особенности обучения базовому курсу информатики в школе. Психолого-педагогическая характеристика подросткового возраста. Разработка электронного учебного пособия по информатике для учащихся девятого класса по теме "Программирование на Pascal ABC".
  
  дипломная работа [1,3 M], добавлен 11.06.2013
  

• Особенности создания электронного портфолио студента

  Электронное портфолио как инновационное средство образования студентов. Исследование особенностей применения компьютерной техники в создании электронного портфолио. Использование электронного портфолио в зарубежных и российских высших учебных заведениях.
  
  курсовая работа [2,5 M], добавлен 06.06.2014
  

• Разработка методики изучения предела функции в высшей школе и электронного пособия по данной теме

  Изучение раздела математического анализа "Предел функции в точке, на бесконечности, слева и справа, бесконечный предел". Методические рекомендации по изучению данной темы, психолого-педагогические аспекты образования в высшей школе, практические занятия.
  
  дипломная работа [1,5 M], добавлен 24.06.2011
  

• Организация учебного процесса при изучении темы "Световые волны" в основной школе на различных этапах урока физики

  Исследование состояния учебного процесса по физике в классах общеобразовательного профиля основной школы. Разработка методики изложения темы "Световые волны" с использованием разных дидактических приемов. Определение трудностей учащихся в изучении темы.
  
  дипломная работа [1,2 M], добавлен 06.04.2011
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам