ZAA1WKftoT

В. Наиболее интересны проекты, выполненные на основе компьютерных технологий и продемонстрированные с помощью современных техниче-

ских средств. Компьютерные проекты более насыщенны физическим содержанием, т.к. они имеют разветвленную структуру: по материалу, который интересен для ученика, дается ссылка и сразу предоставляется информация. При работе над созданием собственного проекта школьнику приходится просматривать большой объем материала в Интернете, его структурировать, отбирать главное, подбирать рисунки, анимации. Без помощи учителей физики и информатики учащемуся не обойтись.

Таблица 3.7

Лист планирования деятельности

Фамилия, имя: Изучаемая тема: Звук.

Проблемный вопрос: Насколько высок шум в нашей школе во время перемен.

Этапы работы и задачи исследования:

1.Узнать допустимые для человека нормы шума.

2.Продумать методы определения шума.

3.Научиться измерять уровень шума с помощью шумомера.

4.Сравнить уровень шума в учебных кабинетах во время уроков и на

переменах в разных местах школы.

Источники информации:

Шум – убийца (Шум угнетающе действует на психику человека. Под влиянием сильного шума, особенно высокочастотного, в органе слуха происходят необратимые

изменения) // http://www.gorodfm.ru/broadcast/broadcast.135/date.20040324/

Ларина С.И. и др. Ваше здоровье – в ваших руках (Приведены примеры уровней шума разной интенсивности. Уровень шума, измеренный в школе с помощью

шумомера) // http://bio.1september.ru/article.php?ID=200402402

Кудрявцев И. и др. Шумовое загрязнение окружающей среды и его влияние на

здоровье человека // http://www.eco.nw.ru/lib/data/03/4/020403.htm

Воронков Е.Г., Воронкова Е.Г. Влияние шумовых воздействий на умственную работоспособность организма школьников (На увеличение уровня шума оказывают

влияние размер помещения и акустика) // http://tsu.tmb.ru/ecology/65.shtml

Иванова Е.А. Влияние шумов на организм человека (Уровень шума в школе зависит от движения транспорта в данном микрорайоне в разные промежутки времени) // http://gcon.pstu.ac.ru/pedsovet/programm/ced1-12-4.htm

Шумовые характеристики кулеров и методика измерения уровня шума (Уровень шума от компьютеров) // http://www.ixbt.com/cpu/noise-investigation-methodology.shtml

Используя технологию проектного метода, учителя пришли к выводу, что работа над проектом – это их совместная работа с учащимися, но при этом каждый должен выполнять свои функции для достижения поставленной цели. Важно находить баланс между структурой проекта, определяемой учителем, и сохранением возможности выбора и принятия решения самими учащимися, чтобы проект не превратился в выполнение инструкций учителя, с одной стороны, и не являлся только желанием, мечтанием учащихся, с другой. При работе над проектом для учителя были

110

определены следующие функции:

•помочь школьнику установить связи между учебным материалом и его личным выбором темы;

•помочь ученикам в поиске источников информации, необходимых им в работе над проектом; самому быть для них источником информации;

•координировать весь процесс: поддерживать и поощрять учащихся, помогая им продвигаться в работе над проектом.

Проект в системе учебных занятий

Учителя убедились: проектное задание может выполнить любой школьник, в соответствие со своими способностями и заинтересованностью. Но не следует заставлять школьника дополнительно к изучению программного материала заниматься учебным и научным познанием. Однако в любом классе есть несколько учеников, которые выделяются среди сверстников большей любознательностью, повышенным интересом к физике и готовы воспринимать гораздо больший объем информации, чем предоставляется им в рамках обычного урока. Работа над проектом даст им возможность почувствовать вкус настоящей научной работы, а демонстрация удачных проектов привлечет внимание и других учащихся к данной деятельности.

Учителями было осознано, что в проектной работе целью обучения становится, прежде всего, развитие у учащихся самостоятельной активности: работая в учебных проектах, они учатся проводить несложные логикотеоретические исследования, а, действуя за компьютером, вынуждены четко излагать свои мысли, организовывать поиск информации и анализировать ее.

Учителя экспериментальных школ отмечают, что методика проект-

ного обучения может широко использоваться в школе для обобщения знаний и умений по изученной теме, но еще в большей мере оправдывает себя на элективных курсах. В условиях вариативного обучения каждый ученик

может выбрать свой путь работы и к моменту изучения раздела подготовить макет устройства, проспект или альбом с кратким текстом, рисунками, фотографиями, отражающими самое существенное содержание темы. Важно дать проектное задание в самом начале изучения темы и построить весь процесс изучения как нацеленный на реализацию проекта. Темами проектов, проводимых на занятиях на основе школьного и регионального компонентов, могут быть: «Освещенность рабочего места ученика в разных кабинетах школы и в зависимости от времени года», «Влияние электромагнитного излучения на здоровье человека», «Правильная организация противорадиационного питания», «Лекарственные растения и травы против радионуклидов» и др.

В процессе проведения исследования выяснилось, что использование информационных технологий на занятиях физики сопровождается целым

111

рядом проблем, решение которых зависит не только от учителя. Учебным планом школы не предусмотрено присутствие на уроках физики инженера по компьютерным системам, отсутствуют компьютерные программы, слабо развита информационная среда. В школах не предусмотрен свободный доступ учащихся и учителя к компьютеру. Подавляющее большинство школ подключено к Интернету через телефонную сеть и имеют ограниченное время пользования открытыми информационными ресурсами. Учитель информатики физически не может оказать помощь всем учителям при разработке уроков с использованием информационных технологий.

При проведении исследования студенты помогали учителям освоить отдельные программы. Учителя испытывали дискомфорт от того, что многие учащиеся более компетентны в компьютерных технологиях, чем они. Большинство учителей выразили желание повысить свою квалификацию в области применения информационных технологий и прошли обучение по программе Intel «Обучение для будущего» на базе института повышения квалификации работников образования, в последствии выступили консультантами своих коллег. Некоторые учителя провели открытые занятия, показывающие возможности проектного метода в обучении физике.

Несмотря на многие трудности, возникшие в обучении учащихся с использованием проектной деятельности, результатом явились измене-

ния, которые произошли с учителями и учащимися. Они убедились, что

проектные технологии, предполагают развитие новых педагогических подходов, методов и приемов к обучению, создание новой образовательной среды, нового стиля работы преподавателей, при котором, ученик – активный субъект своего учения, что в настоящее время интеграция техно-

логий проектной деятельности с информационными технологиями является одним из условий организации самостоятельной деятельности

учащихся. У учителей и учащихся повысился интерес к преподаванию и учению, повысилась удовлетворенность результатами своей деятельности.

Учителя пришли к выводу: изучение физики с использованием проектного обучения весьма эффективно для развития учащихся и делает знания личностно значимыми для каждого; требует изменения позиции учителя – перехода от передачи информации к организации самостоятельной работы учащихся и оказанию им необходимой поддержки. Проектное обучение следует использовать как дополнение к другим формам организации обучения.

112

3.4. ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ ОБУЧЕНИИ ФИЗИКЕ НА ОСНОВЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ (ELECTRONIC WORKBENCH)

Обучение наиболее эффективно, когда оно доставляет радость.

П. Клайн

Системные изменения физического образования проявляются через внедрение в процесс обучения компьютерных технологий, предполагаю-

щих развитие исследовательской самостоятельной деятельности и методологической компетентности учащихся.

3.4.1. Необходимость расширения возможностей лабораторного экспериментирования

Физика как отрасль естествознания является экспериментальной наукой, и соответственно курс физики должен строиться на экспериментальной основе. Анализ работ Л.И. Анциферова, О.Ф. Кабардина, В.В. Майера, С.А. Хорошавина, Т.Н. Шамало и других ученых, занимаю-

щихся вопросами теории и методики учебного физического эксперимента, позволяет констатировать непрерывное развитие экспериментальных методов изучения физики, разработку и совершенствование систем учебных

опытов.

Задача экспериментальной физики – предложить подтверждение или опровержение теоретических положений на основе опыта, создавая основания для поиска новых неожиданных соотношений. В обучении физике, как и в физической науке, эксперимент является:

•источником знания, следовательно, и исходным пунктом учебного познания;

•критерием истины и тем самым завершающим этапом учебного по-

знания.

По ряду причин в последние годы в нашей стране во многих образовательных учреждениях преподавание физики ведется «меловым» методом (В.Г. Разумовский). Результаты такого обучения отразились на результатах последнего международного исследования уровня подготовки учащихся [241]. Самый низкий процент положительных ответов оказался как раз по тем разделам курса физики, усвоить которые без наблюдения явлений и эксперимента невозможно.

Формирование у учащихся эмпирических знаний является одной из составляющих физического образования и должно рассматриваться как обязательная часть процесса обучения физике. В стандарте физического образования в разделе «Требования к уровню подготовки выпускников основной школы» названы компоненты экспериментального метода научно-

113

го познания, которыми должен овладеть ученик. Это, прежде всего, интеллектуальные и практические умения и навыки:

•собирать экспериментальные установки и проводить наблюдения изучаемых явлений;

•измерять физические величины, представлять результаты измерений в виде таблиц, графиков;

•объяснять результаты наблюдений и экспериментов, выявлять эмпирические закономерности;

•применять полученные в опыте результаты для предсказания значения величин, характеризующих ход физических явлений [250].

Очевидно, что выполнить эти требования стандарта возможно лишь систематически формируя у учащихся систему эмпирических знаний, включающую в себя знание фактов и эмпирических законов, умение проводить и анализировать результаты опытов. Это достижимо при выполнении учащимися лабораторного физического эксперимента.

Сопоставление в школьных программах тематики фронтальных лабораторных работ по физике за разные годы позволяет сделать следующие выводы.

•Тематика лабораторных работ по физике сориентирована в основном на решение таких задач: подтверждение справедливости изучаемых законов, овладение методами измерения физических величин, изучение связи между физическими величинам и установление закономерностей между явлениями, формирование и развитие умений пользоваться измерительными приборами. Получается, что школьный лабораторный эксперимент является завершающим этапом учебного познания.

•Программы по физике не изменяли по содержанию те лабораторные работы, выполнение которых было связано с использованием измерительных приборов. Они незначительно корректировалось по мере появления в торговой сети новых лабораторных измерительных приборов.

•Уменьшение учебного времени, отводимого на преподавание физики, привело к сокращению числа лабораторных работ во всех классах.

•Многоцелевые задачи, возлагаемые на лабораторные занятия, и одновременно малый лимит времени для их осуществления, привели к жесткой регламентации методики выполнения работ. Инструкции для учащихся к лабораторным работам, как правило, построены так: название работы, список необходимого оборудования, исчерпывающая последовательность выполняемых операций, формулы для расчета физических величин, таблица для занесения результатов измерений и расчетов. Многолетняя практика преподавания показывает, что иногда учащиеся, слепо следуя за инструкцией, могут бла-

114

гополучно дойти до конца работы и оформить отчет, но так и не осознать, что они делали и зачем.

•Физики-преподаватели считают, что конструктивно лабораторное оборудование обновляется медленно. В кабинетах физики оно морально и физически устаревает, особенно это относится к измерительным приборам. Например, в лабораторной практике десятки лет применяются гальванометр, амперметр и вольтметр постоянного тока. Если 30–40 лет назад их использование соответствовало эпохе технического прогресса, то в настоящее время эти электроизмерительные приборы практически нигде, кроме кабинета физики, не встречаются.

Даже если предположить, что все лабораторные работы, описания которых приведены в школьных учебниках по физике, строго выполняются, то и

тогда лабораторный эксперимент не решает всех задач, обозначенных в стандарте физического образования. Требования стандарта предполагают формирование творческой личности. Повседневная практика, ориентированная на строгие предписания при выполнении лабораторных работ независимо от класса или года обучения, формирует ученика-исполнителя, а не ученикаисследователя.

Наше исследование направлено на доказательство возможности частичного решения проблем за счет усовершенствования методики постановки лабораторных работ на основе компьютерных технологий. В усло-

виях информационного общества компьютерный эксперимент, дополняя натурный, становится источником знаний и критерием истины.

Беседы с учителями убеждают нас в том, что добывание знаний учащимися через самостоятельное натурное экспериментирование является дорогим мероприятием. Ошибки при выполнении лабораторных опытов могут обернуться:

•выходом из строя измерительных приборов, лабораторного оборудования;

•задержкой проведения занятий.

Эти факторы накладывают отпечаток на методическое обеспечение лабораторных работ, в результате чего для выполнения лабораторных работ школьнику предлагаются инструкции с четко определенной последовательностью действий по сборке и исследованию строго заданных схем. Исследовательское зерно полностью выхолащивается, место творческой деятельности занимает исполнительская, и учащиеся, в лучшем случае, подтверждают на опытах полученные знания.

Творчески работающие учителя способны многие лабораторные работы, описанные в учебниках, трансформировать в исследования. Например, в работе по изучению свойств математического маятника можно: 1) выяснить зависит ли период колебания от амплитуды, длины нити, массы маятника; 2) определить ускорение свободного падения; 3) вывести

115

формулу «возвращающей» силы (F=mgα); 4) найти силу натяжения нити при прохождении маятником положения равновесия (N=mg(3 – 2cosα)); построить график зависимости N=f(α); 5) выяснить, изменится ли плоскость колебания маятника, если точка его подвеса будет вращаться. Но времени на данные исследования потребуется больше, чем одно занятие.

Однако современные компьютерные технологии позволяют проводить самостоятельное экспериментирование на качественно новом уровне. Посредством разработанных под компьютерные технологии методических указаний можно вывести лабораторный эксперимент за стены школьной лаборатории и за рамки времени аудиторного занятия. Кроме того, физическое и математическое моделирование изучаемых объектов и явлений, анализ моделей, сравнение расчетных и экспериментальных данных, прогнозирование свойств объектов, поддающихся экспериментальной проверке создают важные предпосылки для развития способностей учащихся к теоретическому исследованию.

Процесс выполнения лабораторных работ и решение эксперимен-

тальных задач по физике на основе компьютерных программ включает в себя все фазы творческой деятельности – фазу логического анализа (фор-

мирование представления о сущности и цели исследования на основе анализа рекомендованных учителем теоретических сведений), фазу интуи-

тивного решения (формирование гипотетических моделей проведения эксперимента на базе накопленной ранее информации), фазу вербализации интуитивного решения (осознание учащимся решения и пути его достижения) и фазу формализации вербализованного решения (выработка схемы

проведения эксперимента и расчетных формул, предназначенных для обработки его результатов).

3.4.2. Технология проведения лабораторных занятий по теме «Законы электрического тока»

на основе профессиональных компьютерных программ

В основу разработки технологии проведения лабораторных занятий на основе профессиональных компьютерных программ положен деятельностный подход, который выражается в пооперационном планировании деятельности учащихся, и направлен на достижение следующих целей:

•приобретение учащимися опыта компьютерного моделирования электрических цепей и экспериментального решения практико-ориентированных задач;

•получение учащимися знаний о составлении электрических цепей, включении измерительных приборов; законах постоянного и переменного токов;

•развитие интеллекта учащихся: в процессе работы с компьютерными программами необходимо развивать у учащихся операционный стиль

116

мышления, который предполагает умение продумывать способы достижения поставленных целей, разделение их на элементарные действия и планирование ресурсов для их выполнения (В.В. Лаптев);

•повышение методологической компетентности учащихся: освоение научного метода познания на основе исследовательской деятельности;

•развитие творческой активности.

Первые две цели отвечают традиционному знаниевому подходу к обучению, а последующие – системным изменениям обучения физике на основе использования современных технологий обучения, отвечающих современным тенденциям в развитии инновационных технологий обучения.

Следует подчеркнуть, что традиция и инновация рассматриваются нами как взаимосвязанные и взаимодополняющие друг друга основы развития. При разработке инновационной технологии обучения необходимо сохранить эффективные, в отношении поставленных целей, элементы традиционной педагогики. Однако строить образовательный процесс при этом следует на качественно новом уровне, основываясь на создании условий развития и реализации потенциала личности, соответствующих информационному обществу.

В основе традиционных технологий обучения лежит освоение уже готового адаптированного материала, разъяснение результатов эксперимента, и работа учителя ориентирована на репродуктивный характер сообщения знаний и способов действий.

Инновационный подход предполагает максимально возможное включение самих учащихся в активный процесс формирования знаний и приобретения ими навыков самостоятельной работы, т.е. преобразование

учащегося из объекта в субъект деятельности.

В основу технологии проведения лабораторных занятий на основе профессиональных компьютерных программ нами положены принципы,

соответствующие указанным выше целям развивающего обучения. Они сформулированы следующим образом:

–Необходимо научить учащихся элементам компьютерного моделирования электрических цепей.

–Содержание заданий должно соответствовать целям физического образования, относящихся к теме «Законы электрического тока».

–Объем заданий должен определяться исходя из требований необходимости и достаточности для достижения поставленных целей развивающего обучения.

–Выполнение каждой из работ должно носить характер логически завершенного исследования и включать в себя важнейшие его элементы.

–Необходимо, чтобы в процессе экспериментального выполнения заданий учащиеся могли осмыслить роль и место теоретических знаний, модельных представлений об изучаемых объектах и явлениях, реальное соотношение компьютерного и натурного экспериментов.

117

При проектировании лабораторных занятий на основе профессиональных компьютерных программ необходимо учитывать критерий дос-

тупности. Научность содержания заданий должна соответствующим образом соотноситься с доступностью. Вместе с тем в последовательности заданий следует учитывать рост знаний и методологической компетентности учащихся, по мере их выполнения.

Технология организации учебного процесса также должна отвечать ряду требований:

•структурной единицей практикума должно являться учебное исследовательское задание;

•организующим и направляющим началом учебной деятельности должна быть поставленная задача;

•должны создаваться условия, в которых учебный процесс строится не только как приобретение учащимися знаний, но и как умение их использования в решении исследовательских задач при компьютерном моделировании;

•учащиеся должны быть максимально активны в процессе выполнения заданий, причем их активность должна возрастать по мере приобретения опыта;

•учебная деятельность должна быть организована на основе совмест-

ного поиска, сотрудничества преподавателя и учащегося.

По мере выполнения учебных исследовательских заданий должен повышаться уровень самостоятельности учащихся. При этом целесообразным представляется предлагаемая М.В. Клариным технология организации учебно-исследовательской работы, в которой выделяются четыре ступени активности в зависимости от того, какие этапы работы учащийся выполняет самостоятельно (с/м), а какие совместно с преподавателем (+) (табл. 3.8) [103].

Проявление высшего уровня методологической компетентности состоит в достижении возможности, когда учащийся оказывается способным не только к решению, но и к постановке проблемы.

Рассмотрим теперь поэтапную технологию обучения учащихся выполнению лабораторных экспериментальных заданий на основе профессиональных компьютерных программ.

На первом этапе учащийся знакомится с программой. Знание программы позволяет проводить компьютерное моделирование электрических цепей, с помощью которых можно проанализировать изучаемые явления при широко меняющихся условиях. При этом следует учитывать два обстоятельства: а) компьютерное моделирование может стать эффективным средством развивающего обучения в том случае, если оно является принципиально необходимым элементом учебного исследования; б) следует определять значение результатов компьютерного эксперимента по отношению к натурному.

118

Второй этап состоит в постановке задачи, от которой зависят организация и направленность всей дальнейшей учебно-исследовательской деятельности.

Традиционно задачи лабораторных работ и практикума ставятся так, что учащемуся с самого начала ясно, что он должен делать. Очевидно, что подобная постановка вопроса не имеет ничего общего с реальной ситуацией научного исследования, в начале которого всегда имеется существенный элемент неопределенности. По нашему мнению, задачи следует формулировать как прикладные. Этот подход к постановке задачи обладает рядом преимуществ: он соответствует реальной ситуации при решении практико-ориентированных задач и обращает внимание учащихся на практическую значимость поставленной задачи, усиливая их познавательный интерес и показывая практическую ценность физического образования.

Выявление физических аспектов проблемы, формулирование задания как задачи физического исследования составляет третий этап выполнения работы. На этом этапе учащийся переводит формулировку прикладной задачи в проблему экспериментального физического исследования. Важно, что учащийся приходит к этой формулировке самостоятельно, задействовав при этом мыслительные операции. Важно также и то, что решение формулируемой задачи физического исследования, в отличие от традиционного подхода, учащемуся заранее неизвестно.

Далее осуществляется переход от «словесного кода» физического исследования к «графическому коду», в котором проблемная ситуация задания представляется в виде схемы. На этом этапе, по существу, закладываются основы для дальнейшего планирования эксперимента: учащийся «собирает» экспериментальную схему, проводит необходимые измерения, фиксирует полученные результаты. Хотя этот этап, несомненно, является общим для любого лабораторного экспериментирования, его выполнение в рамках данной технологии обнаруживает существенные особенности в плане развивающего обучения. Во-первых, учащийся выступает как сме-

119