...
Реферат на тему: „Нові інформаційні технології при викладанні фізики в середній школі” PDF Печать E-mail

Реферат на тему:
„Нові інформаційні технології при викладанні фізики в середній школі”


Сучасна фізика — найважливіше джерело знань про навколишній світ, основа науково-технічного прогресу, один з найважливіших компонентів людської культури (духовної й матеріальної). Цим визначається освітнє і виховне значення фізики як обов'язкового навчального предмета у загальноосвітній школі.
Для виконання навчальних завдань, що стоять перед фізикою як навчальним предметом, розроблена система методів навчання. Усі вони спрямовані на організацію пізнавальної активності учнів, що є однією з основних умов успішного засвоєння навчальною матеріалу і розвитку інтелектуальних здібностей учнів. Учені-методисти та психологи (зокрема Л.Аристова) вважають,  що активність передбачає максимальний вияв індивідуальності, тому її неможливо розглядати без зв'язку із самостійністю учня під час виконання різних видів робіт на уроках і вдома. Характерною ознакою пізнавальної самостійності учнів є здатність активно і творчо сприймати матеріал на першому етапі пізнавальної діяльності, а також уміння і здатність використовувати засвоєні теоретичні знання на практиці (на заключному етапі пізнання).
Завдання вчителя фізики – створити .потрібні умови, щоб учні під час вивчення фізики досягали якомога вищого рівня пізнавальної активності (відповідно до свого рівня). Тут на допомогу вчителю можуть прийти комп'ютерні технології.
Методика передбачає використання комп'ютерних програм на будь-якому етапі уроку. Вони виконують контролюючі, коригуючи і освітні задачі, а значить, стимулюють прояв пізнавальної активності учнів будь-якого рівня.
Для перевірки й актуалізації теоретичних знань учнів найкраще використовувати тестові програми. Ці програми можуть містити завдання, направлені на відтворення теоретичних знань та застосування їх у нескладних ситуаціях. На виконання таких завдань витрачається багато часу, вони стимулюють активне повторення вивченого матеріалу.
Більше смислове навантаження несуть програми, призначені для повторення матеріалу, який вивчався в попередніх класах. Наприклад, під час вивчення властивостей реальних газів у 10-му класі на основі пари "необхідно повторити механізм пароутворення, який вивчався у 8-му класі. Комп'ютерна програма, що використовується для цього – «мультфільм» із зображенням процесів випаровування і кипіння та деякими поясненнями. Після цього на екрані висвічуються словесні описи цих процесів. Завдання учнів – розпізнати за описами процеси.
У 10-му класі в розділі «Термодинаміка» вивчаються фізичні основи теплових машин. Будова й робота парової машини і двигуна внутрішнього згоряння вивчалися у 8-му класі. У підручнику для 10-го класу цього матеріалу немає. Комп'ютерна програма з, описом та ілюстрацією цього матеріалу, допоможе вирішити проблему. Подібним чином можна повторити в 11-му класі особливості струму в вакуумі й напівпровідниках (принцип дії діода і транзистора) для підготовки вивчення фотоефекту і генератора незатухаючих електромагнітних коливань.
Вивчення електромагнітних коливань і хвиль в 11-му класі неможливе без повторення теми «Механічні коливання і хвилі» за 9-й клас, У цьому разі доцільно використовувати навчальні й контролюючі програми, розроблені для 9-го класу. Повторення не зводиться до пасивного читання тексту на моніторі, оскільки після повторення теоретичного матеріалу учень повинен виконати практичні завдання (скласти конспект уроку, поставити запитання до тесту і розв'язати типові задачі). Таке повторення займатиме більшу частину уроку. Більш органічно зливається повторення пройденого і вивчення нового матеріалу під час розгляду хвильових властивостей світла. Закони поширення, відбивання і заломлення світла учні вивчали у 8-му класі на основі експериментальних даних. В 11-му класі вони повинні виводити ці закони математичними методами на основі принципу Гюйгенса–Френеля. Тому доцільно повторити матеріал 8-го класу і розширити ці знання для побудови зображень у дзеркалах, лінзах і призмах. Тут можна використати навчальну програму для «Побудови зображень у лінзах».
Комп'ютерні програми, що розробляються і використовуються в старших класах, мають цільове і багатофункціональне призначення. Вони можуть використовуватися як у процесі вивчення нового матеріалу, так і при його закріпленні й повторенні. Найкраще, коли програма охоплює кілька уроків з певної теми.
Комп’ютерно-орієнтовані сукупності методів і засобів збирання, створення, зберігання, опрацювання, передачі, подання і використання інформації розширюють можливості людини щодо доступу до знань, спілкування, управління технічними і соціальними процесами, передбачення наслідків рішень, що приймаються, суттєво впливають на характер виробництва, наукових досліджень, освіти, культури, побуту, соціальних взаємин і структури. У суспільства з’являються нові потреби, що реалізуються шляхами, неможливими без використання нових інформаційних технологій (НІТ).
Використання технологій навчання, орієнтованих на НІТ, вимагає розробки дидактичних систем, методів і засобів, що базуються на сучасних інформаційних технологіях і використовуються для забезпечення діяльності учасників навчально-пізнавального процесу.
Використання HIT дає змогу значно підвищити ефективність навчального процесу за рахунок вчасного подання і опрацювання інформації, її доцільного дозування, доступності (зрозумілості), раціональної надмірності, оперативного доступу до неї учасників навчального процесу, узгодження темпів подання навчальної інформації та швидкості її засвоєння (реалізації індивідуального підходу), ефективного поєднання індивідуальних та колективних видів діяльності, урізноманітнення методів. Засобів і організаційних форм навчальної діяльності.
Оскільки нові інформаційні технології навчання (НІТН) включають універсальні засоби опрацювання інформації, то відкриваються перспективи широкої диференціації навчання, розкриття творчого потенціалу, пізнавальних здібностей кожного окремого учасника навчального процесу. За рахунок наявності в складі НІТН наперед розроблених засобів автоматизації рутинних, технічних операцій, виконання яких необхідне під час дослідження різноманітних процесів і явищ, можна значно зменшити навчальне навантаження, надати навчальній діяльності творчого, дослідного характеру, що природно приваблює учня, результати якої приносять задоволення, стимулюють пізнавальну активність.
Аналіз застосовності педагогічного програмного забезпечення (ППЗ) або програмного засобу загального призначення в навчальному процесі потребує аналізу ППЗ як з погляду дидактичних, психолого-педагогічних вимог, так і реалізованості даного ППЗ на наявному апаратному забезпеченні. У більшості випадків постає проблема встановлення програмного засобу на наявному апаратному забезпеченні та його конфігурування для ефективного вирішення навчальної задачі.
Сформульовані раніше для шкільних фізичних демонстрацій вимоги з певним застереженням можуть бути перенесені на засоби HIT, що використовуються для підтримки навчання фізики. Характерними відмінностями, які притаманні засобам HIT, є:
а) інтерактивність, під якою для навчального процесу розуміють доступність моделі фізичного явища для безпосередньої корекції вхідних даних та параметрів моделі;
б) адаптивність, тобто можливість зміни (у певних межах) темпу навчання, способів подання навчального матеріалу, реакції ППЗ на відповіді учня тощо, причому здійснювану без участі вчителя або за мінімальної особистої участі вчителя;
в) можливість гіпертекстової побудови структури навчального матеріалу (текстового і графічного, включаючи засоби мультиплікації, когнітивної графіки).
На лабораторних роботах з фізики зручно використовувати програми, які дають змогу автоматизувати проведення фізичного експерименту: інформація від фізичних приладів надходить не до людини, яка її обробляє (можливо із застосуванням ЕОМ), а відразу до комп'ютера, який практично миттєво обчислює, будує графіки і т. ін.
Використання датчиків і пристроїв для вимірювання фізичних величин і пристроїв, що забезпечують введення і виведення аналогових і дискретних сигналів (приладового інтерфейсу), дає змогу візуалізувати на екрані ПЕОМ різні фізичні закономірності у вигляді моделей, графіків, діаграм, які динамічно змінюються залежно від зміни вхідних параметрів.
При цьому НІТН дають змогу провести десятки експериментів за порівняно невеликий проміжок часу при швидкому зворотному зв'язку і візуалізації результатів експериментів.
Більшість авторів ще 5-6 років тому передбачали, що зростання «дружності» засобів інформатики суттєво зменшить вимоги до підготовленості користувача для предметного, галузевого використання програмних засобів як спеціалізованих, так і загального призначення.
Нині уже стає зрозумілим, що дана проблема у ряді випадків не розв'язується так, як передбачалося, а саме шляхом ускладнення програмно-апаратного забезпечення і спрощення доступу користувача до нього і використання його можливостей.
Протиріччя, яке виникло між зростаючими можливостями засобів опрацювання інформації і психофізіологічними обмеженнями каналу взаємодії людини з програмно-апаратними засобами, спричинило появу та поширення засобів Multimedia, поняття «віртуальна реальність». Водночас виникло протиріччя між доступністю результатів опрацювання інформації та все зростаючою прихованістю самого процесу опрацювання інформації. При створенні НІТН фізики прихованість опрацювання інформації, на нашу думку, не завжди бажана, оскільки на певних етапах одним з обов'язкових результатів навчання є формування умінь і навичок проведення фізичних вимірювань, а не лише опрацювання їх результатів.
Докладний аналіз можливих шляхів подолання вказаного протиріччя виходить за межі даної публікації. Пропонується один з можливих шляхів реалізації засобів НІТН фізики, розроблений і апробований у лабораторії механіки кафедри загальної фізики Національного педагогічного університету ім. М.П. Драгоманова.
Основний зміст системи методів та засобів навчання полягає у комплексному застосуванні спеціалізованого багатофункціонального обладнання (лабораторний стенд механіки), спеціалізованого ППЗ (програмні засоби для моніторингу знань студентів і виконання обчислень) та програмного забезпечення загального призначення (електронні таблиці) зі спеціально розробленим предметно-орієнтованим наповненням).
Під час розробки даної системи засобів навчання ставилася задача інтенсифікувати процес навчання за рахунок скорочення непродуктивних нидів навчальної діяльності. Також використано переваги міжпредметних зв'язків курсів загальної фізики та основ інформатики.
Відповідно до навчальних планів, розроблених на фізико-математичному та педагогічно-індустріальному факультетах та затверджених Міністерством освіти України, вивчення основ інформатики на всіх спеціальностях цих факультетів проводиться у І семестрі, причому на кафедрі інформатики студенти набувають умінь і навичок, необхідних їм як користувачам програмного забезпечення. Відповідно програмне забезпечення загального призначення і ППЗ добираються такі, що можуть бути одразу ж використані самими студентами при навчанні фізики і математики (під час виконання домашніх завдань, опрацювання результатів вимірювань – електронні таблиці, програмні засоби Granl, Derive). Студентам забезпечено доступ до засобів обчислювальної техніки в позаурочний час, тобто створено можливості ефективної самостійної роботи.
Система засобів навчання забезпечує фронтальне проведення 16 лабораторних робіт розділу «Механіка» курсу загальної фізики для студентів спеціальності 2105 «Фізика і астрономія» та споріднених, а саме:
1. Дослідження рівноприскореного прямолінійного руху матеріальної точки.
2. Дослідження рівноприскореного обертального руху.
3. Дослідження рівноуповільненого обертального руху.
4. Дослідження рівноприскореного прямолінійного руху центра мас колеса.
5. Дослідження закономірностей сухого тертя.
6. Дослідження динаміки рівноприскореного руху.
7. Дослідження динаміки рівноприскореного руху і закономірностей сухого тертя.
8. Дослідження закономірностей сухого тертя кочення.
9. Дослідження роботи неконсервативних сил.
10. Дослідження тертя ковзання за законом збереження енергії.
11. Визначення швидкості руху каретки за законом збереження енергії.
12 Вивчення коливань пружинного маятника.
13. Вивчення затухаючих коливань.
14 Вивчення неперіодичних коливань хрестовини з кареткою.
15 Визначення модуля зсуву за деформацією кручення статичним методом.
16. Визначення модуля зсуву за деформацією кручення динамічним методом.
Основою апаратного забезпечення є комплексний стенд, який забезпечує проведення фізичних експериментів. Під час розробки системи проведення даного циклу лабораторних робіт враховувалася необхідність формування умінь і навичок експериментаторської діяльності, тому було вирішено відмовитися від використання традиційних засобів.
Лабораторний стенд призначений для фронтального виконання лабораторних робіт з чотирьох основних розділів механіки за курсом загальної фізики: кінематика матеріальної точки, динаміка матеріальної точки і закони збереження, механіка твердого тіла, механічні коливання. У кожному розділі можна провести ряд комплексних вимірювань, що відповідають виконанню різних лабораторних робіт.
Усі вузли стенда є багатофункціональними і використовуються в лабораторних роботах з різних розділів механіки. В кожній лабораторній роботі допускається широка варіативність вихідних параметрів. Завдяки цьому викладач має змогу на одному занятті давати кожній бригаді студентів, які працюють на одному стенді, індивідуальне технічне завдання.
Для розширення функціональних можливостей з використанням конструктивного резерву стенда до описаних вузлів додали ще один функціональний вузол. Він призначений для визначення модуля зсуву твердих* тіл статичним та динамічним методами.
Опрацювання результатів експериментів проводиться студентами з використанням спеціалізованого програмного забезпечення, розробленого у вигляді пакету програмних засобів, що може працювати під MS DOS 5.0 на всіх IBM-сумісних ПЕОМ, забезпечених відеоадаптером та монітором, не гіршим за EGA та вінчестерського накопичувача.
Можливе також використання комплексних електронних таблиць, що складаються студентами або отримуються готовими. Банк таких електронних таблиць до SC4 (5) є доступним для студентів, які виконують цей цикл лабораторних робіт. Робота зі спеціалізованими електронними таблицями банку розглядається під час проведення лабораторних робіт з інформатики і використовується в системі завдань для самостійного опрацювання з даного навчального предмету для студентів фізичних спеціальностей.
У 80-х роках у США з'явилися різні матеріали такого виду Так, Р Фуллер зі співробітниками з університету штату Небраска розробив різні фізичні сюжети падіння моста, автомобільну аварію тощо, в яких учень стає безпосереднім учасником дослідження цих подій. Гнучкість системи сприяє тому, що для дослідження ситуації учні можуть вибирати той чи інший шлях, використовувати анімацію, розповідь, відео. Ця система надає нові можливості для застосування віртуального експерименту в процесі навчання фізики
Великий вплив комп'ютерів спостерігається і в галузі лабораторного навчального експерименту Нині в усьому світі для навчання фізики широко використовується мікрокомп’ютерна лабораторія, що є поєднанням комп'ютера з різними видами датчиків (тиску, положення у просторі, температури, сили струму тощо). Сигнал, який надходить від датчиків, обробляється комп'ютерною програмою. Найважливіша особливість цього засобу полягає в тому, що графіки з'являються відразу, під час проведення експерименту. Кількісна перевага комп'ютерної технології спричиняє якісну зміну в навчальному експерименті:
1. Раніше учень повинен був проводити експеримент, зчитувати і записувати дані, а потім за ними будувати графік. Це забирало чимало часу й обмежувало кількість експериментів, які міг провести учень. Крім того, був відсутній безпосередній зв'язок між умовами експерименту і графіком. Графік сприймався як статична картина. Проведення лабораторних робіт за інструкціями значною мірою визначалося саме браком навчального часу для проведення багатьох експериментів. Адже багато часу забирали проведення вимірів та обробка результатів. Лабораторні роботи значно втрачали властиву науковому експерименту творчість За допомогою комп’ютера можна відразу побачити зміни у графіках зі зміною умов проведення експерименту. Учень може впродовж одного заняття перевірити значну кількість змін в умовах експерименту. Експеримент справді набуває пошукового характеру, яким він і є в науці.
2. Комп'ютер дає змогу проводити реальний фізичний експеримент одночасно з його символічним відображенням на екрані монітора. Учень бачить зв'язок між конкретними змінами, які він сам вносить до умов досліду, та їх графічним відображенням. У такий спосіб комп'ютер стає засобом, що сприяє формуванню абстрактних фізичних понять.
3. Більша частина експериментальної установки – комп'ютер, пристрої шд'єднання до датчиків та програми обробки даних – однакова для експериментів різних типів. Змінюються лише датчики й експериментальне середовище, в яке вони занурюються. Учні можуть вивчати на досліді найрізноманітніші фізичні явища без значних затрат часу на вивчення самих експериментальних засобів. Виникає таке поняття, як індивідуально орієнтований мікроексперимент, який будується залежно від Інтересів та розуміння конкретного учня
4. Є можливість для одночасного експериментального дослідження явищ із традиційно різних розділів фізики. В експерименті досліджуються лише різні прояви єдиного фізичного світу. Тим самим долається розмежування розділів навчального курсу, яке склалося історично і не є характерним для сучасного стану фізичної науки.
5 Традиційне фізичне навчальне обладнання значною мірою стає універсальним, 6v дується зі стандартних блоків Таким чином, обладнання можна компонувати в різних поєднаннях і контекстах Значна частина експериментальних засобів не обмежує ні тип досліджуваних феноменів ні глибину проникнення в них, ні рівень складності навчального предмета. Тому можна використовувати однотипне обладнання для різних рівнів навчання – від школи до вузу. У такий спосіб полегшується розв'язування проблеми наступності навчання у вищій і середній школі.
6 Вітчизняні дослідження і матеріали міжнародної конференції щодо простого фізичного експерименту показують, що на основі нових матеріалів і приладів розширюється коло дослідів які можуть бути проведені учнями самостійно і вдома. Прості в користуванні обладнання й матеріали створюють експериментальне середовище, яке в поєднанні з комп'ютером дає нову якість природного переходу від раннього навчання фізики на досліді до вивчення кількісного боку явищ на наступному етапі навчання
7 Одночасно з універсалізацією і спрощенням експериментального навчального середовища з'являється можливість проведення складних експериментів самими учнями за рахунок створення віртуальної лабораторії. Розроблення віртуальних експериментів є перспективним напрямом удосконалення навчання фізики, який стрімко розвивається. Причому останнім часом спостерігається перехід від розроблення готових віртуальних лабораторій до створення експериментально-моделювальних середовищ, де сам учитель може компонувати різні експерименти відповідно до інтересів і рівня знань своїх учнів.

 

Яндекс.Метрика >