Использование компьютерных моделей при изучении темы "Ядерная физика"
Компьютерные средства обучения. Концепция использования компьютерных интерактивных моделей на уроках физики. Методика изучения темы "Ядерная физика" с применением обучающих программ. Модели "Ядро атома", "Энергия связи атомных ядер", "Ядерный реактор".
| Рубрика | Педагогика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 30.07.2012 |
| Размер файла | 3,8 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Использование компьютерных моделей при изучении темы: «Ядерная физика в средней школе»
Введение
Основные задачи практических занятий выработать у студентов представление о современных информационных и коммуникационных технологиях обучения физике как о технологиях, дающих основание для формирования принципиально новой образовательной среды; обеспечить студенту овладение методическими знаниями и умениями, повышающими эффективность учебного процесса по физике в условиях развивающегося информационного общества; сформировать у студента умение применять средства современных информационных и коммуникационных технологий в обучении физике - электронные учебники, учебные электронные каталоги, электронные рабочие тетради и т.п.; познакомить студентов с современными ЦОР и требованиями к ним; вооружить студентов знаниями о психолого-педагогических и социально-экологических аспектах применения ЦОР в учебном процессе по физике; выработать у студентов умение применять современные средства информационных и коммуникационных технологий для решения различных методических задач; научить студентов использовать ЦОР для активизации познавательной деятельности учащихся; научить студентов применять средства информационных технологий для реализации учебного физического эксперимента.
Под влиянием процесса информатизации в настоящее время складывается новая общественная структура - информационное общество. Информационное общество характеризуется высоким уровнем информационных технологий, развитыми инфраструктурами, обеспечивающими производство информационных ресурсов и возможности доступа к информации, процессами ускоренной автоматизации и роботизации всех отраслей производства и управления, радикальными изменениями социальных структур, следствием которых оказывается расширение информационной деятельности. Не является исключением и сфера образования, физического образования в частности.
Процесс информатизации образования, поддерживая интеграционные тенденции познания закономерностей предметных областей и окружающей среды, актуализирует разработку подходов к использованию потенциала новых информационных технологий (далее НИТ) для развития личности обучаемого, повышения уровня его компетентности, развития способностей к альтернативному мышлению, формирования умений разрабатывать стратегию поиска решений как учебных, так и практических задач, прогнозировать результаты реализации принятых решений, на основе моделирования изучаемых объектов, явлений, процессов, взаимосвязей между ними.
Информатизация образования невозможна без формирования информационной инфраструктуры - совокупности средств и методов для создания автоматизированных систем сбора, обработки, передачи и сохранения информации. Основными компонентами инфраструктуры информатизации являются средства вычислительной техники, системное и прикладное программное обеспечение, коммуникационное и сетевое оборудование.
Особенностью новых информационных технологий является тесная связь между компьютерной техникой и коммуникационными сетями. Если в начальные периоды своего развития техника связи и техника переработки информации развивались независимо друг от друга, то особенностью современного этапа научно-технического прогресса является сращивание их в единую информационную технологию. Именно связь, передача данных и взаимосвязь компьютерных систем обеспечивают эффект от средств новых информационных технологий в обучении.
Слово информация в переводе с латинского означает осведомление, сообщение о положении дел, сведения о чем-либо. С появлением и развитием кибернетики, позже - информатики это слово получило ряд новых значений. В настоящее время, в обиходе под информацией подразумевают совокупность данных, фактов, знаний о некоторой системе, характеризующих организацию, структуру, состояние и поведение этой системы в целом или ее отдельных элементов. Но сегодня наука не может основываться на обиходном значении слова “информация” (“знания”, “сообщения”, “новости”). Научное понятие - а особенно такое фундаментальное понятие как “информация” - должно иметь четкое научное определение. До сих пор - хотя это достаточно странно - в самом определении информации, а тем самым и в понимании ее сущности, наблюдаются значительные разногласия. Различными учеными, в разное время, было дано большое количество разнообразных определений понятия “информация”. Мы остановимся на трактовке предложенной в девяностые годы прошлого столетия И.В. Марусевой, согласно которой информация - есть мера сигнальных взаимодействий материальных систем.
Понятие - информационная технология трактуется как технология обработки, преобразования, передачи и представления информации. С появлением в середине прошлого столетия электронно-вычислительных машин (далее ЭВМ) и их внедрением в сферу информационной деятельности человека, появились принципиально новые методы и способы, обеспечивающие целенаправленное создание, передачу, хранение и отображение информационного продукта с наименьшими затратами и в соответствии с закономерностями той среды, где развивается информационная технология. Такие информационные технологии получили название - новых. «Новые информационные технологии» (далее НИТ) обусловлены развитием информатизации общества, базирующейся на средствах электронно-вычислительной техники. Понятием - новые информационные технологии обычно обозначают совокупность средств и методов обработки данных, обеспечивающих целенаправленную передачу, обработку, хранение и отображение информационного продукта (данных, идей, знаний). Новые информационные технологии предлагают использование различных технических средств, центральное место среди которых занимает электронно-вычислительная машина, т.е. компьютер. Одно из основных направлений информатизации сферы образования связано с применением НИТ в обучении и управлении учебным процессом.
Потенциал НИТ в сфере образования проявляется многопланово, открывая возможности:
? совершенствования методологии и стратегии отбора содержания образования, внесение изменений в обучение традиционным дисциплинам;
? повышение эффективности обучения, его индивидуализации и дифференциации, организации новых форм взаимодействия в процессе обучения и изменение содержания и характера деятельности обучающего и обучаемого;
? совершенствование управления учебным процессом.
Появляются новые понятия: педагогическая кибернетика, технология обучения, информационная технология обучения, электронное и компьютерное обучение, школьная информатика.
Если кибернетика - это наука об общих законах управления множеством взаимосвязанных объектов (системами), каждый из которых способен воспринимать, запоминать и обрабатывать информацию, то кибернетическая педагогика - это наука об оптимальном управлении учебно-воспитательным процессом, педагогическими системами, технологиями обучения на основе кибернетического подхода с использованием электронно-вычислительной техники.
Как уже сказано выше, новая информационная технология - это технология обработки, передачи, распространения, хранения и представления информации с помощью ЭВМ.
Основные идеи НИТ базируются на концепции баз данных (БД). Согласно этой концепции, основой НИТ являются данные, которые организовываются в базы данных с целью адекватного отображения изменяющегося реального мира и удовлетворения информационных потребностей человека.
Рассмотрим средства новых информационных технологий обучения (далее СНИТО).
СНИТО делятся на две группы: технические и инструментальные.
К техническим СНИТО относятся:
? персональные компьютеры (ПК);
? интерактивное видео (в т.ч. с использованием лазерных оптических видеодисков);
? телекоммуникации (телеконференции, электронная почта и т.п.);
? технологии СD и DVD (оптические компакт диски, на которых записываются: звуковая информация; компьютерные обучающие программы; видеоинформация; графические изображения и т.п.)
? различное учебное оборудование, сопрягаемое с ПК, позволяющее предоставить обучаемому инструмент исследования реальных явлений и объектов.
К инструментальным (т.е. служащим для разработки сложных программных продуктов) относятся:
? универсальные языки программирования, возможности которых расширены конструкциями моделирования;
? экспертные системы (ЭС);
? интегрированные гибридные среды (несколько разнородных средств представления данных и знаний, набор средств для организации интерфейсов);
? инструментальные обучающие системы (или их часто называют АОС - автоматизированные обучающие системы). С их помощью создаются и функционируют прикладные системы и программы, обучающие конкретному предмету - автоматизированные учебные курсы (комплекс взаимосвязанных обучающих программ по определенной учебной дисциплине);
? средства построения систем поддержки принятия решений. Основными средствами представления знаний и получения решений в таких системах являются электронные таблицы и специально встроенные функции, позволяющие вырабатывать наилучшее решение при работе с системой.
3. Перечень раздаточного материала, используемого на занятии.
1. Фотографии и схемы различных технических аппаратных средств применяемых на уроках физики для подачи учебной информации.
2. Оригинал-макеты информационных носителей: механических, магнитных, оптических.
3. ЦОР «Библиотека электронных наглядных пособий С&М. Физика 7 - 11»
4. Перечень и краткое описание технических (программных) средств, необходимых для проведения занятий
|
Наименование |
Назначение |
Характеристики |
|
|
Компьютер |
Для работы с программно-педагогическими средствами и работы в Интернет |
Не хуже Intel Celeron Pentium III - 600 МГц / ОЗУ- 256Мб / Video-32 Мб / Sound саrd - 16 bit + tv / HDD-20 GB / FDD-3.5"/ CD-ROM-24x / SVGA-15" с доступом к сети Интернет (рекомендуется высокоскоростное подключение) и настроенным Интернет - обозревателем, при этом работа должна быть протестирована с Microsoft IE 5.5+, Mozilla 1.4+, Opera 7+, Konquerror 3+ под ОС MS Windows 2000, XP, NT4 SP6, 98SE, ME, Linux Mandrake 9.2, Linux Knoppix 3.3, Mac OS X., также этом должна быть разрешена загрузка графики и активные сценарии JavaScript. |
В учебно-воспитательном процессе информационные технологии помогают создавать условия необходимые для «живого созерцания». Отображая действительность, они позволяют оперировать непосредственно фактами природы, жизни, науки. Собранные в учебный фильм (компьютерный слайд-фильм) отдельные фрагменты составляют образную модель, дающую определенное представление об оригинале. Чувственный образ, утверждает психология, лишь в известных рамках связан с объектом, который он отражает. Это именно сходство, а не тождество. Образная модель выступает как известное выделение деталей, необходимых в учебно-познавательных целях. Под образной моделью объекта понимают мысленно представляемую или материально реализованную систему, способную замещать объект так, что ее изучение дает новую информацию об этом объекте. Используя звуко-зрительную модель, выделяют те стороны объекта, изучение которых поможет сделать вывод о сущности объекта. Образная модель должна отличаться наглядностью. При этом модель не содержат полноценного знания об объекте, а являются лишь источником, дающим материал для мышления и воображения. Отбор, выделение наиболее значимого, важного осуществляют авторы (разработчики) образной модели. Создавая зрительно-звуковой образ, они ищут средства для отражения этого главного, существенного в объекте и обеспечивают «мостик» для перехода от чувственного образа к логическому мышлению, так как на основе полученных через образную модель знаний о структуре объекта крайне важно сформулировать понятия и теоретические выводы.
Информационные технологии должны и могут приобщать обучаемых к самостоятельному добыванию знаний в процессе сообщения новых фактов и сведений. Путей решения задачи может быть несколько.
Видео, мультимедиа могут показать пути научных открытий, историю их поиска. Однако педагогических эффект будет достигнут лишь тогда, когда история науки показана как борьба идей. Главное достоинство таких дидактических информационных средств в том, что они делают мысль обучаемого активной, учат не только и не столько собирать факты, сколько анализировать их.
Образная модель - средство формирования навыка наблюдения. Роль умения наблюдать в человеческой деятельности резко возрастает. Всякое наблюдение есть начало анализа, абстрагирования, отбора фактов для определения их сущности.
Однако способность к наблюдению есть результат научения, определенного отношения к порученному заданию и его осознанию.
Информационные технологии обычно предусматривают возможность формирования у учащихся качества наблюдателя: они содержат в начале образной модели мотив или установку, определяющую цель наблюдения, затем, выделяя главное, обеспечивают избирательность наблюдения; наконец, истолковывают результат наблюдения. В итоге желательно, что бы образные модели предусматривали и задания для самостоятельных наблюдений и последующих выводов. Такие задания не должны быть сложными, но должны требовать догадки, восстановления у учащихся уже известных фактов.
В методическом отношении учебные занятия по физике с применением средств информационных технологий отличаются следующим:
1. Такие занятия ведут как бы два преподавателя: наряду с преподавателем в объяснении, беседе, опросе участвует информационная техника. Конечно, главным остается педагог, он предоставляет слово своему «коллеге», через него осуществляется связь «ученик - учитель», без которой немыслим урок. Однако в определенные моменты учитель в классе может уступить место техническому средству информационных технологий как источнику учебной информации, как средству обучения, ведущему, управляющему или контролирующему процесс познания.
2. Современная информационная техника на занятиях выступает в союзе, комплексе с традиционными средствами обучения - учебником, муляжами, таблицами и др. Учебные занятия с применением средств информационных технологий должны стать частью системы, построенной с учетом дидактических принципов.
3. На всех этапах учебного занятия меняются формы работы.
Информатизация образования является одной из форм интенсивного проникновения современных человеко-машинных систем во все сферы общественной жизни. Согласно теории таких систем, их ведущим компонентом является человеческая деятельность, а машинный компонент выступает как орудийное средство ее эффективной реализации. Человеческая деятельность имеет много разных видов и форм, генетически исходной основой которых является трудовая деятельность.
Если действия человека соответствуют целям какой-либо деятельности, то операции, входящие в те или иные действия, соответствуют условиям достижения этих целей. Включение в процесс выполнения человеческого действия такого средства, как машина, позволяет передать машине операторную реализацию действия. При этом соотношение действий и операций подчиняется такой закономерности, что потеря каким-либо действием своей цели превращает его в операцию, а приобретение некоторой операцией цели превращает ее в соответствующее действие. Эти взаимопереходы находят свое отражение в процессе построения человеко-машинных систем.
В человеко-машинной системе, соответствующей конкретному виду деятельности, человек, руководствуясь определенными потребностями и мотивами, ставит перед собой задачи, а оперативную часть действия, направленного на решение этих задач, выполняет посредством машины. Т.е. цель действия определяется человеком, а достижение цели, т.е. получение некоторого реального продукта, осуществляется машиной.
Применение средств информационных технологий в учебном процессе является не только предпосылкой совершенствования обучения, но и потенциальным источником негативных последствий. В частности, использование человеко-машинных систем может послужить причиной распада целостной системы «учитель-класс» на отдельные элементы типа «ученик-компьютер», контролируемые учителем. Поэтому специальной задачей проектирования систем новых информационных технологий обучения является поиск новых способов организации учебного процесса.
Использование возможностей средств информационных технологий активизирует процессы развития операционального, наглядно-образного, теоретического типов мышления; способствует развитию творческого, интеллектуального потенциала обучаемого.
Таким образом, в связи с информатизацией образования изменяется парадигма педагогической науки (система основных научных теорий и методов педагогической науки, по образцу которых организуется исследовательская деятельность и практика ученых-педагогов, направленная на разработку стратегии отбора содержания и организационных форм, методов обучения и воспитания).
1.2 Функции компьютера в обучении
Лекция 9. КОМПЬЮТЕРНЫЕ СРЕДСТВА ОБУЧЕНИЯК средствам обучения относят наглядные пособия, технические средства обучения, дидактические материалы и т.п. В последнее время существенно изменились средства обучения. В связи с появлением персональных компьютеров возник новый вид процесса проблемного обучения - проблемно-компьютерное обучение. Появление нового элемента (компьютера) в педагогической системе во многом может изменить ее функции и позволяет достичь нового педагогического эффекта.
Как и при внедрении всякого другого средства обучения, возникает ряд проблем, связанных с психолого-педагогическими условиями применения компьютера в процессе обучения. В то же время компьютер дает такие возможности информационного обеспечения учебного процесса, которых до сих пор никогда не было. Возникает серьезная многоаспектная проблема выбора стратегии внедрения компьютера в обучение, которая позволила бы использовать все его преимущества и избежать потерь, влияющих на качество педагогического процесса и затрагивающих развитие основных сфер человека. Поэтому прежде чем приступить к проектированию учебного процесса с использованием ЭВМ, преподаватель должен знать методику обучения с применением компьютера. Следовательно, правомерно ставить вопрос о новой технологии обучения, которая давала бы преимущества, компенсирующие затраты на приобретение ЭВТ и на овладение навыками работы с ней. Для этого нужен поиск принципиально новых перспективных решений использования компьютера как эффективного средства обучения.
Анализ научного знания позволяет систематизировать и выделить следующие функции компьютера в обучении:
* технико-педагогические (обучающие и управляющие программы, диагностирующие, моделирующие, экспертные, диалоговые, консультирующие, расчетно-логические);
* дидактические ( компьютер как тренажер, как репетитор, как ассистент, как устройство, моделирующее определенные ситуации; компьютер как средство интенсификации учебной деятельности, оптимизации деятельности преподавателя; компьютер как средство, выполняющее функции: оперативного обновления учебной информации, получения оперативной информации об индивидуальных особенностях обучающихся; компьютер как средство корректировки, контроля и оценки их деятельности, ее активизации и стимулирования).
Задача педагогики в этой связи состоит в том, чтобы определить и обеспечить те условия, при которых обозначенные функции действительно достигаются. На практике же эти условия или не выявлены, или не используются, поэтому и функции компьютера реализуются зачастую на примитивном, в педагогическом аспекте, уровне. Что это за условия?
Не претендуя на абсолютную полноту, назовем следующие:
* взаимосвязь применения компьютера и целей, содержания, форм и методов обучения;
* сочетание слова преподавателя и применения компьютера;
* дидактическая структура компьютерного занят ия;
* мотивационное обеспечение компьютерного занятия;
* сочетание компьютера и других ТСО.
Вычленение названных условий необходимо для того, чтобы найти разумное, дидактически обоснованное соответствие между логикой работы ЭВМ и логикой развертывания учебной деятельности. В настоящее время вторая логика приносится в жертву первой, поэтому компьютеризация обучения не дает должного педагогического эффекта. Установка в школьном классе или вузовской аудитории ЭВМ есть не окончание компьютеризации, а начало компьютерного обучения. Рассмотрим подробнее условия компьютерного обучения.
Взаимосвязь компьютера с основными компонентами педагогического процесса. Здесь важно вскрыть целесообразность применения компьютера и его сочетаемость с содержанием, формами и методами обучения. С какой ц е л ь ю применяют компьютер? На сегодняшнем этапе применения компьютерного обучения выделены следующие цели:
* по временному фактору: выигрыш во времени при контроле учащихся и их диагностировании, выигрыш в тиражировании и предъявлении контрольных и самостоятельных работ учащихся, обработка результатов и их оперативное доведение до каждого обучающегося и т.п.;
* по степени “охвата” учащихся в учебном процессе: возможность массового обучения на этапе актуализации опорных знаний и способов действий, на этапе отработки репродуктивных умений и навыков;
* по реализации индивидуального подхода к учащимся: каждый работает с компьютером с учетом своего темпа и возможностей;
* по степени “механизации” педагогических операций: интенсификация работы учащегося при подготовке лабораторных и практических работ, работа компьютера в режиме тренажера, репетитора, работа с компьютером над лекционным материалом, на лабораторно-практических занятиях.
В представленном перечне целей видно, что используется только одна сторона компьютерного обучения - это программированное обучение, но только на более совершенной технике. Практика использования систем программирования подтверждает правомерность такого набора целей при решении задачи формирования практических умений и навыков. Но технологии программированного обучения по существу дублируют традиционные методы обучения: оптимизируя операционные и регуляторные компоненты управления деятельностью учащегося, они существенно обедняют и даже разрушают другие ее компоненты (интеллектуальный, мотивационный, эмоциональный). Поэтому использование целей программированного обучения необходимо, но недостаточно: оно достаточно лишь в узком спектре педагогических ситуаций, связанных с формированием навыков, но совершенно недостаточно в ситуациях развития основных сфер человека.
Мы не отвергаем приведенную выше номенклатуру целей, но ее необходимо существенно дополнить. В чем ее недостатки? Она предполагает значительное облегчение труда преподавателя, но не направлена на развитие учащегося как субъекта деятельности, ибо в этом случае остается вне поля анализа проблема организации учебной деятельности. С учетом этого основной стратегической линией психолого-педагогического обеспечения компьютерного обучения становится обоснование целостных систем учебной деятельности, сохраняющих и при использовании компьютера, все возможности формирования и развития основных сфер человека. Иначе говоря, необходима номенклатура целей, учитывающая новые педагогические концепции личностно ориентированного обучения и индивидуально-деятельностный подход. Отсюда следует, что вышеприведенную номенклатуру целей необходимо дополнить следующим образом:
* развитие интеллектуальной сферы: развитие мышления (познавательного, творческого), памяти, внимания, качеств ума (сообразительность, гибкость, экономичность, самостоятельность), мыслительных навыков (вычленение, сличение, анализ и пр.), познавательных умений (видеть противоречие, проблему, ставить вопросы, выдвигать гипотезы и пр.), умений учиться, формирование предметных знаний, умений, навыков;
* развитие мотивационной сферы: формирование потребностей - интеллектуальной, в знаниях, в познании природы, общества, человека, закономерностей мышления и познания, потребности в овладении способами познания и преобразовательной деятельности, воспитание мотивов учения (познавательные интересы, смысл изучения предмета и пр.), мотивов достижения и др.;
* развитие эмоциональной сферы: формирование необходимых навыков управления своими чувствами и эмоциональными состояниями, преодоление излишней тревожности, воспитание адекватной самооценки;
* развитие волевой сферы: формирование целеустремленности, умения преодолевать мышечные и нервные напряжения, развитие инициативы, уверенности в своих силах, развитие умений владеть собой, обучение знаниям как действовать, как планировать деятельность, как ее осуществлять и вести контроль без посторонней помощи;
* формирование учебной деятельности в целом и основных ее компонентов: управление вниманием обучающихся - разъяснение им смысла предстоящей деятельности - актуализация необходимых потребностно-мотивационных состояний - стимулирование целеполагания -создание условий для успешного выполнения учащимися системы исполнительских действий - помощь и коррекция деятельности - оценивание процесса и результата учебной деятельности обучаемых.
Рассмотрим сочетаемость компьютера с содержанием, формами и методами обучения. Опыт отечественной высшей и средней школы как и опыт зарубежной школы показывает, что для применения компьютера по любому предмету практически нет ограничений. Но содержание компьютерного занятия должно обязательно включать данные о способах анализа условия задачи, о поисках способа ее решения, о способах контроля за правильностью решения. То есть в содержание необходимо включать данные о всех типах рефлексии - интеллектуальной, личностной и межличностной: учитывать как учащиеся понимают логику компьютерного обучения, смысл требований и пр.
Применение компьютера должно учитывать сложившиеся формы обучения. Современные формы обучения независимо от типа школы имеют следующую инвариантную структуру:
* актуализация опорных знаний и способов действий;
* формирование новых понятий и способов действий;
* применение знаний, формирование умений.
Как сочетается с выделенными этапами компьютер? Многое зависит от специфики учебного предмета: очень трудно формализовать знания по гуманитарным предметам (хотя это и временные трудности), трудно также с помощью компьютера развивать творческое мышление. Поэтому второй этап занятия (формирование новых понятий и способов действий) чаще проводится традиционными (вербальными) методами. Первый и третий этапы как показывает опыт применения компьютеров в учебном процессе и наши исследования вполне поддаются компьютеризации.
На этапе “актуализации” компьютер может восполнить недостающие у учащихся знания независимо от того по какой причине они у него отсутствуют, поможет ему вспомнить необходимые опорные знания и способы действий. Учитель при этом может получить информацию об уровне ак-туализации знаний всех учащихся. Все это создает определенные предпо-сылки успешности обучения на других этапах.
На этапе “применения” компьютерное обучение может полностью погрузить учащихся в самостоятельную деятельность.
Приведенная выше структура занятия носит название дидактической структуры. Наряду с ней существует психологическая структура занятия. Для компьютерного обучения нами предлагается следующая структура:
* управление вниманием учащихся на занятии: включение их в деятельность в его начале, организация внимания при смене деятельности, поддержание непроизвольного и произвольного внимания на необходимое время;
* раскрытие смысла предстоящей деятельности: каждому учащемуся самому нужно осознать смысл предстоящей деятельности. Только тогда у него возникнет желание что-то делать, только тогда он включится в активную деятельность. Для этого учащийся должен получить информацию о предмете потребности, позволяющую ему ясно представить, какие знания ему надо усвоить, какими способами овладеть, что необходимо делать и почему это необходимо;
* актуализация мотивационных состояний: учащийся под влиянием педагогических воздействий осознает свои побуждения и действует, побуждаемый значимым в данной ситуации мотивом;
* совместное с учащимися целеполагание: формулирование проблемы, целей предстоящей деятельности;
* формирование системы учебных действий (планирующие, ориентировка в деятельности, исполнительские);
* формирование способов контроля за своими действиями;
* формирование самооценки, отношения к процессу и результату деятельности.
Как приведенную выше психологическую структуру компьютерного занятия реализовать практически? Рассмотрим инвариантный сценарий модели компьютерного занятия.
На первых двух этапах психологической структуры создается высокая личностная заинтересованность учащихся с помощью информации вводимой на мониторе компьютера:
* информация о необходимости учения, значимости знаний;
* информация об актуальности и практической значимости обучающей программы, предъявляемой компьютером;
* информация, помогающая настроиться на работу, сосредоточить внимание;
* информация настраивающая на самообразование и развитие познавательного интереса;
* информация, объясняющая важность и актуальность выбранной темы изучения;
* информация, объясняющая, что в обучающей программе имеются специальные средства, помогающие преодолению трудностей;
* одобрительная информация о правильном отношении обучаемого к образованию, к необходимости стремления к новым знаниям;
* одобрительная информация о правильном выборе профессии (специальности), о важности обучения рациональным способам учения;
* информация, объясняющая, что в обучающей программе имеются средства, способствующие развитию инициативы и волевых качеств.
На третьем этапе с помощью компьютера вводится:
* информация о том, где реально могут пригодиться получаемые знания;
* информация, подчеркивающая те вопросы, которые демонстрируют определенные приемы учебной деятельности;
* информация объясняющая как в случае затруднения обращаться за помощью, какой вид помощи выбрать;
* информация, требующая проявления максимума самостоятельности при выполнении заданий;
* информация подчеркивающая, что рассматриваемая ситуация развивает умение ставить цели учебной деятельности;
* информация объясняющая, что в случае затруднения будет выдаваться дополнительная информация, ставиться вопросы, помогающие решению рассматриваемых проблем;
* информация, подчеркивающая, что решение этих проблем способствует формированию определенных умений;
* информация, подчеркивающая, что действия, осуществляемые облучаемыми, формируют умения учебной и профессиональной деятельности;
* информация, объясняющая, что в случае затруднений будут выдаваться вспомогательные задания или алгоритмические предписания.
На четвертом этапе происходит сознательный выбор учащимися цели деятельности, выбор решения как действовать. На этом этапе осуществляется создание индивидуальной установки на выполняемую деятельность. Возможности компьютера здесь ограничены и лучше этот этап проводить в процессе живого общения между педагогом и обучаемыми.
На заключительных этапах психологической структуры компьютерного занятия вновь можно использовать компьютер и дать возможность учащимся выбрать вид помощи. В случае затруднений предложить дополнительные вопросы или информацию, учебные задачи, алгоритмические предписания. Центральной задачей преподавателя на этих этапах является моделирование с помощью компьютера индивидуальной деятельности обучаемых. Приведем сценарий дифференцированных вспомогательных обучающих воздействий.
Учащимся предъявляется задание, в случае затруднений обучающая программа предлагает:
* “выберите помощь”: 1)подсказка, 2)правильный ответ без объяснения, 3)правильный ответ с объяснением;
* “нужна ли помощь?”: 1)попробуйте ответить еще раз; 2)устраните ошибку; 3)правильный ответ с объяснением;
* помощь в доброжелательной форме с нарастающей степенью подсказки, приводящей в итоге к правильному ответу; - указание на причину затруднений: типичная причина (N1), типичная причина (N2), другое;
* дополнительную информацию, заставляющую обучаемого задуматься над тем, к чему он должен стремиться, чтобы найти правильное решение;
* дополнительные вопросы типа “Что дано?” “Что нужно найти?”
* вспомогательные учебные задачи, проблемные вопросы, которые помогут определить принцип решения основной задачи;
* выполнить алгоритмические предписания;
* мотивационные указания, дополнительные указания.
Таким образом, модель компьютерного занятия должна быть многогранной или полифункциональной: формировать не только знания, но и развивать обучаемых, вовлекать их в сферу разносторонней психической деятельности. На этой основе происходит развитие интеллекта, мотивации, воли и пр. Поэтому модель компьютерного занятия должна быть также процессуальной. Процесс - это не только изменение, но и ряд генетически преемственных стадий развития, соответствующих этапам компьютерного обучения. Модель должна также отвечать критериям противоречивости и проблемности, вариативности и гибкости.
Как уже отмечалось, компьютерное занятие не предполагает стопроцентного использования своего времени на работу компьютера. Поэтому необходимо рассмотреть проблему сочетания слова преподавателя и использования компьютера. Можно выделить несколько форм такого сочетания:
* первая форма сочетания: преподаватель руководит работой обучаемых с компьютером, знания об объекте изучения они извлекают сами;
* вторая форма сочетания: знания об объекте изучения обучаемый получает от преподавателя, а компьютер служит подтверждением или конкретизацией вербальных сообщений;
* третья форма сочетания: на основании работы с компьютером, осуществленной учащимися, преподаватель решает совместно с ними учебную проблему;
* четвертая форма сочетания слова преподавателя и использования компьютера: опираясь на информацию, заложенную в компьютер, педагог сам решает проблему (и показывает ее решение) монологическим методом.
В зависимости от рассмотренных форм сочетания, компьютерное занятие может быть проведено различными методами обучения:
* алгоритмическим и исследовательским методами при первой форме сочетания;
* монологическим и диалогическим методами обучения при второй форме;
* при третьей форме сочетания действий преподавателя и применения компьютера доминирующими методами будут диалогический и эвристический;
* наконец, четвертая форма сочетания предопределяет применение монологического метода обучения.
Эффективность проведения занятия с компьютерным сопровождением зависит от многих факторов. К ним, как известно, относятся: содержание учебного материала (его противоречивость, насыщенность математическим аппаратом или гуманитарным содержанием, возможность его программирования, создания проблемных ситуаций и др.), форма проведения занятий (урок, лекция, практическое занятие, коллоквиум, консультация и др.), выбранная преподавателем форма сочетания компьютера с применяемыми им методами обучения, актуальный уровень развития у учащихся интеллектуальной, мотивационной и других сфер, наконец, уровень методического мастерства преподавателя и его умение отбирать и применять программные педагогические средства (ППС).
Таким образом, модель компьютерного занятия как дидактическая система включает номенклатуру целей обучения знаниям и умениям, целей развития основных сфер человека, целей формирования учебной деятельности; характеристику содержания учебного материала, критерии его отбора для создания программных педагогических средств, связи программного материала с остальным содержанием занятия; характеристику дидактической структуры занятия; мотивационное его обеспечение; указания на формы связи деятельности преподавателя и применения компьютера и связанное с ним сочетание методов обучения. Педагогическая эффективность компьютерного занятия зависит от ряда выше названных факторов и от того на сколько реализован замысел, представленный в его модели.
1.3 Роль компьютерных моделей в изучении физики
Компьютер на уроках физики, прежде всего позволяет выдвинуть на первый план экспериментальную, исследовательскую деятельность учащихся. Замечательным средством для организации подобной деятельности являются компьютерные модели. Компьютерное моделирование позволяет создать на экране компьютера живую, запоминающуюся динамическую картину физических опытов или явлений и открывает для учителя широкие возможности по совершенствованию уроков.
Следует отметить, что под компьютерными моделями автор понимает компьютерные программы, имитирующие физические опыты, явления или идеализированные модельные ситуации, встречающиеся в физических задачах. Наибольший интерес у учащихся вызывают компьютерные модели, в рамках которых можно управлять поведением объектов на экране компьютера, изменяя величины числовых параметров, заложенных в основу соответствующей математической модели. Некоторые модели позволяют одновременно с ходом эксперимента наблюдать в динамическом режиме построение графических зависимостей от времени ряда физических величин, описывающих эксперимент. Подобные модели представляют особую ценность, так как учащиеся, как правило, испытывают значительные трудности при построении и чтении графиков.
Компьютерные модели легко вписываются в традиционный урок, позволяя учителю продемонстрировать почти (живьем( многие физические эффекты, которые обычно мучительно и долго объясняются (на пальцах(. Кроме того, компьютерные модели позволяют учителю организовывать новые, нетрадиционные виды учебной деятельности. Приведем в качестве примеров два вида такой деятельности, опробованные нами на практике:
Урок - исследование. Учащимся предлагается самостоятельно провести небольшое исследование, используя компьютерную модель, и получить необходимые результаты. Тем более, что многие компьютерные программы позволяют буквально за считанные минуты провести такое исследование. В этом случае урок приближается к идеалу, так как ученики получают знания в процессе самостоятельной творческой работы, ибо знания необходимы им для получения конкретного, видимого на экране компьютера, результата. Учитель в этом случае является лишь помощником в творческом процессе овладевания знаниями. Разумеется, такой урок можно провести только в компьютерном классе.
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. Возможность последующей самостоятельной проверки в компьютерном эксперименте полученных результатов усиливает познавательный интерес, делает работу учащихся более творческой, а зачастую приближает ее по характеру к научному исследованию. В результате многие учащиеся начинают придумывать свои задачи, решать их, а затем проверять правильность своих рассуждений, используя компьютерные модели. Учитель может сознательно побуждать учащихся к подобной деятельности, не опасаясь, что ему придется решать (ворох( придуманных учащимися задач, на что обычно не хватает времени. Более того, опыт автора показывает, что составленные школьниками задачи можно использовать в классной работе или предложить остальным учащимся для самостоятельной проработки в виде домашнего задания. Авторы задач при этом могут стать активными помощниками учителя, помогая одноклассникам решать свои авторские задачи, а также проверяя работы и выставляя оценки.
|
Сравнительный анализ компьютерных моделей. |
|
|
Полный перечень компьютерных моделей, которые можно использовать на уроках физики, приведен в статье, опубликованной в первом номере данного журнала. Однако, не все перечисленные в указанной статье модели легко доступны, поэтому в дальнейшем подробно анализируются лишь модели, которые выпускаются на лазерных дисках и которые можно сравнительно просто приобрести в компьютерных магазинах. Безусловным лидером в разработке компьютерных моделей является компания "Физикон" (Москва, г. Долгопрудный, www.scph.mipt.ru). К настоящему моменту компанией выпущены следующие лазерные диски: "Физика в картинках", "Физика на вашем компьютере", "Открытая физика, часть 1" (механика, термодинамика, механические колебания и волны) и "Открытая физика, часть 2" (электричество и магнетизм, оптика, квантовая физика). Заметим, что диск "Физика на Вашем компьютере" полностью повторяет курс "Физика в картинках", а также в качестве рекламного приложения содержит фрагменты "Открытой физики" и по понятным причинам в дальнейшем анализе упоминаться не будет. Сами авторы справедливо считают свои разработки мощным средством интенсификации занятий и повышения интереса учащихся к физике и рекомендуют их учащимся средних школ, техникумов, лицеев, колледжей, студентам нефизических специальностей, лицам, самостоятельно изучающим физику, абитуриентам и преподавателям. Перечисленные выше компьютерные курсы состоят из отдельных модулей - компьютерных экспериментов или, по нашей терминологии, компьютерных моделей. Подавляющая часть компьютерных моделей гармонично вписывается в школьный курс физики и может использоваться при изучении физики как по базовой, так и по углубленной программам. Перечень компьютерных моделей, представленных в курсах "Физика в картинках" и "Открытая физика", читатель может найти в приложении к данной статье. Сравнительный анализ показывает, что компьютерный курс "Открытая физика" является значительным шагом вперед по сравнению с "Физикой в картинках", так как прежде всего существенно увеличилось число моделей (с 58 до 83) и улучшилось их качество. Появились новые интересные модели как, например, рамка с током в магнитном поле, относительность длины, относительность времени и другие. Что касается самих моделей, то расширились их функциональные возможности, расширились диапазоны регулировки параметров, а также упростился сам процесс регулировки. В результате с моделями стало работать приятнее и интереснее. Кроме того, в курс "Открытая физика" добавлено 2 часа звуковых пояснений в виде фрагментов лекций, которые читает научный руководитель проекта профессор С. М. Козел, а также 19 видеозаписей физических экспериментов. Безусловно, видеозаписи делают курс более привлекательным, однако их качество сильно уступает компьютерным демонстрациям. К сожалению, как и при любом движении, вперед, не обошлось и без потерь: исчезли краткие, но полезные инструкции к моделям, также исчезли весьма полезные конструкторы конденсаторов и резисторов, существенно уменьшилось рабочее поле конструктора электрических цепей, а значит, приходится упрощать моделируемые цепи. Также, к великому сожалению, сильно уменьшились рабочие поля всех моделей "Открытой физики" (примерно в два раза) по сравнению с "Физикой в картинках". В результате изображения стали излишне мелкими, что является существенным недостатком курса и ограничивает его использование в демонстрационном варианте. Необходимо отметить, что сильно усложняет работу с обсуждаемыми курсами при работе с классом и тем более при индивидуальной работе ограниченное число задач и вопросов, которыми авторы сопровождают модели. Функциональные возможности моделей позволяют составить значительное число задач различных типов почти к каждой модели, но авторы ограничились в среднем тремя задачами на модель в "Физике в картинках" и лишь одной в "Открытой физике". Опыт работы показывает, что каждая модель должна сопровождаться, по крайней мере, десятком задач различной сложности, тогда работа с программой даст действительно высокий учебный эффект. Было бы идеально, если бы к компьютерному курсу прилагался также задачник с задачами, содержание которых было бы согласовано с функциональными возможностями моделей. Наличие такого задачника существенно упростило бы работу учителя по использованию компьютерных курсов на уроках физики и позволило бы активно рекомендовать эти курсы учащимся для домашней работы. Тем не менее, даже на сегодняшний день, компьютерные курсы "Физикона", безусловно, являются чрезвычайно полезными при изучении физики, как в классе, так и при индивидуальной работе. Какой же курс является предпочтительным? Прежде всего, многое зависит от имеющихся аппаратных средств. Курс "Физика в картинках" разработан под DOS и будет работать даже на устаревших компьютерах, к тому же он безукоризненно работает в сети. "Открытая физика" требует более современного оборудования и соответствующего программного обеспечения. Приводим технические требования, которые рекомендуют разработчики: Windows 3.1X/95/NT, 386SX, 4 MB ОЗУ, 5MB жесткого диска, звуковая карта, монитор SVGA 800(600, 16 цветов. Кроме того, если Вы приобретете "Открытую физику" в магазине, то работать она будет только на одном компьютере, а для использования ее в сети Вам придется на каждый компьютер установить специальную программу, которую компания "Физикон" распространяет за дополнительную плату. Добавим, что для нормальной работы с любым из перечисленных дисков Вам потребуется не менее, чем четырех - скоростной CD - ROM. Возможно, начать лучше с "Физики в картинках", так как она проще в работе и может использоваться в демонстрационном варианте (крупные, яркие картинки), а затем, когда войдете во вкус, приобрести и "Открытую физику". Для полноты обзора следует отметить, что в начале этого года компания "КомпьюЛинк" выпустила первую программу из разработанного Л. Я. Боревским компьютерного курса физики для школьников и абитуриентов. Программа содержится в виде рекламного приложения на лазерном диске "Курс математики для школьников и абитуриентов", а также выпускается на отдельном лазерном диске. Данная программа содержит 10 задач из полного курса физики Л. Я. Боревского по темам: работа, мощность и энергия. Все задачи выполнены в обучающем режиме, в основу которого положена оригинальная методика автора курса, разработанная им ранее для компьютерного курса математики. По нашему мнению, указанная методика достаточно удачно использована для обучения решению тригонометрических уравнений, а вот использование ее при решении задач по физике достаточно спорно и требует серьезной апробации. Тем не менее, компьютерные модели, которыми сопровождаются все предлагаемые задачи, безусловно, интересны и имеют самостоятельную ценность. К началу учебного года компания "КомпьюЛинк" предполагает выпустить полный курс физики для школьников и абитуриентов, тогда мы и представим на страницах журнала подробный анализ этого курса. Итак, кратко подведем итоги. Можно ли изучать физику при помощи компьютерных моделей? Безусловно, да. Более того, роль компьютерного моделирования в учебном процессе будет повышаться по мере появления новых компьютерных программ. Однако качественный скачок в этой области будет возможен тогда, когда разработчики осознают, что для получения действительно эффективных обучающих программ им необходим тесный контакт с учителями, хорошо знакомыми с компьютерными технологиями и использующими эти технологии при работе с учащимися. |
|
| Приложение_ |
|
Компьютерные модели курсов "Физика в картинках" и "Открытая физика". Физика в картинках Открытая физика Механика 1. Траектория движения 2. Равноускоренное движение 3. Закон сложения скоростей 4. Равномерное вращение 5. Неравномерное вращение 6. Вес тела в движущемся лифте 7. Падение тел 8. Движение тела, брошенного под углом к горизонту 9. Наклонная плоскость 10. Движение ракеты 11. Соударение шаров 12. Упругие и неупругие соударения 13. Законы Кеплера 14. Течение жидкости 1. Сложение векторов 2. Относительное движение 3. Свободное падение тел 4. Движение по окружности 5. Момент инерции 6. Движение по наклонной плоскости 7. Соударение упругих шаров 8. Упругие и неупругие соударения 9. Реактивное движение 10. Законы Кеплера 11. Течение идеальной жидкости 12. Движение с постоянным ускорением 13. Вес и невесомость Молекулярная физика и термодинамика 1. Опыт Джоуля 2. Изобарический процесс 3. Изотермический процесс 4. Изохорический процесс 5. Адиабатический процесс 6. Полупроницаемая перегородка 7. Распределение Максвелла 8. Броуновское движение 9. Диффузия 10. Теплоемкость газа 11. Цикл Карно 12. Изотермы реального газа 13. Испарение и конденсация 1. Кинетическая модель идеального газа 2. Диффузия газов 3. Полупроницаемая мембрана 4. Распределение Максвелла 5. Броуновское движение 6. Изобарический процесс 7. Изохорический процесс 8. Изотермический процесс 9. Адиабатический процесс 10. Теплоемкость идеального газа 11. Цикл Карно 12. Испарение и конденсация 13. Изотермы реального газа 14. Термодинамические циклы 15. Работа газа Механические колебания и волны 1. Свободные и вынужденные колебания 1. Механические волны 2. Продольные и поперечные волны 3. Нормальные моды колебаний струны 4. Биения 5. Эффект Доплера 6. Свободные колебания 7. Вынужденные колебания Электричество и магнетизм 1. Электрическое поле 2. Соединение конденсаторов (конструктор) 3. Закон Ома 4. Соединение резисторов (конструктор) 5. Электрические цепи (конструктор) 1. Электрическое поле точечных зарядов 2. Взаимодействие точечных зарядов 3. Поле плоского конденсатора 4. Цепи постоянного тока 5. Конденсаторы в цепях постоянного тока Электричество и магнетизм 1. Движение заряженной частицы в электрическом поле 2. Движение заряженной частицы в магнитном поле 3. Опыты Фарадея 4. Свободные колебания в RLC контуре 5. Вынужденные колебания в RLC контуре 1. Магнитное поле прямого тока 2. Магнитное поле кругового витка с током 3. Магнитное поле соленоида 4. Взаимодействие параллельных токов 5. Рамка с током в магнитном поле 6. Движение заряда в электрическом поле 7. Движение заряда в магнитном поле 8. Селектор скоростей 9. Масс-спектрометр 10. Опыты Фарадея I 11. Опыты Фарадея II 12. Электромагнитная индукция 13. Генератор переменного тока 14. RC контур 15. RL контур 16. Свободные колебания в RLC контуре 17. Вынужденные колебания в RLC контуре Оптика 1. Тень и полутень 2. Законы отражения и преломления 3. Дисперсия света 4. Тонкая линза 5. Линза как оптический прибор 6. Оптический конструктор 7. Сферическое зеркало 8. Глаз как оптический инструмент 9. Дифракция в фокусе линзы 10. Зоны Френеля 11. Интерференция 12. Дифракционная решетка 13. Скорость света. Опыт Майкельсона 14. Поляризация света 1. Отражение и преломление света 2. Плоское зеркало 3. Сферическое зеркало 4. Тонкая линза 5. Система из двух линз 6. Глаз как оптический инструмент 7. Зрительная труба Кеплера 8. Микроскоп 9. Кольца Ньютона 10. Интерференционный опыт Юнга 11. Дифракция света 12. Зоны Френеля 13. Дифракционная решетка 14. Дифракционный предел разрешения 15. Поляроиды 16. Поляризация света Квантовая физика 1. Фотоэффект 2. Опыты Резерфорда 3. Спектр атома водорода 4. Постулаты Бора 5. Волновые свойства частиц 6. Лазер; двухуровневая модель 1. Фотоэффект 2. Комптоновское рассеяние 3. Постулаты Бора 4. Квантование электронных орбит 5. Волновые свойства частиц 6. Диффракция электронов |
Подобные документы
Концепция современного образования. Использование информационных технологий при изучении физики. Мотивация к изучению физики у учащихся. Структура учебной деятельности при компьютерном обучении. Дидактические принципы в условиях компьютерного обучения.
дипломная работа [1,5 M], добавлен 30.07.2012Информационные технологии обучения. Дидактические принципы изучения темы "Электромагнитные колебания" в курсе физики. Компьютерное моделирование электромагнитных колебаний. Повышение наглядности обучения при использовании компьютерных моделей на уроках.
курсовая работа [840,9 K], добавлен 21.03.2009Цели школьного курса ядерной физики. Формирования познавательного интереса учащихся и развитие творческих способностей. Строение атомного ядра. Атомная энергетика: проблемы экологии. Получение и использования радиоактивных изотопов. Энергия связи ядер.
курсовая работа [243,7 K], добавлен 30.03.2014Применение компьютерных средств обучения и телекоммуникационных сетей глобального масштаба на уроках физики и информатики. Технология коллективных способов обучения. Использование компьютерных методических материалов для повышения эффективности урока.
курсовая работа [628,1 K], добавлен 31.07.2012Определение необходимости использования метода моделирования в преподавании физики в основной школе. Рассмотрение классификации учебных моделей и их ценности для методики обучения дисциплине. Использование компьютерных технологий на уроках физики.
курсовая работа [788,7 K], добавлен 10.07.2010Теоретические основы развития алгоритмического мышления младших школьников на уроках информатики. Основные этапы решения задач с помощью обучающих программ. Способы описания алгоритмов. Компьютерные обучающие программы в жизни младшего школьника.
курсовая работа [862,8 K], добавлен 28.05.2015Актуальность использования информационные технологии обучения в учебном процессе. Опыт использования и описание пакета программ: "Открытая физика" и "Физика в картинках". Методические указания по проведению лабораторных работ и планы открытых занятий.
дипломная работа [650,0 K], добавлен 30.01.2009Педагогическая технология развития у учащихся направленности на диалогическое общения при групповой форме обучения на уроках физики. Научно-методический анализ и практическая разработка методики изучения темы "Основы электродинамики" на уроках физики.
дипломная работа [1,2 M], добавлен 28.09.2008Понятие компьютерных обучающих программ, их основные формы, классификация, достоинства и недостатки. Наиболее часто используемые бесплатные компьютерные обучающие программы. Описание программы "Рисуем по координатам", ее применение на уроках математики.
реферат [1,1 M], добавлен 27.10.2013Исследование 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
