Компьютерные модели как средство повышения эффективности обучения физике в школе

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Компьютерные модели как средство повышения эффективности обучения физике в школе

Дьякова Е.А.,

доктор педагогических наук, зав.кафедрой ТиМПФ Армавирского государственного педагогического университета

Массовое внедрение компьютеров в учебную деятельность школ открывает возможности использования средств компьютерного моделирования в изучении физики этими средствами.

Понятие учебной компьютерной модели, впервые введенное в методику физики В.В. Лаптевым, позволило переосмыслить возможности компьютера как учебного инструмента, расширить существовавшие ранее классификации учебных моделей.

В.В. Лаптев [1] указывает, что реализуемые с помощью компьютера модели имеют и сходство с традиционными, и отличия от последних. Он утверждает, что сходство носит внешне-функциональный характер и заключается в том, что на экран дисплея, как на бумагу или киноэкран, выводится текстовое описание, графики зависимостей физических величин, статические и динамические изображения и т.п., т.е. все то, что включают в классы и группы описательных, графических, рисуночно-фотографических моделей. В этом же состоит и первое отличие компьютерных моделей - их универсальность. Но главное отличие заключается в том, что только компьютерные модели могут стать основой для проведения вычислительного эксперимента, в котором моделирующая программа часто еще и синтезирует несколько традиционных подобных типов моделей.

В основу компьютерных моделей положены математические модели, которые выражают существенные черты изучаемых реальных систем или явлений посредством систем уравнений.

В педагогической и методической литературе к настоящему времени нет единого общепризнанного определения компьютерной модели. Мы остановимся на определении, данном в диссертационном исследовании А.А. Немцева: «...учебная компьютерная модель - это программно-аппаратная учебная среда, позволяющая обучаемому осуществлять интерактивное воздействие на изучаемый объект (явление, процесс) и получать информацию о результатах данного воздействия» [2, с. 43]. Учебные компьютерные модели классифицируются по различным признакам. Одна из классификаций, рассмотренная и проанализированная И.М. Нуркаевой в диссертационном исследовании [3, с. 73], представлена на схеме 1.

Схема 1. Классификация учебных компьютерных моделей

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Она считает, что к данной классификации необходимо добавить графические модели с последующим разделением на статические (графики, рисунки и схемы) и динамические (модели, содержащие движущиеся элементы, которые имитируют поведение моделируемого объекта или отдельных частей).

В настоящее время использование компьютерных моделей в процессе обучения физике является весьма перспективным, так как такие модели обладают рядом уникальных возможностей по сравнению с традиционными формами обучения. Их главные преимущества обусловлены как свойствами самих моделей, так и богатыми дидактическими возможностями, которые они предоставляют.

Основными свойствами компьютерных моделей, способствующими успешному применению их в учебно-воспитательном процессе, являются [5]: информативность, наглядность, динамичность, возможность диалога компьютера и пользователя, простота управления.

Компьютерные модели являются уникальным дидактическим средством, они позволяют:

проводить учебный вычислительный эксперимент, который способствует более глубокому пониманию сути изучаемых закономерностей, так как все объекты (явления, процессы) рассматриваются в динамике своего развития;

активно влиять на параметры объектов, вмешиваться в ход явлений и процессов, что также способствует более глубокому пониманию;

углубить содержательный компонент школьного курса физики и расширить рамки процессуального компонента, представив сложные физические явления в доступном восприятию обучаемыми виде;

создавать у учащихся осмысленные образы физических объектов, процессов и явлений, что способствует развитию у них абстрактного мышления;

формировать у учащихся умения и навыки самоорганизации их деятельности, готовить к использованию компьютерной техники в дальнейшей профессиональной деятельности.

Таким образом, компьютерные модели, являясь одним из средств наглядности, отображают в себе большое число аспектов моделируемой физической реальности (а при необходимости - позволяют легко варьировать их параметры), что невозможно при ее простой демонстрации. Это играет очень большую роль в развитии образного и теоретического мышления учащихся, в познании ими окружающего мира, а следовательно, при правильно организованной работе повышает эффективность обучения физике в современной школе.

В настоящее время на рынке компьютерных программных продуктов появилось большое количество готовых программ по физике, использующих компьютерные модели. Данные программы создаются отдельными авторами или авторскими коллективами различных фирм, специализирующихся на создании профессиональных программных продуктов. Мы считаем, что на современном этапе приоритет следует отдавать в первую очередь профессиональным программам, именно они обладают более эффективными дидактическими возможностями по сравнению с «самодельными» программами. При этом мы не отрицаем возможности использования программ, созданных учителем, т.к. техническое оснащение школ, а тем более кабинетов физики, различное, то в соответствии с ним и нужно подбирать программное обеспечение (если учитель или, в некоторых случаях, учащиеся хорошо программируют, то они могут создавать собственные компьютерные модели для конкретного типа машин и дополнять ими приобретенные или полученные школой по программам Министерства образования и науки).

Компьютерные модели курсов «Открытая физика», «Физика, 7-11 классы», разработанные компанией ФИЗИКОН, а также «Физика, 7-11 классы. Библиотека наглядных пособий», «Физика» от фирмы 1С и др. легко вписываются в традиционный урок и позволяют учителю с их помощью организовывать новые виды учебной деятельности учащихся. Проведя анализ программных продуктов, научной и методической литературы, мы не обнаружили общей методики работы с компьютерными моделями учителя и учащихся в совместной деятельности при обучении физике, однако весьма важно определить не только методы и приемы обучения с их использованием, но и, поскольку характер познавательной деятельности по мере овладения этим средством обучения изменяется, необходимо разработать модель использования компьютерных моделей в процессе обучения физике в школе. В этом случае по мере развертывания процесса применения моделей учащиеся легко будут включаться в новый вид деятельности и свободно выполнять уже известный. На наш взгляд, всю работу по использованию моделей идеализированных объектов, физических процессов, явлений и фундаментальных опытов целесообразно организовать в четыре этапа (см. схему 2).

Схема 2. Модель использования компьютерных моделей в процессе обучения физике в школе

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

При построении модели процесса мы опирались на идеи деятельностного подхода и цикл научного познания (факты>модель>выводы>эксперимент), реализуемый методом модельных гипотез.

Работа с компьютерными моделями в общем случае всегда может быть осуществлена в эти четыре этапа, независимо от того, какая модель изучается - модель идеализированных объектов, физических явлений, процессов или модель фундаментальных опытов. Такой единый подход обусловлен, во-первых, свойствами самих компьютерных моделей: способом построения (на основе математического описания объекта моделирования), способом отображения (в виде динамической картины), способом взаимодействия с учащимися (возможность изменения параметров и наблюдения соответствующих изменений). Во-вторых, он обусловлен необходимостью создания у учащихся на уроках физики обобщенного представления о процессе моделирования и развития исследовательских умений.

Следует учесть, что четыре этапа работы с компьютерной моделью идеализированного объекта, физического явления, процесса или фундаментального опыта могут быть разнесены по времени проведения в зависимости от целей, которые поставлены учителем. Так, четвертый этап - самостоятельная работа с компьютерной моделью - может быть проведён на отдельном уроке, дополнительном занятии или дома. Хотелось бы отметить, что на завершающем этапе модели использования компьютерных моделей в процессе обучения физике в школе ученическое исследование может проводиться в соответствии с планом деятельности предложенным А.В. Худяковой [7, с. 14], построенным на основе обобщенных планов для организации самостоятельной работы школьников с виртуальными моделями физических явлений, физических экспериментов и т.д. Е.В. Оспенниковой [4] или с помощью комплексов упражнений, основанных на компьютерном модельном эксперименте, деятельность учителя и учащихся в данном случае рассмотрена Л.Х. Умаровой [6, c. 10].

Мы охарактеризовали методику работы с компьютерными моделями, однако ее реализация зависит от условий реального учебного процесса.

Главной проблемой широкого использования компьютерных моделей в процессе обучения физике в школе является ограниченное число компьютеров. На это указывают результаты опроса, проведенного на сайте Московского центра Интернет-образования «В помощь учителю» (Физика) [8], и результаты констатирующего эксперимента, проведенного нами.

На основе анализа программных продуктов, перечисленных выше, научной, методической литературы, санитарно-гигиенических требований, была составлена схема 3, иллюстрирующая организацию работы с компьютерными моделями на уроках физики в школе. Нами были изучены различные способы использования компьютера в процессе обучения физики, что позволило составить схему, включающую основные формы работы с компьютерными моделями на уроке в условиях ограниченного числа компьютеров.

Как видно из схемы, возможность проведения уроков с применением компьютерных моделей существует практически всегда, даже в случае, если в классе только один компьютер на столе у учителя. Конечно, при этом меняется организация урока, но методика применения компьютерных моделей не изменяется. урок физика компьютерный

Учебные компьютерные модели - одно из самых мощных средств повышения эффективности преподавания физики. Их использование на уроках физики в современной школе вызывает интерес у значительной части учащихся, который переносится на изучаемый предмет и учителя. Тем не менее, они не в состоянии заменить собой учителя, функция которого состоит в управлении активной, сознательной и разнообразной деятельностью обучаемых.

Литература

Лаптев В.В. Современная электронная техника в обучении физике в школе: Учеб. пособие к спецкурсу. - Л.: ЛГПИ, 1988.

Немцев А.А. Компьютерные модели и вычислительный эксперимент в школьном курсе физики. Дисс... канд. пед. наук. - СПб., 1992.

Нуркаева И.М. Методика организации самостоятельной работы учащихся с компьютерными моделирующими программами на занятиях по физике. Дисс... канд. пед. наук. - М., 1999.

Оспенникова Е.В. Развитие самостоятельности школьников в учении в условиях обновления информационной культуры общества: В 2 ч.: Ч.II. Моделирование информационно-образовательной среды учения. Монография. - Пермь, 2003.

Сельдяев В.И. Развитие исследовательских умений учащихся при использовании компьютеров в процессе выполнения лабораторных работ на уроках физики. Дисс. … канд. пед. наук. - СПб., 1999.

Умарова Л.Х. Использование комплекса упражнений по физике, основанных на компьютерном модельном эксперименте. Автореф. … дисс. канд. пед наук. - М., 2005.

Худякова А.В. Формирование предметной информационной грамотности и компетентности учащихся при обучении физике. Автореф. … дисс. канд. пед наук. - Екатеринбург, 2005.

Схема 3. Организация работы с компьютерными моделями в процессе обучения физике учащихся современной школы

Размещено на Allbest.ru