Використання ІКТ у процесі підготовки майбутніх учителів фізики

Размещено на http://www.allbest.ru

Уманський державний педагогічний університет імені Павла Тичини

Використання ІКТ у процесі підготовки майбутніх учителів фізики

Миколайко Володимир Валерійович кандидат педагогічних наук, проректор з міжнародних зв'язків та стратегічного розвитку

Жмуд Оксана Василівна кандидат педагогічних наук, доцент кафедри інформатики і інформаційно-комунікаційних технологій,

Анотація

У статті розглядаються особливості використання ІКТ у процесі підготовки майбутніх учителів фізики. Адже, активне впровадження інформаційних технологій в усі сфери діяльності суспільства торкнулося і системи освіти. Застосування сучасних комп'ютерних технологій відкриває нові перспективи в удосконаленні системи освіти. У наш час постійно постає питання ефективності сучасної освіти та особливості її організації в умовах інформатизації суспільства, змінюється роль того, хто навчає, його рівень підготовленості не тільки в галузі використання сучасних інформаційних технологій, але саме як ініціатора включення в нову комунікаційну атмосферу життя - інформаційне суспільство. Саме в цьому руслі постає питання фахової підготовки майбутніх учителів фізики, що базується на використанні ІКТ. Застосування інформаційно-комунікаційних технологій дає змогу створити на екрані ком'ютера живу, наочну й динамічну картинку фізичного досліду або явища, яке важко пояснити, і відкриває для вчителя широкі можливості для удосконалення уроків. Комп'ютерне моделювання може прислужитися могутнім інструментом для формування знань про природу. Уміле поєднання інформаційних технологій і традиційних методів навчання фізики дадуть бажаний результат: високий рівень засвоєння фундаментальних знань з фізики та усвідомлення їх практичного застосування. Використання інформаційно-комунікаційних засобів не тільки підтримують бажання пізнавальної діяльності здобувачів освіти, а й осучаснюють предмет, роблять його наочнішим. Засоби ІКТ дозволяють індивідуалізувати освітній процес, що особливо є важливим, коли студент, сам виконує досліди і спостереження, виконує самостійні індивідуальні дослідницькі завдання та індивідуальні систематичні дослідження, що набувають системного характеру у здійсненні пізнання оточуючого світу. В статті розглянуто особливості використання інформаційно-комунікаційних технологій для організації лабораторного практикуму з фізики, як фундаментальної складової навчально-виховного процесу в підготовці майбутніх вчителів.

Ключові слова: підготовка вчителя фізики, студенти, інформаційно- комунікаційні технології, професійна підготовка.

Mykolaiko Volodymyr Valeriyovych Candidate of Pedagogical Sciences, Vice-Rector for International Relations and Strategic Development, Pavlo Tychyna Uman State Pedagogical University, Uman

Zhmud Oksana Vasylivna Candidate of Pedagogical Sciences, Associate Professor of the Department of Informatics and Information and Communication Technologies, Pavlo Tychyna Uman State Pedagogical University, Uman

USE OF ICT IN THE PROCESS OF TRAINING FUTURE TEACHERS OF PHYSICS

Abstract

The article examines the peculiarities of the use of ICT in the process of training future physics teachers. After all, the active implementation of information technologies in all spheres of society has also affected the education system. The use of modern computer technologies opens up new perspectives in improving the education system. In our time, the question of the effectiveness of modern education and the peculiarities of its organization in the conditions of the informatization of society constantly arises, the role of the one who teaches is changing, his level of preparation is not only in the field of using modern information technologies, but precisely as an initiator of inclusion in the new communication atmosphere of life - the information society . It is in this direction that the question of professional training of future physics teachers based on the use of ICT arises. The use of information and communication technologies makes it possible to create on the computer screen a live, visual and dynamic picture of a physical experiment or a phenomenon that is difficult to explain, and opens up wide opportunities for the teacher to improve lessons. Computer modeling can be a powerful tool for building knowledge about nature. A skillful combination of information technologies and traditional methods of teaching physics will give the desired result: a high level of assimilation of fundamental knowledge of physics and awareness of their practical application. The use of information and communication tools not only supports the desire for cognitive activity of those seeking education, but also modernizes the subject and makes it more visible. ICT tools make it possible to individualize the educational process, which is especially important when the student himself performs experiments and observations, performs independent individual research tasks and individual systematic studies that acquire a systematic character in the realization of knowledge of the surrounding world. The article examines the peculiarities of the use of information and communication technologies for the organization of a laboratory workshop in physics, as a fundamental component of the educational process in the preparation of future teachers.

Keywords: physics teacher training, students, information and

communication technologies, professional training.

Постановка проблеми. Інформаційно-комунікаційні технології поступово трансформують усі сфери суспільного життя, формують нові системи потреб, спосіб життя, демократизують процес навчання, роблять процес пізнання творчим, стимулюють заняття самоосвітою. Активне впровадження інформаційних технологій в усі сфери діяльності суспільства торкнулося і системи освіти. Традиційні форми навчання поступово змінюються новітніми технологіями, спрямованими на формування навичок та умінь, що відповідають вимогам суспільства. Сучасні вимоги суспільства до освіти примушують фахівців у багатьох країнах світу переглянути якість і рівень шкільної освіти, що зумовило необхідність її реформування. Змінюються цілі та завдання, що постали перед сучасною освітою в інформаційному суспільстві, поступово на зміну традиційній системі навчання приходить особистісно-орієнтована, традиційні методи змінюються інноваційними, що передбачають зміщення акцентів у навчальній діяльності, її спрямування на інтелектуальний розвиток учнів за рахунок зменшення долі репродуктивної діяльності. Освітній процес сьогодні повинен бути орієнтований на особистість учня і враховувати його індивідуальні особливості та здібності. У зв'язку з цим зрозуміло, що в назріла необхідність в удосконаленні та модернізації освітнього процесу підотовки майбутніх учителів до нових умов роботи, ролей і мети, що швидко змінюються.

Застосування сучасних комп'ютерних технологій відкриває нові перспективи в удосконаленні системи освіти. У наш час постійно постає питання ефективності сучасної освіти та особливості її організації в умовах інформатизації суспільства, змінюється роль того, хто навчає, його рівень підготовленості не тільки в галузі використання сучасних інформаційних технологій, але саме як ініціатора включення в нову комунікаційну атмосферу життя - інформаційне суспільство. Саме в цьому руслі постає питання фахової підготовки майбутніх учителів фізики, що базується на використанні ІКТ.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. Проблемам інформатизації освіти присвячені праці В.Ю. Бикова, С.У. Гончаренка, Р.С. Гуревича, М.І. Жалдака, І.Г. Захарової, Ю.І. Машбиця, Є.С. Полат, С.О. Сисоєвої, І.В. Роберт та інших. Питання застосування інформаційних технологій у навчанні активно досліджуються В.П. Андрущенком, Г.О. Балл, Н.Р. Балик, І.Є. Булах, Р.С. Гуревичем, А.М. Довгялло, А.П. Єршовим, М.І. Жалдаком, Ю.О. Жуком, О.Ю. Комісаровою, О.І. Ляшенком, Ю.І. Машбицем, В.М. Монаховим, С.Д. Смірновим, М.Л. Смульсоном, Н.Д. Угриновичем та ін. Різноманіття питань та методичних напрацювань, що висвітлено у працях даних науковців, демонструють важливість та необхідність впровадження інформаційно-комунікаційних технологій в освітній процес закладів освіти. Але сьогодення ставить нові виклики до вчителя нового покоління, вимагаючи бути гнучким, креативним, мобільним, здатним до вдосконалення і самонавчання упродовж усього життя, до пошуку все нових та нових засобів та технологій навчання, в тому числі і фізики.

Мета статті - розкрити особливості використання можливостей інформаційно-комунікаційних технологій в процесі підготовки майбутніх учителів фізики.

Виклад основного матеріалу. Одним із пріоритетних напрямів процесу інформатизації сучасного суспільства є інформатизація освіти. Мета інформатизації полягає в глобальній інтенсифікації інтелектуальної діяльності за рахунок використання інформаційних технологій: комп'ютерних і телекомунікаційних.

Відзначимо, що інформаційні технології надають можливість:

раціонально організувати пізнавальну діяльність студентів у ході освітнього процесу;

зробити навчання ефективнішим, залучаючи всі види сприйняття студента до мультимедійного контексту і озброюючи інтелект новим концептуальним інструментарієм;

побудувати відкриту систему освіти, що забезпечує кожній особистості власну траєкторію навчання;

залучити в процес активного навчання ті категорії студентів, що відрізняються здібностями і стилем навчання;

використовувати специфічні властивості комп'ютера, що дозволяють індивідуалізувати освітній процес;

інтенсифікувати всі рівні освітнього процесу.

Основна освітня цінність інформаційних технологій в тому, що вони дозволяють створити невимірне яскравіше мультисенсорне інтерактивне середовище навчання з майже необмеженими потенційними можливостями, що потрапляють у розпорядження і викладача, і студента.

Сучасні засоби навчання змінюють підходи до використання інформаційних технологій, створюючи ефективне навчальне середовище з орієнтацією на індивідуальні можливості та потреби студентів [1].

Фізика відноситься до однієї з найважливіших галузей сучасного природознавства, яка спрямована на вивчення природи, й одночасно виступає як науково дослідна наука, що сприяє у пізнанні всього оточуючого світу. Тому відповідним чином поставлені досліди та експерименти в штучних лабораторних умовах, поряд з виконуваними спостереженнями за явищами і процесами, що самовільно відбуваються у природі, є формою емпіричного пізнання об'єктивної дійсності і разом з тим слугує одним із методів наукового пізнання та досить вагомим методом дослідження природних процесів і явищ. Зазначене особливо стосується оптичних явищ, оскільки для фіксування основних параметрів і фізичних величин, що є найбільш характерними саме для оптичних явищ, і, зокрема, з тими з них, що обумовлені та відтворені за допомогою лазерного випромінювання. Оскільки такі дослідження виконуються з лазерним випромінюванням, з

оригінальними і неповторними його властивостями (монохроматичністю, когерентністю, поляризованістю та вузькою спрямованістю) та використанням відповідних педагогічних програмних засобів, запровадження конкретної техніки й інформаційно-комунікативних технологій, цей підхід суттєво змінює перебіг навчально-пізнавальної діяльності дослідника (учня або студента). Такі зміни пов'язані з можливістю спрощення, з одного боку, виконуваних експериментів, а з другого боку - дають можливість у ході експериментування виконати одночасно низку нових дій за рахунок використання функцій засобів ІКТ. При цьому значного поширення набули наукові спостереження та експерименти.

Наукове спостереження зводиться до цілеспрямованого і планомірного сприйняття предметів і явищ оточуючої дійсності та сукупності їх властивостей з метою одержання відповідної інформації про об'єкт пізнання за допомогою органів чуття. Відтак, у ході організації та вже під час реалізації наукового спостереження досить важливу роль відіграє теоретичне мислення. При цьому людина (дослідник), що досліджує об'єкт пізнання, не просто реєструє і фіксує нові факти, а свідомо їх відшуковує і, керуючись висунутою ідеєю та гіпотезою, на підставі своїх передбачень, констатує відповідні факти і накопичує їх, а згодом, узагальнюючи всю одержану інформацію формулює відповідні висновки. Одержані результати наукових спостережень відповідним чином інтерпретуються на основі конкретної фізичної теорії. інформаційний учитель фізика

У ході наукових досліджень, однаковою мірою як і в ході навчальних спостережень, що організовуються і проводяться у процесі навчання з різними дидактичними цілями, широко використовуються різноманітні спеціальні засоби (мікроскопи, телескопи, фото- і телеапаратуру, комп'ютерну техніку і т.п.), котрі, з одного боку, компенсують наявну природну обмеженість органів чуття людини, а з другого - дозволяють використовувати подібні засоби з метою фіксування та кількісної оцінки різноманітних параметрів і фізичних величин, одночасно підвищуючи точність та об'єктивність результатів спостережень.

Експеримент - як метод наукового пізнання оточуючого світу, ґрунтується на тому, що досліджуване явище чи процес відтворюються дослідником в штучних (лабораторних) умовах, що передбачає можливість активного впливу на перебіг явищ і процесів та фіксування відповідних змін у ході самого явища, а також супроводжується достатньо точним вимірюванням, а відтак і відповідною математичною обробкою одержаних результатів. Тому експеримент як за своєю структурою, так і за процесом його виконання суттєво відрізняється від спостереження. Основна відмінність зводиться до того, що для виконання експерименту обов'язковою є наявність спеціальних матеріальних і технічних засобів, що поєднуються в експериментальні установки і прилади, через які є можливість впливати на досліджувані об'єкти або процеси.

При цьому слід наголосити, що в освітньому процесі фізичний експеримент, як і спостереження, може ефективно використовуватися для реалізації і вирішення різних дидактичних цілей у ході вивчення нового матеріалу, під час його повторення і закріплення, з метою формування і розвитку теоретичних умінь і навичок, а також для перевірки рівнів і глибини опанування основами курсу фізики і з метою контролю системи набутих знань, умінь і навичок. Разом з тим навчальний фізичний експеримент може ефективно використовуватися під час різних організаційних форм проведення занять з фізики, зокрема:

у вигляді демонстрації і демонстраційних дослідів;

як фронтальні спостереження і досліди та фронтальні лабораторні роботи;

фізичні практикуми, що наближені до реальних дослідницьких робіт;

самостійні дослідження і домашні експерименти, що виконуються індивідуально чи групою студентів.

Застосування інформаційно-комунікаційних технологій дає змогу створити на екрані ком'ютера живу, наочну й динамічну картинку фізичного досліду або явища, яке важко пояснити, і відкриває для вчителя широкі можливості для удосконалення уроків. Комп'ютерне моделювання може прислужитися могутнім інструментом для формування знань про природу.

Уміле поєднання інформаційних технологій і традиційних методів навчання фізики дадуть бажаний результат: високий рівень засвоєння фундаментальних знань з фізики та усвідомлення їх практичного застосування. Використання інформаційно-комунікаційних засобів не тільки підтримують бажання пізнавальної діяльності здобувачів освіти, а й осучаснюють предмет, роблять його наочнішим.

Позитивними моментами використання інформаційно-комунікаційних засобів є [2]:

покращення сприйняття предмета, що вивчається; образи без надмірних зусиль запам'ятовуються;

інформаційно-комунікаційні технології дають можливість

відтворювати фізичні процеси, про які на заняттях можна лише говорити, звертаючись до уяви здобувачів освіти та спираючись на їхнє абстрактне мислення;

є можливість доповнювати, корегувати, змінювати, повторювати деякі епізоди, завдяки використанню можливостей комп'ютерної техніки;

використання інформаційно-комунікаційних технологій сприяє створенню позитивної атмосфери, що має велике значення для сприйняття інформації.

Аналіз емпіричних і теоретичних аспектів пізнання та розвитку їх взаємозв'язків у становленні сучасної фізичної науки, а також дослідження співвідношення теорії та експерименту у закладах загальної середньої освіти та у закладах вищої освіти дозволяє визначити сутність навчального фізичного експерименту, яка зводиться до доцільності розуміння його як досить важливої і обов'язкової цілісної системи в освітньому процесі, яка певною мірою впливає на освітній процес, послідовність введення фізичних понять, постулатів, законів і наслідків із фізичних теорій, на аналіз прикладів практичного застосування знань з фізики, будови і дії устаткування, машин і механізмів тощо.

Комп'ютеризація, як сучасна тенденція розвитку навчального експерименту, дозволяє суттєво розширити інформативні можливості системи наукового фізичного експерименту у відтворенні через відповідні моделі природних явищ і процесів, які у звичайних умовах неможливо виконати чи ускладнено вивчати і досліджувати. До того ж засоби ІКТ дозволяють індивідуалізувати освітній процес, що особливо є важливим, коли студент, сам виконує досліди і спостереження, виконує самостійні індивідуальні дослідницькі завдання та індивідуальні систематичні дослідження, що набувають системного характеру у здійсненні пізнання оточуючого світу.

За цих обставин треба виокремити таке положення, що комп'ютерна техніка та засоби ІКТ не можуть замінити роботу з реальними об'єктами, фізичними приладами та матеріальними моделями. Мета комп'ютерного моделювання полягає в тому, щоб доповнити ту інформацію, яку студенти отримують з різних першоджерел або під час занять, в ході виконання спостережень і дослідів, або у процесі формування спершу ближчих, а згодом - більш віддалених взаємозв'язків і взаємозалежностей у явищах і процесах, або для розкриття на основі прийнятих моделей механізму і сутності перебігу цих процесів і явищ.

Таким чином, у підготовці майбутнього фахівця досить важливим є ознайомлення його з усіма можливими варіантами і прикладами практичного запровадження засобів ІКТ в освітньому процесі з фізики і розкриття специфічних особливостей конкретних прикладів вирішення різних дидактичних цілей у навчанні з використанням вже наявних розробок, комплектів і комплексів, але ще недостатньо апробованих.

Зрозуміло, що найбільший ефект від ознайомлення майбутнього фахівця з елементами нових вирішень слід очікувати тоді, коли студент (майбутній фахівець) сам індивідуально відповідно до власних переконань, побажань і можливостей опановує нові ідеї і пропозиції, і самостійно співвідносить їх із своїми власними баченнями і можливостями оцінки та впровадження в особисту практичну діяльність.

На наше глибоке переконання, найдоцільніше подібне ознайомлення майбутнього вчителя фізики, з новими сучасними ідеями у запровадженні досягнень квантової електроніки і лазерної техніки та засобів ІКТ в освітньому процесі з фізики реалізовувати в ході фізичного практикуму, який є обов'язковим у процесі вивчення навчальної дисципліни і максимально орієнтований на індивідуальну самостійну діяльність студента.

Вирішення проблеми широкого запровадження комп'ютерної техніки у навчальному експерименті з оптики виявилося досить непростим внаслідок відсутності добре розроблених програмних засобів, які б відповідали сучасним вимогам, сприяли більш ефективній індивідуальній роботі студента при підготовці до виконання робіт фізичного практикуму, дозволили б проводити якісний аналіз та перевірку отриманих результатів і були б узгоджені з сучасним оптичним обладнанням.

З цією метою було створено комп'ютерні програми «Віртуальна лабораторія», в яких змодельовані лабораторні роботи з використанням лазера.

Запропонована методика індивідуальної підготовки та виконання студентом лабораторних робіт фізичного практикуму зводиться до того, що кожна лабораторна робота, має три основні етапи її виконання:

Перший етап зводиться до індивідуальної роботи студента з підготовки до фізичного практикуму, що передбачає вивчення й опанування віртуального завдання, яка проводиться на основі пропонованого ППЗ до конкретної лабораторної роботи.

Другий етап пов'язаний із виконанням роботи, що будується на реальному дослідженні з реальним обладнанням і отриманням реальних результатів

Третій етап передбачає аналіз та перевірку результатів, що поєднують реальне і віртуальне дослідження та співставлення даних з можливим коригуванням кінцевого результату

На першому етапі «Індивідуальна робота студента з підготовки до фізичного практикуму» студент знайомиться з темою та метою лабораторної роботи, вивчає теоретичний матеріал, що сприяє в досягненні мети в ході експериментального дослідження.

Далі студент виконує віртуальний експеримент, що є аналогом реальної роботи в лабораторії. На цьому етапі студент має досконало ознайомитися з методикою дослідження явища, виконанням досліду, виконанням вимірювань та обчисленням фізичної величини та похибок її визначення.

Наприклад, під час виконання роботи «Визначення довжини хвилі випромінювання лазера за допомогою подвійної щілини Юнга». Віртуальний експеримент проводиться в середовищі LabView. Реальні фізичні процеси імітуються програмним забезпеченням, усі дії по створенню якого зводяться до побудови структурної схеми додатку в інтерактивній графічній системі з набором усіх необхідних бібліотечних образів, з яких складають об'єкти, що називаються Віртуальними Інструментами (VI).

Створені алгоритми, віртуальні прилади та індикатори й прописані залежності між фізичними величинами дозволяють проводити роботу, яка в цілому візуалізує реальний експеримент. В результаті отримуємо віртуальну лабораторію для вивчення довжини хвилі. Наприклад, у досліді з інтерференції світла, якщо інтерференційні смуги, які мають завжди однакову ширину, виражені кільцями, то для визначення їхнього радіусу R зручно використати лінійку із двома повзунками, що легко ковзають по ній.

Ознайомившись з теоретичними відомостями до роботи, студент запускає запропонований у вказівках програмний продукт віртуальної лабораторної роботи. Хід виконання віртуального експерименту максимально наближений до тих дій, що необхідно проводити під час реального практикуму. А тому студент має змогу досконало вивчити запропонований спосіб і знайти найбільш оптимальний шлях по дослідженню залежності. Отримані при цьому знання й навички значно збільшують успішність і точність виконання реального експерименту.

Натиснувши кнопку Run на панелі інструментів, студент запускає віртуальний експеримент й приступає до його виконання.

Змінюючи параметри проведення дослідження, студент в лабораторній роботі має можливість в той же час спостерігати досліджувані закономірності. В залежності від довжини хвилі лазерного випромінювання, яку можна задавати через віртуальну лабораторію, інтерференційна картина буде змінювати колір кілець, і відповідно буде змінюватися їх діаметр, що може вимірюватися описаною лінійкою.

Для того щоб визначити довжину хвилі лазерного випромінювання, як і в реальній роботі, студенту необхідно виміряти діаметри темних кілець з відомими номерами. Положення повзунків лінійки відносно інтерференційної картини обирається користувачем як по вертикалі, так і по горизонталі. Положення повзунків лінійок відображається на відповідних цифрових дисплеях. Саму лінійку відносно зображення можна переміщувати повзунковим регулятором. Зрозуміло, що для отримання достовірних результатів, шкала повинна проходити через центр картини кілець.

Дані, отримані з використанням віртуальних приладів студент заносить до запропонованої у вказівках таблиці і обчислює необхідні величини.

У разі досконалого ознайомлення з теоретичними відомостями до роботи студент у ході виконання віртуального експерименту досить швидко може встановити залежність між досліджуваними величинами. Це дає змогу визначити оптимальні для експерименту межі вимірювання величини.

Після проведення віртуального експерименту, в достатній мірі ознайомившись із способом дослідження фізичного явища, студент має розпочати роботу над звітом про результати до роботи та підготуватися до відповідей на контрольні запитання. Оформляючи звіт до роботи, студент вказує тему, мету, устаткування, короткі теоретичні відомості, оформлену таблицю з результатами віртуального експерименту, розрахунок похибок та наводить зразок висновку.

Висновки

Таким чином, визначені особливості використання можливостей інформаційно-комунікаційних технологій в процесі підготовки майбутніх учителів фізики дають можливість удосконалити освітній процес навчання фізики, підготувати майбутнього вчителя до професійної діяльності.

Перспективи подальших досліджень можуть бути пов'язані із вивченням ефективності окремих засобів інформаційно-комунікаційних технологій для формування загальних та вузькоспеціальних компетентностей у майбутніх учителів фізики.

Література

Сільвейстр А.М. Особливості вивчення курсу загальної фізики студентами нефізичних спеціальностей педагогічних ВНЗ. Вісник Черкаського університету. 2012. №12. С. 114 - 117.

Сусь Б.А., Шут М.І. Проблеми дидактики фізики у вищій школі : навч. посіб. Вид. 2-ге, переробл. і допов. Київ, 2003. 155 с.

References

1. Sil'veystr, A.M. (2012). Osoblyvosti vyvchennya kursu zahal'noyi fizyky studentamy nefizychnykh spetsial'nostey pedahohichnykh VNZ [Peculiarities of studying the course of general physics by students of non-physical specialties of pedagogical universities]. Visnyk Cherkas'koho universytetu - Herald of Cherkasy University, 12, 114-117 [in Ukrainian].

2. Sus' B.A. & Shut M.I. (2007). Problemy dydaktyky fizyky u vyshchiy shkoli [Problems of didactics ofphysics in higher education]. Kyiv [in Ukrainian].

Размещено на Allbest.ru