ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ЧЕЛЯБИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

 

Кафедра теории и методики обучения физике

 

 

 

Комплект учебно-методических материалов к учебному модулю «Использование информационно-коммуникационных технологий в преподавании физики» в рамках  дисциплины ОПД. Ф.04 «Теория и методика обучения физике»

 

 

 

 

УТВЕРЖДАЮ

 

Заведующая кафедрой

Даммер М.Д.

«29» июня 2007 г.

 

Конспект лекциИ

 

Специальность    032200.00 Физика с дополнительными специальностями

                       030100.00 — информатика,

                       032100.00 — математика,

                       033200.00 — английский язык.

 

 

Ведущий лектор:

Даммер Манана Дмитриевна, заведующая кафедрой теории и методики обучения физике, доктор педагогических наук, профессор

 

Одобрен на заседании кафедры теории и методики обучения физике ЧГПУ

«29» июня 2007 г. протокол № 68 (202)

 

 

Челябинск

2007

СТРУКТУРА

конспекта лекции по учебному модулю

 

Тема: ИКТ В ОБУЧЕНИИ ФИЗИКЕ В ШКОЛЕ

 

Основные вопросы, рассматриваемые на лекции:

 

1. Информатизация системы российского образования. Информационные технологии в обучении.

2. Цели и задачи использования информационных и коммуникационных технологий в физическом образовании.

3. Формы представления учебного материала по физике, ЦОР для обучения физике в школе.

 

Краткое содержание лекционного материала

 

1.  Информационные технологии в обучении.

Стремительное развитие информационных и коммуникационных технологий приводит к значительной перестройке информационной среды современного общества, открывая новые возможности общественного прогресса, находящего свое отражение, прежде всего, в сфере образования.

Педагоги нового поколения должны уметь квалифицированно выбирать и применять именно те технологии, которые в полной мере соответствуют содержанию и целям изучения конкретной дисциплины, способствуют достижению целей гармоничного развития учащихся с учётом их индивидуальных особенностей. Но при этом не стоит преувеличивать возможности компьютеров, поскольку передача информации – это не передача знаний, культуры, и поэтому информационные технологии предоставляют педагогам очень эффективные, но вспомогательные средства.

Информационная технология обучения – это педагогическая технология, использующая специальные способы, программные и технические средства (кино, аудио- и видеосредства, компьютеры, телекоммуникационные сети) для работы с информацией. Информационные технологии обучения представляют собой приложение информационных технологий для создания новых возможностей передачи знаний, восприятия знаний, оценки качества обучения и развития личности обучаемого в ходе учебно-воспитательного процесса.

Возможности ИКТ в обучении весьма обширны. К ним относятся

·        интерактивность, незамедлительная обратная связь между пользователем и средствами ИКТ;

·        компьютерная визуализация информации об исследуемых объектах или закономерностях процессов, явлений, как реально протекающих, так и «виртуальных»;

·        использование достаточно больших объемов информации с возможностью ее передачи, легкого доступа и обращения к информационному ресурсу, в том числе сети Интернет;

·        автоматизация процессов вычислительной, информационно-поисковой деятельности, обработки результатов демонстрационных и лабораторных экспериментов, как реально протекающих, так и представленных на экране, с возможностью многократного повторения фрагмента, или самого эксперимента;

·        автоматизация процессов информационно-методического обеспечения, организационного управления учебной деятельностью и контроля ее результатов.

Реализация перечисленных возможностей ИКТ создает предпосылки для интенсификации процессов изучения, исследования и выявления закономерностей природных явлений, что особенно ценно для обучения физике.

Для эффективного применения информационных технологий обучения педагогу в первую очередь необходимо ориентироваться в соответствующем программном обеспечении.

Предметное обучение реализует в своей основе общие тенденции развития образования, и отражает такие явления, как увеличение интегративных процессов, углубление дифференциации обучения, фундаментальности содержания предмета, усилились гуманистические начала и значимость общечеловеческих ценностей, внимание к личности ученика и его полноценному развитию. В значительной степени этому способствует технологизация обучения в условиях широкого внедрения новых информационных технологий.

Компьютер может использоваться на всех этапах процесса обучения: при объяснении (введении) нового материала, закреплении, повторении, контроле знаний, умений, навыков. При этом для ребенка он выполняет различные функции: учителя, рабочего инструмента, объекта обучения, сотрудничающего коллектива, досуговой (игровой) Среды.

В функции учителя компьютер представляет:

·        источник учебной информации (частично или полностью заменяющий учителя и книгу);

·        наглядное пособие (качественно нового уровня с возможностями мультимедиа и телекоммуникации);

·        индивидуальное информационное пространство;

·        тренажер;

·        средство диагностики и контроля.

В функции рабочего инструмента компьютер выступает как:

·        средство подготовки текстов, их хранения;

·        текстовый редактор;

·        графопостроитель, графический редактор;

·        вычислительная машина больших возможностей (с оформлением результатов в различном виде);

·        средство моделирования.

Функцию объекта обучения компьютер выполняет при:

·        программировании, обучении компьютера заданным процессам;

·        создании программных продуктов;

·        применении различных информационных сред.

Говорить о новой информационной технологии обучения можно только в том случае, если:

·        она удовлетворяет основным принципам педагогической технологии (предварительное проектирование, воспроизводимость, целеобразование, целостность);

·        она решает задачи, которые ранее в дидактике не были теоретически и (или практически решены);

·        средством подготовки и передачи информации обучаемому является компьютер.

Внедрение ИКТ в процесс обучения физике ставит своей целью реализацию следующих задач:

-         поддержку и развитие системности мышления обучаемого;

-         поддержку всех видов познавательной деятельности человека в приобретении знаний, развитии и закреплении навыков и умений;

-         реализацию принципа индивидуализации учебного процесса при сохранении его целостности.

-         формирование ключевых компетенций школьников.

Кроме того, НИТ в обучении физике позволяют решать и ряд принципиально новых дидактических задач:

-         управление качеством физического образования;

-         изучение явлений и процессов в микро- и макромире, внутри сложных технических, физических, технологических установок на основе использования моделирования;

-         представление в удобном для изучения масштабе и времени различных физических явлений и процессов, реально протекающих с очень большой или слишком малой скоростью.

В организации учебно-воспитательного процесса важно не только использовать отработанные уже технологии обучения, но и использовать и развивать новые, выявляя специфику их функционирования в той или иной предметной области.

2. Цели и задачи использования информационных и коммуникационных технологий в физическом образовании.

Педагогической наукой и практикой доказано, что работа с персональным компьютером (ПК) на занятиях по физике и во внеурочное время эффективно обеспечивает реализацию индивидуального подхода к обучению. Способствует реализации межпредметных связей физики с другими предметами естественнонаучного цикла и с другими циклами учебных предметов, например, с информатикой, математикой.

К особенностям дифференцированного функционирования ИКТ в обучении физике можно отнести следующее:

·        наряду с общепедагогическими, общими информационно-технологическими целями решаются конкретные методические цели предметного обучения, например проявление функции управляемого в интерактивном режиме физического моделирования и конструирования, решения расчетных и экспериментальных задач, выявление на их основе и графическая фиксация физических закономерностей, создание ученических проектов решения комплексных задач;

·        совместно с развитием общеучебных умений формируются системные знания и обобщенные предметные умения по физике, решаются с помощью компьютера различные прикладные задачи (осуществлять модельный эксперимент, решать типовые расчётные и экспериментальные задачи, кодировать информацию в символико-графической форме, наглядно выражать физические закономерности и т. д.);

·        помимо сугубо предметных умений формируется принципиально новый тип умений – обобщенные компьютерно-физические умения, позволяющие активно использовать компьютер и его инструментально-прикладные возможности для решения разнообразных задач, для ученического проектирования разных проблем и ориентировочных основ действий.

Основные задачи использования ИКТ в обучении физике можно разделить на несколько групп.

К первой группе относятся задачи, связанные с большим объемом вычислительной работы, например обработка результатов эксперимента и проверка гипотез,  расчет ядерных реакций, моделирование работы сложных приборов и т.п. Данная группа задач решается в основном в научных исследованиях. В диссертации М.И. Старовикова показывается возможность решения подобных задач в учебном физическом исследовании. Такая работа может быть проведена с учащимися физико-математического профиля, или при подготовке к региональным и Всероссийским турам олимпиады по физике.

Ко второй группе относятся задачи на построение графиков, трехмерное изображение изучаемых объектов, схематическое изображение физических процессов и т.п. Например, энергетическая схема теплового двигателя (рис. 1, а) и графическая интерпретация работы газа в тепловом двигателе (рис. 1, б).

 

 

 

 

                     

              а                                                               б

                                       Рис. 1

 

К третьей группе относятся задачи моделирования. Модели играют центральную роль в физических теориях. Они служат средством понимания и прогнозирования физических явлений, свойств материальных объектов. В обучении физике моделирование используют для объяснения сущности физических явлений и процессов, их демонстраций в случаях, когда натурный эксперимент невозможен. Через моделирование формируется системно-комбинаторное мышление, умение решать реальные задачи.

Приведем в качестве примера модель процесса конденсации пара (рис. 2). Она позволяет варьировать параметры процесса и устанавливать его закономерности – от чего зависит скорость конденсации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                              Рис. 2

В методических материалах программы «Физика 7-11» (Физикон) в статье А.Ф. Кавтрева «Основные трудности при работе с компьютерными моделями» говорится: «Справедливости ради, необходимо отметить, что работать с компьютерными моделями интересно, но достаточно сложно, так как их авторы, как правило, не сопровождают компьютерные модели заданиями для учащихся или планом демонстраций для учителя. По всей видимости, они предполагают, что учитель должен сам разработать свои демонстрации с использованием моделей, придумать и предложить учащимся соответствующие задания». Мы полностью согласны с автором. На практических занятиях мы с вами будем учиться составлять различные виды заданий для организации самостоятельной работы учащихся при работе с компьютерными моделями.

К четвертой группе задач относится создание информационно-справочных и обучающих систем, являющихся источниками информации для самостоятельного изучения материала. Практически во всех электронных учебных пособиях присутствуют справочные системы. В отличие от справочного материала обычных учебников, в них приводится более широкий спектр информации. Например, в пособии «Физика 7-11» компании Физикон даны следующие справочные таблицы: «Плотность воды при различных температурах», «Температура кипения воды при различных давлениях», «Электрические свойства полупроводников» и др. Правда, есть и таблицы величин, которые не изучаются в школьном курсе физики. Например, значения постоянной Холла для различных металлов.

К пятой группе можно отнести задачи практического характера – тренажеры, предназначенные для формирования и закрепления умений и навыков, а также для самоподготовки обучающихся. Примером такого тренажера является «Физика 10-11 кл. Подготовка к ЕГЭ» (1 С образование).

Шестая группа включает задачи, направленные на осуществление различных видов физического эксперимента. Физический эксперимент помогает учащимся связать теоретические закономерности со своими собственными наблюдениями и действиями. К сожалению, время на изучение физики в общеобразовательных классах сокращено до 2 часов в неделю. Поэтому использование виртуального эксперимента, видеофрагментов демонстрационных опытов, особенно длительно протекающих, позволяет повысить эффективность уроков. Кроме того, с использованием ПК возможно проведение предварительного контроля готовности учащихся к лабораторным работам, предлабораторное моделирование, обработка данных эксперимента, построение графических закономерностей диаграмм, рисование наблюдаемых объектов и явлений.

На сегодняшний день в практике обучения физике в школе, там, где имеется соответствующее обеспечение, часто наблюдается замена натурного эксперимента компьютерным. Такую тенденцию мы считаем нежелательной. «Живой» опыт более интересен школьникам и дает им больше информации, чем такой же компьютерный. Поэтому целесообразно рассматривать натурный и компьютерный эксперименты во взаимосвязи, как дополняющие друг друга. На это будут направлены наши практические занятия в рамках данного модуля. Кроме этого, на лабораторных занятиях по теории и методике обучения физике тоже будет рассматриваться компьютерное сопровождение натурного физического эксперимента.

На рис. 3 приводятся примеры компьютерного эксперимента.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


                 

 

              а                                                                      б

Рис.3. а – испарение жидкости в закрытом и открытом сосудах; б – наблюдение за нагреванием и кипением воды (Библиотека электронных наглядных пособий, Кирилл и Мефодий)

   3. Формы представления учебного материала по физике, ЦОР для обучения физике в школе.

Распространение гипертекстовой технологии в определённой мере послужило своеобразным толчком к созданию и широкому тиражированию на компакт-дисках разнообразных электронных изданий – цифровых образовательных ресурсов (ЦОР): учебников, справочников, словарей, энциклопедий (школьная серия «1С», энциклопедические и учебные издания фирмы «Кирилл и Мефодий», "Физикон" и др.). Использование в электронных изданиях различных информационных технологий (мультимедиа, гипертекст) дает весомые дидактические преимущества электронной книге в сравнении с традиционной:

·        в технологии мультимедиа создается обучающая среда с ярким и наглядным представлением информации, что особенно привлекательно для школьников;

·        осуществляется интеграция значительных объемов информации (до 700 Мб) на едином носителе;

·        гипертекстовая информация благодаря применению гиперссылок упрощает навигацию и предоставляет возможность выбора индивидуальной схемы изучения материала;

·        на основе моделирования процесса обучения становится возможным дополнить учебник тестами, отслеживать и направлять траекторию изучения материала, осуществляя, таким образом, обратную связь.

Вышеперечисленные возможности в полной мере реализованы в таком электронном учебнике, как «Открытая физика 2.6» фирмы «Физикон». Учебник работает в режиме диалога с обучаемым. Он включает компьютерные эксперименты, учебное пособие, видеозаписи экспериментов, звуковые пояснения. Еще одним характерным примером реализации возможностей современных информационных технологий является "Библиотека электронных наглядных пособий. Физика 7-11" фирмы "Кирилл и Мефодий". БЭНП содержат иллюстрации, компьютерные анимации и видеофрагменты, интерактивные модели физических процессов, встроенную контролирующую подсистему, включающую тесты и задачи. Компакт-диск содержит также обширные справочные сведения (интерактивные раскрывающиеся таблицы, различные виды моделей, включая 3D и т.д.), биографии известных учёных, словарь терминов и т.д. (демонстрация некоторых возможностей описанных ЦОР).

            ЦОР дают преподавателю новые возможности по организации учебного процесса, а обучающимся – по развитию творческих способностей. Практический опыт их применения по различным учебным дисциплинам показал множество преимуществ по сравнению с традиционными учебниками:

-         обеспечение обратной связи “обучаемый-преподаватель” для постоянного творческого совершенствования компьютеризированного учебника;

-         значительное сокращение времени на изучение учебных дисциплин;

-         создание (за счет анимационных иллюстраций) иллюзии постоянного присутствия педагога рядом с обучаемым и “оживление” сухих страниц учебника-книги;

-         создание приятного психологического настроя у обучающихся;

-         обеспечение индивидуализации обучения за счет отбора каждым обучаемым учебного материала из КПУ и изменения последовательности его изучения с учетом своих психофизиологических особенностей, возможности неоднократного возврата к трудным вопросам и самоконтроля при выборе и решении задач различной степени трудности.

 

Современные ЦОР обеспечивают возможность оперативного контроля в интерактивном режиме. Применение информационных технологий для оценивания качества физического образования дает целый ряд преимуществ перед проведением обычного контроля. Прежде всего, это возможность организации централизованного контроля, обеспечивающего охват всего контингента обучаемых., что реально используется при проведении ЕГЭ по физике. Компьютеризация позволяет сделать контроль более объективным, не зависящим от субъективности преподавателя. Ограниченность времени в нашем учебном модуле не позволяет нам подробно рассмотреть электронные контролирующе-тренинговые системы на практических занятиях. Этим вопросам будут посвящены занятия по курсу «Современные средства оценивания результатов обучения по физике» (ОПД. Ф.08). Методика формирования у учащихся умения решать задачи по физике с применением различных цифровых ресурсов будет рассмотрена на занятиях практикума по решению физических задач.

Целью наших практических занятий в рамках данного модуля является освоение студентами, будущими учителями, методики использования цифровых образовательных ресурсов на занятиях по физике в школе. Мы изучим дидактические возможности существующих ЦОР, методы формирования положительных мотивов учения школьников средствами ИКТ, методы организации самостоятельной работы учащихся с их применением, некоторые вопросы методики и техники школьного физического эксперимента с применением электронных средств обучения. Полученные в рамках данного курса знания и умения будут широко использоваться вами в дальнейшем на занятиях по теории и методике обучения физике, при выполнении различных творческих заданий и лабораторных работ.

 

Учебные наглядные пособия,  ЦОР и ИУМК, используемые на лекции

1.                Мультимедийная презентация лекционного материала;

ЦОР:

2. Библиотека электронных наглядных пособий "Физика 7-11 класс" (ООО «Дрофа», ЗАО «1С»).

3. Библиотека электронных наглядных пособий «Физика 7-11 классы» (ООО «Кирилл и Мефодий»).

4. Электронное издание «Физика, 7-11 классы» (ООО «Физикон»).

5. «Физика, 10» (ООО «Физикон»).