ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ ГОУ ВПО МО

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ
ГОУ ВПО МО
"КОЛОМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ"
ГОУ ДПО МО
"ЦЕНТР НОВЫХ ПЕДАГОГИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ"
ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫЕ
ТЕХНОЛОГИИ В ПОДГОТОВКЕ УЧИТЕЛЯ
ТЕХНОЛОГИИ И УЧИТЕЛЯ ФИЗИКИ
Часть 1
материалы научно-практической конференции
3-5 апреля 2007 г.
Коломна 2007
УДК 681.142.7(063)
ББК 32.973.23 я 431
И74
И74
Рекомендовано к изданию
редакционно-издательским советом
Коломенского государственного педагогического института.
Информационно-коммуникационные технологии в подготовке учителя технологии и учителя физики: в 2-х ч. Ч. 1.
Сборник материалов научно-практической конференции/ Отв.
ред. А.А. Богуславский – Коломна: КГПИ, 2007 –148 с.
В сборнике представлены материалы научно-практической конференции, проходившей 3-5 апреля 2007 г. в Коломенском государственном
педагогическом институте.
Рецензенты:
Замаховский М.П.
зав. кафедрой алгебры, геометрии, теории и методики преподавания математики Коломенского государственного педагогического института доцент,
к.ф.-м.н.
Новиков В.Г.
Начальник сектора ФГУП "КБМ", доктор технических наук, профессор кафедры автоматизации и
электроники в машиностроении КИ МГОУ
2
Содержание.
СОДЕРЖАНИЕ.
ДВАДЦАТЬ ЛЕТ ИНФОРМАТИЗАЦИИ: ПЕРВЫЕ ИТОГИ............................................. 7
Богуславский А.А., Щеглова И.Ю...................................................................................... 7
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОБУЧЕНИЯ СТУДЕНТОВ ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ВУЗА
ПРИ ВНЕДРЕНИИ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
В УЧЕБНЫЙ ПРОЦЕСС ....................................................................................................... 17
Великанов Е.Ю., Гринь П.В., Твердынин Н.М. .............................................................. 17
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПОДГОТОВКЕ УЧИТЕЛЯ ФИЗИКИ: К
ИСТОРИИ ВОПРОСА........................................................................................................... 21
Иродова И.А., Лукьянова А.В........................................................................................... 21
МУЛЬТИМЕДИЙНАЯ ПОДДЕРЖКА ЭЛЕКТИВНЫХ КУРСОВ ПО ФИЗИКЕ ДЛЯ
ПРОФИЛЬНОЙ ШКОЛЫ ..................................................................................................... 23
Кудрявцев В.В., Ильин В.А............................................................................................... 23
3D ГРАФИКА КАК ОСНОВА МЕЖПРЕДМЕТНЫХ СВЯЗЕЙ ....................................... 25
Попов К.А. .......................................................................................................................... 25
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭВМ ПРИ ИЗУЧЕНИИ СТРУКТУРЫ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
.................................................................................................................................................. 28
Степанов В.А., Захаркин И.А............................................................................................ 28
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗАДАЧ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ ............ 31
Трушков А.С. ...................................................................................................................... 31
СЕКЦИЯ I. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИКТ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ
.................................................................................................................................................. 35
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИКТ В ПОДГОТОВКЕ ПРЕПОДАВАТЕЛЕЙ ФИЗИКИ .............. 35
Агибова И.М., Крахоткина В.К., Боброва О.В. ............................................................... 35
МОДЕЛЬ РЕАЛИЗАЦИИ ВНЕДРЕНИЯ ИКТ В ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ПРОЦЕСС
СЕЛЬСКОЙ ШКОЛЫ............................................................................................................ 37
Беловолов Г.Б. .................................................................................................................... 37
ОСОБЕННОСТИ ДИЗАЙНА ЦИФРОВЫХ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ РЕСУРСОВ ......... 39
Вилков А.Л.......................................................................................................................... 39
ПОСТРОЕНИЕ ОТКРЫТОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ПРОСТРАНСТВА В РАМКАХ
ПРИОРИТЕТНОГО НАЦИОНАЛЬНОГО ПРОЕКТА «ОБРАЗОВАНИЕ». .................... 41
Гуров С.М. .......................................................................................................................... 41
РОЛЬ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ОРГАНИЗАЦИИ ПРОЕКТОЙ
ТВОРЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ....................................................................................... 44
Гущина О.М., Михеева О.П. ............................................................................................. 44
ПОДГОТОВКА УЧИТЕЛЯ ФИЗИКИ К ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ИКТ В УСЛОВИЯХ
УРОВНЕВОЙ ДИФФЕРЕНЦИАЦИИ ................................................................................. 45
Еремин С.В.......................................................................................................................... 45
ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЭКСПЕРТНЫХ СИСТЕМ В ФОФРМИРОВАНИИ
СИСТЕМНЫХ ЗНАНИЙ ...................................................................................................... 47
Джулай В.С. ........................................................................................................................ 47
РЕЙТИНГОВАЯ СИСТЕМА ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА УЧАЩИХСЯ НПО С
ПРИМЕНЕНИЕМ ИКТ.......................................................................................................... 48
Добрынин Н.В. ................................................................................................................... 48
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИКТ В ПРЕПОДАВАНИИ КУРСА «СОВРЕМЕННЫЕ
СРЕДСТВА ОЦЕНИВАНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ОБУЧЕНИЯ» ДЛЯ СТУДЕНТОВ
ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОГО ФАКУЛЬТЕТА........................................................... 51
Кирьяков Б.С., Замятина В.С., Морин Д.В. ..................................................................... 51
УПРАВЛЕНИЕ
УЧЕБНЫМ
ПРОЦЕССОМ
ЧЕРЕЗ
ПОСТРОЕНИЕ
ТРАДИЦИОННОГО И ЭЛЕКТРОННОГО УЧЕБНИКА................................................... 52
Кишкель Е. Н. ..................................................................................................................... 52
3
Содержание.
АССОЦИАТИВНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОДГОТОВКИ УЧИТЕЛЯ ФИЗИКИ И
ТЕХНОЛОГИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ИНФОРМАЦИОННО ТЕХНОЛОГИЙ................ 55
Клименко З.И., Чепко М.С. ............................................................................................... 55
МЕТОДИКА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОМПЬЮТЕРА В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ ВУЗА57
Коновалова Т.Е................................................................................................................... 57
ИНДИВИДУАЛИЗАЦИЯ
ПРОЕКТНОЙ
ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
ОБУЧАЮЩИХСЯ
СРЕДСТВАМИ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ... 60
Махотин Д.А., Федюшина М.М.,...................................................................................... 60
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ – КОМПЬЮТЕРНЫЕ МОДЕЛИ В ОБУЧЕНИИ
СТУДЕНТОВ – БУДУЩИХ ПЕДАГОГОВ ФИЗИКЕ И МЕТОДИКЕ ЕЁ
ПРЕПОДАВАНИЯ ................................................................................................................. 62
Моисеев С.Г. ....................................................................................................................... 62
АДАПТАЦИЯ К ПРОФЕССИОНАЛЬНО-ПЕДАГОГИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
МОЛОДОГО УЧИТЕЛЯ ....................................................................................................... 63
Овсянникова А. А............................................................................................................... 63
ИЗУЧЕНИЕ
МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ
В
КУРСЕ
“ОСНОВЫ
ЭВТ”
В
ПЕДАГОГИЧЕСКОМ ИНСТИТУТЕ................................................................................... 66
Печенов Владимир Владимирович................................................................................... 66
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
ИНТЕРНЕТ-САЙТА
В
ПРОЦЕССЕ
ПОДГОТОВКИ
ПРЕПОДАВАТЕЛЕЙ ............................................................................................................ 67
Плетнев А.Э. ....................................................................................................................... 67
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В УЧРЕЖДЕНИЯХ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО
ОБРАЗОВАНИЯ..................................................................................................................... 69
Рябова О.Н. ......................................................................................................................... 69
КОМПЬЮТЕРНОЕ ТЕСТИРОВАНИЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВОЗМОЖНОСТЕЙ
ПРОГРАММЫ MACROMEDIA FLASH MX ...................................................................... 70
Свистунова Е.Л................................................................................................................... 70
ВОСПИТАТЕЛЬНЫЙ АСПЕКТ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО ИСПЫТАНИЯ ................. 73
Стротова М.Н...................................................................................................................... 73
АКТИВИЗАЦИЯ ТВОРЧЕСКОГО НАЧАЛА ПРИ ПОДГОТОВКЕ СПЕЦИАЛИСТОВ
С ВЫСШИМ ПЕДАГОГИЧЕСКИМ ОБРАЗОВАНИЕМ ЗА СЧЕТ ПРИВЛЕЧЕНИЯ
ИНФОРМАЦИОННО - КОММУНИКАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ............................. 74
Твердынин Н.М., Дегтярев Е.Ф., Фомина Т.Т.,............................................................... 74
ИНФОРМАТИЗАЦИЯ ФИЗИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ В ЛИЦЕЕ ............................ 77
Тимофеева Г.Э., Верховцева М.О..................................................................................... 77
ДИСТАНЦИОННАЯ ПОДДЕРЖКА ПЕДАГОВ ПО КУРСУ «ADOBE PHOTOSHOP
ДЛЯ WEB».............................................................................................................................. 79
Третьяк Т.М. ....................................................................................................................... 79
МЕТОДИЧЕСКИЕ
ВОПРОСЫ
ОБУЧЕНИЯ
ПРОГРАММИРОАНИЮ
В
ВИЗУАЛЬНОЙ СРЕДЕ РАЗРАБОТКИ ............................................................................... 81
Трушкова Л.А. .................................................................................................................... 81
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ В КУРСЕ "ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ" ... 85
Трушкова Л.А. .................................................................................................................... 85
ИННОВАЦИОННЫЕ ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРЕПОДАВАНИЯ
ФИЗИКИ В СЕЛЬСКОЙ ШКОЛЕ И КОМПЬЮТЕРНАЯ МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ЗДОРОВЬЯ УЧАЩИХСЯ. ............................... 87
Уфимский Р.В..................................................................................................................... 87
ПРИМЕНЕНИЕ
СОВРЕМЕННЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ
ТЕСТИРОВАНИЯ
ДЛЯ
ПОВЫШЕНИЯ
ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ
КОМПЕТЕНТНОСТИ
БУДУЩИХ
УЧИТЕЛЕЙ ФИЗИКИ ........................................................................................................... 89
Шуйцев А.М. ...................................................................................................................... 89
СЕКЦИЯ II. ИКТ В ПОДГОТОВКЕ УЧИТЕЛЯ ФИЗИКИ ............................................... 92
4
Содержание.
ЭЛЕМЕНТЫ ФИЗИКИ СПЕКАНИЯ ПОРОШКОВЫХ СИСТЕМ В ПЕДВУЗЕ ............ 92
Абрамович Т.М., Семин В.Н., Мартыненко В.В............................................................. 92
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
КОМПЬЮТЕРИЗИРОВАННОГО
ФИЗИЧЕСКОГО
ПРАКТИКУМА В СИСТЕМЕ ПОВЫШЕНИЯ КВАЛИФИКАЦИИ УЧИТЕЛЕЙ ......... 93
Анисимов Н.М. ................................................................................................................... 93
РОЛЬ КУРСА «ФИЗИКА НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР И СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ» В
ПОДГОТОВКЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНО КОМПЕТЕНТНОГО ПРЕПОДАВАТЕЛЯ
ФИЗИКИ ................................................................................................................................. 94
Бабарико А. А., Коришев В.И. .......................................................................................... 94
ОПЫТ
ПРИМЕНЕНИЯ
ИНФОРМАЦИОННО
–
КОММУНИКАЦИОННЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ В ПРЕПОДАВАНИИ КУРСА «ФИЗИКА». ............................................ 96
Баранова Н.А. ..................................................................................................................... 96
ИЗ ОПЫТА ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ТВОРЧЕСКИХ СТУДЕНЧЕСКИХ ГРУПП .................. 99
Басалова Т.Ф., Клепинина И.А. ........................................................................................ 99
КОМПЬЮТЕРНАЯ
ЛАБОРАТОРНАЯ
РАБОТА
ДЛЯ
СПЕЦИАЛЬНОГО
ПРАКТИКУМА
«ПЕРКОЛЯЦИОННЫЕ
ПРОЦЕССЫ
В
ДВУМЕРНЫХ
НЕУПОРЯДОЧЕННЫХ СТРУКТУРАХ» ......................................................................... 100
Бирюков С.В., Ширина Т.А............................................................................................. 100
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ РЕШЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ЗАДАЧ И ЕЕ
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЛЯ АЛГОРИТМИЗАЦИИ ИХ РЕШЕНИЙ................................. 102
Ванюшкина Е. С. .............................................................................................................. 102
ИЗЛОЖЕНИЕ ОСНОВ ЗОННОЙ ТЕОРИИ ВЕЩЕСТВА В ШКОЛЬНОМ КУРСЕ
ФИЗИКИ ............................................................................................................................... 103
Головнев Ю.Ф., Панин В.А., Тюрина М.О. ................................................................... 103
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПЕРЕХОДОВ АТОМА ВОДОРОДА И
НАБЛЮДЕНИЕ ЛИНЕЙЧАТОГО СПЕКТРА ИЗЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА.................. 105
Дорохова Е.В. ................................................................................................................... 105
КУРС ПО ВЫБОРУ “ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ОБУЧЕНИИ
ФИЗИКЕ” В ПЕДАГОГИЧЕСКОМ УНИВЕРСИТЕТЕ ................................................... 108
Еремин С.В........................................................................................................................ 108
ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ИКТ В ПРЕПОДАВАНИИ КУРСА «ФИЗИКА»..................... 109
Захарова О.Н..................................................................................................................... 109
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НОВЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В УЧЕБНОМ
ПРОЦЕССЕ........................................................................................................................... 112
Клепинина И.А., Басалова Т.Ф. ...................................................................................... 112
ИТ - ПРОЕКТ: ТЕРМОРЕЗИСТОРЫ................................................................................. 113
Колосова М.И. .................................................................................................................. 113
Щеглова И.Ю.................................................................................................................... 113
Литература ........................................................................................................................ 117
ПЕРСОНАЛЬНЫЙ КОМПЬЮТЕР НА УРОКАХ ФИЗИКИ........................................... 117
Коновалихин С.В.............................................................................................................. 117
ОПЫТ ПРОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМА ПО ФИЗИКЕ С
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ МОДЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ ПРОГРАММНОЙ
СРЕДЫ «ЖИВАЯ ФИЗИКА» ............................................................................................. 120
Кошляк А.И., Гусева О.Б................................................................................................. 120
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ПРОЦЕССЕ
ПРЕПОДАВАНИЯ ФИЗИКИ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ КОММУНИКАТИНЫХ
УМЕНИЙ .............................................................................................................................. 121
Кузьменкова Л.А. ............................................................................................................. 121
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ НА УРОКАХ ФИЗИКИ
................................................................................................................................................ 123
Никанорова Л.А., Корытникова Е.С............................................................................... 123
5
Содержание.
ФИЗИЧЕСКАЯ
МОДЕЛЬ
ЯВЛЕНИЯ
КАК
НАЧАЛЬНЫЙ
ЭТАП
МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ................................................................. 125
Палий Н. Ю. ...................................................................................................................... 125
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ ОБУЧЕНИИ
ФИЗИКЕ НА ПРИМЕРЕ ТЕМЫ «RLC – КОНТУРЫ И СВОБОДНЫЕ КОЛЕБАНИЯ»
................................................................................................................................................ 128
Панин В.А., Овсянников В.В. ......................................................................................... 128
О ВЫБОРЕ ИНСТРУМЕНТОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ДИНАМИКИ НА
ШКОЛЬНОМ ФАКУЛЬТАТИВЕ....................................................................................... 130
Попов К.А. ........................................................................................................................ 130
ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ИКТ В ПРЕПОДАВАНИИ КУРСА «ФИЗИКА»..................... 133
Седова Л. В. ...................................................................................................................... 133
РАЗРАБОТКА ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПРОГРАММЫ ПО МАГНЕТИЗМУ КАК
ЧАСТЬ БИЗНЕС - ПРОГРАММЫ ООО «ВАЛТАР» ....................................................... 136
Семенов А.И. .................................................................................................................... 136
ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТОВ «ОТКРЫТОЙ ФИЗИКИ» СРЕДСТВАМИ EXCEL:
«ОТНОСИТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ».................................................................................. 138
Тебелев Л.Г. ...................................................................................................................... 138
ИНТЕГРАЦИЯ КУРСОВ ИКТ – ФИЗИКА В ПРОЕКТЕ ОСО - 2007 ........................... 140
Федотова С.В. ................................................................................................................... 140
Щеглова И.Ю.................................................................................................................... 140
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОБСТВЕННЫХ НАУЧНЫХ ДОСТИЖЕНИЙ ПРИ ОБУЧЕНИИ
ФИЗИКЕ В КОНТЕКСТЕ БОЛОНСКОГО ПРОЦЕССА. МУЛЬТИМЕДИЙНАЯ
МЕТОДИКА ......................................................................................................................... 143
Ширина Т.А., Ильин В.А................................................................................................. 143
ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЬЮТЕРОВ НА УРОКАХ ФИЗИКИ В СРЕДНЕЙ
ШКОЛЕ ................................................................................................................................. 145
Цуцких Ю.И...................................................................................................................... 145
6
Пленарные доклады.
ПЛЕНАРНЫЕ ДОКЛАДЫ
ДВАДЦАТЬ ЛЕТ ИНФОРМАТИЗАЦИИ: ПЕРВЫЕ ИТОГИ
Богуславский А.А., Щеглова И.Ю.
Коломенский государственный педагогический институт,
Начало ХХI-го века характеризуется алогичными процессами в системе
российского образования. Человечество вступило в общество, основанное на
знаниях, за рубежом активно обсуждается проблема повышения научной и технологической грамотности: они определяют процесс принятия политических
решений и решений в области экономики. Однако, в России под предлогом снижения нагрузки отменен обязательный экзамен по физике. Резко сокращено число часов на преподавание точных наук. Но как строить промышленно развитую
державу, если готовить одних юристов и экономистов? В результате реформирования и модернизации системы образования России за счет сокращения часов на
изучение дисциплин естественнонаучного цикла, образовательной области
"Технология" созданы условия, при которых учащиеся не получают систематических знаний, необходимых для жизни работы в современном мире высоких
технологий.
Разработанная в США программа образования на 2006-2010 годы, основной целью ставит лидерство на передовых рубежах научного знания, усиление
связи между фундаментальными исследованиями и национальными приоритетами; подготовку ученых и инженеров высшего класса для ХХI-го века; подъем
научной и технологической грамотности всего населения страны. Эту программу
можно рассматривать как следствие вывода, сделанного в США после запуска в
СССР первого искусственного спутника: успехи нашей страны, в частности, в
космосе, были обусловлены, прежде всего, системой образования, направленной
на формирование естественнонаучного мировоззрения.
Наша конференция проходит через двадцать лет после одномоментного
введения в школу курса "Основы информатики и вычислительной техники". После введения в школы курса ОИВТ, подготовка учительских кадров в педагогических вузах по этому предмету была возложена на математические кафедры. Но
эти кафедры имели опыт чтения только одного курса "Численные методы" с вычислительным практикумом. Поэтому проводимая в безмашинном варианте "поголовная" ликвидация компьютерной безграмотности с программированием на
Бейсике вызвала стойкую аллергию к компьютерам и убеждение, что компьютеры и информатизация связаны, прежде всего, с математикой.
В работах, предшествующих известному Постановлению о введении курса
"ОИВТ", хорошо виден побудительный мотив: изобретение интегральной схемы
(микропроцессора) и появление микро-ЭВМ - ПЭВМ. В работе А.П. Ершова
"Персональная ЭВМ - предок млекопитающих в динозавровом мире ВЦКП",
1982 год, в частности отмечено "Налицо потрясение основ, с таким трудом
сформированных большой наукой программирования и большой промышленностью производства ЭВМ… Эта очевидная тенденция депрофессионализации
программирования вызывает глубокие споры в среде специалистов... Одним из
способов закрыть глаза на проблему – это относится к ПЭВМ просто как к ма-
7
Пленарные доклады.
ленькой большой ЭВМ. " Важно и такое положение, которое, на наш взгляд, предопределило на первом этапе появление массового программирования в школе:
"Программистам надоело ходить без сапог, и они хотят иметь у себя на столе
хорошую ПЭВМ для профессиональной работы". Предвидение А.П. Ершова
"ПЭВМ – это не просто маленькая большая машина, а технический феномен,
требующий свежего, непредвзятого и в то же время глобального подхода к созданию методом и приемов работы за ними" в значительной мере оказалось пока
невостребованным.
Конец XX-го столетия ознаменовался в физике созданием Стандартной
модели, объединившей все, кроме гравитационного, фундаментальные взаимодействия. Развитие высоких технологий в начале XXI-го века привело к созданию всевозможных повседневных (и, конечно, не только повседневных) вещей,
в которых реализуются открытые физиками за последние 150-200 лет физические законы и явления. При этом, мы рассматриваем высокие технологии как
инженерное искусство материального воплощения фундаментальных знаний.
Опыт практического использования ПК привел к выводу: основным фактором происходящих за последние тридцать лет технологических изменений является "цифровая революция", которая позволила в единой форме создавать, передавать, хранить информацию различных типов. На всем периоде цифровой революции система образования находится под постоянным натиском производителей аппаратных, программных средств, провайдеров сети Интернет и других
агрессивных участников процессов компьютеризации и информатизации. Каждый клятвенно убеждает, что именно он владеет "золотым ключиком", позволяющим открыть невиданную мощь информационных технологий в образовании. Однако, вступающий на тропу информатизации и компьютеризации образования, с завидным постоянством, в соответствии с законом Мура, примерно
каждые два года "наступает на грабли" несбывающихся надежд. Как правило игнорируются психолого-педагогические аспекты образовательного процесса, в
котором только формализуемые знания могут быть переданы в систему компьютерного обучения [например, 1]. Неформализуемые знания могут быть переданы
только в результате личного общения, а основную роль в передаче таких знаний
играет урок и личность учителя.
"Захватывающее" влияние закона Мура (1965 год) мы начали ощущать с
1972 года с появлением калькуляторов. К этому времени относится и кампания
по "калькуляторизации" школы, как универсального средства улучшения образовательного процесса. В 1986 году мы собрали макет микро-ЭВМ на отечественном неликвидном микропроцессоре. Уже на первых этапах преподавателям
кафедры стала очевидной необходимость учиться новым "предметам": осваивать
численные методы и программирование, используя известный тезис о помощи
утопающим. Большим подспорьем стали реферируемые нами статьи для реферативного журнала "Физика". В 1985 году по предложению Министерства просвещения РСФСР был издан библиографический указатель [2] и мы наивно полагали, что он позволит избежать дублирования в методических публикациях.
В 80-х гг. была выработана концепция непрерывной компьютерной подготовки учителя, главным содержанием было постепенное изучение языка программирования на примерах соответствующей предметной области. При этом
мы исходим из того, что подготовка учителя - предметника, владеющего средст-
8
Пленарные доклады.
вами ИКТ, должна осуществляться в основном преподавателями выпускающих
кафедр. Учебное время выделяется за счет регионального и вузовского компонента учебного плана, факультативных курсов. Отметим, что новый ГОС предусматривает небольшое число часов на изучение применение ИТ в предметной
области. На ФДПС для студентов, выбирающих индивидуальную траекторию
образования, было организовано отделение "ИТ в образовании".
Следующий поворотный этап относится к началу 90-х годов и он связан с
появлением прикладных программ. Можно считать, что на сегодняшний день
сложились два класса приложений: офисные и профессиональные. Думаем,
дальнейшее развитие ИТ в школе должно произойти в области обучения необходимому минимуму офисных технологий, включая Интернет и электронную почту в пределах образовательной области "Технология". Применение ИТ в предметных областях требует дальнейших психолого-педагогических исследований.
Эпоха высоких технологий, наверное, приводит к необходимости модификации, но вряд ли замены, привычных методик реализации связи образования,
науки и техники. Именно в России противоречия, обусловленные развалом экономики и развитием ИКТ, видны наиболее отчетливо: тираж научнометодических журналов сократился в 20 и более раз, выпуск изданий ВИНИТИ
практически прекратился. При ликвидации "бумажного" единого научнометодического информационного пространства, всерьез обсуждается вопрос о
его "электронном" аналоге. Но Интернет предлагает россыпь фактов, которые
могут рассматриваться в качестве значимой информации только после серьезного анализа, по существу, заменяющего редакционную работу и библиографическую обработку, которую каждый должен проделать самостоятельно. Более того,
информационный шум Интернет принципиально противоречит концепции учебника.
В применении ИКТ мы исходим из того, что, с одной стороны, центральной ролью современных ПК является обеспечение быстрого доступа к различным фактам и информации, Интернет привлекает возможностью создания виртуальных кафедр, однако широкое распространение в повседневной жизни наукоемких технологий и предметов повседневного спроса заставляет задуматься о
месте фундаментальных знаний в естественно-научной подготовке молодежи.
Наверное, принципиально новым является возможность простой работы с графической информацией.
Действительно, задача состоит в том, чтобы "при создании системы образования, которая даст людям то, в чем они нуждаются, необходимо учитывать,
что доступ к знаниям сегодня значительно отличается от способа, которым пользовались их учителя" [3]. Применение ИКТ приводит к новым особенностям, которые не всегда учитываются в процессе обучения.
Преподаватели должны отчетливо понимать, что при работе с ПК, с поисковыми системами происходит потеря контекста, знания становятся точечными,
исчезают формы интуитивной прозорливости, формируется "клиповое" создание. Увеличение скорости доступа к интересующему факту может означать существенно большую потерю, чем мы это себе представляем. Следующей "жертвой" ИКТ является память учащегося. Творческий потенциал совершенно определенно зависит от наличия достаточного контента в нашей мозгу.
9
Пленарные доклады.
Нужно помнить, что положительные изменения в образовании не происходят быстро. Чтобы изменения произошли, нужно подождать не год-два, а одно - два поколения. Другое дело, когда в учебном плане сокращают количество
часов: вместо 6 часов физики ставят 3, вот тогда изменения происходят намного
быстрее - уровень образования сейчас падает катастрофически. Есть опасение,
что пройдет какое-то время, и от нас некому будет уезжать, да и некого будет
учить. Как "неожиданно" выяснилось, идет демографический спад. Разве это было не ясно в 1992, 1993 году? "Неожиданно" открылось, что нет рабочих, потому
что развалены профтехучилища, зарплата у мастеров маленькая, они ушли в
бизнес. Также "неожиданно" выяснилось, что возраст профессоров и доцентов
преклонен, а научные школы практический развалены.
В стремлениях пересмотреть роль учителя, которому приписывается роль
простого передатчика знаний, не учитывается множество фактов. Новые технологии не заменяют самые лучшие старые технологии. Они дополняют их.
Стремление заменить все новыми технологиями - простое искушение, подогреваемое интересами фирм-производителей. Действительно, в одном из педагогических курсов MIT отмечено "Даже лекции могут быть интерактивны". И трудно
не согласиться с утверждением, что "лучшим аудиовизуальным средством является хороший лектор".
Сейчас много говорят о реформировании, большие деньги уходят на разные проекты. Но есть одна тонкость, которая состоит в следующем. Есть люди,
которые работают в образовании, они представляют, что мы должны делать в
школе или в вузе, а есть продавцы и дилеры, которые распространяют современные высокотехнологичные изделия. А ведь цели у них совершенно разные! В
стремлении продать в систему образования "абсолютно необходимое", агрессивные селлеры формулируют устами скорых на письмо журналистов в адрес тех,
кто не торопится бежать за очередным детищем производителей компьютерного
оборудования, например, такой тезис: "Впрочем, упрекать преподавателей в
мракобесии не совсем корректно".
Применение ПК сопровождается различными мифами [4, 5]. Вопрос о том,
какую технологию использовать, нельзя решать, исходя лишь из доступности
последних технических достижений. Приведем замечание Билла Гейтса: "Все
компьютеры в мире ничего не изменят без наличия увлеченных учащихся,
знающих и преданных своему делу преподавателей, неравнодушных
и осведомленных родителей, а также общества, в котором подчеркивается ценность обучения на протяжении всей жизни" [6]. Анализ применения в образовании средств ТСО за XX век проведен в [7]. Отмечено, что "Если существует
единственное слово, которое обычно связывается с образовательной технологией, то это слово - "обещание". Эти технологии порождают шумиху
о "преобразованиях в обучении", но не дают тех результатов, о которых говорили их воодушевленные сторонники или по выражению С.С. Лаврова: "оголтелые
новаторы" [8].
В это же время, сохраняя окостенелую верность традициям, в преподавании может поддерживаться уверенность в том, что ядром современной информатики являются системы счисления и алгоритмизация. В [9] отмечены не подтвержденные исследованиями представления, которые лежат в стремлении использовать компьютеры в обучении. Многие из возбуждающих предложений
10
Пленарные доклады.
использовать компьютеры в учебном процессе генерируется компьютерными
компаниями, часть энтузиазма поддерживается родителями, в памяти которых
обучение представляется скучным и не интересным. Предполагается, что компьютеры сделают обучение приятным занятием, более эффективным и простым.
Необходимость применения ИТ обычно обосновывается тезисом о значительном увеличении объема информации. На самом деле, речь идет об увеличении "информационного шума". Действительно, достаточно набрать в Google
"first transistor" и увидеть свыше 1 млн. вхождений! Существует и проблема лингвистического характера. Действительно, афоризм А.П. Ершова "Программирование – вторая грамотность" [10, 11], на первом этапе информатизации был воспринят не без помощи "мастеров пера" в качестве лозунга. Расшифровывая содержание афоризма, А.П. Ершов писал [11]: "Не будет большим преувеличением
сказать, что почти все, что мы делаем, мы делаем по программе, а когда размышляем, то, главным образом, корректируем наши старые программы и строим
планы на будущее. … Программирование, то есть способность выразить любой
правильный процесс средствами, доступными для передачи машине, станет второй грамотностью каждого образованного человека".
Преподавание в педагогическом вузе должно строиться из предположения, что работа, проводимая со студентами, скажется только через 10-15 лет, поэтому мы должны разумно сочетать традиционные классические методы преподавания, в том числе содержание практикумов, мастерских, лабораторного и демонстрационного эксперимента, с самыми современными достижениями науки и
технологии. Реализуемая нами система информационной подготовки учителя
основана на следующих основных положениях, высказанных в разное время ведущими учеными нашей страны: Глушковым, В.М., Дородницыным А.А., Лавровым С.С.
1. Центральная роль ПК состоит, прежде всего, в хранении и организации
доступа, в том числе и через сеть Интернет, к множеству различных данных и
информации, т.к. именно сейчас осуществился прогноз, что "… уже в ближайшем будущем каждому образованному человеку надлежит быть знакомым с основами безбумажной информатики" [12].
2. Аппаратное (hardware) и программное (software) обеспечение практически достигло насыщения и может удовлетворить практически все запросы творчески работающего учителя. Программное обеспечение постоянно "впитывает"
знания соответствующих предметных областей. Введенное на заре информатизации понятие brainware [13, 14], сегодня можно рассматривать как образовательный уровень "пользователя ПК".
3. "Программирование - искусство заставить компьютер решить поставленную перед человеком задачу". Это расширительное толкование понятие программирования предложено в [15].
Анализ этих положений приводит к, вообще говоря, тривиальному выводу: рационально использовать ПК может только тот, кто имеет фундаментальную подготовку в предметной области. Таким образом, развитие высоких технологий, а ПК является их ярким продуктом, с необходимостью требует усиления
фундаментальной естественнонаучной подготовки, формирования научнотехнического мышления, конструкторской и технологической грамотности. Навязываемое изучение "универсальных" программ в процессе обучения ложится
11
Пленарные доклады.
дополнительным грузом на учащихся, т.к. требует освоения несвойственных
школе и ВУЗу предметных областей, лишь часть из которых может быть отнесена к предпрофессиональной подготовке.
В начале 21-го века совершается ошибка, которая была сделана в 1985 г.:
компьютерная техника поставляется в образовательные учреждения различного
типа, происходит краткосрочная переподготовка учителей - предметников, в то
же время не создаются условия для планомерной подготовки будущих учителей
с 1-го по 5-й курс, недостаточно учитываются психолого-педагогические проблемы влияния ИКТ.
В 1991 г. нами был сделан вывод о возможном применении ПК в преподавании курса черчения/инженерной графики. В то время мы выбрали отечественную систему КОМПАС-ГРАФИК ("АСКОН"). В 1995 г. методическое обеспечение в совокупности с "КОМПАС-Школьник" составило содержание ПМК №6
"Школьная САПР" ("КУДИЦ").
В конце 90-х годов на ПК появились образовательные версии систем 3D моделирования и проектирования. Их применение отвечает как задачам подготовки молодежи к жизни и работе в обществе высоких технологий, так и интересам отечественных софтверных фирм. Среди них наибольшее распространение
получили КОМПАС-3D ("АСКОН") и T-FLEX CAD ("Топ Системы"). Впервые в
России промышленные версии систем САПР с модулем 3D - моделирования
адаптированы для нужд образования и распространяются бесплатно. Образовательные версии не только полностью поддерживают курс "Черчение"/"Инженерная графика" на всех ступенях образования. Эти системы оказались программным средством общего назначения, средством формирования
пространственных
представлений,
формирования
основ
инженерноконструкторской грамотности.
Сотрудничество института и российских ИТ-компаний представляет собой пример взаимодействия, обеспечивающего координацию образовательных
проектов на базе новых технологий и разработку методик применения программных средств в учебном процессе. С 1993 г. в учебный план технологического факультета введены новые курсы, предусматривающие подготовку будущих учителей труда (технологии) к использованию ИТ и к работе с программным комплексом САПР. Создан ресурсный центр профобразования. Он избавляет учителя и преподавателя от утомительных поисков в Интернет необходимой
информации и не требует больших денежных затрат На ФДПС студенты института имеют возможность на бюджетной основе изучить курсы "Язык программирования Си++", "Художественная и промышленная компьютерная графика".
На кафедре теоретической физики подготовлен ряд модулей по использованию ИТ в преподавании физики. Этот материал востребован преподавателями
школ, студентами физического отделения ФМФ и технологического факультета.
В результате многолетних исследований были сформулированы основные положения концепции обучения ИТ в рамках непрерывного образования, накоплен
огромный практический материал, разработаны и опробованы программы для
всех курсов (с первого по пятый), создано несколько практикумов по различным
направлениям с использованием широкого круга прикладных программ.
Демонстрационный эксперимент подкрепляется виртуальным лабораторным практикумом, основу которого составляет коллекция моделирующих про-
12
Пленарные доклады.
грамм -апплетов. Наиболее интересными являются материалы "Визуальной
квантовой механики" и материалы сайта нобелевского лауреата К. Вимана –
PHET. Можно отметить модели опыта Франка-Герца, фотоэффекта, эффекта
Комптона, опыта Резерфорда, образование энергетических зон в кристалле, моделирование работы биполярного и полевого транзистора.
Знакомство с информационными технологиями студентов - физиков начинается на первом курсе. В первой части виртуального практикума рассматривается моделирование некоторых простейших физических процессов в ЭТ по аналитическим формулам (равномерное и равноускоренное движение, гармонические колебания, движение тела под углом к горизонту без учета сопротивления),
обработка результатов измерений и построение графиков, работа с измерительными приборами (виртуально: штангенциркуль, расширение пределов измерений вольтметра и амперметра). Эти работы используются при проведении в Интернет обучающей сетевой олимпиады – ОСО-2007. Во второй части на основе
программы "Фундаментальные физические опыты" разработан лабораторный
практикум, в котором студенты знакомятся с важнейшими физическими открытиями и повторяют некоторые из этих опытов. Они учатся работать с установкой, правильно оценивать результаты эксперимента, делать на их основе выводы.
На втором курсе продолжается работа с ЭТ и моделированием физических
процессов, описываемых неоднородными дифференциальными уравнениями
второго порядка. Студенты знакомятся с методами численного решения подобных уравнений. В рамках факультативного курса проводится работа с программами схемотехнического моделирования Сборка и Electronics Workbench.
Для третьего курса разработана компьютерная поддержка курса Квантовая
физика. Известно, что наибольшие проблемы возникают в преподавании элементов квантовой физики и СТО, что связано с относительной молодостью самой
науки и существенным отличием квантовых представлений от повседневного
жизненного опыта учащихся. В современных условиях, наверное, целесообразно
перейти от сложившейся эмоционально - личностной исторической методики
изложения новых для учащихся квантовых представлений к методике, основанной на квантовании: энергетические уровни атомов, энергетические зоны, пространственное квантование. Такой подход предложил основатель и президент
корпорации ИНТЕЛ Э.Гроув в [16]. Развитие космической техники и цифровых
технологий привели к созданию систем глобального позиционирования ГЛОНАС и GPS. При этом точное определение координат на местности возможно
только на основе применения СТО. Отметим, что при обсуждении излучения абсолютного черного тела – АЧТ на графических изображениях показано только
полное поглощение падающего излучения: у учащихся формируется представление о том, что АЧТ только поглощает и ничего не излучает!
Курс квантовой механики подкрепляется виртуальным лабораторным
практикумом из семи работ. Основу практикума составляют моделирующие
программы "Физика в картинках" (ФИЗИКОН), моделирующие программы –
апплеты ко курсу микроэлектроники университета штата Буффало
(jas.eng.buffalo.edu/) и программы проекта "Визуальная квантовая механика"
университета штата Канзас (www.phys.ksu.edu/perg/vqm). Большой интерес вызывает "конструирование" энергетических уровней атомов, "конструирование"
13
Пленарные доклады.
энергетических зон светодиодов, "реализация" газового и твердотельного лазера.
В модели опыта Франка-Герца учащиеся наблюдают в динамике не только изменения в вольтамперной характеристике, но и соответствующее излучение возбужденных атомов ртути и неона. В лабораторный практикум включены моделирование фотоэффекта, эффекта Комптона, опыта Резерфорда, образование энергетических зон в кристалле, моделирование работы биполярного и полевого
транзистора.
На четвертом курсе студенты знакомятся с обширной подборкой различных апплетов по всем курсам физики. Кроме того, для них разработан курс "Моделирование колебательных процессов на примере физических задач".
На пятом курсе основной упор делается на самостоятельную разработку
виртуальных лабораторных работ и заданий к ним по некоторым предлагаемым
апплетам. Этот этап можно считать решающим при подготовке ВКР: независимо
от выбранной темы, студенты учатся грамотно излагать свои мысли и, что очень
важно, составлять описания к компьютерным лабораторным работам.
По мере прохождения всех ступеней информационной подготовки студенты знакомятся с набором тщательно отобранных и методически разработанных
программ и использованием их именно в физическом аспекте.
Методика изучения конкретного программного продукта основана на раскрытии его возможностей по мере решения физической задачи. Переходя от одной задачи к другой, студенты осваивают необходимый для их работы инструментарий, в результате чего ядро программы осваивается за небольшое число
занятий. Показано, что учитель с успехом может использовать как ИКТ, так и
аппаратные средства ИКТ для формирования научной грамотности.
В развитии ИТ можно выделить [17] четыре этапа, тесно связанных с развитием физики: 1) электромагнетизм (электродинамика) с 1820 г.;
2) электронный этап, начавшийся в 1897 г. открытием электрона; 3) квантовомеханический с 1900 г. и 4) квантово-оптический этап, начавшийся в 1958 году.
Такая периодизация позволяет реализовать межпредметные связи в преподавании курсов ИКТ, физики и технологии.
В процессе работы с накопленными цифровыми ресурсами мы пришли к
мысли о создании ИТ - проектов, которые выполняются и пополняются преподавателями и студентами. Один из наиболее емких является проект "Естественно-научная история". Он представляет собой хронологическую последовательность, в основном, графических изображений, относящихся к физике, технике,
персоналиям, Нобелевским лауреатам и др. Проект сопровождается дополнительным систематизированным материалом по разделам и физическим темам.
Подготовленный материал с успехом используется преподавателями и учителями, избавляя их от бессмысленного и подчас безнадежного поиска в Интернет
необходимого материала. Большим успехом пользуются цветные иллюстрации
по курсу физики и технологии. Меньший по объему проект "Дети, изменившие
мир" вызывает неподдельный интерес у будущих учителей, которые начинают
задумываться о путях формирования неординарной выдающей личности и роли
учителя. В проекте "Материалы для стенда" аккумулируются материалы, которые вызывают интерес у молодежи к проблемам физики, современным технологиям, астрофизике и т.п.
14
Пленарные доклады.
Интересным представляется проект "Современная физика на сканере" или
"Физические основы высокотехнологичной бытовой техники". Распространение
изделий, созданных на основе высоких технологий, позволяют легко продемонстрировать явления, которые еще двадцать лет назад рассматривались лишь в
курсах теоретической физики. Действительно, современные высокотехнологичные изделия создаются на основе интеграции физических знаний: от механики
до квантовой оптики. Образно говоря, современная физика вошла в дом, но ее
выгоняют из школы! Сравнительно недавно лазер был диковинкой, теперь он
есть у каждого в компьютере или плеере. Об этом нужно говорить на занятиях,
такие примеры делают физику близкой и понятной.
Важно подчеркивать, что квантовая физика стала обычной инженерной
наукой. Эта мысль может быть проиллюстрирована демонстрацией и изучением,
например, полупроводникового лазера и светодиодов. Развитие светодиодной
техники сделало возможным применение "монохроматических" источников света. Доступны светодиоды, начиная от ИК- до УФ-диапазона. Легко показать люминесценцию различных материалов, начиная от пластмассовых линеек до люминофора белого светодиода. Изображение кристалла светодиода и лазера легко
получить на сканере. Для этой цели лучше использовать светодиоды подсветки
дисплея и клавиш сотового телефона. Полупроводниковые лазеры получили самое широкое распространение: от указок до источников света в дисководах оптических (лазерных) CD и DVD – дисков. После этого можно переходить к обсуждению принципа работы полупроводникового лазера. В руках преподавателя
появляются источники света, о которых 20-30 лет назад нельзя было и мечтать:
например, зеленая лазерная указка - твердотельный лазер на Nd-алюминий - иттриевом гранате с последующим удвоением частоты ИК - излучения на нелинейном оптическом кристалле.
Обсуждение способа записи информации на оптическом диске и метода
считывания информации дает возможность подчеркнуть применение фундаментальных физических явлений: интерференции и дифракции, которые были обнаружены около 200 лет назад. Привод линзы дисковода состоит из двух пар взаимно перпендикулярных катушек, которые находятся в магнитном поле, создаваемом редкоземельными магнитами. Независимо от конструкции дисковода, за
лазерным диодом находится дифракционная решетка. Заметим, что в DVD –
дисководе два лазерных диода и две дифракционные решетки, на которых легко
наблюдается прекрасная дифракционная картина.
Демонстрации с использование лазерных дисков в качестве отражающей
дифракционной решетки хорошо известны. Однако, для демонстрации лучше
использовать технологические (прозрачные) заготовки лазерных дисков. Дифракционные картины на таких дисках намного эффектнее, чем на отражение от
обычных дисков. В качестве источников света используются красная и зеленая
лазерная указка.
Настоящей находкой для преподавателя является неисправный сотовый
телефон, в частности, цветной жидкокристаллический (ЖК) дисплей. Дисплей
закрыт поляроидом. Работу поляроида можно продемонстрировать, рассматривая излучение жидкокристаллического дисплея компьютера: легко показать поляризацию лазерного излучения. На этом этапе можно обсудить работу поляризационных солнцезащитных очков. Следующая пленка – матрица RGB. Элемен-
15
Пленарные доклады.
ты этой матрицы – субпикселы - легко увидеть с помощью сканера. За ЖК - матрицей находится еще один поляроид. Интересно обсудить систему обратной
подсветки ЖК - дисплея. Здесь демонстрируются три светодиода, световод с
микролинзами, микропризмы Френеля. В целом, изучение системы подсветки
дисплея позволяет обсудить применение давно известных оптических законов,
но реализованных на современном технологическом уровне с современными источниками света.
История магнитной записи: от записи на проволоку до современных жестких дисках, в головках чтения /записи которых реализуется классическая физика
и квантовая (гигантский магниторезистивный эффект) иллюстрирует технологический синтез фундаментальных явлений.
Необходимо показывать и устройство электровакуумной лампы как прибора, в котором управление движением потока электронов в вакууме нашло в
прошлом веке самое широкое применение. Детали лампы: катод, нить накала,
сетки, анод размещаются на скотче и демонстрируются учащимся. Сетка лампы
представляет собой дифракционную решетку. Лучший результат дает управляющая сетка от пентода, например, 6Ж9П. Для демонстрации транзистора лучше использовать транзисторы в металлическом корпусе: можно показать базовый кристалл, эмиттер и коллектор. В "старых" микропроцессорах (486) легко
наблюдать кристалл микропроцессора, а на сканере элементы его топологии.
Нетривиальное применение можно найти для термобумаги, широко используемой в кассовых аппаратах, факсах. Термохромный фазовый переход (с
изменением цвета) происходит при 60-700С: легко показать переход механической энергии в тепловую. Тонер ксерокса (лазерного принтера) является диэлектриком и обладает магнитными свойствами. Приготовив суспензию, можно
осуществить визуализацию магнитной записи на гибких дисках и карточках
метро, зафиксировать картину магнитного поля в шаговых двигателях.
Большие возможности предоставляют цифровые фотоаппараты, матрица
ПЗС которых чувствительна к ИК - изучению: легко получить изображения излучения ИК-светодиодов, ИК-портов. Заметим, что на матрице камеры наблюдения наблюдается эффектная дифракционная картина на двумерной структуре.
Когда-то литераторы разделили ученых на "физиков" и "лириков", отразив
стереотип в отношении физики - образ непонятной и сложной науки. Эйнштейн
говорил: "Физика - это усовершенствованное повседневное мышление". Чтобы
не отпугнуть ребенка, нужно показать ему реальное применение физических явлений. Новые законы открываются далеко не так часто, как об этом пишут средства массовой информации. Существуют фундаментальные явления, которым
уже 150-200 лет, но только сейчас талант инженеров воплощает их в повседневные вещи.
Часть разработанных материалов размещена на сайтах www.ict.edu.ru,
www.informika.ru, раздел "Образовательные ресурсы", образовательном сайте
http://kompas-edu.ru, сайте "обучающей сетевой олимпиады ОСО-2005" www.rcsz.ru. В рамках разрабатываемой концепции подготовлен образовательный DVD – диск с разделами ИТ – практикум (офисные и профессиональные
технологии). история информатики, физика, системы трехмерного моделирования и проектирования. Диск содержит электронную библиотеку по указанным
разделам.
16
Пленарные доклады.
Хотелось бы надеяться, что наша система образования будет формировать
не безграмотный идеал рыночной экономики, а поколение, для которого современная естественнонаучная картина мира не будет представляться "странной".
Литература
1. Громов Г.Р. // Микропроцессорные средства и системы, № 3, 1986.
2. Богуславский А.А. Изучение микропроцессоров и применение микро-ЭВМ в пединститутах и школах (на примере преподавания физики), М.:, МОПИ им. Н.К.Крупской.1985.-38 с.
3. John Lienhard http://www.uh.edu/engines/index.htm
4. Борк А. Компьютеры в обучении: чему учит история // ИНФО. - 1990. - №5. - С.110.
5. Образование, наука и развитие кадрового потенциала. Ч.1. Инф. бюллетень Microsoft.
вып. 16. - 2003 г. http://www.microsoft.com/
6. Образование, наука и развитие кадрового потенциала. Ч.2 Инф. бюллетень Microsoft.
вып. 16. - 2003 г. http://www.microsoft.com
7. King K. P. // mcel.pacificu.edu/JAHC/JAHCII2
8. Лавров С.С. Программирование. Математические основы, средства, теории. – СПб.:
БХВ-Петербург, 2001.
9. J. Steinmetz Computers and Squeak as Environments for Learning
http://www.squeakland.org/
10. Материалы архива академика А. П. Ершова http://ershov.iis.nsk.su/russian
11. Ершов А.П. Звенигородский Г.А. Квант №9, 1979 г. с. 47.
12. Глушков В.М. Основы безбумажной информатики.- М.: Наука. -1987.
13. Белошапка В.К., Лесневский А.С. // Информатика и образование. 1993. №3. С. 60.
14. Белоцерковский О.М. // Информатика и образование. 1994. №1. С. 3.
15. Лавров С.С. // Компьютерные инструменты в образовании. 1999. №3. С 21.
16. A.Grove Physics and Technology of Semiconductor Devices, John Wiley and Sons, Inc.,
1967 г.
17. W. F. Brinkman and D. V. Lang Physics and the communications industry
http://www.bell-labs.com/history/physicscomm/)]
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ
ОБУЧЕНИЯ
СТУДЕНТОВ
ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ВУЗА ПРИ ВНЕДРЕНИИ ИНФОРМАЦИОННОКОММУНИКАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В УЧЕБНЫЙ ПРОЦЕСС
Великанов Е.Ю., Гринь П.В., Твердынин Н.М.
Московский городской педагогический университет (ГОУ МГПУ)
Проблема внедрения цифровой техники в учебный процесс в ходе подготовки специалистов в образовательной области «Технология» требует творческого подхода поскольку собственно предметная база подготовки таких специалистов крайне широка. Активизация межпредметных связей как с естественнонаучными дисциплинами (физика, химия), так и с другими предметными блоками требует творчества в адаптации цифровой техники к конкретной учебной
дисциплине.
На кафедре машиноведения факультета технологии и предпринимательства ГОУ МГПУ проводится значительная работа по использованию цифровой
техники в учебном процессе, при этом особое внимание уделяется таким предметам как материаловедение и инженерная экология, а так же ряду дисциплин
17
Пленарные доклады.
специализации и курсов по выбору в том числе: «Эволюция технических устройств и материалов», «Новые материалы и технологии». При этом основной
упор делается на внедрении элементов самостоятельного научного исследования
в сочетании с наглядно-иллюстративным методом в ходе объяснения различных
теоретических положений читаемых курсов.
Примером такого внедрения может служить создание экспериментального
оборудования для проведения лабораторного практикума по материаловедению
и инженерной экологии. Основу созданных установок составляет комбинация
оптического, либо цифрового микроскопа и телевизионной камеры, соединенных с компьютером. Данные установки созданы на базе стандартного оборудования и могут быть использованы как в лабораторном практикуме, так и в научных исследованиях (в частности в выполнении дипломных работ). При этом требования к подготовке персонала, работающего на установках минимальны.
Именно это обстоятельство позволяет применять установки в процессе проведения лабораторных работ. Студенты могут не только самостоятельно участвовать
в эксперименте, но и варьировать его параметры, получая оригинальные результаты. Рассмотрим некоторые из установок, классифицируя их по соотношению
расположения оптического прибора и исследуемого образца:
• монопозиционное (классическое) наблюдение — изучение явлений (процессов) при расположении объекта непосредственно на предметном столике
микроскопа;
• многопозиционное наблюдение — изучение явлений (процессов) при
расположении объекта на пересечении оптической оси двух и более микроскопов;
• пространственное разделение (наблюдение за стеклом) — изучение явлений (процессов) при расположении наблюдаемого объекта за пределами фокусного расстояния объектива микроскопа.
Монопозиционное (классическое) наблюдение. Для наблюдения и последующей фиксации видеоматериала используют следующие приборы и инструменты: биоло1ический или металлографический микроскоп типа: МЕТАМ21РВ, МИМ-7, МБС-10, 9 и т.д.; видеокамера-насадка для микроскопа; компьютер с картой видеозахвата (устройство позволяющее записывать видеоизображение на жесткий магнитный диск компьютера для дальнейшей обработки видео); лабораторное стекло. Общий вид лабораторной установки применяемой
при монопозиционном наблюдении представлен на рисунке 1.
Рис. 1. Лабораторная установка для монопозиционного
(классического) наблюдения
1 — компьютер с картой видеозахвата; 2 — видеокамеранасадка на микроскоп; 3 —
микроскоп МБС-10; 4 — осветитель.
Рассмотрим методику создания мультимедиа-пособия, демонстрирующего
процесс кристаллизации раствора соли: первоначально подготавливают лабора-
18
Пленарные доклады.
торное оборудование к работе: сопрягают видеокамеру-насадку с картой видеозахвата, настраивают программное обеспечение (настройка параметров качества
оцифровки видео), затем подготавливают образец (с помощью бюретки наносят
капли раствора на предметное стекло микроскопа) и настраивают микроскоп
(подбирают необходимую кратность увеличения, регулируют фокусное расстояние). Далее воздействуют на каплю раствора источником теплового излучения
(лампа накаливания средней мощности). При этом происходит испарение воды и
выпадение кристаллов. Параллельно этим процессам производят захват видеоряда на компьютер. После этого полученное видеоизображение обрабатывают
программами-редакторами видео (Adobe Premiere). Например, увеличение скорости демонстрации процесса, акцентирование внимания на составляющих процесса кристаллизации (интенсивность роста кристаллов, интенсивность образования зародышей, дендритообразование) и так далее. При этом используются
возможности нелинейного видеомонтажа.
Многопозиционное наблюдение. Для создания видеоматериала используют
следующие приборы и инструменты, в зависимости от числа наблюдаемых
плоскостей: два и более микроскопа, видеокамеры насадки, компьютеры с картами видеозахвата, лабораторный штатив, лабораторное стекло. Лабораторная
установка, применяемая для наблюдения, в двух параллельных плоскостях представлена на рисунке 2.
Рис. 2. Лабораторная установка для
многопозиционного наблюдения
1a, 1b -видеокамеры-насадки для
микроскопа; 2а, 2b — микроскоп
МБС-10;
За, Зb — осветитель;
4а, 4b — компьютер с картой видеозахвата; 5 — предметный столик
с образцом
Методика применения при многопозиционном наблюдении не отличается
от монопозиционной. Однако теперь видеоизображение транслируется в двух
(по отношению к наблюдателю) параллельных плоскостях. Это находит применение при наблюдении механических свойств конструкционных материалов
(сжатие, растяжение, изгиб и так далее); эксплуатационных свойств материалов
(влагопроницаемость, устойчивость к истиранию тканых материалов) и других
процессов (явлений).
Метод пространственного разделения или наблюдение за стеклом требует увеличения фокусного расстояния микроскопа, за счет чего объект может
подвергнуться термическим, механическим и другим внешним воздействиям на
наблюдаемый материал. Таким образом, наблюдение за процессом (явлением)
19
Пленарные доклады.
происходит не дискретно, а непрерывно, в реальном времени. Наиболее интересными, на наш взгляд, является изучение термического и химикотермического воздействия на материал. Лабораторная установка представлена на
рисунке 3.
Она состоит из специально изготовленного горизонтального (вертикального, в зависимости от расположения объекта наблюдения) штатива (8), на котором по одной оптической оси расположены микроскоп (1), дополнительный объектив (2) для увеличения штатного фокусного расстояния микроскопа, лобный
рефлектор (3) для освещения поверхности изучаемого объекта, муфельная печь
(4) с помещенным во внутрь исследуемым образцом (9). Помимо этого между
всеми перечисленными составляющими лабораторной установки находятся заградительные элементы, защищающие от попадания стороннего рассеянного
светового потока и для фиксации только отраженного от объекта пучка света.
Между микроскопом (1) и дополнительным объективом (2) — раздвижной мех
(5), необходимый для регулировки резкости изображения. Дополнительный объектив (2) и лобный рефлектор (3) объединены конусовидным кожухом (6), переходящим в цилиндрический кожух (7). По цилиндрическому кожуху перемещается лобный рефлектор (3) для фокусировки светового потока на исследуемом
объекте, причем цилиндрический кожух (7) всегда должен выступать за лобный
рефлектор (3) для получения четкого и контрастного изображения.
Рис. 3. Лабораторная установка для
метола пространственного разделения
1 — микроскоп МБС-10; 2 — дополнительный объектив; 3 — лобный
рефлектор; 4 — муфельная печь; 5 —
раздвижной мех; 6 — конусовидный
кожух; 7 — цилиндрический кожух; 8
— горизонтальный штатив; 9 — исследуемый образец, подвергаемый
термическому воздействию; 10 —
видеокамера-насадка дли микроскопа; 11 — подложка для образца; 12 —
световой поток; 13 — компьютер с
картой видеозахвата
Таким образом показано что использование созданных на кафедре экспериментально-учебных установок позволяет в значительной степени активизировать учебный процесс. При этом сочетаются наглядность демонстрационного
эксперимента и возможность активного участия студента в учебном процессе.
Каждый студент из простого исполнителя рутинной работы превращается в
ключевой элемент творческого процесса, получая при этом навыки самостоятельного научного исследования. Последнее обстоятельство трудно переоценить, поскольку происходит своеобразное «перекидывание мостика» между знаниями, полученными при изучении классических естественнонаучных дисциплин и реалиями современного научного технического прогресса. Без такой связки, по нашему мнению, не возможно качественная подготовка специалиста с
высшем педагогическим образованием в области «Технология».
Литература:
20
Пленарные доклады.
1. Великанов Е.Ю., Гринь П.В., Твердынин Н.М. Некоторые аспекты использования
мультимедиа пособий в высших и средне-специальных учебных заведениях при преподавании дисциплины «Материаловедение» // Юбилейный сборник трудов сотрудников
факультета технологии и предпринимательства. М., 2006.
2. Резников Ф.А., Комягин В.Б. Видеомонтаж на персональном компьютере. Adobe
Premiere 6.x и Adobe After Effects 5.x: Учебное пособие. М., 2003.
3. Твердынин Н.М., Великанов Е.Ю., Соловьева Е.С. Некоторые аспекты преподавания
материаловедения и сопряженных с ним дисциплин в педагогическом вузе // Юбилейный сборник трудов сотрудников факультета технологии и предпринимательства. М.,
2004.
4. Гринь П.В., Великанов Е.Ю., Соловьева Е.С. Совершенствование лабораторного
практикума по материаловедению и инженерной экологии // Юбилейный сборник трудов сотрудников факультета технологии и предпринимательства. М., 2006.
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
ФИЗИКИ: К ИСТОРИИ ВОПРОСА
В
ПОДГОТОВКЕ
УЧИТЕЛЯ
Иродова И.А., Лукьянова А.В.
Ярославский государственный педагогический университет им. К.Д. Ушинского
В развитии подходов к использованию информационных технологий (ИТ)
в подготовке будущего учителя физики можно выделить ряд этапов. Они определяются следующими факторами: 1) потребностями общества, связанными
прежде всего с уровнем его развития; 2) общемировым научно-техническим прогрессом, влияющим на тенденции развития ИТ в нашей стране; 3) изменением
концепции высшего профессионального образования и требований к подготовке
специалиста.
Началом использования ИТ в подготовке будущего учителя физики можно считать 50-е годы XX века: в 1954 году в учебных планах физикоматематических факультетов педагогических вузов появился предмет «Методика использования учебного кино». Это десятилетие можно считать I этапом использования ИТ в учебном процессе педвуза.
II этап охватывает 60-е годы XX века. Он характеризуется распространением аудиовизуальной техники в нашей стране, а также разработкой теории и
накоплением практического опыта программированного обучения.
Эти факторы оказали содействие тому, что «Учебное кино» к концу 60-х
годов преобразовалось в предмет «Технические средства обучения» («ТСО»).
Учебная программа 1970 года содержит следующие разделы:
1) дидактические основы применения ТСО в учебном процессе;
2) технические средства информации;
3) технические средства контроля и управления учебным процессом;
4) комплексное использование ТСО в учебном процессе;
5) техника безопасности при работе с техническими средствами;
6) методика применения ТСО.
Эта структура примерно сохраняется и в последующие годы.
III этап использования ИТ — это 70-е годы XX века. Они знаменательны
широким распространением больших ЭВМ и появлением первых персональных
компьютеров. Вычислительная техника интенсивно проникает во все отрасли
21
Пленарные доклады.
промышленности, в управленческую, проектно-конструкторскую и научную
деятельность. Но ЭВМ в школах в 70-е и даже в 80-е годы были редкостью, однако будущие учителя физики начали изучать «Вычислительную математику и
программирование».
Новая учебная программа курса ТСО (1978 года) обогатилась разделами
«обслуживание ТСО» и «изготовление дидактических материалов». Кроме того,
в программе 1978 года в разделе «Технические средства контроля и управления
учебным процессом» появилось «Использование ЭВМ в учебном процессе».
80-е годы — это IV этап использования ИТ в подготовке учителя. Это
«победа» персональных компьютеров в области вычислительной техники и быстрый рост компьютерной сети Интернет во всем мире. Кроме того, развитие
видеотехнологий привело к созданию цветных мониторов высокого разрешения;
появились качественные звуковые платы для ПК и первые мультимедийные программные продукты.
Мировая тенденция НТП привела к тому, что в 1985/86 учебном году в
школе появляется новый предмет «Основы информатики и вычислительной техники».
Начало массовой компьютеризации школы отразилось и на учебных программах педагогических вузов. В сборнике учебных программ для физикоматематических специальностей 1988 года появляется предмет: «Использование
вычислительной техники в учебном процессе», в котором ЭВМ рассматривается
как предмет изучения, как средство обучения и как средство управления и организации учебно-воспитательного процесса. Подобный подход сохранился до настоящего времени по отношению к ИТ. А дисциплина «Вычислительная математика и программирование» сменилась «Основами информатики и вычислительной техники».
Конец 80-х годов и 90-е годы для России были годами изменения политической системы. Это отразилось и на российском образовании.
V этап — это 90-е годы XX века. Кардинальным изменением этого периода был переход от обязательных учебных планов и программ к Государственному образовательному стандарту (ГОСу), содержащему как обязательную, так и
вариативную компоненты. В ГОСе квалификации «учитель физики» 1995 года
отсутствует предмет «ТСО», зато включено изучение ИТ в разные блоки стандарта: в дисциплины общекультурной, психолого-педагогической, предметной и
медико-биологической подготовки. Совершенно новым явилось появление разделов, посвященных информационным технологиям, мультимедиа-технологиям
и учебным телекоммуникационным проектам, что непосредственно отражало
новые тенденции в мировом развитии ИТ: появление Всемирной паутины, являющейся единым информационным пространством, которое существенно изменило глобальные процессы информатизации общества.
В ГОСе 2000 года предмет «ТСО» вернулся в блок общепрофессиональных дисциплин под новым именем — «Технические и аудиовизуальные средства
обучения» («ТАВСО») — и обновленным содержанием. Стандарт 2000 г. существенно изменил свою структуру, и ИТ стали занимать значительно меньшее место, чем в стандарте 1995 г. Не было учтено стремительное развитие цифровой
аудиовизуальной техники, компьютеров и телекоммуникаций в конце XX — начале ХХI в.
22
Пленарные доклады.
«Скромность» ГОСа 2000 г. в отношении ИТ (по количеству и разнообразию разделов и тем) частично исправлена в ГОСе 2005 г. Расширен список дисциплин, в рамках которых изучаются ИТ, и количество разделов, им посвященных. Самым существенным изменением, с нашей точки зрения, является то, что
в блоке общепрофессиональных дисциплин исчез курс «ТАВСО», зато «Теория
и методика обучения физике» обогатилась разделами «аудиовизуальные технологии обучения физике» и «использование современных информационных и
коммуникационных технологий в учебном процессе». Кроме того, появился
предмет «Современные средства оценивания результатов обучения» с «компьютерным тестированием». Новое наполнение курса «Теории и методики обучения
физике» вполне адекватно современному уровню развития ИТ и ближе к ГОСу
1995 г., чем 2000 г. ИТ в подготовке учителя физики нашли, наконец, свое место:
курс «Теория и методика обучения физике», что является характерной чертой VI
этапа использования ИТ в подготовке учителя физики.
Подводя итоги, можно сказать, что ГОС 2005 года специальности «учитель физики» аккумулирует в себе полувековой опыт педагогического образования по
научению будущих учителей физики работе с ТСО и ИТ и адекватно отражает
ожидания государства, общества и студентов к их изучению: оно должно привести не только к образованию знаний и умений по работе с ТСО и ИТ, но и к
формированию информационно-коммуникационной компетентности, т. е. способности выпускников — учителей физики — самостоятельно решать профессиональные задачи с использованием ИТ, что является необходимым условием
дальнейшего личностного и профессионального роста
МУЛЬТИМЕДИЙНАЯ ПОДДЕРЖКА ЭЛЕКТИВНЫХ КУРСОВ ПО ФИЗИКЕ
ДЛЯ ПРОФИЛЬНОЙ ШКОЛЫ
Кудрявцев В.В., Ильин В.А.
Московский педагогический государственный университет
Модернизация школьного образования, которая активно осуществляется в
нашей стране, должна привести к тому, что в старших классах профильной школы значительная часть учебной нагрузки будет осуществляться в виде элективных курсов – обязательных для посещения курсов по выбору учащихся, входящих в состав профиля обучения. Элективные курсы могут, в частности, помочь в
разрешении одной из самых трудных проблем современной школы – потере интереса школьников к естественнонаучным дисциплинам. Элективные курсы позволяют представить науку как «живую» субстанцию в непрерывном движении и развитии. Можно предположить, что при этом интерес к изучению
физики и других естественнонаучных предметов должен возрасти.
Все сказанное ставит перед преподавателями школ необычные задачи.
Учитель должен взяться за разработку новых для себя программ элективных
курсов. При этом оказывается, что материалы для них, не говоря уже о методическом обеспечении, найти не просто. Как правило, содержание элективных
курсов выходит за рамки учебников и методических пособий, доступных
школьному учителю. К тому же, большинство из них испытывают затруднения
при выборе тем элективных курсов. Тем самым, возникает необходимость дать
23
Пленарные доклады.
им материалы (как фактические, так и методические) для создания и успешной
реализации элективных курсов в классах различного профиля.
Кроме того в преподавании все чаще стали использоваться информационные технологии, которые требуют от учителя физики не только
владения методикой преподавания своего предмета, но и умения применять в работе мультимедийные средства. Это особенно важно при чтении
элективных курсов, в которых, как правило, рассматриваются современные физические открытия, что априори требует внесения существенных
изменений в методику преподавания. Подобными новациями должны быть
мультимедийные технологии, которые предоставляют значительные возможности для реализации творческого потенциала преподавателя и учащихся и
обеспечивают:
• более активное усвоение информации учащимися;
• компенсацию недостатка учебного времени;
• индивидуализацию учебного процесса;
• снижение информационной нагрузки, связанной с восприятием материала на
слух.
Как уже отмечалось, учитель сталкивается с проблемой выбора тем элективных курсов. Авторы доклада работают над созданием соответствующего пособия и его мультимедийного сопровождения. В данном докладе предлагается
ряд элективных курсов, темы которых связаны с современной физикой, ее историей и изучением ее многогранных связей с другими науками. Указаны только
те курсы, в которых предполагается создание мультимедийной поддержки.
1. СОВРЕМЕННАЯ ФИЗИКА
2. Управляемый термоядерный синтез.
3. Физика сверхпроводимости. Прикладная сверхпроводимость.
4. Физика и техника низких температур.
5. Макроскопические квантовые эффекты. Сверхтекучесть.
6. Физика систем с пониженной размерностью.
7. Наноструктуры и нанотехнологии.
8. Физика высоких давлений.
9. Существует ли граница таблицы Менделеева. Синтез сверхтяжелых элементов.
10. Туннельный эффект и устройства на его основе.
11. Рентгеновское излучение вчера, сегодня и завтра.
12. Лазерный век. Открытие, развитие, перспективы. Голография.
13. Хаотические колебания и нелинейная динамика.
14. Измерение времени. История и современное состояние.
15. Томография и томографы. Современный метод обработки информации,
его суть и создатели.
16. Современные информационные технологии.
17. Уровни строения вещества: со ступеньки на ступеньки.
18. Методы получения частиц высоких энергий. Детекторы излучений.
19. Коллайдер LHC – инструмент XXI века. Устройство и направления исследований.
20. Всеволновая астрономия – источник удивительных открытий.
21. Космология – главная часть современной мегафизики.
24
Пленарные доклады.
22. Нейтронные звезды, пульсары, гравитационные волны.
23. Общая теория относительности – основная теория мегафизики.
24. Как устроена современная физика.
25. ИСТОРИЯ ФИЗИКИ
26. История Нобелевских премий по физике.
27. Нобелевские открытия в астрономии.
28. Нобелевские премии по физике XXI века.
29. Российские ученые – лауреаты Нобелевских премий.
30. Советская и российская физика нобелевского уровня.
31. История радиофизики, отраженная в Нобелевских премиях.
32. История физических открытий XX века. Теория.
33. История физических открытий XX века. Эксперимент.
34. История физических открытий XX века. Приборы и устройства.
35. ФИЗИКА И ДРУГИЕ ОБЛАСТИ ТВОРЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
36. Физика в медицине. Компьютерная томография и другие методы диагностики и лечения.
37. Физика в истории. Геохронология.
38. Физика и изобразительное искусство. Параллели.
Компьютерная поддержка предлагаемых элективных курсов осуществляется в виде мультимедийных лекций [1], выполненных таким образом, что они
могут использоваться для чтений лекций в вузе, для проведения уроков в школе,
а также при дистанционном обучении.
Литература
1. Древич Ж.С., Ильин В.А. История физики. Методика преподавания истории физики
в педагогическом вузе с помощью мультимедиа технологий. //Преподавание физики в
высшей школе. М., 2005. № 30. С.155-171.
3D ГРАФИКА КАК ОСНОВА МЕЖПРЕДМЕТНЫХ СВЯЗЕЙ
Попов К.А.
Волгоградский государственный педагогический университет
Интеграция информационных технологий в учебный процесс школы и вуза
представляется одной из наиболее актуальных проблем современной методической науки, поскольку данный подход к обучению способен дать учителю новый
набор средств для оптимизации работы с учащимися. Одним из вариантов интеграции может быть использование трехмерной компьютерной графики в учебной деятельности.
Трехмерная графика является универсальным инструментом, который
всегда будет вызывать интерес учащихся. Поэтому ее использование в учебном
процессе привлекает внимание и повышает интерес к изучаемому предмету, таким образом, формируя связь между информатикой со стороны информационных технологий и другими предметами, в число которых могут входить математика, физика, химия, биология, экология, черчение, технология, изобразительное
искусство.
В частности, при изучении основ работы в математической среде Mathcad
25
Пленарные доклады.
наибольший интерес учащиеся проявляют именно к построению трехмерных
графиков функций (графиков функций двух переменных). Здесь даже построение обычной функции z = x2 + y2, задающей в декартовой системе координат параболоид, становится занимательным при переходе в другие системы координат
[1, 2]:
декартова
сферическая
цилиндрическая
Не меньший интерес проявляется и при моделировании распространения
бегущей волны, для которого необходимы уже полученные навыки построения
трехмерных графиков. Так, например, выглядит простейший вариант моделирования столкновения пары кинк-антикинк, описываемого уравнением sineGordon.
Моделируя распространение волн линейных или нелинейных, мы переходим к реализации межпредметных связей физики с информатикой, хотя легко
заметить, что данная межпредметная связь имеет посредника – математику. Для
моделирования физического явления (пара кинк-антикинк – это модель столкновения двух флаксонов в сверхпроводящем контакте) мы сначала строим математическую модель, которую уже численно исследуем средствами информатики.
В реализации межпредметных связей на базе информационных технологий можно двигаться в разных направлениях от одного предмета к другому. В
приведенном выше примере мы видим переход от бинарной связи математикаинформатика к фактически тринарной (или комплексной) связи физикаматематика-информатика. Возможен и другой вариант развития событий. Рассмотрим распространение волны на поверхности жидкости возбужденной падением шарика. Построенная средствами Mathcad поверхность может выглядеть
следующим образом:
26
Пленарные доклады.
Но Mathcad нельзя назвать единственным инструментом информационных технологий, позволяющим строить трехмерные объекты. Кроме большого
количества математических оболочек существуют еще и графические редакторы. Для сравнения построим волну на поверхности жидкости в 3D Studio Max.
Очевидно, что графический редактор дает нам картину, максимально приближенную к реальности, что позволяет говорить о перспективности использования средств компьютерной графики для создания физических моделей.
Ресурсы трехмерных графических редакторов могут быть использованы в
учебном процессе в различных вариантах. Во-первых, можно предложить
школьникам факультативный или элективный курс трехмерной компьютерной
графики с использованием в качестве моделей каких-либо физических приборов,
экспериментов и явлений [3]. Данный вариант интересен тем, что у школьников
появляется возможность создать, сконструировать прибор или аппарат, создание
которого в реальных условиях будет затруднительным или невозможным. Особенно перспективной в данном направлении представляется реконструкция исторически значимых опытов и экспериментов. Учащиеся сначала знакомятся с
физическими основами рассматриваемого эксперимента или явления, затем подробно анализируют конструкционные особенности экспериментальной установки. После этого школьники «собирают» трехмерную модель.
Вторым вариантом использования трехмерной графики может быть создание учителем, преподавателем моделей реальных объектов для иллюстрации
сложных для понимания физических явлений. Здесь речь идет не только об объектах микромира или мегамира. Существует достаточное количество макроскопических объектов и явлений, для понимания которых удобно использовать
трехмерные модели. Создаваемые для объяснения модели можно делать как статическими, так и динамическими. В этом случае действие модели сохраняется
как видеофайл.
Использование различных вариантов трехмерной графики в процессе обу27
Пленарные доклады.
чения физике, математике и другим предметам естественно-математического
цикла позволяет повысить интерес к учебному материалу и наглядность объяснения. Но необходимо достаточно жестко следить за ходом учебного процесса,
поскольку яркая, интересная, увлекательная работа с графикой может подменить
цель обучения или существенно сместить акценты. Поэтому преподаватель всегда должен четко представлять себе результат, которого необходимо добиться
используя средства информационных технологий.
Литература
1. Попов К.А. Mathcad 11. Базовый курс: учеб.-метод. пособие. – Волгоград: Перемена,
2005.
2. Попов К.А. Mathcad 11. Дополнительный курс: учеб.-метод. пособие. – Волгоград:
Перемена, 2006.
3. Попов К.А. Обучение трехмерной графике на примере создания физических моделей
// Информатика и образование, 2006. № 10. С. 53-57.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭВМ ПРИ ИЗУЧЕНИИ СТРУКТУРЫ ЛАЗЕРНОГО
ИЗЛУЧЕНИЯ
Степанов В.А., Захаркин И.А.
Рязанский государственный университет им. С. А. Есенина
Широкие возможности применения лазеров в науке, технике, промышленности и быту обусловили развитие квантовой электроники как науки и включение
данного раздела как в школьный курс физики, так и в курс физики ВУЗов. Особенностью изучения данной темы является высокий уровень абстрактности и
сложности материала, а также проблемы при постановке экспериментов по лазерам (дорогостоящее оборудование, сложность при проведении самих опытов).
Для того, чтобы снять часть затруднений, сделать материал более понятным,
повысить уровень его наглядности нами предлагается в дополнение к существующим экспериментам использовать компьютерные демонстрационные и лабораторные работы.
Одной из важнейших тем для понимания принципов работы лазера является
теория оптических резонаторов. Для более полного усвоения данной темы нами
разработана лабораторная работа по изучению структуры выходной мощности
излучения лазера с использованием компьютерной модели такой структуры.
Гауссовы пучки возникают в зеркальных резонаторах и могут генерироваться в лазере. В случае возбуждения мод с вращательной симметрией относительно оси резонатора в поперечном сечении пучка описывается функциями Лагерра-Гаусса, а при зеркальной симметрией по отношению к двум взаимно перпендикулярным плоскостям, содержащим ось, - функциями Эрмита-Гаусса. Эти
функции представляют собой произведения полиномов Лагерра или Эрмита,
имеющих нули, на неотрицательную быстро убывающую функцию Гаусса. Поэтому излучение лазера в поперечном сечении образует быстро ослабевающую
при удалении от оси картину пятен интенсивности. Распределение энергии в поперечном сечении излучении лазера и структуру поля на поверхности зеркал резонатора можно определить, воспользовавшись соотношением:
28
Пленарные доклады.
ik
eikR
ν
(
1
+
cos
θ
)
dxdy
(1)
4π ∫ ∫
R
где v mn ( x, y ) собственные функции, являющиеся решением этого уравнения при
ν=γ
определенных значениях γ mn (собственные значения), характеризуют структуру
поля на поверхности зеркал различных типов колебаний резонатора, которые называют поперечными и обозначают как колебания типа TEM mn . Индексы m и
n характеризуют число изменений направления поля по осям x и y для прямоугольных зеркал и по радиусу и углу для круглых зеркал соответственно.
В лабораторной работе используется следующая установка с использованием гелий-неонового лазера:
Рис.1 Схема экспериментальной установки З1 - зеркало 1, З2 - зеркало 2, Д – диафрагма, ФП – фотоприемник, ЭВМ - компьютер. Внутренний диаметр трубки гелийнеонового – 8 мм, длина – 1 м.
Используя установку, изображенную на рисунке можно получить картину
распределения интенсивностей в лазерном пучке.
При повороте зеркала 1 на некоторый угол θ, получаем распределение интенсивностей, которое фиксируем с помощью сканирования лазерного пучка
диафрагмой D относительно фотоприемника. Диафрагма должна быть квадратной формы (рис.2). Сканирование производится по оси x.
Рис. 2
Значения угла θ (рис. 1) при различных m и n можно оценить по формулам:
λ
λ
θm = m , где m=0,1,2,3,4… θn = n , где n=0,1,2,3,4…
(2)
L
L
29
Пленарные доклады.
Поворачивая зеркало З1 на эти углы, сканируют пучок и получают соответствующую картину мод.
Так как получить полную картину модовой структуры лазера в реальных
условиях эксперимента сложно, нами разработана программа численного расчета распределения энергии излучения с использованием соотношения (1), позволяющая данное распределение увидеть на экране компьютера в виде апплета.
Созданная программа позволяет получить распределение энергии излучения в
зависимости от величины индексов m и n, характеризующих поперечные моды
резонатора, которые в нашей программе можно изменять в пределах от 0 до 9.
а)
г)
б)
д)
в)
е)
Рис. 3
На рисунке 3 представлено распределение энергии лазера в поперечном сечении в зависимости от величины индексов m и n: а) – m=0, n=0; б) – m=1, n=0;
в) – m=4, n=0; г) – m=2, n=1; д) – m=6, n=2; е) – m=0, n=3.
30
Пленарные доклады.
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗАДАЧ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ
Трушков А.С.
Коломенский государственный педагогический институт
Уравнения в частных производных второго порядка широко встречаются
во многих приложениях. Теория решения этих уравнений рассматривается в
курсе "Уравнения математической физики". При этом указывается, что аналитическое интегрирование возможно только в частных случаях при достаточно жестких ограничениях. Численное решение дифференциальных задач является
наиболее универсальным способом исследования сложных моделей. Ниже рассмотрены вопросы изучения раздела "Задачи математической физики" в курсе
"Компьютерное моделирование", который автор читает для студентов физикоматематического факультета КГПИ.
Рассматриваются параболические, эллиптические и гиперболические
уравнения второго порядка в частных производных. На основе уравнения теплового баланса выводится уравнение теплопроводности, являющееся уравнением
параболического типа. В одномерном случае для изотропной среды получаем
уравнение теплопроводности стержня. Если температура в среде не зависит от
времени, то получаем уравнение Пуассона, относящееся к классу уравнений эллиптического типа. В качестве примера уравнения гиперболического типа выводится уравнение поперечных колебаний упругой струны.
Кратко повторяются элементы теории уравнений математической физики:
классификация дифференциальных уравнений второго порядка, постановка различных краевых задач с подробным разбором типов граничных и начальных условий.
В качестве средства численного интегрирования рассматриваемых дифференциальных задач используется метод конечных разностей. На примере задачи
Дирихле для уравнения Лапласа рассматриваются принципы аппроксимации исходных дифференциальных операторов разностными. Вводится понятие нормы
сеточной функции, на основе которого рассмотрены основные понятия теории
разностных схем: порядок аппроксимации, корректность разностной задачи,
скорость сходимости разностной схемы, равенство порядков аппроксимации и
скорости сходимости для корректных задач. В основе соответствующих выкладок лежит хорошо известный студентам аппарат математического анализа. На
примере разностной схемы Кранка-Николсона для двумерного уравнения теплопроводности плоской пластины (эллиптического типа) показана техника доказательства порядка аппроксимации разностной схемы, доказательства ее корректности и, на основании рассмотренной ранее теоремы, определение второго порядка скорости сходимости схемы.
Компьютерный практикум состоит из трех лабораторных работ. На выполнение каждой работы отводится 12-14 часов, из них не менее половины - аудиторные занятия. Компьютерный практикум выполняется в табличном процессоре Microsoft Excel с использованием алгоритмического программирования на
Visual Basic for Applications (VBA). Такой выбор программной среды обусловлен
тем, что MS Excel обладает развитым аппаратом по хранению и обработке информации, а, используя возможности VBA непосредственно обращаться к ячей31
Пленарные доклады.
кам табличного процессора, легко организовать передачу данных из рабочего
листа в макрос и обратно. В частности, заранее форматируются графические материалы для обработки результатов моделирования. Используя программирование на VBA, разрабатываются макросы, обеспечивающие вывод графических
зависимостей в процессе расчета, и тем самым создаются динамические иллюстрации развития изучаемого процесса. В инструкциях для каждой лабораторной
работы рассмотрен пример с текстами макросов для расчетной и графической
частей.
В первой работе исследуется модель теплопроводности стержня. В частности, эта модель может быть использована в задачах прогрева многослойной
стенки с распределенными в ней тепловыми источниками или стоками и заданными условиями на обеих поверхностях стенки. Рассматривается краевая задача
(иногда говорят начально-краевая задача) в области D = {0 ≤ x ≤ l ,0 ≤ t ≤ T } со
смешанными краевыми условиями:
2
∂u
2 ∂ u
=a
+ f , 0 < x < l, 0 < t ≤ T ,
∂t
∂ x2
u( x ,0 ) = u0 ( x ), 0 ≤ x ≤ l ,
a 0 u( 0 ) + a 1 u′( 0 ) = A ,
b0 u( l ) + b1 u′( l ) = B .
Для аппроксимации используется безусловно устойчивая неявная разностная схема Кранка-Николсона. Полученная система линейных алгебраических
уравнений решается методом трехточечной прогонки.
Теоретические формулы, доказывающие второй порядок аппроксимации
разностной схемы Кранка-Николсона, позволяют оценить погрешность разностной схемы через максимальные значения модуля частных производных искомого решения 4-го порядка. Очевидно, что контроль достигнутой точности на этом
принципе нецелесообразен из-за вычислительных сложностей его организации.
Практическую оценку погрешности решения, найденного на сетке с шагом h/2, в
точке xi ∈ [0, l], производят с помощью приближенного равенства - правила Рунге:
yi ( h / 2 ) − yi ( h )
,
d = y( x i ) − y i ( h / 2 ) ≈
2p −1
где р – порядок точности численного метода. Таким образом, оценка полученного результата по формуле вынуждает проводить вычисления дважды: один раз с
шагом h, другой – с шагом h/2. На лабораторной работе студентам предлагается
убедится в том, что прогноз точности по формуле Рунге для достаточно крупных
сеток (на 100 и 200 узловых точек) соответствует фактической точности. В качестве точного решения выбираются данные, полученные на мелкой сетке с 2000
узлов.
В исследовательской части работы студенты изучают зависимость температуры на одной поверхности стенки от тепловых условий на другой поверхности и параметров тепловых источников (или стоков) внутри стенки. На рис. 1
приведена графическая обработка результатов расчета для следующей модели.
На левой границе задана температура u(0) = 40, начальная температура u0(x) = 0,
на правой границе задано условие теплообмена u′(1) = 10 – T, внутри стержня
32
Пленарные доклады.
задан теплоисточник с интенсивностью f = 100 (т.е. внутренний теплоподвод) на
отрезке с левой границей lg = 0,5 и правой границей pg = 0,7.
Рис. 1.
Во второй лабораторной работе рассматривается неоднородное дифференциальное уравнение в частных производных второго порядка эллиптического
типа:
∂ 2u ∂ 2u
Δu = 2 + 2 = − f ( x , y )
∂x
∂y
Определяется решение, непрерывное в прямоугольнике:
⎧→
⎫
G = G U Γ = ⎨ x = (x , y) : 0 ≤ x ≤ l x , 0 ≤ y ≤ l y ⎬
⎩
⎭
и принимающее на границе Г заданные значения u Γ = μ ( x , y ) . Задача, определяемая данными уравнением и граничным условием, называется задачей Дирихле (первой краевой задачей). Рассматриваемая задача имеет очевидную физическую интерпретацию. Рассчитывается температурное поле в тонкой плоской теплопроводящей пластине (прямоугольнике), теплоизолированной с плоских торцов, тонкие торцы которой имеют заданную температуру, а внутри пластины
распределены тепловые источники (или стоки) с заданной интенсивностью f.
Используются трехточечные аппроксимации вторых производных, полученная система линейных алгебраических уравнений
решается методом простой итерации. Последовательные приближения можно рассматривать
как развитие процесса теплопередачи до установления теплового поля в пластине.
Рис. 2.
33
Пленарные доклады.
Используя графические возможности MS Excel, процесс теплопередачи
можно наблюдать, например, на контурных диаграммах (рис. 2).В третьей лабораторной работе рассмотрено дифференциальное уравнение в частных производных второго порядка гиперболического типа, примером которого является
уравнение колебаний струны длиной l под действием внешней переменной силы
в течение времени Т. Считаются заданными начальные перемещения ϕ(х) и скорости ψ(х) в каждой точке струны. Принимается, что заданы зависимости перемещений от времени un(t) и uk(t) на концах струны:
′ + f ( x , t ),
u tt′′ = a 2 u ′xx
u( x ,0 ) = ϕ ( x ), x ∈ [0 , l ],
u t′ ( x ,0 ) = ψ ( x ), x ∈ [0 , l ],
u( 0 , t ) = u n ( t ), u( l , t ) = u k ( t ), t ∈ [0 , T ]
Дифференциальное уравнение
аппроксимируется трехслойной
явной схемой, которая обладает вторым порядком точности.
В каждый момент времени вычисляются координаты профиля струны, максимальные отклонения от нейтрального положения (амплитуда колебаний
в текущий момент времени),
максимальные отклонения от
нейтрального положения за все
время процесса (амплитуда колебаний за все время процесса). Процесс колебаний будет
определяться действием внешней силы и условиями на концах струны. Если вынужденные колебания на концах струны совпадут с собственными
колебаниями струны, то произойдет явление резонанса. В
качестве задания в лабораторной работе предлагалось исРис. 3.
следовать процесс колебаний
струны в зависимости от частоты вынужденных периодических колебаний на одном из концов струны. На
рис. 3. представлена зависимость амплитуды колебаний от времени для разных
частот вынужденных колебаний.
В качестве перспективы развития курса рассматривается возможность моделирования задач гидродинамики, механики твердого тела, химической кинетики.
34
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
СЕКЦИЯ I. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИКТ В УЧЕБНОМ
ПРОЦЕССЕ
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИКТ В ПОДГОТОВКЕ ПРЕПОДАВАТЕЛЕЙ ФИЗИКИ
Агибова И.М., Крахоткина В.К., Боброва О.В.
Ставропольский государственный университет
В настоящее время изменяются цели и задачи, стоящие перед современным образованием, - акцент переносится с «усвоения знаний» на формирование
«компетентности»,
происходит
переориентация
его
на
личностноориентированный (гуманистический) подход, противоположный знаниевоориентированной, безличностной педагогике; школы обеспечивают современными компьютерами, электронными ресурсами, доступом к Интернету. Это способствует внедрению новых педагогических технологий в учебновоспитательный процесс отечественной школы.
Актуальна проблема внедрения цифровых образовательных ресурсов
(ЦОР) в систему методической подготовки преподавателя физики в университете. Основными направлениями этой работы являются:
- определение места ЦОР в системе методической подготовки преподавателя физики;
- разработка методических материалов для подготовки будущих преподавателей физики к использованию ЦОР в учебном процессе.
Использование ЦОР в процессе изучения курса «Методика преподавания
физики» позволяет совершенствовать методическую систему обучения. Включение компьютерных программ в учебный процесс дополняет средства обучения,
используемые в процессе преподавания предмета. Применение новых информационных технологий изменяет учебную среду, в которой происходит процесс
обучения. Материал курса тесно связан с курсом дидактики и с изученными ранее общими вопросами методики преподавания физики.
В коллекцию цифровых образовательных ресурсов, используемых нами в
курсе «Методика преподавания физики» входят:
- библиотека электронных наглядных пособий «Физика 7-11 класс» (ООО
«Кирилл и Мефодий»);
- библиотека электронных наглядных пособий «Физика 7-11 класс» (ЗАО
«1С»);
- электронное издание «Физика – 10» («Илекса - Москва»);
- цифровая лаборатория «Архимед»;
- лаборатория «L-микро»;
Эти программы являются средствами учебного назначения, которые содержат набор информационных моделей физических явлений и процессов, соответствующих школьной программе по физике 7 – 11 классов.
Программа дисциплины «Методика преподавания физики» включает лекционный курс и практические занятия.
В лекционном курсе приводится сравнительный анализ существующих
обучающих компьютерных программ по курсу физики средней школы и возможные формы их использования в учебном процессе. Преподаватель, читая
35
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
лекцию, вместе со студентами просматривает имеющиеся программы. При этом
студенты выполняют задания типа:
- Предложите фрагмент начала урока с использованием программы 1С:
Образование по теме «Диффузия».
- Представьте необходимые модели, анимации, видеофрагменты, фотографии, рисунки, таблицы, определения к теме: «Три состояния вещества».
На практических занятиях по частной методике преподавания физики,
студентам предлагаются задания типа:
- Подготовьте фрагмент урока по теме «Прямолинейное распространение
света» с использованием программы: Библиотека электронных наглядных пособий «Физика 7-11 класс» ООО «Кирилл и Мефодий», 1С «Образование».
- Методика изучения вопросов «Законы отражения и преломления света».
Подберите демонстрации, которые необходимо показать на данных уроках, используя лабораторию «L-микро»
- Подберите мультимедийные методические материалы, которые могут
быть использованы при введении вопроса «Законы отражения и преломления
света».
- Методика изучения вопросов «Альфа- и бета-распад. Правило смещения», с использованием программ: «Кирилл и Мефодий» Библиотека электронных наглядных, «1С» Библиотека электронных наглядных пособий.
- Подготовьте фрагмент урока по теме «Энергия связи. Дефект масс», используя мультимедийные методические материалы, которые помогут изучить
данный вопрос.
- Методика изучения вопроса «Дифракция света». Какие ЦОР можно использовать при изучении данного вопроса.
- Методика изучения вопросов «Дисперсия света», «Поляризация света».
Подготовьте демонстрационный эксперимент, который необходимо показать на
уроке.
Для сдачи экзамена по методике преподавания физики необходимым и
достаточным условием является представление развернутого конспекта урока с
использованием ИКТ.
Подобная форма организации изучения методики преподавания физики
позволяет:
- активизировать учебный процесс и повысить уровень усвоения предметов методического цикла;
- индивидуализировать процесс обучения, что позволяет построить индивидуальные траектории обучения;
- формировать информационную культуру современного преподавателя
физики.
36
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
МОДЕЛЬ РЕАЛИЗАЦИИ ВНЕДРЕНИЯ ИКТ В ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ
ПРОЦЕСС СЕЛЬСКОЙ ШКОЛЫ
Беловолов Г.Б.
Компьютерный информационно-аналитический центр Управления образования Коломенского муниципального района
Использование информационно-коммуникативных технологий в образовании, особенно в сельских образовательных учреждениях, становится одним из
важнейших направлений развития российского образования. В сельских образовательных учреждениях, расположенных на значительных расстояниях от районных центров, не всегда располагающими хорошо подготовленными специалистами, имеющие ограниченные финансовые возможности и, как правило, слабую
информационную базу, на первое место выходит использование новых информационных технологий на базе ресурсов сети Интернет и возможности организации дистанционного обучения. Создание структурного подразделения в
Управлении образования района позволяет решить большую часть вопросов,
связанных с преподаванием и обучением ИКТ в сельских школах. Компьютерный информационно-аналитический центр Управления образования Коломенского района Московской области (Центр) создан в 2003 году в рамках реализации Федеральной программы «Реструктуризация образовательных учреждений,
расположенных в сельской местности», с целью проведения системного анализа
модернизации образования, определения оптимальных образования, обеспечения доступности педагогам и учащимся сельских школ различных источников
информации. Основными направлениями работы Центра является обучение административного состава школ и учителей различных учебных предметов путей
развития ресурсных возможностей системы образования с использованием ИКТ,
повышения качества работы с информационными и коммуникационными технологиями для использования в образовательном процессе, обучение ИКТ учащихся общеобразовательных школ района, организация дистанционного обучения
учащихся предметным курсам с помощью ИКТ; создание банка данных научнопедагогических инноваций, нормативно-правовой и управленческой баз данных.
За время работы Центра по программам дополнительного образования в нем
обучалось более 800 учащихся и 200 педагогических работников района. В 20032004 годах на базе Центра по заказу Министерства образования МО проводилась
экспериментальное внедрение системы дистанционного обучения с использованием мультимедийных технологий в условиях сельских школ. В Центре работает
«Школа юного программиста», охватывающая более 100 учащихся района, серьезно занимающихся программированием. С 2004 года Центр переименован в
муниципальное образовательное учреждение дополнительного образования детей, имеет лицензию на образовательную деятельность и реализует программы,
связанные с внедрением ИКТ в образовательный процесс. Идея обеспечения
благоприятных условий для свободного доступа к учебной, научной, культурной
информации, как для учителей, так и для учащихся в сельской местности лежит
в основании действующей модели деятельности Центра. Средством решения поставленной задачи являются современные ИКТ - наиболее эффективные техно-
37
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
логии в условиях динамичного образовательного процесса, быстрого накопления
и обновления научных знаний. Их активное внедрение способствует индивидуализации обучения, что особенно важно при малой наполняемости классов сельской школы, объективности контроля, оперативному созданию, поиску и распространению актуальной учебной информации, ее отбору и структурированию.
С внедрением технологий дистанционного обучения решается задача становления профильного обучения в сельской школе, доступа учащихся к услугам дополнительного образования.
Приоритетами в деятельности Центра является углубленное изучение различных учебных курсов, связанных с ИКТ, предоставление учащимся, проживающим в отдаленных от города населенных пунктах, доступа к изучению отдельных предметов углубленного уровня, элективных курсов профильного обучения, не изучающихся в образовательном учреждении по месту проживания
ученика. Центром предоставляются учащимся для изучения следующие курсы:
Интернет-технологии (4 курса); программирование (5 языков различного уровня); Web-дизайн, графика и оформительский дизайн; системы автоматического
проектирования. За время работы Центра в нем обучалось 812 учащихся средних
общеобразовательных школ Коломенского района. Из них 294 ученика закончили курсовую подготовку по выбранному профилю. Учащиеся Центра являются
победителями районных олимпиад по информатике, участниками областных
олимпиад школьников по информатике и программированию. В Центре работают 12 педагогов (8 из них имеют высшую квалификационную категорию). Научную и методическую работу Центра возглавляет заслуженный работник высшей
школы, зам. декана ТФ по информационной работе КГПИ проф. А.А. Богуславский.
Стратегическая цель развития Центра – обеспечение возможности получения учащимися и педагогическими работниками в сельской местности непрерывного образования любого уровня в различных, в том числе, дистанционной
формах обучения.
Планируемые направления деятельности Центра ориентированы на создание открытого образовательного пространства, предполагающего множественность и вариативность образовательных маршрутов обучающихся. Использование ИКТ призвано не просто компенсировать традиционные дефициты организации образования на селе (кадровый, информационный, методический и др.), но
обеспечить новое качество и конкурентоспособность системы образования в
сельской местности, его привлекательность для родителей, учащихся, педагогических кадров. Обеспечение организованного доступа к Интернет, использование электронной почты, видеозаписей, компьютерных мультимедийных технологий также будет способствовать повышению общего культурного уровня
сельского населения. Центр является базой перехода на профильное обучение в
общеобразовательной школе, включая решение таких важных компонентов как
предпрофильная подготовка, возможность полноценного профильного обучения
в малокомплектных школах.
Опыт показывает, что овладение навыками использования ИКТ протекает
гораздо эффективней, если это происходит не только на уроках информатики, а
находит свое продолжение и развитие на уроках учителей-предметников. Пре-
38
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
подавание физики, в силу особенностей самого предмета, представляет собой
наиболее благоприятную сферу для применения современных ИКТ.
Сотрудничество с учителями физики школ Коломенского района, активно
применяющих ИКТ в учебном процессе, – одно из направлений деятельности
Центра. Эта работа содержит как демонстрационную составляющую, дающую
учителям расширенные представления о возможностях использования ИТ, так и
составляющую, требующую активного применения учениками знаний, полученных на уроках физики и информатики.
Учитель физики Непецинской средней школы А.Н. Савчинский применяет
в своей деятельности компьютерные технологии для лучшего усвоения школьного курса физики по следующим направлениям:
1. Моделирование физических процессов, построение графиков - при изучении программирования и работе с электронными таблицами на уроках информатики.
2. Компьютерное тестирование учащихся. Используется созданный в
Центре пакет тестов по всем разделам физики с 7-го по 11-ый класс.
3. При выпуске физических газет, оформлении стендов кабинета физики,
подготовке докладов и презентаций к уроку, наглядных пособий ученики и учитель пользуются офисными программами, графическими редакторами, электронными энциклопедиями, возможностями Интернета для получения качественного, насыщенного интересными фактами и иллюстрациями продукта.
4. В качестве примера можно привести разработку урока «Физика и экология», 8-ой класс. Электронная поддержка этого урока содержит конспект урока,
презентации к уроку («Тепловые двигатели и окружающая среда», «Достижения
в области экологии», «Экологические проблемы»), материалы для стенда «Физика и экология», дидактические материалы и доклады учащихся. Все материалы
этого урока находятся на диске конференции.
Учитель физики и информатики Пановской средней школы П.В. Лексин
на своих уроках использует программу Macromedia Flash при подготовке учителя к урокам физики. Она может быть сравнительно легко освоена учителем физики, имеющим навыки работы на компьютере. С помощью этой программы
созданные анимационные сцены по темам; давление в жидкости, шар Паскаля,
работа шлюза и др.
Предложенная Центром программа развития в перспективе выступает
стратегией не только образовательного, но шире – социокультурного развития
территории. Реализация данного замысла позволит со временем существенно
расширить ресурсную базу программы, обеспечит устойчивость планируемых
результатов и дальнейшее развитие программы.
ОСОБЕННОСТИ
РЕСУРСОВ
ДИЗАЙНА
ЦИФРОВЫХ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ
Вилков А.Л.
Кубанский государственный университет
Проектируя компьютерный дизайн цифровых образовательных ресурсов
(ЦОР), надо учитывать, что электронные средства обучения в корне отличаются
39
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
от образовательных ресурсов в книжном варианте. Это можно объяснить тем,
что ЦОР имеют множество разнообразных возможностей, которые могут быть
использованы в помощь как обучаемому, так и обучающему. С другой стороны,
с книги удобнее считывать текст и рассматривать иллюстрации, чем с монитора
компьютера или экрана проектора. Это является одним из наиболее актуальных
недостатков компьютера перед книгой. Поэтому к проектированию дизайна ЦОР
принято относить следующие особенности: сжатость и краткость изложения,
максимальная информативность [1]; наличие кратких и “емких” заголовков,
маркированных и нумерованных списков [2]; использование сокращений, понятных обучаемому, а также знаков-символов, несущих смысловую нагрузку;
использование “всплывающих подсказок”; использование табличного (матричного) формата представления информации [1]; по возможности полная или частичная замена громоздкого текста иллюстрацией, анимацией или видеороликом
с пояснениями; понятная и удобная обучаемому система поиска, навигации и
гиперссылок; использование инновационных дидактических технологий для активации деятельностного обучения.
Однако в восприятии изображений с монитора есть определенные трудности, потому что человеческий глаз – это сложная оптическая система, сформировавшаяся в процессе длительной биологической эволюции. На сетчатке возникает перевернутое изображение, которую мозг перерабатывает. «Фактически мы
смотрим не глазами, а мозгом», – говорят физиологи [3]. Поэтому при проектировании дизайна ЦОР необходимо учитывать физиологические особенности
восприятия цветов. Эти особенности способны действовать на психику человека,
а, значит, и на восприятие информации обучаемым. При этом надо учитывать,
что стимулирующие (теплые) цвета (красный, оранжевый, желтый) способствуют возбуждению, действуют как раздражители, но и быстро утомляют; дезинтегрирующие (холодные) цвета (фиолетовый, синий, голубой, сине-зеленый) успокаивают, вызывают сонливость; нейтральные цвета: черный, белый, оттенки
серого, а также светло-розовый, серо-голубой, желто-зеленый, коричневый; сочетание двух цветов — цвета знака и цвета фона — существенно влияет на зрительный комфорт, причем некоторые пары цветов не только утомляют зрение,
но и могут привести к стрессу (например, красные буквы на синем фоне); цветовая схема должна быть одинаковой на всех этапах прохождения программы; любой фоновый рисунок повышает утомляемость глаз обучаемого и снижает эффективность восприятия материала; большое влияние на подсознание человека
оказывает мультипликация. Ее воздействие гораздо сильнее, чем действие обычного видео. Четкие, яркие, быстро сменяющиеся картинки легко «впечатываются» в подсознание, но могут оказать отвлекающие воздействие и привести к быстрому утомлению [1].
Необходимо также учитывать возрастные особенности восприятия информации обучаемым. Можно отметить, что у детей более развито конкретное,
наглядно-образное мышление, а у взрослых кроме этого развито мышление понятийное, логическое.
Немаловажным является и индивидуальный подход к обучаемому. Особенности построения дизайна ЦОР были получены без учета индивидуального
подхода к каждому ученику. Эту проблему можно решить, если при проектировании ЦОР будут соблюдены все особенности построения интерфейса. Но при
40
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
этом каждому обучаемому будет доступна возможность самому изменять некоторые параметры интерфейса (например, размер и цвет шрифта, цвет фона и
т.д.). Эта возможность может быть использована и для правильного отображения
интерфейса на различных проекторах или мониторах персональных компьютеров, где могут использоваться всевозможные видеокарты и программы отображения графики.
Литература
1. Кречетников, К.Г. Особенности проектирования интерфейса средств обучения / К.Г.
Кречетников // Информатика и образование. – 2002. – №3, – С. 68, 72.
2. Донской, М. Интернет и пользовательский интерфейс / М. Донской // Мир Internet. –
1999. – №9.
3. Вилков, А.Л. О проблемах компьютерного дизайна учебных материалов // Вилков,
А.Л., Золотарев, Р.И., Растатурин, В.И. / Школьные годы. – 2006. – №8, – С. 3.
ПОСТРОЕНИЕ ОТКРЫТОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ПРОСТРАНСТВА
В
РАМКАХ
ПРИОРИТЕТНОГО
НАЦИОНАЛЬНОГО
ПРОЕКТА
«ОБРАЗОВАНИЕ».
Гуров С.М.
Ильинская средняя школа, Ростовская область
Рассматривается проблема создания электронных приложений (уроков,
презентаций, учебных пособий) пригодных для использования в особой информационной среде, получившей название открытого образовательного пространства (ООП). Идея ООП не нова: она в той или иной мере обсуждается с
конца 20 века, когда человечество вступило в эпоху новых информационных
технологий. Основными достижениями данного периода являются широкое распространение персональных компьютеров (ПК) с возможностью их подключения к глобальной информационной системе Интернет. В России идея ООП стала
приобретать реальное очертание в последние годы после инициативы Президента РФ о подключении всех образовательных учреждений (ОУ) к Интернету в
рамках приоритетного национального проекта «Образование». С помощью ООП
решается целый комплекс образовательных задач, важнейшими из которых являются:
• доступность любого образовательного ресурса всем участникам
образовательного процесса;
• мобильность, т.е. возможность получения образовательных услуг вне зависимости от географической привязки к конкретному региону;
• учет индивидуальных особенностей учащегося;
• многовариантность выбора образовательных программ, учебников, справочного материала и т.п.;
• интерактивность обучения и т.д.
С учетом сказанного выше, все ресурсы ООП должны быть представлены
в таком виде, чтобы их можно было размещать на web-серверах в Интернете.
Вполне очевидно, что идеи ООП, применительно к Высшей школе нашли свое
41
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
воплощение в дистанционном обучении, получившем широкое распространение во всем цивилизованном мире.
Возможности педагогического сообщества по создании электронных
приложений к урокам.
Современный уровень развития компьютеризации ОУ позволяет каждому
учителю применят на уроках не только готовые программные продукты, но и
собственные электронные разработки. Процесс подготовки электронных приложений предполагает наличие у педагога навыков владения специальными технологиями, обеспечивающими:
• создание пособий, пригодных для использования на ПК;
• доставку электронных продуктов конечному пользователю.
Рассмотрим второе направление более подробно, т.к. его роль в условиях
ООП возрастает. Транспортная функция реализуется с помощью:
• т.н. «кейсовой» технологии – доставка программных продуктов пользователю осуществляется с помощью съемных носителей информации: дискет, СD–дисков, DVD–дисков, Flash–накопителей и т.д.;
• Интернет-технологий– доставка приложений через Интернет.
Очевидно, что Интернет-технологии являются более универсальными по
своей сути, и именно они в полной мере соответствуют идеологии ООП. Их широкому распространению в образовательной среде в настоящее время мешают
технические аспекты: низкий процент подключенности ОУ к Интернету, и отсутствие специальных знаний у авторов, позволяющих им создавать приложения, совместимые с Интернет-средой.
К настоящему времени наиболее активные члены педагогического сообщества с помощью компьютерных технологий создают электронные версии уроков, учебных пособий, дидактического материала. Чаще всего, в качестве рабочего инструментария используются приложения, входящие в состав офисного
пакета компании Microsoft: PowerPoint, Publisher, а также самостоятельные программные продукты типа FrontPage или ей подобные. Эти программы относятся
к категории так называемых визуальных редакторов. Они имеют богатые
функциональные возможности, интуитивно понятный интерфейс, не требуют от
пользователя наличия специальных знаний и потому нашли самое широкое применение не только по своему первоначальному предназначению – для создания
презентаций, но и в педагогической практике для создания электронных приложений к уроку.
Обладая несомненными достоинствами, все визуальные редакторы, тем не
менее, не лишены и некоторых недостатков, самыми существенными из которых
являются следующие:
1. Файлы, созданные данными программами имеют сравнительно большие размеры, исчисляемые мегабайтами. Это обстоятельство препятствует их широкому
распространению в Интернете. Наличие у большинства пользователей Глобальной Сети обычных малоскоростных (модемных) подключений к Интернету накладывает серьезные ограничения на размеры просматриваемых html–страниц.
Наиболее оптимальными принято считать страницы, «вес» которых находится в
диапазоне 50–100 кб, в этом случае загрузка файлов на ПК происходит достаточно быстро. Поэтому приходится констатировать тот факт, что приложения,
созданные с помощью визуальных редакторов можно использовать только для
42
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
«кейсовой» технологии. Размещение в Интернете объемных файлов нецелесообразно и по материальным соображениям: каждый пользователь ПК вынужден
будет нести дополнительные денежные расходы на серфинге.
2. Отсутствие универсальных программ для просмотра, так называемых Viewerов. Иными словами, на компьютере пользователя должны быть установлены
специальные программы, с помощью которых можно было бы работать с созданными электронными версиями учебных пособий. Т.о. автор электронного пособия должен вместе с собственной разработкой дополнительно передать пользователю установочный файл программы для просмотра учебного материала.
Пользователь, в свою очередь, должен обладать навыками инсталляции программного обеспечения на свой ПК, что в случае с учащимися средней общеобразовательной школы представляется весьма проблематичным.
Интернет-технологии лишены подобных недостатков. Язык разметки гипертекстовых документов HTML (HyperText Markup Language) является универсальным средством, с помощью которого создаются web–страницы–основные
документы, отображающие информацию в киберпространстве, получившем название World Wide Web (WWW). Знание этого языка позволяет создать небольшие по размерам электронные документы, способные в считанные секунды достичь пользователя в любой точке земного шара. Неоспоримыми преимуществами html–документов являются их доступность в удобное для пользователя время, совместимость со всеми видами операционных систем и типами ПК. Для их
просмотра на компьютере достаточно иметь одну единственную программу–
браузер, который встроен в операционную систему по умолчанию, т.е. отпадает
необходимость в инсталляции дополнительного программного обеспечения.
Вместе с тем, web–технологии достаточно сложны, требуют специальных знаний от авторов электронных приложений и, потому еще не получили широкого
распространения в педагогической среде.
Заключение.
Процесс вхождения школы в мировое образовательное пространство
предполагает совершенствование, а также серьезную переориентацию компьютерно-информационной составляющей. В данной статье автор не ставил перед
собой задачу полного освещения всех аспектов идеи ООП. Были показаны лишь
некоторые проблемы, возникающие при создании электронных приложений,
доступных для усвоения учащимися средних общеобразовательных школ РФ.
Познакомиться с некоторыми разработками автора можно на персональном сайте http://cm001.narod.ru
Литература
1. Кингсли–Хью Э. Кингсли–Хью К. JavaScript 1.5. Учебный курс. Программирование.
С–Петербург. 2001.
2. Макфедрис Пол Создание Web–страниц. Шаг за шагом. Москва. АСТ. Астрель. 2004.
43
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
РОЛЬ
ИНФОРМАЦИОННЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ
ПРОЕКТОЙ ТВОРЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
В
ОРГАНИЗАЦИИ
Гущина О.М., Михеева О.П.
Тольяттинский государственный университет
Отличительной чертой современного периода развития образования и
общества в целом является повсеместное использование компьютерных технологий с соответствующим программным обеспечением в любой сфере деятельности. Кроме того, современное общество испытывает потребность в деятельных, инициативных, компетентных людях, обладающих целым комплексом интеллектуальных, творческих и коммуникативных умений. Поэтому следует признать глубоко обоснованной одну из задач совершенствования образования, состоящую в том, чтобы вооружить будущих специалистов знаниями и навыками
использования современных компьютерных технологий; умениями легко ориентироваться в информационном пространстве, работать с текстом, выделяя его
ключевые знаки, анализировать информацию, делать обобщения и выводы; способностями генерировать идеи, привлекая знания из других областей, находить
множество вариантов решения проблемы и при этом точно прогнозировать последствия того или иного решения; и способностями вести дискуссию, слушать
и слышать собеседника, аргументировать свою точку зрения, лаконично и емко
излагать свои мысли, обладать высокой речевой культурой. При этом необходимо всем обучающимся не просто дать утилитарные знания, а научить их грамотно применять для эффективного решения профессионально значимых задач в
дальнейшей профессиональной деятельности.
Таким образом, перед образованием стоит задача воспитания специалиста,
обладающего интеллектуальными, творческими и коммуникативными умениями, реализовать которую можно, используя новые формы и методы обучения,
среди которых все чаще используется новая технология – проектная методика.
Одна из главных целей которой заключается в развитии познавательных навыков, умений самостоятельно конструировать свои знания и ориентироваться в
информационном пространстве, а также развитие критического мышления. Проектная методика представляет собой способ решения выделенной задачи через
детальную разработку проблемы (технологию), которая должна завершиться
вполне реальным, практическим результатом, оформленным определенным образом. Кроме того, являясь результатом коллективных усилий, она предполагает
рефлексию совместной работы, анализ полноты, глубины информационного
обеспечения, творческого вклада каждого участника в разработку конечного
продукта - проекта. В основе проектной методики лежит творческая составляющая, включающая в себя элементы научного исследования, проведения логического анализа, сложные межличностные отношения. Кроме того, использование
проектной методики в образовании способствует повышению речевой и коммуникативной культуры, поскольку создание проекта предполагает постоянное
творческое и деловое общение, активное обсуждение текущих проблем. Обучающиеся получают навыки работы с текстовым, табличным редактором, освоит
навыки разработки презентации и web-сайта, а также освоит основные принципы публичной защиты разработанного проекта, что позволит не только получить
44
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
соответствующую оценку за проделанную работу, но и получить конструктивные замечания, которые будут способствовать продуктивной творческой работе
в дальнейшей деятельности.
Итак, в основу проектной методики положены принципы самостоятельной
исследовательской деятельности, которые в своей организации основываются на
принципах проектирования. А сам исследовательский проект можно считать
движущей формой построения межличностного взаимодействия исследователяученика и учителя-координатора, в ходе которого происходит трансляция культурных ценностей научного сообщества. Образование, таким образом, становится продуктивным, так как в результате получается реальный продукт в законченной и оформленной исследовательской работе. Кроме того, исследовательский проект становится не только формой, средством и принципом организации
взаимодействия между участниками, но и мотивом этой деятельности.
Таким образом, использование проектной методики на основе средств информационных технологий в образовании заметно повышают интерес учащихся
не только к отдельным образовательным программам, но и к образованию в целом, что позволяет увидеть динамику повышения эффективности обучения. Они
способствуют развитию интеллектуальных, творческих и коммуникативных
умений каждого участника, задействованного в проектной деятельности, так как
формируют навыки грамотной работы с информацией (умения анализировать,
обобщать и делать выводы), генерирования знаний из различных предметных
областей, поиска множества вариантов решения проблемы и прогнозирования
последствий, грамотного обоснования выбранной темы, владения диалогом.
ПОДГОТОВКА УЧИТЕЛЯ ФИЗИКИ К ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ИКТ В
УСЛОВИЯХ УРОВНЕВОЙ ДИФФЕРЕНЦИАЦИИ
Еремин С.В.
Шуйский государственный педагогический университет
Одной из форм дифференцированного обучения физике в школе является
уровневая дифференциация (УД), когда различные типологические группы учеников одного класса осваивают учебный материал по одной программе, но на
разных уровнях обучения (в основной школе достаточно введение двух, а в старшей школе – трех уровней обучения). Эффективность уровневого урока физики
возрастает, если использовать на таком занятии средства ИКТ (естественно, в
тех случаях, когда это оправдано). Школьники, самостоятельно работая с программно-педагогическими средствами (ППС), в соответствии со своими типологическими особенностями могут выбирать собственную траекторию изучения
материала.
Учитывая, что разработка уровневых уроков с ИКТ – непростая задача,
т.к. специальных ППС, ориентированных на применение в условиях УД, нет, то
учителю для реализации уровневого подхода необходимо самому разрабатывать
уровневые дидактические электронные материалы (УДЭМ) для самостоятельной
работы учащихся с компьютером на уроке. В ШГПУ подготовка учителя к использованию ИКТ в условиях УД осуществляется в рамках комплекса дисцип-
45
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
лин основной и дополнительной специальности (Информатика) и различных
курсов по выбору студентов:
Блок дисциплин
Содержание
Личностно-ориентированное образование.
•
Теория и методика
Учет способностей, склонностей, интересов, прообучения физике
фессиональных намерений учащихся. Дифферен•
Педагогика
цированное обучение. Технологии дифференцированного обучения физике. УД. Разветвленное программированное обучение (Н. Краудер). Применение ИКТ в школьном физическом образовании.
Основные подходы к осуществлению УД в
•
Уровневая дифференциация обучения фи- школьном физическом образовании (I подход –
В.В. Фирсов и др.; II подход – Н.С. Пурышева,
зике (курс по выбору)
К.В.
Шевякова, Н.В. Лезина и др.). УД как самая
•
Методика преподавания физики в сельской массовая форма дифференцированного обучения в
малокомплектной школе условиях сельской малокомплектной школы. Современный урок физики в условиях УД. Явная и
(курс по выбору)
скрытая формы УД. Физический эксперимент при
УД. Разработка уровневых уроков физики.
Средства мультимедиа. Программное обес•
Информатика
•
Программирование печение и технологии программирования. Этапы
•
Компьютерное мо- разработки компьютерной программы. Компьютерное моделирование. Инструментальные проделирование
граммные средства для компьютерного моделирования. Численный эксперимент.
Применение ИКТ в образовании. Дидакти•
Теория и методика
ческие основы создания и использования средств
обучения информатике
Программно-педагогические
средства
•
ИКТ в образовании ИКТ.
(ППС), их типы. Специфика использования ком•
ТиАСО
пьютерного моделирования в ППС. Учебные компьютерные модели (УКМ) и их типы.
ППС по физике, их классификация и мето•
Информационные
технологии в обучении дика использования. УКМ по физике и методика
физике (курс по выбору их применения на уроках. Средства ИКТ в физическом эксперименте. Интернет на уроках физики и
студентов)
при подготовке к учебным занятиям. Планконспект урока с использованием ПК. Основы разработки ППС по физике. Разработка гипертекстовых обучающих материалов по физике. УДЭМ.
Уровневый урок физики с использованием ИКТ.
Наш опыт показывает, что полученные знания и умения студенты успешно используют в процессе прохождения педагогической практики в школах, где
проводят уровневые уроки физики с применением собственных компьютерных
разработок.
46
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
ПЕРСПЕКТИВЫ
ПРИМЕНЕНИЯ
ЭКСПЕРТНЫХ
ФОФРМИРОВАНИИ СИСТЕМНЫХ ЗНАНИЙ
СИСТЕМ
В
Джулай В.С.
Кубанский государственный университет
В настоящее время в связи с модернизацией системы образования особую
актуальность приобретает проблема формирования системных знаний учащихся.
Еще в прошлом веке академик Г.С. Ландсберг указывал, что главный недостаток
знаний учащихся не в их малом объеме, а в отсутствии структурированности,
системности. У большинства учащихся сформированные знания отличаются эклектичностью, разрозненностью, учащийся слабо ориентируется в том, что является экспериментальным фактом, выводом, следствием теории, а что относится к
основополагающим принципам. Решение этой проблемы мы видим в применении в образовании новых информационных технологий, в частности, экспертных
систем и технологий баз знаний. Данный выбор мы обосновываем тем, что этот
информационный инструментарий обеспечивает возможность построения громадных целостных логически взаимосвязанных структур. Известно, что экспертные системы широко применяются в узконаправленных областях науки и на
производстве. Например, в базе знаний ЭС “МАТРЭКС” использованы знания
ведущих специалистов отрасли в области разработки и эксплуатации действующих реакторных установок и реакторного материаловедения. Они включают в
себя информацию о составляющих реактор конструктивных элементах (корпус,
внутрикорпусные устройства, активная зона, твэлы), условиях, в которых эти
элементы будут эксплуатироваться (температура, давление, плотность нейтронных потоков, флюенс нейтронов, среда эксплуатации) и тех свойствах материалов, которые необходимо изучить прежде, чем рекомендовать эти материалы в
качестве базовых для новой конструкции. Исследуя возможности экспертных
систем, мы пришли к выводу, что они могут применяться и для формирования
системных знаний. Благодаря тому, что в их структуре используются базы данных и базы знаний, мы смогли систематизировать довольно большое количество
физических понятий и указать на их взаимосвязи в физической картине мира.
Это позволяет учителю выделить фундаментальные физические понятия в системе физических знаний. Обобщение и систематизация строятся при помощи
иерархического дерева семантических понятий. В «корне» семантического дерева находятся фундаментальные физические понятия, а на верхних уровнях расположены их производные. Каждая семантическая ветвь несет определенную
смысловую нагрузку, которая позволяет охарактеризовать то или иное физическое понятие.
Возможности сложных программных комплексов, построенных по принципу экспертных систем, весьма обширны. Так, используя интерактивные обучающие и тестирующие технологии (составленные также в игровой форме), созданные на нашей кафедре, мы построили диагностирующий модуль, который
позволяет ученику выявить сильные и слабые стороны в их знаниях по конкретному учебному курсу. Диагностика знаний/умений по отдельным вопросам может осуществляться при разработке планирующих Экспертных систем (систем,
которые вырабатывают планы действий для достижения поставленных целей). В
47
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
этом случае обучаемый занимает активную позицию, выступая в роли аналитика. Диагностика при этом осуществляется по вопросам, составленным учеником.
Экспертные системы находят применение и в дистанционном образовании. Целью таких экспертных систем является целенаправленное формирование
у обучаемых знаний, умений и навыков с заданными показателями в соответствии с моделью специалиста по выбранной специальности (модель определяется
государственным образовательным стандартом).
РЕЙТИНГОВАЯ СИСТЕМА ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА УЧАЩИХСЯ НПО С
ПРИМЕНЕНИЕМ ИКТ
Добрынин Н.В.
Профтехучилище №30, г. Коломна
Контроль и оценка учебной деятельности учащихся являются одним из
важных звеньев учебного процесса. Осуществляя контроль, преподаватели и
мастера производственного обучения могут установить и оценить, что и как
учащиеся усваивают, каково их отношение к учебному и учебнопроизводственному труду. Вместе с тем для успешного обучения огромное значение имеет оценка знаний и умений учащихся. Одним из узких мест в технологии контроля является оценивание результатов учебной деятельности учащихся.
В большинстве учебных заведений ,несмотря на права, предоставленные
законом «Об образовании», используется традиционная 5-ти бальная шкала оценок, основное преимущество которой, в привычности. Слабая дифференцирующая способность такой шкалы очевидна. Пятибалльная система оценки усредняет, нивелирует все индивидуальные качества обучающего.
Введение многобалльной системы позволяет, с одной стороны, отразить в
большом диапазоне индивидуальные способности учащихся, а с другой, объективно оценивать в баллах затраты на выполнение отдельных видов работ. При
подведении итогов, при необходимости, заработанные учащимся баллы легко
переводятся в привычную систему отметок «отлично», «хорошо», «удовлетворительно», «неудовлетворительно».
Анализ проблем, обусловленных применением существующей традиционной системы оценивания, позволяет выделить главные недостатки, среди которых:
1. Субъективизм экзаменационных оценок и выводов, полученных на основе их анализа;
2. Неучет степени подготовленности учащихся по тем дисциплинам, по
которым в учебных планах не предусматривается итоговый экзамен;
3. Трудности ранжирования учащихся по степени их подготовки;
4. Неучет важности изученных дисциплин с точки зрения профессиональной подготовки;
5. Трудность и субъективизм учета внеучебной деятельности учащегося.
Комплексным решением указанных проблем стало применение рейтинговой системы оценки знаний.
Рейтинговая оценка профессиональной подготовки учащихся это сумма
баллов, полученная учащимися за качество выполнения всех контролирующих
48
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
заданий по конкретному курсу, получаемой специальности и определяющая
уровень обученности учащегося по данным спецпредметам, профессиональной
подготовки через организованный контроль.
Алгоритм выставления баллов разработан с применением математического аппарата и в целом заключается в целесообразном подходе к оценке уровня
обученности — недопустимого, обязательного, среднего, высокого.
Нами было выявлено четыре уровня рейтинговой оценки, определяющих
обученность учащихся, характеризующих их профессиональную подготовку.
К «О» уровню - (недопустимому) мы отнесли учащихся, которые не проявляли интереса к учебе, при выполнении заданий они показывали низкий уровень усвоения учебного материала.
К «1» уровню — (обязательному) мы отнесли учащихся, которые характеризуются низким уровнем учебных знаний и умений, им присуще стремление к
учению, а уровень усвоения учебного материала ограничен рамками стандарта.
Ко «2» уровню - (среднему) мы отнесли учащихся, у которых сформированы учебные умения на достаточно высоком уровне, устойчивое стремление к
учению.
К «3» уровню - (высокому) мы отнесли учащихся, у которых высокая
сформированность учебных умений, повышенный интерес к обучению.
Общая схема деятельности каждого преподавателя по реализации модели
рейтинговой оценки профессиональной подготовки учащихся профессионального училища представлена рядом процедур:
1. Определяется объем и содержание обучения по предмету на весь период обучения. При этом весь учебный материал делится на отдельные законченные части (модули), подлежащие контролю.
2. Определяется содержание контроля.
3. Определяется полный набор контролирующих заданий разного уровня
для каждой выделенной части учебного материала(модуля).
Определяется трудоемкость каждого задания по степени его сложности.
Таким образом, имеется полный набор обязательных заданий, подлежащих контролю с их стоимостью в баллах и максимально возможной суммой, которую
может набрать каждый учащийся.
Сложность задачи таится в принципиально важном моменте: как перевести количественные показатели - набранные тем или иным учащимся в течение
обучения "очки" за многообразные виды учебной деятельности - в действующую
пятибалльную систему?
Мы предлагаем «универсальную формулу» перевода балла в оценку и установления соответствия не только— уровня – баллу - оценке, но и соответствия
– балла - уровню - оценке, (которыми характеризуются интенсивность учебной
деятельности учащихся) всех без исключения предметов профессионального
цикла.
Соотношение уровня — баллу — оценке:
О- уровень обучения - «недопустимый» - (0 — 55 баллов) - «2»;
1 -уровень обучения - «обязательный» - (56 - 70 баллов) —«3»;
2 -уровень обучения - «средний» - (71 — 85 баллов) —«4»;
3-уровень обучения - «высокий» (86— 100 баллов) — «5».
49
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
Общий рейтинг определяется количеством баллов (максимальное 100 баллов) по каждому предмету в течение учебного года по предмету специального
цикла.
Один из вариантов рейтинговой оценки был опробован в ПУ №30 г. Коломна. Использование ИКТ позволяет значительно снизить трудоемкость и ускорить обработку информации.
Занесение исходной информации и обработка данных выполняется в программе MS EXCEL. Эта работа выполняется мастерами и преподавателями. Информация заносится в баллах.
Для передачи исходных данных в методический центр, где производится
обобщение и окончательное подведение итогов по рейтингу, используется локальная вычислительная сеть училища (ЛВС), в состав которой входит 20 компьютеров. Каждый преподаватель или мастер производственного обучения имеют к ней доступ под своим именем (логин и пароль) и могут заносить информацию.
Автоматически производится расчет следующих показателей:
• Средний балл для каждого учащегося.
• Средний балл по каждому предмету.
• Рейтинг учащихся.
Расчет выполняется по формуле:
n
Su = ∑ Bi / n ,
1
где Su – средний балл, n – количество учащихся или предметов, Bi – балл, выставленный преподавателем.
Рейтинг переводится в оценки: (0 - 55 баллов) - «2»; (56 - 70 баллов) «3»; (71 - 85 баллов) - «4»; (86 - 100 баллов) «5».
Результаты рейтинга переводятся в привычную 5-балльную систему.
Ведомость составляется на 1 полугодие и передается в методический кабинет для подведения итогов. При необходимости ведомость может быть составлена за любой отчетный период для получения данных по среднему баллу и
рейтингу.
Ниже приводится пример ведомости после ввода данных.
50
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
Выводы.
Как видно из примера, благодаря использованию ИКТ, итоговый рейтинг
и средние баллы вычисляются немедленно после заполнения ведомости и доступны для анализа всем: методисту, преподавателям, мастерам и руководству.
Применение ЛВС позволяет оперативно вносить изменения. Любые изменения в ведомости немедленно отражаются в результатах.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИКТ В ПРЕПОДАВАНИИ КУРСА «СОВРЕМЕННЫЕ
СРЕДСТВА
ОЦЕНИВАНИЯ
РЕЗУЛЬТАТОВ
ОБУЧЕНИЯ»
ДЛЯ
СТУДЕНТОВ ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОГО ФАКУЛЬТЕТА
Кирьяков Б.С., Замятина В.С., Морин Д.В.
Рязанский государственный университет им. С. А. Есенина
Учебный курс «Современные средства оценивания результатов обучения»
относится к числу дисциплин, преподавание которых сопряжено с активным использованием ИКТ. Программа и учебные пособия, рекомендуемые для этого
курса, опираются на модели Г. Раша и А. Бирнбаума. Эти модели отличаются
весьма сложной процедурой расчета своих параметров, который невозможно
провести без использования ЭВМ. ЭВМ, помогая студентам в проведении расчетов, не решают проблемы формирования у них правильных представлений о
влиянии различных факторов (уровня сложности заданий, корреляционной
взаимосвязи оценок, регламента тестирования, …) на итоговые результаты оценки знаний.
Наиболее существенный недостаток предлагаемого курса заключается в
том , что в нем опущен вопрос о виде статистики, лежащей в основе статистической модели теста. По отношению к итогам оценки знаний речь может идти
лишь о квантовых статистиках, т.к. параметры оценки знаний (число учащихся,
51
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
число задач, балльные оценки) изменяются дискретным образом. Опора на квантовые статистики обеспечивает условия для использования знаний, которые получают студенты физико-математического факультета в курсах статистической
физики и теории вероятности. Опора на эти знания позволяет выстроить рассматриваемый курс более последовательно с понятной интерпретацией моделей
Г. Раша и А. Бирнбаума.
В соединении с ЭВМ квантовые статистики создают еще и базу для построения эффективных обучающих моделей, которые удобно использовать на
лекционных демонстрациях и лабораторных работах, иллюстрирующих влияние
различных факторов на итоги испытания учащихся.
УПРАВЛЕНИЕ УЧЕБНЫМ ПРОЦЕССОМ ЧЕРЕЗ
ТРАДИЦИОННОГО И ЭЛЕКТРОННОГО УЧЕБНИКА
ПОСТРОЕНИЕ
Кишкель Е. Н.
Коломенский институт МГОУ
Учебник – это многомерная, многоаспектная, многофункциональная комплексная информационная модель, имеющая системные признаки, которая может быть представлена на разнообразных носителях, заключающая в себе фиксированный объем социально – педагогического опыта, предметная содержательная часть которого подлежит обязательному усвоению обучающимися по
нему индивидами в целях практического использования полученных профессиональных знаний.
Данное определение понятия «учебник» предполагает его многомерную
модель. При разработке модели процессы действительности рассматривались не
в отвлечении от конкретного содержания, а сточки зрения педагогической науки.
Предлагаемая модель учебника не является умозрительной конструкцией, а служит средством исследования и описания реальных фактов. Использован метод
моделирования абстрактных понятий, которые тесно связаны с действительностью в целях проверки логической состоятельности разработанной нами модели.
Этот метод позволил нам обосновать способы разработки и оценки качества
учебника.
В результате проведенного анализа научных трудов в области оценки качества учебника, был сделан вывод о том, что среди ученых нет единого мнения
относительно методологии и методов оценки качества учебника, что вероятно
связано с его многомерностью и многоаспектностью.
Было установлено, что анализ лежит в основе конструирования учебника.
Разработанная нами система параметров учебника «Основы управленческой деятельности» на начальном этапе проектирования дала общее представление об
учебнике как анализируемом объекте, что позволило выявить его предметнотипологическую специфику. Принадлежность учебника к определенной типологической группе позволила установить функции учебника и их соотношение, а
также определить главные особенности содержательной и внешней структур.
Разработанная диссертантом в результате этого частнотеоретическая модель
учебника явилась основой его конструирования.
52
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
Анализ и конструирование учебника были подчинены получению практических результатов, необходимых для его оценки. Конструирование осуществлялось на основе конкретизации элементов учебника и их анализе, что позволило нам впоследствии разработать систему показателей качества учебника и
предложить способы их оценки. В целях развития методики оценки качества
учебника была разработана обобщенная схема методологического подхода к
анализу и оценке качества учебника, выполненная на основе предварительно
разработанной базовой схемы анализа научно-технической информации. Данная
модель была использована при разработке матрицы оценки качества учебника.
Усовершенствованная методика оценки качества учебника позволила группе
экспертов в количестве 216 человек оценить качество учебника «Основы управленческой деятельности». При проведении эксперимента критерием оценки
учебника было выбрано соответствие его содержания, построения, оформления
и исполнения целевому и читательскому назначению.
Оценка качества учебника проводилась в четыре этапа. На первом этапе,
на базе теоретического анализа была определена номенклатура показателей общих, комплексных и единичных, отражающих общую оценку учебника, оценку его содержания, оценку построения, оценку оформления и оценку исполнения. На втором этапе были установлены методы определения показателей и их
оценки. На третьем этапе были определены исполнители, эксперты, которые получили инструкции по методике проведения оценки, опросные листы и экземпляры учебника «Основы управленческой деятельности». На четвертом этапе по
результатам оценок экспертов был проведен расчет средних оценок по единичным, комплексным и общим показателям по методике, приведенной в диссертации.
В качестве экспертов выступали преподаватели Коломенского индустриально-педагогического колледжа, Коломенского социального открытого колледжа, Санкт-Петербургского машиностроительного техникума (всего 20 человек), студенты государственных и негосударственных средних профессиональных учебных заведений (175 человек), менеджеры государственных унитарных
предприятий и частных фирм (12 человек), сотрудники Коломенского городского Управления образования (3 человека), специалисты по эргономике Коломенского Военного университета (2 человека), технические и художественные редакторы издательства «Высшая школа» (4 человека).
Результаты проведенного эксперимента представлены на рис.1.
53
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
Аналитический показатель качества исследуемого учебника, рассчитанный на основе приведенной в диссертации методики соответствует 330 балам,
что ниже идеального показателя на 25 баллов.
В ходе педагогического эксперимента, было проведено анкетирование 427
студентов с целью изучения их мнений об учебнике «Основы управленческой
деятельности», изданном в 1996 году и об учебнике «Основы управленческой
деятельности: управление персоналом; управленческая психология; управление
на предприятии», изданном в 1999 году.
Данные анкетирования представлены в таблице 1.
Таблица 1
Обобщенные оценки по
ответам студентов на воКоличество ответов в %
просы анкеты
Учебник 1го издания 1996 Учебник 2го издания 1999
г.
г.
положительные
69,5
74,1
средние
24,8
22,7
отрицательные
5,7
3,2
По данным таблицы 1 видно, что, по мнению студентов, учебник второго
издания более высокого качества, чем первого. Ответы студентов свидетельствуют о том, что для них являются достаточно важными свойствами содержание,
структура учебника, язык и стиль изложения учебного материала, наличие методических указаний к выполнению практических заданий, а также внешнее и
внутреннее оформление учебника, его исполнение.
Проведенный эксперимент по формированию умений студентов пользоваться учебником «Основы управленческой деятельности» и работать с ним позволил получить следующие обобщенные результаты, представленные в таблице 2.
54
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
Таблица 2
Количество студентов овладевших
умениями, %
Общий перечень умений студентов
под руководством
самостоятельно
преподавателя
умение пользоваться учебником
97
52
общеучебные умения
85
63
предметные умения
87
76
Данные таблицы показывают, что овладение умениями у студентов наиболее эффективно при работе с учебником под руководством преподавателя. Все
полученные результаты вполне применимы и к электронному учебнику.
АССОЦИАТИВНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОДГОТОВКИ УЧИТЕЛЯ
ФИЗИКИ И ТЕХНОЛОГИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ИНФОРМАЦИОННО
ТЕХНОЛОГИЙ
Клименко З.И., Чепко М.С.
Омский государственный педагогический университет
В мировой практике образования, особенно в развитых странах, учебный
предмет «Технология» является одной из ведущих учебных дисциплин в системе
общего образования молодежи. Учитель, независимо от того, какой предмет он
преподает, не может быть профессионалом, если он не знаком с основами современных технологических процессов. Особенно это относится к информационным технологиям.
В Омском государственном педагогическом университете (ОмГПУ) более
десяти лет выпускаются учителя физики с дополнительной специальностью
«Технология и предпринимательство». Информационные технологии непосредственно входят в образовательную область «Технология». Это позволяет установить тесную межпредметную связь между дисциплинами: физика, технология и
информатика. Государственный образовательный стандарт позволяет качественно подготовить компетентного учителя физики и технологии, так необходимого
современной школе.
В естественнонаучном блоке учебных дисциплин (математика, информатика, химия) и в блоке предметной подготовки (физика, электротехника, радиотехника) непосредственно закладывается база знаний по математике, информатике, общей и экспериментальной физике, по технической физике. Эти знания
необходимы для успешного освоения технических дисциплин (прикладная механика, машиноведение) и основ производства.
Большую роль в построении концептуальной модели подготовки учителя
физики и технологии на основе межпредметных связей может сыграть национально-региональный и вузовский компоненты учебных планов. Например, общеобразовательная дисциплина «Информатика» изучается в 1-ом и 2-ом семестрах, а в 3-ем и 4-ом семестрах, в рамках дополнительной специальности, начинается изучение дисциплины «Информационные технологии». Одновременно в
этих же семестрах в рамках национально-регионального компонента блока есте-
55
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
ственнонаучных дисциплин на физическом факультете ОмГПУ вводится нестандартный учебный курс «Моделирование физических и технологических
процессов». Это позволяет студентам осваивать физику, прикладную механику,
графику с активным применением ИКТ.
В современной профильной школе предлагается целый спектр технологических профильных классов. Реализовать на практике учебный процесс в технологических классах может успешно учитель физики и технологии. На физическом факультете ОмГПУ, в рамках национально-регионального компонента
предметной подготовки такого учителя, изучаются учебные дисциплины: «Основы микроэлектроники» и «Элементы автоматики». Это, в свою очередь, позволяет студентам на старших курсах успешно осваивать учебную дисциплину
«Основы творческо-конструкторской деятельности».
Система курсов по выбору, предусмотренная государственным образовательным стандартом, также должна помогать выстраивать сквозную подготовку
учителя физики и технологии на основе ИКТ. Например, среди курсов по выбору предметной подготовки, которые обычно читаются на старших курсах, предлагается авторский курс «Обработка видеоинформации на ЭВМ».
Практическая подготовка студентов в вузе также должна быть вовлечена в
процесс закрепления знаний студентов по физике, по технологии и по информатике с учетом межпредметных связей. Например, на физическом факультете
ОмГПУ введена обязательная учебная практика по информационным технологиям. Освоение студентами физического факультета технологического практикума
и работа в учебных мастерских, предусмотренные в рамках дополнительной
специальности по технологии, помогают физикам приобрести практические
умения и навыки, необходимые при постановке лабораторных практикумов по
физике, при оснащении школьного кабинета и физических лабораторий.
Описанная модель подготовки учителя физики и технологии позволяет
студентам успешно выполнять курсовые проекты с учетом межпредметных связей между физикой, технологией и информатикой. Такая разносторонняя подготовка выпускников физического факультета позволяет им выполнять интересные выпускные квалификационные работы специалиста. Например: «Реализация
межпредметных связей физики и информатики на физическом факультете»,
«Физические принципы в системах отображения информации», «Цифровые устройства в технологии отображения цвета», «Разработка регистратора сигналов
время-переменных процессов для лабораторных работ по механике».
Рассмотренная структура учебного плана позволяет выстроить правильную последовательность изучения студентами учебных дисциплин, которая дает возможность
реализации межпредметной связи физики с технологией и информатикой. Это
необходимое, но далеко не достаточное условие выполнения поставленной задачи.
Огромное значение имеет согласование содержания рабочих учебных программ
отдельных учебных дисциплин.
Например, половина учебного материала дисциплины «Прикладная механика» (кинематика и динамика материальной точки, кинематика и динамика
вращательного движения твердого тела вокруг неподвижной оси, статика, виды
деформаций, дифференциальные уравнения движения, гидростатика и гидродинамика) подробно изучаются студентами в общем и экспериментальном курсе
физики. Это позволяет выделить максимальное время на изучение прикладных
56
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
вопросов, таких как: теория механизмов и машин, истечение жидкости через отверстия и насадки, основы расчета трубопроводов, гидравлический удар в трубопроводах и т. д.
Хорошая фундаментальная подготовка студентов физического факультета, безусловно, помогает им также в освоении учебных дисциплин «Машиноведение» и «Основы производства». Анализ содержания этих курсов, показывает,
что основная часть учебного времени может быть отведена более глубокому
изучению студентами-физиками технических вопросов.
Теоретические основы и принципы действия машин и механизмов подробно изучаются в физике (теория теплоемкости, законы термодинамики, виды
теплообмена, цикл Карно и т. д.). Изучение студентами физики твердого тела
помогают им успешно осваивать учебную дисциплину «Материаловедение».
Преподавание учебной дисциплины «Графика» невозможно без применения информационных технологий. Современные программные средства (3D Studio Max) позволяют осуществлять построение наглядных трехмерных моделей
деталей и узлов различных механизмов.
С другой стороны, при этом работает и обратная связь. Закрепление теоретических знаний по физике на практике, при решении конкретных технологических задач, помогает студентам на более высоком уровне осваивать курсы физики. Изучая основы технических дисциплин и знакомясь с современными технологическими процессами, студенты расширяют свой научный кругозор и получают хорошую политехническую подготовку. Успешное использование студентами ИКТ при изучении физики и технологии подтверждает усвоение ими основных понятий информатики.
МЕТОДИКА
ПРОЦЕССЕ
ВУЗА
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
КОМПЬЮТЕРА
В
УЧЕБНОМ
Коновалова Т.Е.
Челябинский государственный педагогический университет
Для современного образования характерно противоречие между увеличением объема знаний, необходимых для подготовки специалиста и ограниченными возможностями усвоения обучающимися. Рассматриваются различные подходы к организации обучения, в том числе, подходы с использованием различных информационных технологий. Выстраивается новое направление в науке –
педагогическая информатика. Понятие компьютеризации обучения используется
в узком смысле – применение компьютера как средства обучения, в широком –
многоцелевое использование ЭВМ в учебном процессе [5].
По Беспалько структуру педагогической системы образуют две взаимосвязанные между собой группы: группа элементов, формулирующих педагогическую задачу (учащиеся, цели образования, содержание образования) и группа
элементов образующих педагогическую технологию (процессы обучения, организация обучения, учителя, средства обучения), гарантированно решающую эту
задачу. Варианты педагогических систем (ПС): ПС традиционного обучения, ПС
псевдокомпьютерного обучения, ПС с участием компьютера, компьютеризиро57
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
ванное обучение [1]. Каждая система характеризуется различной степенью внедрения информационных технологий.
Подчеркнем эффективность использования компьютеров на всех стадиях
педагогического процесса:
− на этапе предъявления учебной информации обучающимся: использование мультимедийного оборудования на лекциях и лабораторных занятиях
в целях демонстрации;
− на этапе усвоения учебного материала в процессе интерактивного взаимодействия с компьютером: использование компьютера для постановки задачи, предоставления блока заданий для решения, в том числе демонстрации путей решения;
− на этапе повторения и закрепления усвоенных знаний (навыков, умений):
использование локальной сети для предъявления блока самостоятельной
работы и ее результатов;
− на этапе промежуточного и итогового контроля и самоконтроля достигнутых результатов обучения: получение задания и дополнительной информации, использование тестирующих оболочек Exam и АСТ для текущего
и промежуточного контроля и самоконтроля с сохранением и последующим анализом результатов, обратная связь с преподавателем;
− на этапе коррекции и самого процесса обучения и его результатов.
Представляется целесообразным рассматривать функциональные возможности компьютера с учетом взаимодействия всех участников компьютеризированного учебного процесса: компьютера, обучающих (преподаватель, методист),
обучаемых (студентов, школьников).
По отношению к обучаемому, компьютер выполняет несколько функций,
выступая в качестве: обучающего (преподавателя и репетитора), обучаемого
(модель взаимодействия), эксперта достижений, партнера в конкретном виде
деятельности, партнера по коммуникации, инструмента, оказывающего информационную и техническую поддержку, инструментального средства, обеспечивающего процесс общения между партнерами по коммуникации, технического
средства организации дистанционного обучения.
Для преподавателя компьютер является: инструментом деятельности, оказывающего информационную, техническую и профессиональную поддержку;
устройством, замещающим преподавателя в учебном процессе путем имитации
отдельных его функций (тестирование, возможность организации коллективной
работы, предоставления блока учебной информации, блока заданий из банка заданий, дистанционная форма обучения).
Следовательно, функции компьютера в процессе обучения целесообразно
рассматривать в двух аспектах: компьютер как инструмент деятельности участников учебного процесса (преподавателя и студента) и компьютер в качестве
средства реализации отдельных функций участников учебного процесса.
Обоснование применения информационных технологий в обучении, опирается на внутренние закономерности обучения: связи между целями, содержанием образования, методами, средствами и формами обучения.
Дидактическая структура занятия с использованием компьютера.
Урок состоит из нескольких частей, которые связаны между собой и в
58
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
проходят в определенной последовательности. Махмутов [4] считает, что структура занятия должна быть трехуровневой: дидактический уровень (актуализация
прежних знаний и опыта, формирование новых понятий и способов действий,
применение усвоенного), деятельность обучаемого (воспроизведение прежних
знаний в новых условиях, восприятие новых понятий, осознание, осмысление,
применение), методическая (деятельность преподавателя).
Методическая подструктура: преподаватель осуществляет общее управление процессом обучения, компьютер в связке «человек-машина» не заменяет
преподавателя, а выступает как средство обучения, выполняющее некоторые
функции преподавателя: опрос (тестирование), иллюстрация процесса, опыта,
интерактивная демонстрация решения задачи, предоставление банка задач и т.д.
При интеграции компьютера в процесс обучения сохраняется и усиливается реализация основных дидактических принципов: научности (оптимизация
процесса отбора учебного материала, улучшение способов презентации и организации учебного материала), повышение эффективности управления процессом
усвоения знаний за счет использования возможностей компьютера по регистрации параметров обучения, сознательности (ориентация процесса человекмашина на возрастные особенности пользователей, их уровень владения учебными навыками), активности (интерактивности), систематичности и последовательности, прочности усвоения (наличие постоянной обратной связи, расширение возможностей на самостоятельную работу по ликвидации пробелов), учета
индивидуальных особенностей (адаптация к конкретному пользователю, тестирование исходного уровня и определение степени сложности, выбор индивидуального темпа работы, набор средств поддержки), наглядности (форма представления материала - все виды вербальной и невербальной наглядности).
Литература
1. Беспалько В.П. Образование и обучение с использованием компьютеров (педагогика
III тысячелетия). - М., 2002
2. Карамышева Т.В. Изучение иностранных языков с помощью компьютера. – СПб.:
Издательство «Союз», 2001.
3. Лебедева Т.Н. Занятие в компьютерном классе: математические модели содержания,
методики проведения и контроля/ Т.Н. Лебедева, Н.И. Миндоров, О.И. Перескокова,
С.В. Русаков ; Перм. Ун-т.-Пермь, 2005
4. Махмутов М.И. Современный урок: вопросы теории. М.: Педагогика, 1981.
5. Словарь справочник по педагогике/ Авт.-сост. В.А. Мижериков; Под общ. ред. П.И.
Пидкасистого. – М.: ТЦ Сфера, 2004.
6. Сташкевич И.Р. Компьютерное сопровождение учебного процесса/ Челяб. гос. ун-т.
Челябинск, 2004
59
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
ИНДИВИДУАЛИЗАЦИЯ
ПРОЕКТНОЙ
ОБУЧАЮЩИХСЯ
СРЕДСТВАМИ
КОММУНИКАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
ИНФОРМАЦИОННО-
Махотин Д.А., Федюшина М.М.,
Московский городской педагогический университет
Метод проектов сегодня является одной из самых популярных и эффективных технологий обучения в современной школе, реализующих личностноориентированный и деятельностный подходы к обучению подрастающего поколения и направленных, в первую очередь, на развитие творческих способностей,
развитие критического и рефлексивного мышления, формирование проектных и
коммуникативных умений, способностей сотрудничать и самообучаться.
Проектная составляющая деятельности как умение и готовность человека
проектировать в широком смысле этого слова связывается с необходимостью
проведения исследования, и с проявлением продуктивного и творческого мышления, и с анализом существующего состояния объекта (процесса), и с постановкой и разрешением реально существующих проблем, и с реализацией идей, концепций, конструктов с помощью разнообразных технологий создания нового и
т.д. В этом и заключается проектно-технологический компонент деятельности
человека, как в профессиональной сфере жизни, так и в быту, социальном взаимодействии личности.
Образовательная область «Технология» является, пожалуй, единственной
в рамках школьного образования, в которой официально закреплено и в полной
мере реализуется проектная технология обучения. И именно здесь подчеркивается комплексный характер проектной деятельности, при организации которой
учащийся не только проходит через все этапы проектирования и выполняет специфические для проектировщика виды деятельности, но и реализует внутрипредметные (между различными разделами программы и технологиями) и межпредметные (межнаучные, практико-ориентированные) связи через содержание
выполняемой деятельности.
Проблема индивидуализации обучения в современной педагогике связывается со способом организации обучения или подходам к организации различных способов обучения, при котором в максимальной степени учитываются индивидуальные особенности учащихся, и выстраивается оптимальная траектория
обучения, способствующая реализации потенциальных возможностей каждого
ребенка.
Индивидуализация как подход к организации учебного процесса заложен
уже в самой философии проектного метода. Об этом свидетельствует сравнительный анализ идей метода проектов, рассматриваемого в трудах Дж. Дьюи,
В.Х. Килпатрика, Ю.Л. Хотунцева, В.Д. Симоненко, Е.С. Полат, М.Б. Павловой,
Н.Ю. Пахомовой и других, и множества работ по индивидуализации обучения.
Основными сквозными линиями и того, и другого взгляда на организацию учебного процесса являются:
направленность на личность каждого ученика, учет его возрастных и личностных особенностей, способностей, интересов и склонностей;
60
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
организация учебной деятельности не в логике предмета (преподавания),
а, в первую очередь, в логике индивидуальных предпочтений учащихся (учения);
опора на субъективный опыт учащихся, включение этого опыта в учебный
процесс посредством частично-поисковых и исследовательских методов обучения;
предоставление учащимся возможности выбора учебных тем, вопросов,
проблем, заданий, объектов труда, времени и формы предоставления образовательного продукта, технологии выполнения работы;
направленность не только, и не сколько на формализованный результат
учебной деятельности, а на процесс выполнения работы, его творческую и мотивационную составляющую.
Информационные (информационно-коммуникационные) технологии сегодня понимаются шире, чем компьютерные и телекоммуникационные технологии. К ним можно отнести все технологии поиска, обработки и анализа информации, которые возможны как с помощью технических средств (компьютера,
факса, ксерокса, принтера, сканера и пр.), традиционных вербальных и невербальных средств общения людей друг с другом, так и технологий, связанных с
принятием решений в области экономики и управления (маркетинга, менеджмента, рекламы, имиджа и пр.). Основными, объединяющими чертами всего этого разнообразия технологических средств служат следующие:
технологические особенности работы с информацией (поиск, анализ, передача, сохранение, оценка, рефлексия и т.д.);
принятие логически обоснованных решений (часто в условиях неопределенности и недостатка информации);
применение математических, статистических, социологических, психолого-педагогических и других методов обработки информации.
В проектной деятельности школьников (за исключением информационных и телекоммуникационных проектов) практически на каждом этапе за исключение технологического, связанного с обработкой конструкционных и декоративных
материалов,
используются
различные
информационнокоммуникационные технологии, либо это применение компьютера и других технических средств для выполнения и оформления проекта, либо выбор материальных или технологических средств деятельности, либо коммуникативные аспекты групповой работы, связанные с выполнением коллективных проектов. В
основном эти виды работы варьируются в зависимости от индивидуальных особенностей учащихся и специфики руководства проектной деятельностью учителем.
61
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ – КОМПЬЮТЕРНЫЕ МОДЕЛИ В
ОБУЧЕНИИ СТУДЕНТОВ – БУДУЩИХ ПЕДАГОГОВ ФИЗИКЕ И
МЕТОДИКЕ ЕЁ ПРЕПОДАВАНИЯ
Моисеев С.Г.
Рязанский государственный университет им. С. А. Есенина
Уровень интеллектуализации общества определяется эффективностью использования перспективных технологий. В настоящее время катализатором научно-технического и общественного прогресса являются информационные и коммуникационные технологии. Экспоненциальный характер развития информационных и коммуникационных технологий определяет актуальность исследования
проблем их использования в системах образования, в частности, в направлении
информатизации процесса обучения с целью повышения эффективности усвоения учебного материала.
Среди всех учебных дисциплин физика – наиболее поддающийся компьютеризации предмет. Технические возможности современных компьютеров растут
очень быстро, так же быстро растут и количество программ по физике и их технические и дидактические возможности. Физика - наука экспериментальная, ее
всегда преподают, сопровождая экспериментом. Использование компьютеров в
обучении физики изменяет методику ее преподавания как в сторону повышения
эффективности обучения, так и в сторону облегчения работы учителя.
Одним из наиболее перспективных направлений использования информационных технологий в физическом образовании является компьютерное моделирование физических процессов и явлений. Компьютерные модели легко вписываются в традиционный урок, позволяя учителю продемонстрировать на экране компьютера многие физические эффекты, а также позволяют организовать
новые нетрадиционные виды учебной деятельности. При грамотном использовании компьютерных моделей физических явлений можно достичь многого из того, что требуется для неформального усвоения курса физики и для формирования физической картины мира. Компьютер помогает сделать это и в неблагоприятных условиях, таких как: отсутствие интереса к предмету у обучаемого, когда
он считает, что физика в дальнейшем ему не будет нужна; отсутствие способностей к изучению точных наук; нехватка лабораторного оборудования.
Использование средств ИКТ при обучении физике в средней школе и в педагогическом ВУЗе способствует повышению эффективности усвоения учебного
материала, позволяет обучаемым облегчить восприятие и понимание учебного
материала, способствует усилению положительной мотивации учения, развитию
самостоятельности и познавательного интереса обучаемых. Особенно это касается использования компьютерных моделей экспериментальных задач. Как правило, учащиеся с особым энтузиазмом берутся за решение экспериментальных задач как реальных, так и модельных. Несмотря на виртуальность, последние также
очень полезны, так как позволяют учащимся увидеть живую связь компьютерного эксперимента и физики изучаемых явлений. Обучаемые могут управлять процессами, изменяя соответствующие параметры модели. Компьютерное моделирование может заменить сложные дорогостоящие и опасные опыты, экономит
время при подготовке к урокам и на самих уроках. Экспериментальные компью62
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
терные задачи-модели, являясь заданиями творческого и исследовательского характера, существенно повышают заинтересованность учащихся в изучении физики и являются дополнительным мотивирующим фактором. Ведь знание физики
необходимо им для получения конкретного, видимого на экране компьютера результата. Учитель в таких случаях является лишь помощником в творческом процессе формирования знаний.
Очень важно строить обучение таким образом, чтобы обучаемый понимал,
что задачу решает он, а не машина, что только он несет ответственность за последствия принятого решения. Обучаемые теряют интерес к работе, если в конце
занятия уничтожаются плоды их труда, поэтому необходимо использовать выполненную ими работу при создании программных продуктов или разработке методических материалов.
Возможности средств ИКТ могут быть реализованы в электронных средствах
образовательного назначения (ЭСОН). Однако большая часть существующих
ЭСОН предназначена для самостоятельного изучения и не предполагает работы с
ними в классе, учебный материал не разделен на отдельные уроки и конкретные
тематики, не выполнена разбивка по учебным четвертям и классам. Структура и
содержание этих программных продуктов не предусматривают: адаптацию под
профиль школ, под уровень начальных знаний школьников, личностную ориентацию школьников, модификацию с учетом требований учителя физики для реализации собственной методики обучения.
Поэтому необходимо программирование педагогических приложений по физике как дополнение к существующим ЭСОН, представляющих собой как отдельные модули, так и целые программные продукты, учитывающие особенности
авторских методик преподавания физики в школе, контингент обучаемых, их начальный уровень знаний, специфику обучения в конкретных условиях каждой
школы и т.д.
Существует множество компьютерных программно-методических материалов
по физике, которые можно использовать в качестве основы для обучения студентов решению экспериментальных задач-моделей, например: «Использование
Microsoft Office в школе», «Дифракция», «Оптическая скамья», «Геометрическая
оптика на вашем компьютере», «Физика. Основная школа» и другие, а также
применять их при изучении физики в средней школе.
АДАПТАЦИЯ
К
ПРОФЕССИОНАЛЬНО-ПЕДАГОГИЧЕСКОЙ
ДЕЯТЕЛЬНОСТИ МОЛОДОГО УЧИТЕЛЯ
Овсянникова А. А.
ВГИПУ, МОУ СШ № 93 Нижний Новгород
Профессиональная адаптация представляет собой длительный последовательный процесс, включающий подготовительный период, который завершается
выбором профессии и подготовкой к будущей профессиональной деятельности,
и непосредственный период адаптации на рабочем месте. Подготовительный период играет ключевую роль в успешности профессиональной адаптации и предоставляет эффективные средства управления данным процессом.
63
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
Молодой педагог, вступая в педагогическую деятельность, попадает в новую для него социальную и профессиональную среду, в новые режимы умственных и физических нагрузок, в новую сферу отношений и взаимодействий. Начинающий работник вынужден мобилизовывать волю, энергию, физическую силу,
сдерживать эмоции, вести поиск резервов в борьбе с дискомфортом, стрессорами. При этом происходит ломка прежних стереотипов деятельности, формируются новые наклонности, убеждения, знания, умения, навыки и привычки адекватного поведения. Процессы – сопровождающие адаптацию, затрагивают все
уровни – от физиологических реакций организма до психологической регуляции
деятельности.
Адаптация молодого преподавателя характеризуется следующими видами:
• Физиологическая адаптация (функций органов и систем, обмена веществ,
эндокринной регуляции, нервной регуляции);
• Социально-психологическая адаптация (формирование нового психологического стереотипа поведения, коррекция личностных качеств в соответствии с требованиями, предъявляемыми новой деятельностью, приспособление к новому коллективу и т.д.);
• Профессиональная адаптация (к новым условиям труда, к профессии педагога и воспитателя, к новому предметному содержанию педагогической
и трудовой деятельности, к необходимости постоянного совершенствования уровня знаний и педмастерства).
В зависимости от особенностей характера молодой учитель может выбрать один из типов адаптации: активный (включение и взаимодействие с социальной средой – конструктивная адаптация) или пассивный (безоговорочное
приспособление к среде, принятие целей и ценностных ориентаций нового для
него социума без попыток активного взаимодействия с другими объектами системы). Главными ресурсами адаптационного процесса начального периода педагогической деятельности молодого учителя являются способности на психологическом и физиологическом уровнях приспособить свой организм к новой для
него профессиональной деятельности. Для эффективной адаптации начинающих
преподавателей основным видом их познавательной и формирующей профессиональной деятельности следует признать самостоятельную работу, самообразование, самовоспитание, самоанализ, самоконтроль, то есть личностное адаптационное усовершенствование.
Уровни профессиональной адаптации можно определять по пятиступенчатой шкале: негативный (очень низкий), пассивный (низкий), среднеактивный
(удовлетворительный), активно-продуктивный (высокий) и творческий (очень
высокий). Однако на практике можно ограничиться трехступенчатой оценкой
уровней профессиональной адаптации: низкий, средний и высокий. Для успешной профадаптации любой преподаватель должен уметь работать самостоятельно, без наставника, постоянной помощи и контроля извне.
Завершение периода профессиональной адаптации у каждого педагога индивидуально и зависит от множества факторов, но в целом оно связано с понятием «адаптированность», которую мы определяем как освоение норм профессиональной деятельности. Достижение соответствия нормам обеспечивает качественную профессиональную деятельность, оптимальную работоспособность и является непременным условием для развития творческих способностей педагога,
64
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
совершенствования профессионального мастерства, формирования индивидуального стиля деятельности.
Факторы, влияющие на процесс адаптации начинающего преподавателя:
• Индивидуальные особенности и качество подготовки (настойчивость, целеустремленность и приобретение знаний; индивидуальные особенности
учителя; качество подготовки выпускников педагогических вузов; способность системного образования формировать навыки творческого мышления и практической деятельности);
• Материальные и социальные факторы (отношение государства и общества
к профессии учителя, ее престиж; материально-техническое обеспечение
образования и конкретного образовательного учреждения; условия труда
и отдыха учителя; возможность повышения квалификации и профессионального роста молодого учителя; и т.д.);
• Условия профессиональной среды (взаимодействие администрации образовательного учреждения и молодого учителя; психологический климат
педагогического коллектива; качество помощи со стороны наставника,
опытных коллег, коллектива; эффективность взаимодействия с учениками
и их родителями; и т.д.).
Адаптацию можно считать успешной, если в ходе приспособления молодого специалиста достигнуты положительные результаты в профессиональной
сфере (в целом освоена педагогическая деятельность, осуществляется творческий подход к методикам преподавания, профессиональное мастерство высоко
оценивается коллегами и учащимися, сфере отношений и взаимодействия с коллегами отмечается психологический комфорт, а психофизиологическое состояние не приводит к появлению нервно-психических заболеваний). В таком случае
можно говорить об оптимальной адаптации, которая основывается на следующих показателях:
• Профессиональные (положительная динамика успеваемости и дисциплины; продуктивное взаимодействие с учащимися и их родителями; бесконфликтное, партнерское отношение с коллегами; рост профессионального
мастерства, деловой, профессиональной и социальной активности; удовлетворенность выбранной профессией и своей практической деятельностью);
• Индивидуально-психологические (устойчивость мотивации деятельности;
отсутствие страха перед классом и учениками; психологический комфорт
в педагогическом коллективе; рост уверенности в своих профессиональных возможностях и результатах деятельности; устойчивая работоспособность; коррекция личностных особенностей, затрудняющих педагогическую деятельность; сохранение и укрепление здоровья, отсутствие вновь
выявленных нервно-психических и соматических заболеваний).
Таким образом, только тот молодой педагог, который оптимально адаптирован к выбранной профессии, может с легкостью заниматься педагогической
деятельностью.
65
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
ИЗУЧЕНИЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ В КУРСЕ “ОСНОВЫ ЭВТ” В
ПЕДАГОГИЧЕСКОМ ИНСТИТУТЕ.
Печенов Владимир Владимирович
Коломенский педагогический институт
Микроконтроллеры – программируемые электронные приборы, получившие
широкое применение в устройствах обработки информации. Они широко применяются
в промышленных системах контроля и управления, модемах, сотовых телефонах, интеллектуальных датчиках, материнских платах компьютеров, модемах, сложных бытовых приборах. Современный микроконтроллер представляет собой однокристальную
микро-ЭВМ с встроенными периферийными устройствами. Это порты ввода-вывода,
ЦАП и АЦП, таймеры и интерфейсы. Большинство микроконтроллеров содержит энергонезависимую память и допускает многократное внутрисхемное программирование.
Микроконтроллеры имеют развитую систему аппаратных прерываний.
Архитектура микроконтроллера повторяет в миниатюре архитектуру “обычной”
ЭВМ, что дает возможность при небольших затратах изучать взаимодействие узлов
электронно-вычислительной техники и основы программирования. Схемы устройств с
применением микроконтроллеров достаточно просты и позволяют наглядно показать
взаимодействие этих устройств с внешними объектами.
В рамках предмета ”Основы ЭВТ” изучаются комбинационные и последовательностные цифровые схемы, элементы памяти, процессоры, архитектура ЭВМ и основы программирования в машинных кодах. Логично завершить изучение элементной
базы цифровой техники рассмотрением работы микроконтроллеров и различных практических приложений с их использованием.
На кафедре теоретической физики Коломенского Государственного педагогического института разработан цикл лабораторных работ по изучению микроконтроллеров. В лабораторных работах изучается архитектура, система команд, способы вводавывода информации, аппаратные прерывания микроконтроллеров, способы программирования микроконтроллеров AVR фирмы Atmel. Эти приборы содержат быстродействующий RISC-процессор, FLASH-память, большой набор периферийных устройств.
По совокупному интегральному параметру "энергопотребление - производительность цена" AVR-контроллеры – одни из лучших.
Учебный стенд представляет собой плату с установленными на ней микроконтроллером, устройствами индикации и элементами управления. Стенд соединяется с
персональной ЭВМ для занесения управляющей программы. Для программирования
используются программы, свободно распространяемые фирмой Atmel. Стенд прост в
изготовлении и содержит распространенные элементы. Программное обеспечение доступно в сети Интернет. По сравнению с известным стендом Микролаб 80, предлагаемая
установка позволяет изучать не только систему команд, но и рассмотреть большое количество практических применений микроконтроллеров в устройствах управления и в
устройствах обработки информации.
В рамках цикла лабораторных работ студенты изучают:
внутрисхемное программирование микроконтроллеров,
управление внешними устройствами с помощью линий ввода/вывода портов на
примере светодиодов и цифровых индикаторов,
применение микроконтроллеров для управления шаговыми двигателями, для генерации электрических колебаний заданной формы,
измерение временных интервалов и частоты электрических колебаний.
66
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
Студенты получают основные представления об основных характеристиках современных микроконтроллеров, их возможностях и областях применения, в том числе
и в профессиональной области. При выполнении курсовых работ студенты разрабатывают демонстрационные и измерительные физические приборы для применения на
уроках физики. Такие приборы позволяют улучшить качество учебных занятий при незначительных затратах на изготовление оборудования. Применение некоторых приборов дает возможность поставить новые демонстрации и лабораторные работы по физике, повысить наглядность и точность эксперимента.
Генератор инфрачастотных электрических колебаний на основе микроконтроллера позволяет показать сдвиги фаз между током и напряжением в цепях переменного
тока. Период колебаний составляет несколько секунд, что позволяет наблюдать за изменениями мгновенных значений токов и напряжений с помощью стрелочных демонстрационных вольтметров и амперметров.Связь между фазами колебаний становится
для учеников более наглядной, чем с помощью двухлучевого осциллографа. При введении понятия реактивного сопротивления удобно измерять амплитудные значения токов и напряжений. Это облегчает понимание учащимися физического смысла вводимой
величины. Демонстрация позволяет показать зависимость реактивного сопротивления
от частоты переменного тока и от величин емкости и индуктивности участка цепи.
С помощью такого прибора можно продемонстрировать работу одно- и двухполупериодного выпрямителей. Применение источника инфрачастотных колебаний и
стрелочных измерительных приборов делает протекающие в схеме процессы более наглядными для учащихся.
При подготовке учителей технологии важно показать детали работы и принцип
действия узлов станков с ЧПУ. Установка с применением фотодатчиков положения и
шагового двигателя, управляемого с помощью микроконтроллера, показывает работу
исполнительного механизма узла подачи режущего инструмента. Студенты сами пишут
простые программы для управления движением узла подачи, и это позволяет им лучше
понять структуру и детали языков программирования для управления станками.
Опыт показал, что создание описанного практикума по изучению основ работы
и применения микроконтроллеров позволяет улучшить эффективность учебного процесса, а также поднять интерес будущих учителей к изучению предмета.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНТЕРНЕТ-САЙТА В ПРОЦЕССЕ ПОДГОТОВКИ
ПРЕПОДАВАТЕЛЕЙ
Плетнев А.Э.
Лицей ГУ ВПО «Белорусско-Российский университет»
Говоря о компетенциях педагога нельзя забывать, о том, что все они являются динамическими функциями, многих переменных. Но главным образом,
компетенции педагога зависят от времени и играют существенную роль в учебно-воспитательном процессе.
Компетентный учитель должен владеть последней информацией не только
по своему предмету, но и в области новейших образовательных технологий.
Повышать свою компетентность настоящий педагог должен в течение
всей жизни. Для этого необходимо одновременно работать в нескольких направлениях:
67
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
1. накапливать, обобщать и систематизировать свой педагогический опыт
по средствам создания собственной авторской дидактической системы, портфолио или личной странички в Интернете;
2. на протяжении своей педагогической деятельности учиться, повышая
тем самым свою педагогическую компетентность;
3. участвовать в обмене опытом, используя новые встречи и знакомства;
4. постоянно быть в состоянии поиска интересного, для повышения мотивации обучения у учащихся;
5. уметь работать со всеми источниками информации, в том числе и с Интернетом.
Один из эффективных методов повышения профессиональной компетентности учителя – сесть за парту и учиться.
Конечно же «Парта для учителя» это не предмет мебели, а страничка в
Интернете http://www.partainter.net .
Информация на сайте классифицирована по ее применению:
1. каждый педагог, может выбрать интересующую его отрасль знаний:
«Физика и астрономия», «Химия и биология», «Математика и информатика»,
«Администратору на заметку» ..., по которой можно найти дидактический материал для подготовки учащихся к олимпиадам, для проведения лабораторных работ и внеклассных мероприятий, а также программное обеспечение и методическую литературу.
2. многие учебники можно скачать в интернете, что значительно облегчает
работу учителя; информацию об этом можно найти на страницах «
Литература» и «Периодика»;
3. курсы, конференции и конкурсы, участие в которых оказывает положительное влияние на развитие педагогических компетенций, также освещены на
соответствующей странице;
4. знакомства с педагогами, способствующие обмену опытом происходят
по ссылке «Персоны»; именно здесь можно не только ознакомиться с авторами
сайтов, но и с их обобщенным педагогическим опытом, рассмотреть примеры
авторских дидактических систем;
5. ответы на многие вопросы можно получить, посетив страничку «Учебные заведения»;
6. выступления педагогов по острым вопросам можно «услышать» с
«Трибуны»;
7. не малую роль играет «Гостевая книга», обеспечивающая общение посетителей друг с другом и с авторами сайта, что делает его интерактивным, актуальным, живым и развивающимся.
Многое, а может быть, со временем, и все необходимое для повышения
компетентности учителя, можно будет выучить за «Партой для учителя»
(http://www.partainter.net), ведь отдавая то, чего не жалко, можно получить то,
что давно искали.
68
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
ИНФОРМАЦИОННЫЕ
ТЕХНОЛОГИИ
ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
В
УЧРЕЖДЕНИЯХ
Рябова О.Н.
ГОУ ВПО Шуйский государственный педагогический университет
В качестве основной тенденции обновления и развития системы образования в России все заметнее проявляется ориентация на образование как на культуросозидающий и человекообразующий процесс. Воспитание человека нового
типа мышления, обладающего не только высоким профессионализмом, стремлением к творчеству, но и способного к самосовершентсвованию как в профессиональном, так и в личностном плане, - это задача, которую должно решать сегодня образование.
Своеобразным, самобытным фактором развития личности современного
школьника, создающим условия для его самореализации, является сегодня система дополнительного образования. Именно это образование является сферой
свободного проявления интересов учащихся.
В последнее время все больше в сферу дополнительного образования входят нетрадиционные формы детских образовательных объединений; привычные
кружки сменяют студии, академии, мастерские, гимназии, школы. Все это способствует появлению для учреждений дополнительного образования новых инновационных образовательных структур, кроме этого апробируются авторские
образовательные программы, новые методики и информационные технологии
обучения и воспитания учащихся.
Одной из наиболее часто встречающихся форм организации деятельности
учреждений дополнительного образования являются студии - это сравнительно
новая форма работы в области внешкольного образования. В настоящее время
особой популярностью среди детей пользуются студии «Театр моды». В этих
студиях ребята одновременно и актеры, и художники-модельеры и портные.
Подготовка изображений коллекций одежды традиционным методом
очень трудоемка и имеет ряд недостатков, поэтому для более эффективного использования времени и знакомства с современными технологиями более целесообразно использовать компьютер. Подготовка изображений при помощи компьютера должна познакомить учащихся с разнообразными программными средствами обработки графики на компьютере, показать, как можно автоматизировать
работу.
Использование компьютера для этих целей во многих случаях упрощает
процесс проектирования моделей одежды и позволяет за меньшее время создать
и рассмотреть большее количество вариантов коллекций, повысить точность и
аккуратность выполнения работы. Важно, что после завершения работы над изображением коллекций их можно использовать многократно и трансформировать.
Созданные учащимися работы можно даже разместить в электронной базе данных для дальнейшего применения.
Существующие демонстрационные слайд-фильмы на дисках познакомят
учащихся с различными коллекциями выкроек, рисунков и фотографий одежды.
А моделирующие программы позволят создать изображение необходимого объекта или размера. Хорошо если есть доступ в Internet, это даст возможность вы69
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
полнить более глубокие исследования, предлагать больше различных идей и изготовить более сложные изделия.
Возможности использования компьютера на занятиях учреждений дополнительного образования очень широки. Поэтому при использовании компьютера
в обучении необходимо знать возможности программного обеспечения. Программное обеспечение, используемое в учебно-воспитательной деятельности
можно разделить на следующие группы:
- создание учебных программ высококвалифицированными программистами на различных языках программирования;
- использование универсальных инструментальных комплексов для разработки и редактирования учебных программ.
Преимущество последней группы в том, что процесс разработки учебных
программ является более технологичным и позволяет легко вносить изменения в
готовые программы. Использование компьютера дает возможность более широко применять дифференцированные методы обучения (индивидуальный темп,
просмотр материала, контроль), что особенно важно для дополнительного образования.
Однако для применения компьютера на занятиях учреждений дополнительного образования необходимо:
- изменение традиционных форм ведения занятий, которое потребует усилий и
временных затрат для изучения новых программных средств и методики их
применения;
- наличие у учащихся начальных знаний по использованию компьютера;
- соответствие материально-технической базы и специалистов, которые будут
ее обслуживать.
Все выше перечисленное требует определенных затрат, однако они будут
оправданы, так как применение компьютера в учреждениях дополнительного
образования позволит учащимся освоить новые информационные технологии и
получить навыки работы на компьютере.
КОМПЬЮТЕРНОЕ
ТЕСТИРОВАНИЕ
С
ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПРОГРАММЫ MACROMEDIA FLASH MX
Свистунова Е.Л.
Московский государственный областной университет
В настоящее время электронная система проверки знаний учащихся становится все более популярной в различных учебных заведениях, так как она позволяет значительно ускорить процедуру подведения итогов выполненных работ
и повышает объективность оценки. Возможность использования для этой цели
готовых программ, имеющихся на рынке, весьма ограничена, в связи с тем, что
не все они могут быть адаптированы к различным дисциплинам и способны охватить все многообразие возникающих у преподавателей вопросов. Поэтому чаще всего для создания электронных тестов (контрольных, экзаменационных работ и т.д.) в каждом конкретном случае привлекают программистов. В то же
время существует ряд популярных компьютерных технологий, позволяющих
грамотному пользователю решать подобные задачи самостоятельно. Известны
70
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
примеры применения для этой цели программ: MS Excel, MS Access, «О, счастливчик!», Puzzle и т.д. Используя их, преподаватель может самостоятельно подготовить тесты или другие электронные проверочные работы в рамках своей тематики и оценивать знания своих учащихся по своему критерию оценки в автоматическом режиме.
Рис. 1.
Интересные возможности для решения подобных задач предоставляет одна из наиболее популярных программ компьютерной графики и анимации –
Macromedia Flash MX. Подобно другим программам этого класса, она располагает широким набором инструментов и средств для создания рисованных объектов, а также их изменения во времени и/или в пространстве. Кроме того, с ее помощью можно создавать интерактивные ролики. Для этого используется специальный язык сценариев – Action Script, разработанный таким образом, чтобы
быть понятным даже человеку далекому от программирования. Сочетание указанных возможностей Macromedia Flash MX позволяет относительно легко подготовить красиво оформленные и эффективно работающие электронные тесты.
Ниже приведена схема разработки компьютерных тестов в этой программе. Тесты представляют собой анимационный ролик, содержащий кроме декоративных
элементов (фон, рисунки и т.п.) текстовые поля и управляющие кнопки. Количество ключевых кадров на основной шкале времени должно быть равно количеству вопросов в тесте. Кроме того, необходим отдельный кадр с результатами. Если требуется, можно добавить кадры, предназначенные для ввода личных данных учащегося и какой-либо поясняющей информации. В примере, приведенном
на рис.1. показана шкала времени для компьютерного тестирования по теме
«Основы компьютерной графики», содержащего 14 вопросов (14 кадров), два
вступительных и один итоговый кадры. Варианты оформления тестов могут
быть самыми разнообразными и определяются вкусами разработчика. Примеры
оформления кадров для ввода личных данных, вопросов и вариантов ответов
приведены на рис. 2, 3. В данном случае выбор правильного ответа осуществляется вводом номера, соответствующего правильному ответу, в предназначенное
для этого поле (поле ввода).
71
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
Рис. 3.
Рис. 2.
За каждый правильный ответ назначается 1 балл, неправильный – 0 баллов. Результаты тестирования выводятся в итоговом кадре, пример которого
приведен на рис.4. В данном случае указаны баллы за каждый из 14 ответов (0
или 1), выведены суммарный балл и оценка за тестирование. Был определен следующий критерий оценки результатов: если количество правильных ответов
>=12, то тестируемый получает отметку «отлично», =11 - «хорошо», =10 «удовлетворительно», меньше 10 - «неудовлетворительно». Критерий оценки
при необходимости может быть изменен.
Рис.4.
Текстовые поля с баллами за каждый ответ, с суммарным баллом, а также
результатами тестирования относятся к так называемым динамическим текстовым полям (рис.4.). Поля, предназначенные для ввода фамилии и имени (рис.2.),
а также номеров правильных ответов (рис.3.) относятся к полям ввода. Динамические текстовые поля и поля ввода используются в программном коде Action
Script (см. ниже). Каждому из них присваивается имя и, при необходимости, назначаются переменные. Текстовые поля, в которых введены вопросы, варианты
ответов (рис.3.) и подобные им, используемые для пояснений и оформления относятся к статическим. Они не используются в программном коде и поэтому им
не присваиваются имена.
Кнопки «Далее» осуществляют переход от предыдущего к следующему
кадру с помощью простого кода Action Script: on (release) {nextFrame();}. Необходимо также отметить, что для того, чтобы передать управление роликом кноп-
72
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
кам в первый ключевой кадр вводится код: stop(); . Главный код, позволяющий
вывести на последней странице результаты тестирования, «привязывается» (добавляется) к кнопке «Далее», находящейся на предпоследнем кадре: on (press)
{nextFrame();
Comp1.text="Уважаемый студ."+" "+Name1+"!"+" "+"Вы набрали следующее количество баллов:"; /Comp1 – имя верхнего динамического поля на
рис.4, Name1 – имя переменной, назначенной полю ввода фамилии на рис.2./
if(Otv1==2){Bal1.text=1;} /Otv1, Otv2, …Otv14 – имена полей ввода номеров правильных ответов, например, на рис.3. это Otv2, Bal1, Bal2, …Bal14 - имена динамических полей, указывающих баллы за каждый ответ (рис.4.)/
else{Bal1.text=0;} if(Otv2==1){Bal2.text=1;} else{Bal2.text=0;} …
if(Otv14==4){Bal14.text=1;} else{Bal14.text=0;}
sum=a*1+b*1+c*1+d*1+e*1+f*1+g*1+h*1+i*1+j*1+k*1+l*1+m*1+n*1;
/sum, a, b, …, n – переменные, назначенные динамическим полям с суммарным
баллом и полям, показывающим баллы за каждый ответ (рис.4.). Умножение на
единицу в формуле суммирования производится для того, чтобы определить числовой статус данных текстовых полей/
if(sum>=12){Comp2.text="отлично!";} /Comp2 – имя динамического текстового поля с оценкой/
if(sum==11){Comp2.text="хорошо!";}
if(sum==10){Comp2.text="удовлетворительно";}
if(sum<=10{Comp2.text="неудовлетворительно";}}
В последнем кадре можно поместить кнопку, с помощью которой можно
вернуться в первый кадр и начать тестирование заново – кнопку «Повтор». Для
этого к кнопке привязывается сценарий: on (press) {gotoAndPlay(1);}.
Разработанные описанным выше способом тесты могут быть использованы при работе в Сети. Для этого нужно сохранить (опубликовать) данный ролик
в формате HTML.
В настоящее время тесты, подготовленные по описанной выше методике,
регулярно используются на кафедре основ производства и машиноведения факультета технологии и предпринимательства Московского государственного областного университета для контроля знаний студентов по следующим дисциплинам: «Информационные технологии», «Основы механики жидкости» и «Детали машин».
ВОСПИТАТЕЛЬНЫЙ АСПЕКТ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО ИСПЫТАНИЯ
Стротова М.Н.
Рязанский государственный университет им. С. А. Есенина
Интеллектуальное испытание являет собой пример управляемого тренинга,
подготовки школьника к будущей «взрослой» жизни, представляющей собой, как
известно, бесконечную цепь весьма непростых испытаний. Следовательно, воспитательный аспект подобного испытания можно рассматривать как определенную форму воздействия на испытуемого школьника. Тот факт, что режим этого
73
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
воздействия задается непосредственно педагогом, превращает интеллектуальное
испытание в инструмент формирования личностных качеств учащегося.
Так как школьник является не «машиной для решения физических задач», а
живым человеком, которому присущи различные психофизические состояния и
психологические особенности подросткового и юношеского возраста, то необходимо учитывать состояние школьника и понимать, что для него любое испытание
является стрессом. Результат контроля испытания зависит от уровня сложности
заданий, а также от ориентации на вид деятельности при выполнении заданий.
Соединить все воедино в рамках одной задачи сложно, поэтому одна из
возможностей решения этой проблемы состоит в том, что разные виды деятельности можно разнести по различным заданиям. Задачи, в зависимости от ориентации на определенный вид деятельности, можно разделить на репродуктивные,
продуктивные, репродуктивно – продуктивные. В итоге, необходимо решить, в
каком сочетании должны быть представлены в подборке эти типы задач, опираясь на возможность различия их по уровню сложности.
В данный момент подготовлен сборник задач по физике, откалиброванных
по уровню сложности, для учащихся средних школ. Данный сборник позволяет
составлять контрольные и самостоятельные работы, контролируя степень нагрузки на школьника и моделировать различные ситуации: успеха, неудачи, разбиения
на несколько подансамблей и т.д..
АКТИВИЗАЦИЯ
ТВОРЧЕСКОГО
НАЧАЛА
ПРИ
ПОДГОТОВКЕ
СПЕЦИАЛИСТОВ С ВЫСШИМ ПЕДАГОГИЧЕСКИМ ОБРАЗОВАНИЕМ
ЗА
СЧЕТ
ПРИВЛЕЧЕНИЯ
ИНФОРМАЦИОННО КОММУНИКАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Твердынин Н.М., Дегтярев Е.Ф., Фомина Т.Т.,
Московский городской педагогический университет
Подготовка учителя технологии в настоящее время не мыслится без широкого использования информационных технологий. К сожалению, до последнего времени основное внимание уделялось лишь формальным показателям, главным из которых было увеличение количества компьютеров и степень их использования в учебном процессе. С появлением первых цифровых приборов и компьютерных систем сначала в научно-исследовательских, а затем и в учебных лабораториях, были созданы условия для качественного улучшения процесса обучения.
Информационно-коммуникационные технологии (ИКТ) позволяют значительно активизировать процесс обучения в учебных заведениях различного
уровня профессионального образования (начального, среднего и высшего). На
факультете технологии и предпринимательства Московского городского педагогического университета (ГОУ МГПУ) в последние годы ведется значительная
работа по привлечению ИКТ в учебный процесс и научно-исследовательские
разработки, проводимые на кафедре машиноведения, кафедре дизайна и технологии и лаборатории этнокультурного образования. Рассмотрим основные направления этой работы и ее особенности.
74
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
На кафедре машиноведения ИКТ находят применение при выполнении
студентами лабораторного практикума по ряду дисциплин, в том числе материаловедению и машиноведению. В процессе проведения лабораторных работ по
таким темам, как кристаллизация, термическая обработка металлов, свойства волокон, хрупкое и пластичное разрушение материалов и ряд других представляется целесообразным индивидуализировать учебный процесс, сделав студента не
просто зрителем демонстрационного опыта, а полноправным участником научного (пусть и упрощенного) эксперимента. При этом компьютерные технологии
помогают студенту сохранить результаты своего исследования, повторить их,
«проигрывая» повторно на экране дисплея, выделяя какие-то наиболее важные с
его точки зрения моменты, продемонстрировать полученные данные своим товарищам, обсуждая их с ними и преподавателями. Это, естественно, дает качественно более высокий уровень усвоения содержания изучаемого предмета, чем
при рассмотрении протокола работы, которую «доцент сделал под наблюдением
студента» и прививает студенту творческие навыки самостоятельного научного
исследования. Конечно, разработка обеспечения подобных лабораторных работ
требует значительных усилий от преподавателей, заставляя их не только многократно предварительно «проигрывать» лабораторный эксперимент, но и значительно обновлять методическую базу, добиваясь оптимального сочетания естественнонаучных и компьютерных методов исследования. Однако, опыт последних четырех лет работы показал, что качество усвоения материала при таком
подходе значительно повышается, поскольку при ответах у студента возникают
не только ассоциации с картинкой (схемой, графиком) из учебника, но и теми
образами, которые отражают его собственные результаты. Даже достаточно ленивый студент вынужден при подготовке к сдаче лабораторной работы и ответах
на вопросы, провести сравнительный анализ литературного (лекционного, демонстрационного) материала и своих собственных результатов. Для студента же
активно мотивированного на учебу подобная организация учебного процесса
становится хорошей школой обучения первоначальным навыкам проведения научного исследования.
Основная сложность в предлагаемом использовании ИКТ в учебном процессе заключается в сочетании компьютерной техники и современного лабораторного оборудования. К сожалению, следует констатировать, что именно приобретение современных лабораторных приборов и инструментов и расходных
материалов к ним являются главной проблемой в обеспечении лабораторного
практикума практически по любой учебной дисциплине. К настоящему времени
стоимость компьютерной техники относительно стабилизировалась, а взятый
курс на компьютеризацию образования сформировал у административных
структур убежденность в необходимости выделения средств на ее приобретение.
В тоже время стоимость научных приборов и оборудования постоянно растет, и
далеко не всегда считается целесообразным выделение на их приобретение значительных сумм. (Следует, правда отметить, что руководство ГОУ МГПУ такие
средства выделяет в достаточно большом объеме.)
При использовании лишь демонстрационных свойств компьютерной техники степень активного усвоения изучаемого материала будет неизбежно снижаться. Это естественно, поскольку наглядно-иллюстративный метод (как и всякий другой) имеет ограничения и его совершенствование (даже с применением
75
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
самых совершенных компьютерных технологий) не способно решить все проблемы обучения. Именно поэтому на кафедре машиноведения был создан ряд
экспериментально-лабораторных установок с ориентацией их на учебный процесс. (Преподаватели кафедры отмечены дипломами Всероссийского конкурса
научно-технического творчества молодежи в 2005 и 2006 годах.)
Другим направлением, разрабатываемым на факультете, и активно использующим ИКТ является деятельность лаборатории этнокультурного образования. Тематика исследований, проводимых в лаборатории, во многом базируется на использовании тех возможностей, которые предоставляют эти технологии
для обмена информацией по таким вопросам, как конструирование и моделирование народного костюма, изготовление народных музыкальных инструментов,
предметов народного быта. Взаимодействие в виртуальном этнокультурном пространстве, естественно не может полностью заменить реальное общение. В тоже
время многие сведения, которые были ранее доступные лишь при непосредственном обращении с носителями этнокультурных традиций или обращении к
музейным экспонатам, становятся доступными для студента выполняющего
творческую работу при возникновении непосредственной необходимости в ознакомлении с таким материалом.
Помимо перечисленных работ на факультете технологии и предпринимательства был проведен ряд исследований, касающихся вопросов восприятия различными категориями студентов, имеющих неодинаковую предварительную
подготовку (общеобразовательная школа, разнопрофильные училища и колледжи) различных технических и технологических дисциплин. Полученные результаты выявили наличие значительной социальной составляющей при освоении и
использовании студентами различных технологий, в том числе и информационно-коммуникативных. При этом сравнение с другими группами учащихся, например, студентами-гуманитариями показало, что последние в ряде случаев гораздо легче переходят к применению ИКТ, но в тоже время несколько хуже используют их в самостоятельной работах, связанных с элементами самостоятельного научного исследования и имеющими поисковый характер.
Таким образом, результаты проделанной в последние годы работы с использованием ИКТ на факультете технологии и предпринимательства ГОУ
МГПУ позволяют сделать следующие выводы:
1. Применение ИКТ в учебном процессе значительно улучшают восприятие студентами сложного теоретического материала и позволяют качественно
улучшить процесс проведения лабораторного практикума по ряду изучаемых
дисциплин.
2. Использование ИКТ позволяет более легко, чем при применении традиционных методик, формировать у студентов навыки научного исследования, что
особенно ценно при выполнении творческих и дипломных работ.
3. При анализе разнообразных и сложных материалов, имеющих одновременное отношение к различным предметным областям (таким, например, как этнокультурное образование и этнокультурные технологии), ИКТ выступают в качестве и инструмента исследования, и связующего звена между обучаемыми и
обучающимися.
4. При освоении ИКТ студентами различных специальностей, помимо
других факторов необходимо учитывать и социальную составляющую.
76
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
5. Эффективность применения ИКТ в учебном процессе непосредственно
зависит от совместного использования с ними других видов современных обучающих технологий и учебного оборудования.
Литература
1. Твердынин Н.М. Междисциплинарный аспект преподавания технических
дисциплин. Сб. Модернизация московского образования. М.: МГПУ, 2003, с. 94 100.
2. Великанов Е.Ю, Гринь П.В., Твердынин Н.М. Некоторые аспекты использования мультимедиа пособий в высших и средних специальных учебных заведениях
при преподавании дисциплины «Материаловедение». Юбилейный сборник трудов факультета технологии и предпринимательства. М.: МГПУ, 2006, с. 26 – 34.
3. Твердынин Н.М., Черемисин А.Г. Интернет в жизни московского студенчества. Сб. Оптимизация содержания, форм и условий подготовки специалистов без
отрыва от производства: Материалы IV Всероссийской конференции. – М.:
МГВМИ, 2006, с. 101 -104.
ИНФОРМАТИЗАЦИЯ ФИЗИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ В ЛИЦЕЕ
Тимофеева Г.Э., Верховцева М.О.
Лицей № 395 Санкт-Петербурга
Последнее десятилетие в российском школьном образовании наступил период интенсивного поиска новых концептуальных идей, новых путей развития.
Необходимость существенных изменений в системе образования обоснована в
«Концепции модернизации российского образования».
В «Федеральной целевой программе развития образования на 2006-2010
года» определены тактические задачи, в том числе информатизации образования, и перечень мероприятий по их реализации. В разделе «Совершенствование
содержания и технологий образования» говорится, в частности, о внедрении новых образовательных технологий и принципов организации учебного процесса,
обеспечивающих эффективную реализацию новых моделей и содержания непрерывного профессионального образования, в том числе с использованием информационных и коммуникационных технологий.
Использование современных технологий, информационных в первую очередь, требует перестройки стереотипов традиционного образования, формирования нового мышления, изменения ментальности и педагога, и ученика.
В условиях модернизации образования в качестве одного из методологических подходов обозначен компетентностный подход. Компетентность предполагает высокий уровень понимания проблемы в некоторой предметной области,
опытность при выполнении сложных действий, эффективность суждений и оценок.
В современных условиях развития общества на фоне бурного научнотехнического прогресса особый смысл приобретает термин «информация», в
связи с чем можно говорить о формировании отдельного вида компетентности –
информационной, как характеристики нового качества подготовленности участников образовательного процесса.
77
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
К сожалению, практика работы в школе показывает, что традиционные
методы обучения позволяют школьникам получить информационную базу как
преимущественно физическое накопление некоторого объема знаний и умений.
Без сомнения, новое информационное пространство, формирующееся в последнее десятилетие, диктует новые формы информационного взаимодействия.
Лицей 395 осуществляет обучение по образовательным программам основного и среднего (полного) общего образования, обеспечивающим дополнительную (углубленную) подготовку обучающихся по предметам естественнонаучного профиля. В ОУ оборудованы 2 кабинета информатики, которые объединены единой двухранговой сетью. Компьютерами оснащены 12 предметных кабинетов, библиотека, рабочие места администрации и службы сопровождения.
Построение учебного процесса в лицее предполагает активное владение компьютерными технологиями как учителями, так и учащимися. Процесс обучения
нацелено на формирование у учащихся адекватного восприятия современного
информационного потока, умение ориентироваться в нем.
Наиболее благоприятно для использования информационных технологий,
на наш взгляд, преподавание физики. В рамках проектирования деятельности на
уроке можно выделить следующие направления:
• Моделирование явлений и процессов
• Использование отдельных компьютерных демонстраций
• Создание оригинальных сценариев уроков
Физическое моделирование.
Сочетание преподавания физики и информационных технологий в учебном процессе в целом происходит в рамках курсов «Физическая информатика»
(преподавание ведется в 10-11 классах на базе физического факультета СПбГУ),
«Исследование информационных моделей» (в 9-11 классах на базе лицея) и при
организации учебно-исследовательской деятельности учащихся во внеурочное
время. Цель курсов: научиться создавать и исследовать информационные модели
из различных предметных областей, в первую очередь физики, с использованием
систем объектно-ориентированного программирования, электронных таблиц и
языка программирования Turbo Pascal. Задания выполняются в виде учебных
проектов. Разработана серия бинарных уроков физики и информатики, на которых первая часть проекта (постановка задачи, создание описательной и формальной моделей) выполняется в рамках урока физики, а компьютерное моделирование и исседование результатов проектирования – в рамках урока информатики. В частности, в 9 классе при изучении движения тела по наклонной плоскости, движения тела, брошенного под углом к горизонту, целый ряд задач моделируется на компьютере. Подобная система уроков формирует более глубокие
знания учащихся, позволяет стороить информационные модели физических процессов, анализировать реузльтаты компьютерного эксперимента.
Компьютерные демонстрации.
Кабинет физики оснащен мультимедийным проектором, что позволяет
включать в урок видеофрагменты, фотографии, рисунки и схемы, фрагменты
компьютерного моделирования, которые являются дополнением реального физического опыта, наглядной иллюстрацией явления или процесса.
78
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
Сценарии уроков.
В течение нескольких лет создается банк сценариев, представляющих собой гипертекстовый документ или мультимедийную презентацию, электронные
методические пособия, которые активно используются сотрудниками кафедры.
Несомненное преимущетсво подобного типа дидактических материалов состоит
в том, что они не являются статическими разработками, их в любой момент
можно откорректировать и видоизменить.
ИТ в учебно-исследовательской деятельности учащихся.
Ежегодно ученики лицея имеют возможность выполнять долгосрочные
исследовательские проекты, результаты которых представляются на Лицейских
чтениях, на городских конкурсах и конференциях. Одна из работ, «Компьютерная демонстрация явлений геометрической и волновой оптики» (явления отражения и преломления света, а также явление интерференции световых волн), получила диплом Всероссийской выставки достижений научно-технического творчества молодежи в 2005 году.
Накопленный нами опыт, частично отраженный в статье, показывает, что
применение информационных технологий на уроках физики и во внеурочной
деятельности расширяет возможности сотрудничества учителя и ученика, способствует формированию информационной компетентности учащихся.
Литература
1. Гирба Е.Ю. Качество образования – от идеи развития общеобразовательной школы
до реальности. Завуч. Управление современной школой. № 7, 2006, стр. 28.
2. Новые педагогические и информационные технологии в системе образования. Под
ред. Е.С.Полат. М., ACADEMIA, 2001 – 271 с.
3. www.edu.ru
4. www.fcpro.ru
ДИСТАНЦИОННАЯ ПОДДЕРЖКА
PHOTOSHOP ДЛЯ WEB»
ПЕДАГОВ
ПО
КУРСУ
«ADOBE
Третьяк Т.М.
Окружной ресурсный центр информационных технологий СЗОУО г. Москвы
Информационные и коммуникационные технологии развиваются чрезвычайно динамично, меняя не только формы, но и содержание современного образования.
Школа не должна отставать от жизни и, более того, просто обязана в опережающем темпе знакомить учащихся с возможностями цифрового мира. Умение работать с графическими редакторами (векторными и растровыми) в современном обществе стало необходимостью.
Развитие художественного вкуса и освоение современных средств работы
с графикой — требование сегодняшнего дня. Во многих областях специалистам
приходится создавать сайты с графическими иллюстрациями. Практически ни
один сайт не обходится без фотографий. Подготовка фотографий для публикации теперь тоже не мыслится без компьютера. Работа с графической информацией стала отдельной специальностью, остро востребованной на рынке труда.
79
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
Специальность «Компьютерные технологии в дизайне и рекламе» включает в
себя элементы общей информатики, элементы компьютерного дизайна и элементы электронного делопроизводства.
Без фотографий вряд ли обходится какой-либо творческий или учебный
проект. Цифровая фотография нужна учителям информатики, но и учителям разных предметов — биологам, литераторам, историкам, МХК.
Предложенный курс «Adobe Photoshop для Web» дает возможность не
только навыки работы с растровым редактором Photoshop, но применить эти навыки на основе дизайнерского подхода при обработке изображений и публикации изображений в Интернете.
Курс рассчитан на 36 часа, в него включены занятия по изучению теоретических основ компьютерной графики и основ дизайна, а также практические
занятия с выполнением обучающих проектов. Обучение ведется на основе использования Интернет – технологий посредством рассылки занятий по электронной почте. Взаимодействие учащихся и преподавателей ведется на сайте
(http://oso.rcsz.ru/info/Phtshp/ttm.htm).
На заключительном этапе обучения учащиеся выполняются тематические
проекты в виде: буклетов, рекламных листков, этикеток, баннеров, логотипов,
визиток, открыток, Web-галерей.
На основе данного курса создано учебное пособие - «Творческая мастерская Web-дизайна», авторы: Третьяк Т. М., Кубарева М.В. К пособию прилагается диск с методически разработками и примерами проектов.
В 2005 обучение прошло 35 команд образовательных учреждений (России,
Белоруссии, Казахстана), в 2006 году 76 команд, в 2007 году обучатся 150 команд (России, Белоруссии, Казахстана, Литвы).
Курс прошел апробацию в рамках проекта «Обучающие сетевые олимпиады» (ОСО) в течение 3 лет. По отзывам участников проекта ОСО может использоваться при очном обучении в системе повышения квалификации педагогов.
Литература
1. Третьяк Т.М., Фарафонов А.А., Галаган С.И., «Профильное обучение в форме – дистанционных обучающих олимпиад», тезисы XIV Международной конференции ”ИТО 2004 ”г. Москва.
2. Семибратов А.М., Третьяк Т.М., Федотова С.В. «Обучающие сетевые олимпиады
(ОСО)», как информационно-образовательная среда для организации профильного
обучения и повышения квалификации педагогов», тезисы XIV Международной конференции ”ИТО - 2005 ”г. Москва.
3. Третьяк Т. М., Кубарева М.В. «Творческая мастерская Web-дизайна», издательство
«СОЛОН-Пресс», 2005 г.
80
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
МЕТОДИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ОБУЧЕНИЯ ПРОГРАММИРОАНИЮ В
ВИЗУАЛЬНОЙ СРЕДЕ РАЗРАБОТКИ
Трушкова Л.А.
Коломенский государственный педагогический институт
При подготовке учителей физики и информатики теория алгоритмизации
и программирования изучается в специальных курсах. Большое внимание уделяется освоению широких возможностей пакета программ MS Office по хранению,
обработке, созданию и структурированию информации. Обычно средств, предоставляемых компонентами пакета MS Office, бывает достаточно для решения
практических задач. В частности, можно проводить математические, инженерные, статистические, экономические расчеты, используя средства программирования рабочего листа, инструменты построения графиков, обширную базу
встроенных функций. Если предоставляемых возможностей недостаточно для
реализации решаемой задачи, то использование макроязыка приложений MS Office – Visual Basic for Applications (VBA) – позволяет решить эту проблему. В
данной работе рассмотрены методические вопросы изучения визуальной среды
объектно-ориентированного программирования VBA в табличном процессоре
MS Excel.
VBA является языком объектно-ориентированного программирования,
поэтому сначала вводятся понятия объектов и их семейств. Объекты обладают
свойствами и методами. Для каждого объекта определен набор событий (например, щелчок мышью), которые обрабатываются созданными пользователем макросами, называемыми процедурами обработки событий. В VBA можно применять технологию визуального программирования при разработке интерфейса
приложения, при которой происходит автоматическая запись макроса с помощью средства MacroRecorder (макрорекордер).
Продемонстрируем применение макрорекордера при изучении основных
понятий VBA. При включенном макрорекордере выполним заливку 3-х диапазонов ячеек разным цветом (рис. 1). Редактор VBA создаст модуль, в котором будет сгенерирован макрос следующего содержания:
Sub Макрос1()
Range("A1:C4").Select
With Selection.Interior
.ColorIndex = 6
.Pattern = xlSolid
End With
Range("B3:D6").Select
Selection.Interior.ColorIndex = 46
Range("C5:E8").Select
Selection.Interior.ColorIndex = 4
End Sub
81
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
Рис. 1.
Здесь последовательно выделяются объекты Range (диапазон ячеек) с помощью метода Select. Далее выделенный объект Range полностью ассоциируется с объектом Selection. Так как производилась только заливка ячеек заданным
цветом, то для первого диапазона ячеек в макросе указаны свойства объекта Interior.ColorIndex (индекс цвета заливки) и Interior.Pattern (тип узора). По
умолчанию Interior.Pattern = xlSolid, что означает непрерывную заливку. Задание свойств производится с помощью оператора With, который избавляет от необходимости использования большого количества повторений имени одного и
того же объекта при работе с его методами и свойствами. Для других диапазонов
ячеек изменяется только тип заливки, а тип узора по умолчанию сохраняется,
как в предшествующем определении.
Для запуска макроса очистим рабочий лист, создадим кнопку, используя
панель инструментов Формы, и назначим ей созданный макрос. Данный макрос
является процедурой обработки события Click. По щелчку на кнопку разработанный макрос воспроизведет построенные ранее диапазоны ячеек. Корректируя
макрос, можно менять цвета заливки, размер и положение диапазонов на листе.
Рассмотренный пример показывает, что изучение свойств и методов встроенных
объектов VBA, целесообразнее всего изучать с помощью макрорекордера. Используя данный подход, в рассматриваемом курсе создавались и корректировались макросы с элементами анимации.
Для создания дружественного интерфейса в VBA используются диалоговые окна. Обычное диалоговое окно применяется в программах, когда от пользователя требуется ввод ограниченного объема данных, необходимых для выполнения конкретной задачи. Нестандартное диалоговое окно в редакторе VBA
называется UserForm или пользовательской формой. Оно может содержать элементы управления для ввода требуемого объема данных и для управления процессом выполнения задачи.
После изучения на элементарных задачах методов, свойств и событий
элементов управления и пользовательских форм, студентам предлагается создать
в редакторе VBA пользовательскую форму и программу для расчета геометрических характеристик пространственных тел: правильная призма, правильная пирамида, цилиндр, конус. Исходными данными для каждого тела являются:
1) призма и пирамида: число сторон основания, длина стороны основания, высота;
2) цилиндр и конус: радиус основания и высота.
82
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
Для каждого тела рассчитать объем, площадь основания, площадь боковой
поверхности.
2π
na 2
.
, S = nah , V = S o h , где ϕ =
ϕ b
n
4 tg
2
Sh
na2
nal
2π
, Sb =
, V = o ,где ϕ =
, l =
Пирамида: So =
ϕ
3
2
n
4 tg
2
Призма: S o =
h
2
+
a2
4 tg
2
ϕ
2
.
Цилиндр: S o = πR 2 , S b = 2πRh , V = S o h .
Конус: S o = πR 2 , S b = πRl , V =
Soh
, где l = h 2 + R 2 .
3
1. В редакторе VBA создайте пользовательскую форму аналогичную рисунку.
Первой Рамке присвойте
имя F1. В ней присвойте Надписям имена L1,L2,L3, а Полям –
имена Т1,Т2,Т3. Во 2ой рамке
присвойте Надписям, используемым для вывода результатов,
имена T4,T5,T6.
Напишите VBA-программу
для обработки события Click первой кнопки:
Private Sub CommandButton1_Click()
T1.Value = ""
T2.Value = ""
T3.Text = ""
T4.Caption = ""
T5.Caption = ""
T6.Caption = ""
F1.Caption = "Исходные данные для призмы"
L1.Caption = "Число сторон основания"
L2.Caption = "Длина стороны основания"
L3.Caption = "Высота"
L3.Visible = True
T3.Visible = True
End Sub
83
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
В первых 6-и строках программы обнуляется содержимое Полей ввода
исходных данных и Надписей вывода результатов. В следующих 4-х строках устанавливаются свойства Caption для заголовка рамки ввода и Надписей в ней.
В рамке ввода исходных данных Надпись L3 и Поле Т3 не используются
при расчете параметров цилиндра и конуса и должны быть исключены из формы. Для управления вводом в форму этих объектов используется свойство Visible.
Напишите VBA-программу для обработки события Click 5-ой кнопки.
Private Sub CommandButton5_Click()
Dim fi As Single, n As Integer, a As Single, h As Single
Dim S As Single, Sb As Single, V As Single, l As Single, R As Single
If F1.Caption = "Исходные данные для призмы" Then
n = T1.Value
a = T2.Value
h = T3.Text
fi = 2 * 3.1415926 / n
S = n * a * a / Tan(fi / 2) / 4
Sb = n * a * h
V=S*h
T4.Caption = Format(V, "0.00")
T5.Caption = Format(S, "0.00")
T6.Caption = Format(Sb, "0.00")
End If
…………………………………………………
84
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
Освоенные методы программирования в визуальной объектноориентированной среде применялись для самостоятельной разработки студентами ряда приложений: тест-программа, справочная система "Таблица Менделеева", математический калькулятор и др.
ЛАБОРАТОРНЫЙ
СИСТЕМЫ"
ПРАКТИКУМ
В
КУРСЕ
"ИНФОРМАЦИОННЫЕ
Трушкова Л.А.
Коломенский государственный педагогический институт
В деловой или личной сфере часто приходится работать с данными из разных источников, каждый из которых связан с определенным видом деятельности. Для координации всех этих данных необходимы определенные знания и организационные навыки.
Курс "Информационные системы" вводит студентов второго курса физико-математического факультета в круг одного из разделов современной информатики. Поскольку основу любой информационной системы составляют базы
данных, то значительная часть курса посвящена изучению их проектирования и
практическим приемам разработки.
Microsoft Access объединяет сведения из разных источников в одной реляционной базе данных. Создаваемые формы, запросы и отчеты позволяют быстро и эффективно обновлять данные, получать ответы на вопросы, осуществлять поиск нужных данных, анализировать данные, печатать отчеты, диаграммы
и почтовые наклейки. В базе данных сведения из каждого источника сохраняются в отдельной таблице. При работе с данными из нескольких таблиц устанавливаются связи между таблицами. Для поиска и отбора данных, удовлетворяющих
определенным условиям, создается запрос. Запросы позволяют также обновить
или удалить одновременно несколько записей, выполнить встроенные или специальные вычисления. Для просмотра, ввода или изменения данных прямо в
таблице применяются формы. Форма позволяет отобрать данные из одной или
85
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
нескольких таблиц и вывести их на экран, используя стандартный или созданный пользователем макет. Для анализа данных или распечатки их определенным
образом используется отчет. Например, можно создать и напечатать отчет, группирующий данные и вычисляющий итоги, или отчет для распечатки почтовых
наклеек. В окне базы данных можно работать со всеми ее объектами. Для просмотра объектов определенного типа следует выбрать соответствующую вкладку (например, «Таблицы»). С помощью кнопок "Создать", "Открыть", "Конструктор" можно открывать и изменять существующие объекты и создавать новые.
В лабораторной работе "Методы работы с таблицами в Microsoft Access"
студенты создают реляционную базу данных торговой фирмы, состоящую из 8
таблиц, которые создаются в режиме конструктора. Для каждого поля определяется имя и тип данных. Для каждого типа данных устанавливаются свойства. В
окне схемы данных устанавливается связь между таблицами, обеспечивая задание параметра целостности данных. Вводятся данные в таблицы, выполняется
анализ созданных таблиц и оценка быстродействия.
С помощью запросов можно просматривать, анализировать и изменять
данные из нескольких таблиц. Они также используются в качестве источника
данных для форм и отчетов. Наиболее часто используется запрос на выборку.
При его выполнении данные, удовлетворяющие условиям отбора, выбираются из
одной или нескольких таблиц и выводятся в определенном порядке.
Часто запросы в Microsoft Access создаются автоматически, и пользователю не приходится самостоятельно их создавать. Для создания запроса, являющегося основой формы или отчета, можно использовать мастер форм или мастер
отчетов. Они служат для создания форм и отчетов. Если отчет или форма основаны на нескольких таблицах, то с помощью мастера также создаются их базовые инструкции SQL. При желании инструкции SQL можно сохранить в качестве запроса. Чтобы упростить создание запросов, которые можно выполнить независимо, либо использовать как базовые для нескольких форм или отчетов,
можно воспользоваться мастером запросов. Мастер запросов автоматически выполняют основные действия в зависимости от ответов пользователя на поставленные вопросы. Если было создано несколько запросов, мастера можно также
использовать для быстрого создания структуры запроса. Затем для его наладки
необходимо переключиться в режим конструктора.
Если ни один из перечисленных методов не удовлетворяет требованиям,
необходимо создать запрос самостоятельно в режиме конструктора.
В лабораторной работе "Методы создания запросов в Microsoft Access"
студенты создают запросы на выборку, параметрический запрос, запрос с заданием условий отбора в SQL, запрос с вычислением итогового значения, запрос, в
расчетах которого использованы результаты другого запроса, запрос на объединение, перекрестный запрос, запрос на создание таблицы, запрос на добавление,
на обновление, на удаление. Проводится анализ на быстродействие созданных
запросов.
Формы используются для различных целей: они могут использоваться как
формы для ввода данных в таблицу или как специальные диалоговые окна для
выбора, предварительного просмотра и печати нужного отчета или создания запроса. Также можно создавать кнопочные формы для открытия других форм или
отчетов. Большая часть данных, представленных в форме, берется из таблицы
86
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
или запроса. Другая информация, несвязанная ни с таблицей, ни с запросом,
хранится в макете формы. Для создания связи между формой и записями таблицы, являющейся источником данных формы, используются графические объекты, называемые элементами управления. Чаще всего для отображения и ввода
данных используется поле.
В лабораторной работе "Создание форм для ввода данных в Microsoft
Access" студенты создают 4 автоформы, 5 форм с помощью мастера форм, автоформу со сводной таблицей. На созданной связанной форме создается элемент
управления кнопка и для нее пишется процедура обработки события в редакторе
VBA. Для формы, имеющей подчиненную форму, в редакторе VBA пишется
процедура обработки события для заданного поля. На завершающем этапе создается главная кнопочная форма.
Отчет – это гибкое и эффективное средство для организации данных при
выводе на печать. Пользователь имеет возможность создать отчет самостоятельно или воспользоваться мастером. Мастер по разработке отчетов Microsoft
Access выполняет всю рутинную работу и позволяет быстро разработать отчет.
После вызова мастера выводятся диалоговые окна с приглашением ввести необходимые данные, и отчет создается на основании ответов пользователя. Мастер
полезен даже для опытных пользователей, так как позволяет быстро разработать
макет, служащий основой создаваемого отчета. После этого можно переключиться в режим конструктора и внести изменения в стандартный макет.
В лабораторной работе "Отчеты для вывода данных в Microsoft Access"
студенты создают 2 автоотчета, почтовая наклейка, отчет с помощью мастера
отчетов, который корректируется в режиме конструктора.
Самостоятельно разработанная на лабораторном практикуме реляционная
база данных является примером информационной системы и формирует у студентов представление о хранении, поиске, обработке, передаче значительных
объемов информации, имеющих практическую сферу применения.
ИННОВАЦИОННЫЕ
ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ
ТЕХНОЛОГИИ
ПРЕПОДАВАНИЯ ФИЗИКИ В СЕЛЬСКОЙ ШКОЛЕ И КОМПЬЮТЕРНАЯ
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ
ЗДОРОВЬЯ УЧАЩИХСЯ.
Уфимский Р.В.
Глядковская средняя школа Рязанской области
Внедрение в учебный процесс школы различных инновационных технологий сопровождается усложнением содержания образования, насыщением учебной нагрузки, перегрузкой и часто снижением уровня здоровья учащихся. Снижение уровня здоровья школьников свидетельствует о необходимости дозирования учебной нагрузки в соответствии с возрастными и индивидуальными возможностями организма. Любое увеличение нагрузки, как умственной, так и физической, можно рассматривать, как стрессовое воздействие, носящее длительный и устойчивый характер. Пока активность симпатического отдела вегетативной нервной системы сохраняется на достаточно высоком уровне, процесс обучения осуществляется в условиях стабильного функционального состояния
87
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
школьника. Как только адаптационные резервы организма снижаются, возникает
ситуация рассогласования механизмов регуляции вегетативных функций, жизнедеятельность реализуется в режиме неустойчивой адаптации, который проявляется у детей в виде падения работоспособности, повышенной утомляемости и
снижения устойчивости к неблагоприятным воздействиям. Важно учитывать то,
что причиной негативных изменений функционального состояния школьника
может быть не столько сама инновационная технология или система обучения,
сколько способы ее практического воплощения. Если реализация педагогической системы осуществляется за счет расширения объема и интенсивности учебной деятельности, то результаты перегрузки становятся очевидными достаточно
быстро. По мнению ученых, достоинства педагогических инноваций нередко
нивелируются чрезмерностью суммарной учебной нагрузки.
Традиционные мероприятия, направленные на устранение последствий
чрезмерной учебной нагрузки или нерационального режима учебной деятельности, не позволяют часто снизить возникшие факторы риска для здоровья школьников. Отсюда возникает острая необходимость в контроле функционального
состояния здоровья школьников по мере реализации в школе инновационных
технологий. Мы попытались уровень функционального состояния здоровья учащихся проконтролировать с помощью аппаратно-программного комплекса «Варикард», работающего совместно с компьютером, и установить влияние различных факторов на изменение здоровья данного контингента исследуемых. «Варикард» предназначен для анализа вариабельности кардиологических показателей,
в первую очередь сердечного ритма.
Аппаратно-программный комплекс «Варикард» представляет собой устройство (блок ввода и преобразования информации), работающее совместно с
персональным компьютером типа IВМ РС 586. Устройство в виде блока размером 100х200х30 мм подключается к компьютеру через порт RS-232. Имеется
входной кабель с четырьмя электродами и кабель питания от сети переменного
тока.
При комплексной оценке уровня здоровья выделяются 3 диспансерные
группы: здоров, практически здоров, болен. Наиболее обширные группы практически здоровых лиц дифференцируются по уровню здоровья на 3 подгруппы:
с первичными донозологическими изменениями; с донозологическими состояниями; с преморбидными состояниями.
На основе обобщенной оценки функционального состояния, факторов
риска, профилей патологии, ЭВМ формирует 5 типов заключений:
1. норма;
2. первичные физиологические изменения;
3. донозологические состояния (функциональное напряжение, компенсированные стадии заболеваний);
4. преморбидные состояния (снижение адаптационных (функциональных)
возможностей организма);
5. патологические состояния (субкомпенсированные стадии заболеваний).
Указанные заключения являются базовыми при выдаче рекомендаций.
При этом, однако, учитываются сопутствующие конкретному заключению факторы риска, профили патологии и уровень адаптационных возможностей. Возможно построение весьма гибкой схемы формирования рекомендаций.
88
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
Важной особенностью комплекса «Варикард» и его существенным преимуществом перед аналогичными приборами является то, что анализ вариабельности ритма сердца проводится в реальном масштабе времени с отображением
на экране дисплея текущей электрокардиограммы, процесса распознавания Rзубцов и динамического ряда R- R-интервалов.
В комплексе программ реализованы как методики анализа ВСР, рекомендованные европейско-американскими стандартами, так и традиционные российские методики. Специальный комплекс программ позволяет оценивать степень
напряжения регуляторных систем и объективно судить об адаптационных возможностях и функциональных резервах организма. При этом используется 10балльная шкала для оценки функциональных состояний, которая изображается в
виде «лестницы состояний». Для наглядного отображения результатов оценки
функционального состояния по данным анализа вариабельности ритма сердца
используется схема типа «Светофор». В ней предусмотрены ЗЕЛЕНАЯ, ЖЕЛТАЯ и КРАСНАЯ зоны состояний, которые соответственно характеризуют нормальное состояние человека, донозологические (переходные между здоровьем и
болезнью состояния) и предпатологические состояния, требующие внимания
врача.
Непосредственным результатом обследования является формирование заключения о состоянии здоровья в виде «Карты оценки состояния здоровья», которая состоит из следующих разделов:
– оценка функциональных (адаптационных) возможностей организма;
– факторы риска и интенсивность;
– вероятные профили патологии;
– комплексная оценка уровня здоровья;
– перечень рекомендаций по дообследованию.
Специализированная база данных позволяет просмотреть серию исследований данного пациента и по желанию получить графики динамики любого из
выбранных показателей. Изменения показателей в «карте оценки состояния здоровья» у учащихся позволяли проследить за величиной стрессовых перегрузок,
причиной их возникновения и процессом снятия; установить действенность личностно-ориентированных педагогических технологий при изучении физики,
проведении различных контрольных тестовых занятий, реализации экспериментальных творческих заданий.
ПРИМЕНЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ТЕСТИРОВАНИЯ ДЛЯ
ПОВЫШЕНИЯ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ КОМПЕТЕНТНОСТИ БУДУЩИХ
УЧИТЕЛЕЙ ФИЗИКИ
Шуйцев А.М.
Рязанский государственный университет им. С. А. Есенина
В информационный век общество ставит новые задачи при подготовке специалистов сферы образования. Сегодняшний уровень информатизации во всех
сферах деятельности нашего общества позволяет расширить возможности обучения в образовательных учреждениях. Педагогическая профессия является одновременно преобразующей и управляющей. А для того чтобы управлять про89
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
цессом становления личности, нужно быть компетентным. Сейчас учителю недостаточно владеть материалом своего предмета, необходимы новые навыки,
связанные с использованием современных технических средств, как при обучении, так и при контроле знаний [2].
Исходя из того, что одной из основных задач образования в настоящее время является задача развития личности учащегося, которая находится в центре
учебно-воспитательного процесса, цели обучения любому предмету, как в школе, так и в ВУЗе, включают два аспекта – социальный и личностный. Общество
стремится к формированию у детей таких системных качеств как целостность,
открытость, динамичность, креативность, которые позволят им приносить максимальную пользу обществу, и в то же время таких интеллектуальных, моральных и профессиональных качеств, которые в наибольшей степени соответствуют
их способностям и интересам [1].
Важнейшей чертой, характеризующей российское образование последних
лет, является попытка использовать современные информационные и коммуникационные технологии для оценки учебных достижений учащихся. Компьютерный контроль знаний в последние десятилетия активно внедряется в систему
отечественного образования. Важнейшей его задачей является получение объективной оценки знаний. Объективная оценка учебных достижений осуществляется стандартизированными процедурами, при проведении которых все учащиеся
находятся в одинаковых условиях и используют примерно одинаковые по свойствам измерительные материалы (тесты) [3].
Тесты являются эффективным современным средством проверки качества
знаний, получаемых студентами, и оперативного контроля хода обучения. Информационные образовательные ресурсы, содержащие тестовые материалы,
можно разбить на две категории:
1. ориентированные на прохождение студентами тестов в письменной форме с дальнейшей проверкой вручную преподавателем (как вариант – сканирование результатов тестирования с целью их дальнейшей автоматизированной проверки);
2. системы компьютерного тестирования с соответствующим наполнением
тестовыми материалами. [4]
Анализ форм и методов компьютерного тестирования при обучении физике, а также анализ существующих тестирующих оболочек и их возможностей
позволяет говорить о целесообразности проведения тестирования студентов с
целью проверки текущих и остаточных знаний с использованием современных
информационных технологий.
Все цели проверки знаний методом тестирования взаимосвязаны, но имеют свою специфику для студентов различных факультетов, которая определяется, прежде всего, их профессиональными намерениями.
Студенты физико-математического факультета дальнейшую свою деятельность непосредственно могут связывать с физикой, ее преподаванием, изучением и развитием. Поэтому для контроля знаний этой категории студентов необходимы тестовые задания, включающие наиболее значимые эксперименты,
фундаментальные физические законы и их следствия, а также количественные и
качественные задачи разного уровня сложности. Оправдано использование заданий, которыми осуществляется проверка принципа действия экспериментальных
90
Секция I. Общие вопросы использования ИКТ в учебном процессе.
установок и сущности технологических процессов, заданий, проверяющих навыки работы на современной аппаратуре, и знания методов измерений, которыми
пользуются на производстве и в научных лабораториях, и задания выявляющие
и развивающие способности проектирования, техническую смекалку, формирующие критическое отношение к полученным результатам. Такое тестирование
должно выявить уровень физического мышления студента, а предложенные задачи побуждать их к проведению собственных исследований, развивающих
мышление и способность к обобщению.
Для реализации этих целей необходимы как традиционные так и современные средства. Важно выяснить интегративную роль этих средств в достижении конкретных целей и на этой основе отобрать те, которые, обеспечивают целостность образовательных систем и процессов, активизируют деятельностный и
творческий потенциал учащегося, сохраняют его индивидуальность.
Необходимо отметить, что тестирование является важным элементом не
только контроля знаний, но и обучения. При обучающем тестировании пользователю после прохождения теста предоставляются ссылки на те разделы учебного
материала, на вопросы по которым он отвечал неверно.
Нами ведется активная работа по отбору и разработке средств для осуществления тестирования студентов с учетом вышеизложенных целей. Разработаны
тестовые задания для контроля текущих их остаточных знаний студентов – будущих учителей физики, предусматривающих возможности, позволяющие использовать их для проверки знаний с использованием компьютера. Кроме того,
создан комплект разноуровневых тестов для учащихся основной школы. Разработаны предпрофильные и профильные элективные курсы. На основе аппаратнопрограммного комплекса постоянно осуществляется мониторинг функционального состояния студентов и мотивации обучения.
Литература
1. Теория и методика обучения физике в школе: Общие вопросы: Учебное пособие для
студентов высших педагогических заведений / Под ред. С.Е. Каменецкого, Н.С.
Пурышевой. – М.: Издательский центр «Академия», 2000. – 368с.
2. Е.И. Трофимова, С.В. Федянин. Управление учебным процессом как необходимость
совершенствования профессиональной подготовки учителя // Профильное обучение
физики в старших классах общеобразовательных учреждений: проблемы, пути,
решения. С. 22- 26
3. В.А. Хлебников. Физика. Тесты 11 класс. Варианты и ответы централизованного
тестирования – М.: Центр тестирования МО РФ, 2001
4. А.М. Бершадский, А.А. Белов, Р.И. Вергазов, И.Г. Кревский Актуальные проблемы
компьютерного контроля знаний
91
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
СЕКЦИЯ II. ИКТ В ПОДГОТОВКЕ УЧИТЕЛЯ ФИЗИКИ
ЭЛЕМЕНТЫ ФИЗИКИ СПЕКАНИЯ ПОРОШКОВЫХ СИСТЕМ В ПЕДВУЗЕ
Абрамович Т.М., Семин В.Н., Мартыненко В.В.
Таганрогский государственный педагогический институт
Одной из важнейших задач в процессе обучения физике в вузе и средней
школе является задача о приложениях физики к современным технологиям. Для
ее решения на кафедре теоретической физики Таганрогского госпединститута в
течение ряда лет читается спецкурс по физическим основам физики спекания
порошковых систем. При этом широко используются идеи и методы термодинамики необратимых процессов, статистической физики, физики твердого тела.
Возникают многочисленные проблемные ситуации, разрешение которых на лекциях и семинарских занятиях существенно расширяют представления студентов
о методах теоретической физики. В качестве примера, выделим две взаимосвязанные проблемные ситуации, существенные для решения задач кинетики спекания порошковых систем. Первая носит принципиальный характер: следует ли
спекание порошков рассматривать как процесс вязкого течения пористого твердого тела при высокой температуре порядка 0,8 Тпл, либо спекание – процесс
диффузионного «испарения» вакансий, источниками которых являются поры.
Кажущееся противоречие в подходах, возникшее в связи с известными работами
Я.И. Френкеля и Б.Я. Пинеса, разрешается посредством надлежащей трактовки
коэффициента сдвиговой вязкости металлических частиц порошка, в котором
наряду с коэффициентом диффузии вводится структурный фактор, учитывающий средние размеры зерен или средние расстояния между дислокациями в металле. Учет этого фактора приводит к увеличению сдвиговой вязкости на несколько порядков и, соответственно, времени спекания порошка, приближая его
к правильным оценкам.
Вторая проблемная ситуация обусловлена трактовкой коэффициента объемной вязкости пористой среды. Мы, следуя работам В.В. Скорохода и собственным результатам, показываем, что коэффициент объемной вязкости пористого твердого тела пропорционален коэффициенту сдвиговой вязкости и некоторой функции пористости, вид которой определяется характером модельных
представлений о пористой среде. Рассчитанные на основе этих модельных представлений кривые усадки хорошо согласуются с соответствующими им экспериментальными кривыми, полученными в ИНДМАШ НАН Беларуси и ИПМ им.
И.Н. Францевича НАН Украины. На этом примере студенты получают представление о роли физических моделей в выборе оптимальных составов и параметров
при разработке технологии получения новых композиционных материалов
92
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПЬЮТЕРИЗИРОВАННОГО ФИЗИЧЕСКОГО
ПРАКТИКУМА В СИСТЕМЕ ПОВЫШЕНИЯ КВАЛИФИКАЦИИ УЧИТЕЛЕЙ
Анисимов Н.М.
Ленинградский областной институт развития образования
Актуальность исследования обусловлена меняющимся характером труда
педагога общего и профессионального обучения, которому все чаще требуются
знания физических закономерностей технологических процессов, умения решать
творческие задачи, нешаблонно мыслить, быстро осуществлять различные расчеты с применением знаний по электротехнике, материаловедению и др.
С учетом потребности системы общего, начального и среднего профессионального образования в высококвалифицированных педагогах нами разработан компьютеризированный физический практикум.
Практикум реализован на кафедре теории и методики естественноматематического образования Ленинградского областного института развития
образования (ЛОИРО) в рамках курса повышения квалификации учителей физики «Компьютерные технологии в постановке физического эксперимента».
Данный курс предусматривает обучение использованию компьютера при
проектировании и проведении физико-технического эксперимента в школьных и
учебно-производственных условиях.
Количество и перечень выполняемых работ зависит от квалификации и
профессиональных интересов учителя. В нескольких работах используется
ПЭВМ как средство измерения и последующей обработки экспериментальных
данных. Опыт показывает, что использование персонального компьютера в
учебном процессе существенно повышает эффективность занятий и способствует лучшему усвоению изучаемого материала. При этом значительно повысился
интерес слушателей к практикуму в целом. В то же время преподаватель получил большие возможности для осуществления индивидуального подхода к обучению и для организации самостоятельной работы слушателей.
Дисциплина изучается на протяжении одного семестра за 72 часа и предусматривает теоретический курс и лабораторно-практические занятия.
Теоретический раздел раскрывает содержание планирования эксперимента, обработки результатов измерений, основных блоков измерительных устройств, возможностей ПЭВМ как измерительного устройства, виртуальной схемотехники и компьютерного эксперимента в учебных курсах общего, начального или среднего профессионального образования.
Практическая часть предусматривает выполнение студентами 7-9 лабораторных работ, входящих в состав специального лабораторного практикума.
При изучении методики использования компьютера для постановки физического эксперимента выполняются следующие лабораторные работы:
• Исследование компьютерной измерительной системы с датчиками
числа оборотов, углового перемещения и для измерения положения тел в пространстве;
93
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
• Исследование компьютерной измерительной системы с датчиками для
измерения коротких промежутков времени и в качестве самопишущих регистрирующих устройств;
• Исследование компьютерной измерительной системы с датчиками
электрического напряжения и тока;
• Исследование компьютерной измерительной системы с датчиками давления и усилий;
• Исследование компьютерной измерительной системы с датчиком температуры;
• Применение ПЭВМ в качестве осциллографа;
Самостоятельная подготовка слушателей к выполнению лабораторных работ проводится в компьютерном классе или на домашнем компьютере (слушателям выдается CD-диск с программой «Лабораторный практикум»). Кроме того,
слушатели осуществляют проектирование и реализацию школьного компьютерного физического эксперимента, а также разработку профильных творческих
проектов по теме «Компьютеризированный физико-технический эксперимент».
Содержание рабочей программы курса повышения предусматривает, что в
его основу положены лабораторные работы, разработанные нами с учетом возможности варьирования его тематикой для слушателей, обучающихся по различным специализациям. В основу курса положены фундаментальные инженерные вопросы, которые имеют важное значение для современного промышленного производства и технологий. Поэтому они являются необходимыми для педагогов общего и профессионального обучения всех специализаций.
Вместе с тем, необходимо учитывать и специфические особенности этих
специализаций. С этой целью приведенный перечень лабораторных работ превышает количество работ, которые выполняют слушатели во время аудиторных
занятий. Кроме того, это создает возможность учета интересов наиболее подготовленных слушателей, которые могут выполнить большее число работ. Для таких слушателей предусмотрено использование цифровых лабораторий, выпускаемых различными фирмами-производителями учебной техники (L-микро, 3B
Scientific и др.).
РОЛЬ
КУРСА
«ФИЗИКА
НИЗКИХ
ТЕМПЕРАТУР
И
СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ» В ПОДГОТОВКЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНО
КОМПЕТЕНТНОГО ПРЕПОДАВАТЕЛЯ ФИЗИКИ
Бабарико А. А., Коришев В.И.
Омский государственный педагогический университет
Современное развитие науки немыслимо без использования компьютера и
различного рода программного обеспечения, которое позволяет решать множество научных задач, в том числе и задачу подготовки профессионально компетентных преподавателей физики.
В Омском государственном педагогическом университете в рамках магистратуры направления «540200 Физико-математическое образование» магистерская программа «540202 Физическое образование» преподается дисциплина
94
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
«Физика низких температур, сверхпроводимость». При изучении данной дисциплины магистранты изучают широкий круг теоретических вопросов, выполняют
большое количество лабораторных работ: «Изготовление и градуировка термопары», «Измерение зависимости сопротивления полупроводника от температуры», «Определение ширины запрещенной зоны полупроводника», «Определение
типа рассеивания носителей тока в полупроводнике», «Определение температурного коэффициента изменения ширины запрещенной зоны», «Исследование
эффекта Холла», «Измерение критической температуры керамики YBa2Cu3O7»,
«Исследование поведения абрикосовских вихрей», «Исследование стационарного эффекта Джозефсона» и др., – часть из которых являются научноисследовательскими.
Так как за плечами у магистрантов уже есть учеба в бакалавриате (4 года)
или по специальности (5 лет), то у них имеются базовые знания по общей физике, теоретической физике и информационно-коммуникационным технологиям.
Они хорошо знакомы с устройством компьютера, различным программным
обеспечением, мультимедиа, Интернет технологиями и др. При изучении данной
дисциплины основной упор делается на практическое применение знаний по физике при обработке данных физического эксперимента с использованием возможностей различных программ.
Например, лабораторные работы, при изучении раздела «Сверхпроводимость», выполняются на автоматизированной системе для измерения магнитной
восприимчивости на переменном токе (AC-магнетометр, от англ. alternative current). Конструкция установки позволяет проводить измерения в различных режимах: снимать зависимость восприимчивости образца от внешнего постоянного магнитного поля (Hdc) при малом переменном (Hac) Hac << Hdc, зависимость от
переменного поля (Hac), а также температурные зависимости восприимчивости.
Управление экспериментальной установкой осуществляется при помощи
персонального компьютера и рабочей программы, являющейся неотъемлемой
частью установки и загружаемой в память ЭВМ под управлением операционной
системы. При загрузке рабочей программы на экране монитора появляется главное диалоговое окно, по периметру которого располагаются органы управления
и индикаторы. С помощью органов управления магистранты выбирают режим
работы, определяют параметры эксперимента и др.
В процессе измерения какой-либо из выше перечисленных зависимостей
данные отображаются в виде графика на экране монитора. По завершении измерений данные эксперимента в виде массива чисел сохраняются в файле с расширением .dat и в данной программе восстановлены (например, для просмотра, редактирования и др.) быть не могут, поэтому для обработки полученных данных
применяют другие программные средства.
Для интерпретации экспериментальных данных (проведение расчетов, построение графиков зависимостей χ (Hac), χ (Hdc), χ (T) и др.) магистранты используют Microsoft Office Excel, Altair Hypergraph, MathSoft Asum, MathCAD и
другое программное обеспечение. График дает возможность наглядно представить вид функциональной зависимости изучаемого процесса, позволяет наглядно
проводить сравнение экспериментальных данных с теорией. Кроме того, используя графики можно находить значения величины Y для таких значений X, для которых измерения не проводились. Например, измерив на AC-магнетометре зави95
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
симость магнитной восприимчивости от температуры Y = χ (T) при различных
значениях переменного магнитного поля X = Hac и построив соответствующие
графики, можно на основании полученных данных построить зависимость магнитной восприимчивости от величины переменного магнитного поля χ(Hac)
(Y(X)) при фиксированной температуре. Причем можно получить эту зависимость при температуре T близкой к критической Tc (T → Tc), то есть там, где выполняется условие Гинзбурга – Ландау.
Глубокое изучение теории по данной теме, тщательное рассмотрение поставленных вопросов на семинарах, позволяет магистрантам самостоятельно
объяснять полученные результаты путем сравнения и анализа этих данных с
теоретически предсказанными, а также высказывать собственные предположения относительно эффектов, которые не описываются в рамках известных теорий.
О результатах, полученных в ходе выполнения лабораторных работ, магистранты имеют возможность докладывать на различного рода конференциях
(«Всероссийская Научная Конференция Студентов – Физиков и Молодых Ученых», «Человек и природа» и др.). Кроме того, магистранты получают навыки по
методике преподавания изучаемых разделов физики не только в школе, но и в
ВУЗе. Благодаря этому, магистрантам, в рамках психолого-педагогической
практики, доверяют чтение лекций и проведение лабораторных работ, семинаров
и др. в ОмГПУ на физическом факультете.
Все это вместе взятое позволяет подготовить профессионально компетентного учителя физики и расширить область его преподавательской деятельности от школы с углубленным изучением физики до средне специальных учебных заведений, а также подготовить магистранта для поступления в аспирантуру.
ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННО – КОММУНИКАЦИОННЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ В ПРЕПОДАВАНИИ КУРСА «ФИЗИКА».
Баранова Н.А.
Профессиональное училище № 6, г. Коломна
Если кто – то считает, что ПК это какое – то особое устройство, способное
реализовать все что угодно, то он глубоко заблуждается. Это всего лишь средство механизации труда, такое же, как молоток в руках слесаря.
Может ли преподаватель эффективно использовать ПК в своей деятельности? Вполне может, но при определенных условиях. Либо преподаватель сам
способен создавать программные продукты автоматизации собственного труда,
либо он имеет их готовыми и соответствующими его требованиям. Выполнить
первое из условий теоретически возможно, но практически это означает освоить
новую профессию. Второе практически более проблематично. Однако в настоящее время на рынке программных продуктов можно найти преимущественно
коммерческую продукцию, произведенную неспециалистами в области педагогики.
96
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
В своем большинстве электронные учебники мало, чем отличаются от
традиционных (текст, иллюстрации), восприятие с экрана более утомительно для
глаз и психики человека. Плюсом электронных учебников является использование в нем анимации, информационных объектов и процессов. По поводу использования визуальных лабораторий стоит заметить, что они никогда не смогут заменить работу с реальным оборудованием.
Преподаватель Учреждения профессионального образования находится в
постоянном поиске новых средств и методов обучения, ориентированных на
развитие интеллектуального потенциала учащихся, и, самое главное, - на формировании умений самостоятельно приобретать знания. Безусловно, этому способствует использование информационных технологий в обучении.
Использование электронных учебников (ЭУ) «1С: Репетитор. Физика»,
Курс «Открытая Физика 2.5 часть 1», Курс «Открытая Физика 2.5 часть 2»,
TeachPro Физика, TeachPro решебник по физике, «Уроки Кирилла и Мефодия»,
"Репетиторы Кирилла и Мефодия 2006" дает возможность индивидуализировать
процесс обучения, реализовать дифференцированный подход к обучаемым, активизировать познавательную деятельность учащихся, организовать их самостоятельную, творческую и исследовательскую работу, осуществлять обратную
связь, самоконтроль в интерактивном режиме. Многофункциональность ЭУ (наличие гипертекста, анимационных блоков, видеосюжетов, интерактивных моделей, справочных материалов) позволяет использовать его для реализации различных дидактических целей уроков. Использование возможностей компьютера
на лекционных занятиях по физике значительно облегчает понимание, а, следовательно, и глубокое усвоение того или иного физического явления, интерактивные модели в наглядной форме позволяют раскрыть связи и зависимости физических величин.
С помощью ЭУ значительно расширились возможности проведения лабораторных и практических работ исследовательского характера. Основное назначение таких работ – способствовать формированию у учащихся прочных знаний
через наблюдение, выявление закономерностей; умению анализировать результаты эксперимента, обобщать и делать выводы. ЭУ предоставляет возможность
использования виртуальных методов компьютерного моделирования, причем
при необходимости опыт можно повторять многократно. Использование инструкционных карт с описанием алгоритма выполнения работы, а также готовых
бланков отчета приводит к экономии времени и дает возможность сконцентрировать внимание на изучаемом явлении, выявлении закономерности. При такой
организации работы функция преподавателя заключается в том, чтобы контролировать, консультировать учащихся и координировать их действия.
Анализируя проделанную работу по применению информационных технологий в процессе обучения, можно говорить о том, что реализация такого подхода позволяет: создавать определенный эмоциональный настрой и развивать
интерес к предмету; организовать самостоятельную работу учащихся; реализовать дифференцированный подход; развивать творческий потенциал учащихся,
логическое мышление; развивать навыки самоконтроля; и интенсифицировать
учебный процесс; обеспечить учащихся учебно-методическими материалами,
дидактическими и раздаточными средствами обучения и контроля знаний.
97
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
Исследования на основе знаний информационных технологий, психологического анализа восприятия обучающимися учебного материала, специфики его
запоминания доказывают обусловленность и зависимость запоминания от применения визуальных электронных средств обучения, стимулирующих интерес к
учению.
Электронный образовательный комплекс предназначен, прежде всего, для
передачи, трансляции знаний учителем через рассказ и демонстрацию. Комплекс
позволит на каждом уроке реализовывать принцип наглядности в обучении, увеличить доступность объяснения, возможность демонстрации содержания экрана
монитора с помощью медипроекора на большой экран или на использование рабочих мест всех учащихся группы компьютерами, объединенными в сеть.
Ясно, что режим тренажа группы учащихся с использованием интерактивных моделей или выполнение компьютерного тестирования возможен также
только в режиме обеспечения каждого участника группы персональным компьютером. Именно в этом случае достигается максимальная эффективность использование ЭУ для целей интенсификации обучения и приобщения учащихся к
новым информационным технологиям в ходе предметного обучения.
ЭУ разработаны в соответствии с государственным стандартом образования РФ. Они станут незаменимым помощником при подготовке к урокам. Их
цель – помочь школьникам освоить курс физики на базовом или повышенном
уровне, закрепить и систематизировать полученные знания. Применение современных мультимедиа-технологий, разнообразный иллюстративный материал, нестандартная форма подачи учебного материала стимулирует познавательный интерес и поисково-исследовательскую деятельность учащихся!
ЭУ – это: получение основополагающих знаний по изучаемому курсу; факультативные материалы по курсу; отработка умений и навыков с помощью интерактивных тренажеров; проверка знаний по отдельным частям урока, уроку
целиком, теме, всему курсу – экзамен; занесение результатов тестирования в
дневник успеваемости; обучение самостоятельной работе с учебным материалом; выявление слабых мест в понимании предмета и стимулирование к более
глубокому его изучению; подготовка к уроку, контрольному занятию, экзамену.
Система "Репетитор" позволяет: подготовиться к уроку, контрольному занятию, экзамену, проходить тестирование по одной или нескольким темам; самостоятельно работать с учебным материалом, откладывать выполнение тестовых заданий; получать подсказки и использовать справочный материал; провести работу над ошибками; отработать навыки прохождения тестирования; психологически подготовиться к сдаче экзаменов; выявить слабые места понимании
предмета; контролировать результаты тестирования, которые заносятся в Журнал результатов.
Литература
1. Коротков С. П. Эффективность визуальных средств обучения. – Журнал «Профессиональное образование», 2002, № 10, с.14
2. Муслимов З. О. Современные информационные технологии в профобразовании. –
Журнал «Профессиональное образование», 2003, № 9, с.11.
3. Ряскова С. В. Информационные технологии на уроках физики. – Журнал «Профессиональное образование», 2003, № 9, с. 14.
98
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
4. Булгаков А. Т., Волков Ю. П. Компьютер в учебном процессе – польза или вред? –
Журнал «Профессиональное образование», 2005, № 9, с. 16.
5. Угринович Н. Д. "Вопросы компьютеризации учебного процесса" - М.: "Просвещение", 1997.
ИЗ ОПЫТА ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ТВОРЧЕСКИХ СТУДЕНЧЕСКИХ ГРУПП
Басалова Т.Ф., Клепинина И.А.
Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого
В связи с возрастающей информатизацией современного общества неуклонно повышается роль новых компьютерных технологий при подготовке специалистов различного профиля. В настоящее время обращается серьезное внимание на подготовку учителей, способных работать в новых условиях.
Опыт показывает, что качество обучения напрямую связано с интересом,
проявляемым обучаемым к предмету деятельности. Именно этот аспект положен
в основу деятельности студенческого кружка «Компьютерный эксперимент в
физике», созданного на кафедре общей физики ТГПУ им. Л.Н.Толстого.
В работе кружка выделено четыре основных направления деятельности:
1. разработка виртуальных физических демонстраций и лабораторных работ
с помощью готовых программных продуктов;
2. использование компьютера как инструмента физического эксперимента;
3. моделирование физических процессов с использованием программных
средств;
4. создание электронных учебных пособий и презентаций.
В рамках каждого направления созданы проблемные группы, которыми
руководят студенты-старшекурсники. Руководитель проблемной группы сам
подбирает себе команду из числа студентов более младших курсов. Не реже одного раза в месяц происходит общий сбор всех групп, на котором демонстрируются результаты их деятельности.
Помогая старшим, студенты первого – второго курсов узнают много нового, учатся работать в команде. Примерно к концу третьего курса у студента появляются свои исследовательские интересы и цели, он становится руководителем новой творческой группы и начинает подбирать себе команду единомышленников.
Рассмотрим один из примеров деятельности творческих групп. В журнале
«Потенциал» № 5 за 2006 год студенты прочитали о возможности применения
стандартного звукового редактора Audacity для измерения временных промежутков, в частности для измерения времени полета свободно падающего тела
при измерении ускорения свободного падения. Было решено попробовать воспроизвести опыт. В итоге был проведен анализ известных звуковых редакторов,
усовершенствована измерительная схема. В настоящее время данная работа готовится к внедрению в учебный процесс в лаборатории «Механика» кафедры
общей физики. Члены группы выезжали со своей установкой в одну из школ города Тулы, где на факультативных занятиях проводили эксперименты вместе со
школьниками. Удовольствие от этого получили все: и школьники и студенты.
99
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
Результаты работы некоторых групп демонстрировались учителям физики
при проведении курсов повышения квалификации. В итоге появилось несколько
конкретных заказов на выпускные квалификационные работы.
Работа в кружке развивает навыки самостоятельной работы, творческую
инициативу, стремление к самосовершенствованию. Результаты многих работ
уже внедрены в учебный процесс факультета и ряда школ города Тулы. Результаты научных исследований докладывались на различного уровня конференциях, ряд студенческих работ опубликован, Электронные разработки зарегистрированы в Отраслевом фонде алгоритмов и программ.
КОМПЬЮТЕРНАЯ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ДЛЯ СПЕЦИАЛЬНОГО
ПРАКТИКУМА «ПЕРКОЛЯЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В ДВУМЕРНЫХ
НЕУПОРЯДОЧЕННЫХ СТРУКТУРАХ»
Бирюков С.В., Ширина Т.А.
Московский педагогический государственный университет (МПГУ)
Теория перколяции (протекания) позволяет наиболее адекватным образом
описать физические явления в неупорядоченных структурах [1]. С ее помощью,
например, удается исследовать процессы проводимости в компенсированных
полупроводниках, в дисперсных средах с несколькими компонентами, в материалах, содержащих кластерные включения и в других системах, с неупорядоченным расположением активных центров. По сути дела теория перколяции является основой для описания физических процессов в аморфных и им подобных
веществах.
Одним из основных положений теории перколяции является понятие порога протекания – того минимального количества взаимодействующих активных центров, при котором носитель заряда может пройти между двумя электродами, что равносильно возникновению электрического тока в исследуемой системе. Наблюдение порога протекания является целью большинства экспериментальных исследований физических свойств неупорядоченных систем.
Сказанное выше доказывает целесообразность включения исследования
перколяционных свойств аморфных материалов в специальный студенческий
практикум по физике. Это, однако, сделать совсем не просто, так как наблюдения порога протекания в большинстве физических объектов требует сложной
техники и экстремальных условий наблюдения (как правило, сверхнизких температур). Выходом из этого положения может быть использование информационных технологий, т.е. создание компьютерной лабораторной работы, в которой
студенты могли бы наблюдать порог протекания и исследовать изменения его
характера в зависимости от внешних условий – структуры решетки, параметров
кластеров и т.п. Этому и посвящен данный доклад.
Целью работы является модельное исследование явления протекания в
двумерной решетке. Использование двумерной модели вместо трехмерной существенно упрощает программирование, не меняя при этом физической сущности исследуемых явлений.
Для выполнения лабораторной работы необходим IBM -совместимый персональный компьютер с процессором типа «PENTIUM». Программа моделиро100
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
вания двумерной перколяции, которая носит название «Percolation», выполнена
на языке Pascal.
Перколяция исследуется в квадратной двумерной решетке изменяемого
размера (≤ 300×300 элементов). Выполняемые действия состоят в следующем.
На решетке выбранного размера, используя генератор случайных чисел, образуются дополнительные узлы, наличие которых отражается на дисплее в виде
цветных точек. Если у появившегося узла нет близких соседей, то он образует
новый кластер с новым цветом. В случае, когда имеется хотя бы один сосед, новый узел присоединяется к нему и принимает его цвет. Если у нового узла несколько соседей, то все они сливаются в единый кластер, принимая цвет наибольшего из составляющих. В ситуации, когда образовавшийся кластер касается
одновременно правого и левого краев решетки, он считается “бесконечным” и
дальнейшая генерация узлов приостанавливается.
При выполнении программы на дисплей выводятся: число случайных чисел, использованных для генерации узлов, число узлов, число кластеров, минимальный, максимальный и средний размеры кластера, а также среднеквадратичное отклонение его размера. Выводятся также минимальное, максимальное и
среднее число узлов в кластере, и среднеквадратичное отклонение числа узлов в
кластере.
При работе с программой можно задать следующие параметры: тип решетки (1-квадратная, 2 –галстук-бабочка, 3-биквадратная), длину ребра решетки
в узлах, число новых узлов, через которое следует сделать остановку, и задержку
(в миллисекундах) после вывода каждого нового узла для выбора оптимальной
скорости работы программы.
Программа написана на TMT Pascal for DOS (32 bit). Имеется версия, созданная на Turbo Pascal 7.0 (16 bits), для устаревших ПК. Расчеты и построение
графиков выполняются в СКА Derive. Работа идет поочередно в Percolation и в
Derive: в Percolation проводится эксперимент, его результаты записываются в
файл, а затем этот файл считывается в Derive и включается в массив для обработки. Затем эксперимент возобновляется
В работе предусмотрены следующие задания.
1. Наблюдение роста и слияния кластеров при увеличении числа узлов.
2. Определение порогов протекания для трех указанных выше типов решетки.
При выполнении этого задания студенты строят характерные зависимости и определяют пороги протекания для трех типов решеток.
3. Оценка точности определения порога протекания.
Работа предназначена для использования в специальном практикуме педагогического вуза и будет выполняться бакалаврами и магистрами, обучающимися по специальности «Физика конденсированного состояния», а также студентами старших курсов.
Литература
1. Эфрос А.Л. Физика и геометрия беспорядка. М.: Наука, 1982.
2. Тарасевич Ю.Ю. Перколяция: теория, приложения, алгоритмы. М.: Едиториал УРСС,
2002.
3. Лифшиц И.М., Градескул С.А., Пастур Л.А. Введение в теорию неупорядоченных
систем. М.: Наука, 1982.
101
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ РЕШЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ
ЗАДАЧ И ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЛЯ АЛГОРИТМИЗАЦИИ ИХ
РЕШЕНИЙ
Ванюшкина Е. С.
Рязанский государственный университет им. С. А. Есенина
В настоящее время наиболее распространенной становится тестовая форма контроля знаний и умений школьников. Это открывает возможности для широкого использования информационных технологий в обучении школьников
решению физических задач. Однако для этого необходимо использовать общие
алгоритмы решения задач.
Алгоритмическому подходу уделялось значительное внимание в литературе, были разработаны многочисленные общие и частные алгоритмы решения
физических задач. Все они включают следующие основные элементы: анализ задачной ситуации, составление и решение системы уравнений, выполнение вычислений и оценка получившегося решения. В процессе решения физической задачи происходит переход от описания реальных объектов и явлений к математическому описанию их моделей. На этом заканчивается физический этап решения
и остается математическое преобразование полученной системы уравнений. Поэтому целесообразным представляется подход на основе выделения в процессе
решения задачи физического и математического этапа [1]. Такой подход разработан в основном для студентов высших учебных заведений, и практически не
находит применения в школьной практике, хотя он представляется полезным
при работе со школьникам. При этом схему общего алгоритма решения задач
можно представить в виде, изображенном на рисунке 1.
Исходные
данные,
рисунок
Анализ физической
ситуации
Составление
системы физических
уравнений
Анализ системы на
предмет ее
решения
Разрешение
неопределенности математическими
Решение
системы
уравнений
Разрешение
неопределенности
физическими ме-
Рис. 1. Общий алгоритм решения физических задач.
Одним из существенных элементов этого алгоритма является анализ системы уравнений на предмет ее решения, подразумевающий определение возможности ее разрешения относительно неизвестной величины. В школе это условие выполняется, если число уравнений равно числу неизвестных. В противном случае разрешение неопределенности возможно двумя путями: с помощью
физических методов – за счет повторного обращения к условию задачи и добав102
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
ления других физических уравнений, и с помощью математических – за счет
преобразований полученной системы, в которых число неизвестных будет сокращаться быстрее, чем число уравнений в системе.
Использование предложенного алгоритма может способствовать повышению качества подготовки выпускников к тестированию по физике, и открывает
широкие возможности для создания обучающих программ по курсу физики.
Литература
1. Беликов Б. С. Решение задач по физике. Общие методы: Учеб. пособие для студентов
вузов. – М.: Высш. шк., 1986. – 265 с.
ИЗЛОЖЕНИЕ ОСНОВ ЗОННОЙ ТЕОРИИ ВЕЩЕСТВА В ШКОЛЬНОМ
КУРСЕ ФИЗИКИ
Головнев Ю.Ф., Панин В.А., Тюрина М.О.
Тульский государственный педагогический университет им. Л. Н. Толстого
Весьма символично, что Нобелевский комитет под занавес XX века счел
необходимым присудить премию "за основополагающие работы в области информационных и коммуникационных технологий". Именно в этой области человеческой деятельности в последние десятилетия происходят радикальные изменения. И очевидна значимость исследований, где результаты используются в таких практических приложениях как компьютеры, Интернет, "новая экономика" всего этого не было бы без соответствующей элементной базы.
Интерес к физике полупроводников неуклонно растет. Обилие научнопопулярной литературы в этой области, ежедневные столкновения с ее достижениями, повышенное внимание к изучению ее разделов в высших учебных заведениях – вот основные причины, которые настоятельно требуют введения в
школьную программу дополнительных элементов физики твердого тела, а именно зонной теории вещества и ее приложений при изучении современных микроэлектронных устройств.
Обращаясь к сегодняшней школьной программе и учебникам по физике,
мы видим, что авторы не учитывают вышесказанного, а традиционный подход к
изучению вопросов, связанных с полупроводниками оказывается не достаточно
полным, не дает возможности изучить важные свойства полупроводников, и, тем
более, их применение в современной микроэлектронике.
Но преподавание элементов зонной теории вещества в школьном курсе
физики упирается в достаточно сложную проблему – адаптацию абстрактного
изложения этого материала в вузовских курсах и полное отсутствие его на
школьном уровне.
Задача методиста – сделать его доступным для понимания старшеклассников. И здесь необходимо привлечь один из важнейших общедидактических
принципов – наглядность с минимумом математических процедур. Что касается
элементов зонной теории в школьном курсе, то ее изложение надо начать с атома, опираясь на сведения о строении атома, которые учащиеся получили в базовом курсе физики и при изучении химии. При этом (принцип наглядности) даем
простейшую схему его электронной структуры и распределения электронов от103
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
носительно ядра по энергетическим уровням (рис. 1).
U(r)
А
B
C
Е
D
Е
r
S4
Е4
Δ
Е3
Δ
Е2
S3
S2
S1
Е1
Рис. 1. Схема образования зон из энергетических уровней атомов при объединении в кристалл. Область A – атом; область B – снижение энергии электрона при объединении атомов; область C – образование зон из энергетических уровней атомов; область D – формальная схема энергетических зон.
Е1,Е2,Е3,Е4 – разрешенные зоны; Δ – запрещенные зоны.
При построении энергетической диаграммы простейшего атома следует
указать, что потенциальная яма образована кривыми, отражающими функциональную зависимость кулоновского взаимодействия заряженных частиц (электрона и протона), т. е. гиперболы: U (r ) = −e 2
1
(на схеме область A). Далее, опиr
раясь на понятные для школьников элементы квантовой теории [1] обозначаем в
области A энергетические уровни электрона в атоме.
При этом достаточно остановиться на S – состояниях в целях реализации
принципа наглядности, учитывая также, что эти состояния сохраняются на всех
энергетических уровнях (n=1, 2, 3 …). При этом не теряется научная строгость, и
степень наглядности возрастает. Введение же p –, d –, f – состояний будет загромождать энергетическую схему и сделает ее сложной для восприятия и понимания.
Следующий шаг связан с наглядностью описания перехода от атомных
энергетических уровней к зонам при образовании одномерного кристалла (область C). Здесь следует сразу заметить, что снижение атомной локализации электрона в кристалле приводит и к падению его энергии, как показано областью B
на рис. 1.
Область D представляет собой зонную энергетическую диаграмму, которая обычно используется в соответствующих вузовских учебниках. На рис. 1 она
являются естественным продолжением схемы образования зон из атомных уровней. Эта наглядность позволяет не опираясь подробно на основные причины образования зон при сохранении качественного уровня понимания физики, перейти, в дальнейшем, к формальному их обозначению и осмысленному применению
в практических приложениях.
На схеме показаны области энергий, которые могут принимать электроны
(разрешенные зоны – Е 1, Е 2 , Е3, Е4) . Они чередуются с интервалами запрещен-
104
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
ных значений энергий (на схеме Δ). Чем выше по шкале энергий расположены
уровни, тем шире оказываются зоны. Запрещенные области при этом сужаются.
Расстояние между энергетическими уровнями в разрешенной зоне очень
мало. В реальных кристаллах с размерами от 1 до 100 см3 расстояние между ними по порядку величины лежит в пределах от 10-22 до 10-24 эВ. Эти различия в
энергии настолько ничтожны, что обычно изменение энергии в зоне считают
квазинепрерывным. В зависимости от степени заполненности зон электронами
все твердые тела делятся на проводники, полупроводники и диэлектрики.
Отметим, что здесь необходимо сконцентрировать внимание учащихся на
том, что энергетическая зона не имеет никаких пространственных размеров, она
представляет собой лишь физическое понятие, согласно которому электроны
твердого тела могут обладать значениями энергий, заключенными в определенных пределах – зонах.
Анализ механизма заполнения разрешенных зон электронами при абсолютном нуле позволяет перейти к классификации веществ на проводники, полупроводники и диэлектрики. В дальнейшем, на основе зонной теории можно рассматривать вопросы, касающиеся не только электрических свойств кристаллов,
но и магнитных, оптических и ряда других, которые используются в работе современных микроэлектронных устройств.
В заключении следует отметить, что реализация принципа наглядности с
помощью графического метода будет способствовать более глубокому пониманию и лучшему усвоению элементов зонной теории вещества в школьном курсе
физики. А применение современных информационных технологий открывает
новые возможности для реализации принципа наглядности в преподавании данного материала, не понижая научности его изложения.
Литература
1. Учебник для 11 класса школ и классов и углубленным изучением физики под ред. А.
А. Пинского – М.: Просвещение – 2000.
2. Алферов Ж. И. - История и будущее полупроводниковых гетероструктур - Физика и
техника полупроводников, 1998, том 32, № 1.
3. Суханов А. Д. Лекции по квантовой физике. – М.: Высш. шк., 1991. –383 с.
ИССЛЕДОВАНИЕ
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ
ПЕРЕХОДОВ
АТОМА
ВОДОРОДА И НАБЛЮДЕНИЕ ЛИНЕЙЧАТОГО СПЕКТРА ИЗЛУЧЕНИЯ
ВОДОРОДА
Дорохова Е.В.
Гимназия №2 «Квантор» г. Коломна, Московская область
В физико-математическом 11-ом классе предлагается выполнение работы
физического практикума «Исследование энергетических переходов атома водорода и наблюдение линейчатого спектра атома водорода». Учащимся рекомендуется в электронных таблицах Microsoft Excel вычислить радиусы электронных
орбит и, используя инструменты рисования изобразить 3-4 орбиты атома водорода, рассчитать значения энергии атома водорода в стационарных состояниях,
частоты (длины волн) излучений при переходах атома водорода из одного со-
105
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
стояния в другое, а затем построить энергетическую диаграмму атома водорода
средствами Microsoft Visio. После проведения анализа результатов работы проводится в демонстрационном режиме наблюдение спектра излучения водорода с
помощью спектроскопа. В ходе выполнения работы учащиеся получают не
только более полное представление о природе спектра излучения, но и умения
использовать компьютерные технологии в изучении физических процессов.
Инструкция по выполнению практической работы
Цель работы: Экспериментально проверить следствия теоретической модели
атома Бора.
Порядок выполнения работы
1. Рассчитайте радиусы электронных орбит в атоме водорода и изобразите 3–4
орбиты:
2
rn = 4πε0 h 2n
2
me e
2. Рассчитайте значения энергии атома водорода в стационарном состоянии:
4
1
En = − m2e e2 2 ⋅ 2
32π ε0 h n
, Дж
Выразите значения энергии в эВ (1эВ = 1,6⋅10–19 Дж).
3. Вычислите частоты (длины волн) излучений атома водорода при переходе из
одного стационарного состояния в другое, пользуясь обобщенной формулой
Бальмера:
⎛ 1
1 ⎞⎟
⎜
,
для m = 1; 2; 3
=
−
R
ν mn
2⎟
⎜ 2
⎝m n ⎠
Постоянная Ридберга R = 3,29⋅1015 Гц.
4. Изобразите энергетическую диаграмму атома водорода, покажите на ней переходы возбужденного атома на 1, 2, 3 уровни и обозначьте длины волн, соответствующие этим переходам, используя полученные вами результаты вычислений. Назовите полученные серии. Построение диаграммы удобно выполнять в
Microsoft Visio.
5. Используя цветную вклейку на с. 161 учебника физики под ред. Пинского
А.А., выясните:
1) какие длины волн соответствуют видимому излучению? Перечислите их цвет;
2) к какому диапазону принадлежит серия Лаймана;
3) к какому диапазону принадлежит оставшаяся часть серии Бальмера;
4) к какому диапазону принадлежит серия Пашена.
Опишите картинку, которую вы ожидаете увидеть с помощью спектроскопа.
6. С помощью электронного тренажера, записанного на диске «Открытая физика», проверьте правильность ваших предположений.
7. Проведите наблюдение спектра атома водорода и сделайте вывод.
В помощь учащемуся.
Технология работы - 1 часть
Расчет радиусов орбит
1. Загрузить Excel
2. Периодически сохранять введенные и полученные данные:
106
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
• в диалоговом окне <Сохранить как> раскрыть окно <Папка>
• выбрать папку < 11Г на Teacher (F:)>
• ввести имя файла фамилия - радиусы
3. В ячейку G2 ввести свою фамилию
4. Ввести исходные данные для расчета радиусов орбит:
• при занесении параметров объединить соответствующие ячейки;
• значения вводить в экспоненциальном формате.
5. Заполнить таблицу результатов:
• в ячейку В10 введите формулу вычисления радиусов орбит
• скопируйте данную формулу в ячейки В11–В20.
6. Выполнить обрамление таблиц.
7. Проанализировать полученные результаты и изобразить 3–4 орбиты:
• используя ПИР начертить окружности (удерживая Shift), выбрав цвет заливки – нет, тип штриха (шаблон) – мелкий пунктир, толщина – 1,5 пт;
• центр закрасить черным цветом;
• используя на ПИР “Автофигуры/Выноски”, подписать соответствующие
орбиты и сохранить.
8. Вывести на печать.
(Перед выводом на печать выполнить <Предварительный просмотр>).
9. Сравнить полученные результаты с результатами, выведенными на экран учителем.
10. Оценить свои результаты и занести оценку в карточку учета знаний.
Технология работы - 2-я часть
Расчет энергетических уровней атомов. Расчет частоты излучения (длины
волны)
1. Загрузить из папки < 11Г на Teacher (F:)> файл Уровни – Частоты:
• в диалоговом окне <Открыть> раскрыть окно <Папка>
• выбрать папку < 11Г на Teacher (F:)>
2. Периодически сохранять введенные и полученные данные:
• ввести новое имя файла <фамилия –уровни>
3. Вычислить энергетические уровни атома:
• в ячейку С9 введите формулу для вычисления энергии (Дж);
• скопируйте данную формулу в ячейки С10-С17;
• в ячейку D9 введите формулу вычисления энергии (эВ);
• скопируйте данную формулу в ячейки D10-D17.
4. Вычислить частоту излучения (длину волны):
• заполнить таблицу переходов на 1-й уровень
• вычислить длину волны
• заполнить таблицу переходов на 2-й уровень
• вычислить длину волны
• заполнить таблицу переходов на 3-й уровень
• вычислить длину волны.
5. Выполнить обрамление таблиц.
6.Сохранить.
107
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
7. Вывести на печать. (Перед выводом на печать выполнить <Предварительный
просмотр>).
8. Сравнить полученные результаты с результатами, выведенными на экран учителем.
9. Оценить свои результаты и занести оценку в карточку учета знаний.
Excel-файл описанной работы содержится на DVD-диске, подготовленном оргкомитетом конференции.
КУРС ПО ВЫБОРУ “ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ОБУЧЕНИИ
ФИЗИКЕ” В ПЕДАГОГИЧЕСКОМ УНИВЕРСИТЕТЕ
Еремин С.В.
Шуйский государственный педагогический университет
В последние годы в учебный процесс активно внедряются средства ИКТ,
что обусловлено многими факторами: интенсивное развитие ИКТ и их массовое
применение в различных областях человеческой деятельности; процесс компьютеризации
учебных
заведений;
создание
комплексов
программнопедагогических средств (ППС) по различным школьным предметам и т.д. Современный выпускник педагогического вуза должен быть компетентным в вопросах, связанных с применением ИКТ в будущей профессиональной деятельности. Поэтому к числу важнейших требований, предъявляемых к учителю физики
в настоящее время, можно отнести требование владения им средствами ИКТ, в
частности, методикой их использования на уроках в школе. К сожалению, в рамках курса “Теория и методика обучения физике”, предусмотренного ГОС ВПО, в
полной мере достичь этой цели не удается вследствие недостаточного количества учебного времени. Решить проблему можно путем введения в учебный план
дисциплин и курсов по выбору студентов за счет вузовского компонента. Одной
из таких дисциплин в ШГПУ является курс “Информационные технологии в
обучении физике”, читаемый студентам 4 курса, обучающимся по специальности “Физика” с дополнительной специальностью “Информатика”.
Курс рассчитан на 80 ч. учебного времени (в т.ч. 36 ч. аудиторных), а его
основной целью является подготовка будущего учителя физики к использованию средств ИКТ на уроках в общеобразовательной школе. При этом курс направлен, прежде всего, на формирование у студентов конкретных практических
умений, таких как, разработка ППС по физике различных типов (обучающих,
моделирующих, контролирующих) и методики их применения на занятиях. Для
методического сопровождения учебного процесса по дисциплине нами разработан учебно-методический комплекс, который представляет собой сборник методических материалов для преподавателей и учебных материалов по курсу для
студентов.
В целом курс состоит из двух основных частей. Сначала студенты обсуждают роль ИКТ в школьном физическом образовании, изучают и анализируют
возможности существующих ППС по физике различных типов. Вторая часть
курса предполагает создание студентами собственного программного продукта и
моделирование урока физики с использованием разработанного средства. Для
этого студенческая группа разбивается на несколько бригад, каждая из которых
108
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
разрабатывает проект по выбранной теме школьного курса физики. В целом
проект состоит из 4-х этапов:
Этап
Деятельность студентов/ Результат проекта
1. Исполь- Сбор фактического мультимедиа-материала (текстового и гразование
фического материала, видеофрагментов, анимации и т.д.) по
ИКТ
на теме в сети Интернет, в мультимедийных библиотеках и разуроке физи- личных ППС по физике (на CD и DVD).
ки
Создание презентации в формате Microsoft PowerPoint для использования на занятии.
Разработка методики объяснения нового материала с использованием разработанной презентации (в сравнении с традиционной методикой).
2. Компью- Создание учебных компьютерных моделей (УКМ) в среде протерное мо- граммирования или в среде компьютерного моделирования
делирова(Живая Физика, Начала электроники, Сборка, Виртуальная
ние на уро- online-лаборатория “Физикон”, Stratum и т.д.
ке физики
Разработка методики применения УКМ на уроке.
Разработка системы заданий (разноуровневых и многоуровневых) к УКМ.
Возможность компьютерного сопровождения натурного опыта.
3. Разработ- Определение структуры уровневых дидактических электронка
гипер- ных материалов (УДЭМ).
текстовых
Создание разноуровневых компьютерных тестов и их включедидактиче- ние в состав УДЭМ.
ских мате- Построение УДЭМ в виде offline-сайта (на языке HTML).
риалов
4. Модели- Разработка методики проведения урока физики с ИКТ (в сраврование
нении с традиционным уроком по выбранной теме).
урока с ис- Описание методических рекомендаций для учащихся (наприпользовани- мер, инструкции по работе с УДЭМ, УКМ или по выполнению
ем ИКТ
компьютерных тестов).
Написание плана-конспекта урока.
Практика показывает, что подобное построение учебного курса в наибольшей степени способствует формированию у студентов умений подготовки и
проведения уроков физики в школе с применением ИКТ.
ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ИКТ В ПРЕПОДАВАНИИ КУРСА «ФИЗИКА»
Захарова О.Н.
СОШ № 1 г. Абакан
Преподавание физики… Каким оно должно быть в современной школе?
Быстрое развитие вычислительной техники и расширение ее функциональных возможностей позволяет широко использовать компьютеры на всех
этапах учебного процесса. В своей практике я применяю ИКТ во время лекций,
практических и лабораторных занятий, при самоподготовке, для контроля и са-
109
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
моконтроля степени усвоения учебного материала. Компьютер, несомненно, незаменимый помощник. Я его использую в разных целях:
для индивидуализации учебного процесса,
как средство наглядности учебного процесса (презентации),
путь поиска информации из самых широких источников (Интернет),
способ моделирования изучаемых процессов или явлений (модели в обучающих программах),
организации коллективной и групповой работы (проекты) и др.,
средство разработки и подготовки различных видов учебнометодического сопровождения урока, т.е. использование компьютера для подготовки необходимых материалов (поурочное планирование, методические разработки, индивидуальные задания, контрольные и другие виды работ) и т.д.
Современные подходы к проектированию и разработке электронных
средств образовательного назначения позволили мне создать методические пособия для учащихся, справочники, презентации, тестирующие работы (по курсу
физики 7-9 класса).
Физика - наука экспериментальная, ее всегда преподают, сопровождая демонстрационным экспериментом. В моем кабинете физики используются не
только различные установки и приборы для проведения демонстрационных экспериментов, но и вычислительная техника с мультимедиа проектором и экраном.
Использование компьютерных технологий значительно расширило возможности
лекционного эксперимента, позволяя моделировать различные процессы и явления, натурная демонстрация которых в лабораторных условиях технически
очень сложна либо просто невозможна.
Большую пользу может принести использование обучающих программ,
ресурсов Интернета и электронных энциклопедий для расширения кругозора
учащихся, получения дополнительного материала, выходящего за рамки учебника. В настоящее время я использую более 10 всевозможных обучающих программ, к тому же сопровождаемых и методическим материалом, необходимым
учителю. Этим материалом я очень часто пользуюсь для создания презентаций к
урокам («Простые механизмы», «Тайны звука», «Движение искусственных
спутников» и т.д.). В этих презентациях я применяю разнообразный иллюстративный материал, мультимедийные и интерактивные модели, которые поднимают процесс обучения на качественно новый уровень. Нельзя сбрасывать со счетов и психологический фактор: современному ребенку намного интереснее воспринимать информацию именно в такой форме, нежели при помощи устаревших
схем и таблиц. При использовании компьютера на уроке информация представляется не статичной неозвученной картинкой, а динамичными видео- и звукорядом, что значительно повышает эффективность усвоения материала. Интерактивные элементы обучающих программ позволяют перейти от пассивного усвоения к активному, так как учащиеся получают возможность самостоятельно
моделировать явления и процессы, воспринимать информацию не линейно, а с
возвратом. При необходимости можно вернуться к какому-либо фрагменту с повторением виртуального эксперимента с теми же или другими начальными параметрами. Обучающие программы предоставляют возможности компьютерного
моделирования опытов и экспериментов в игровой форме. Учащиеся самостоятельно могут сконструировать атом, могут увидеть, как возникает невесомость в
110
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
движущемся лифте, как движется броуновская частица. На глазах ребенка происходит процесс диффузии и т.д. К тому же, если что-то не получилось, можно
повторить все сначала. Интересно, например, собирать электрическую цепь, выбирая из виртуальных ящичков необходимые элементы. И если лампочка “перегорела” - можно вбросить ее в “мусорное ведро” (тоже виртуальное) и взять другую, с иными характеристиками.
Бесспорно, что в современной школе компьютер не решает всех проблем,
он остается всего лишь многофункциональным техническим средством обучения. В качестве одной из форм обучения, стимулирующих учащихся к творческой деятельности, я использую метод проектов. Формулируя тему проекта, я
стараюсь учитывать индивидуальные интересы и возможности ребенка. Я предлагаю создание одним учеником или группой учеников мультимедийной презентации, сопровождающей изучение какой-либо темы курса. Здесь каждый из
учащихся имеет возможность самостоятельного выбора формы представления
материала, компоновки и дизайна слайдов. Кроме того, он имеет возможность
использовать все доступные средства мультимедиа, для того, чтобы сделать материал наиболее зрелищным. Моими учащимися были созданы презентации
(«Линзы», «Температура», «Построение изображений в зеркале», «Диффузия» и
т.д.), которые теперь используются мной при преподавании физики в 7-9 классе.
Старшеклассниками были созданы web-сайты по физике по разделам «Оптика»,
«Механика», которые теперь широко используются другими учащимися. На
данных сайтах представлена теоретическая информация по физике, демонстрации, лабораторные работы, справочник об ученых, решения физических задач,
варианты ЕГЭ, дополнительная интересная информация. Созданные сайты понравились другим учителям физики в школе и широко применяются ими на уроках.
Еще один способ использования ИКТ – это компьютерное тестирование,
которое дает возможность индивидуализировать и дифференцировать задания
путем разноуровневых вопросов. К тому же, тесты на компьютере позволяют
вернуться к пропущенным вопросам и сделать “работу над ошибками”. Мною
разработаны некоторые компьютерные тесты («Механические волны», «Изменение внутренней энергии» и др.) с выбором ответа, которые я применяю, проводя урок в компьютерном классе. Тестирование проводится в два этапа, так как
компьютеров в классе 11. Сначала тест делает первая группа ребят, затем вторая,
остальные в это время заняты другой работой.
Внедрение в образование компьютерных технологий повышает общий
уровень учебного процесса, усиливает мотивацию обучения и познавательную
активность учащихся, постоянно поддерживает учителей, в том числе и меня, в
состоянии творческого поиска дидактических новаций. Компьютеры в образовании постепенно превращаются из инструмента для преподавания курса информатики в мощное средство развития всего образовательно-воспитательного комплекса.
Таким образом, современные педагогические технологии в сочетании с
современными информационными технологиями могут существенно повысить
эффективность образовательного процесса, решить стоящие перед образовательным учреждением задачи воспитания всесторонне развитой, творчески свободной личности.
111
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
Преподавать нужно творчески – иначе зачем!
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НОВЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В
УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ
Клепинина И.А., Басалова Т.Ф.
Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого
Инновационные педагогические технологии современного образования
включают в себя множество различных методик, в том числе и метод проектов.
Использование проектной методики как организационной формы работы направлено на активизацию самостоятельной работы студентов, развитие их творческих способностей, индивидуальности, а также на более глубокое понимание и
усвоение учебного материала.
Студентами физиками в рамках выполнения выпускных квалификационных работ разрабатываются учебные проекты, которые ориентированы на изучение какой-либо законченной темы или раздела стандартного учебного курса.
Учебные проект начинается с подробного обзора литературы по теме исследования, а заканчивается проведением экспериментального исследования. По материалам исследований формируется учебно-методический пакет, который включает комплект информационных, дидактических и методических материалов к
учебному проекту. Учебно-методический пакет обеспечивает реализацию проекта, ориентирован на широкое применение в самостоятельной деятельности. Любая деятельность на современном этапе немыслима без использования информационных технологий: студенты в процессе работы осваивают различные электронные программы и приложения. По материалам исследований создается
мультимедийная презентация. Основное преимущество такого изложения материала заключается в наглядности, возможности использования различных эффектов. Презентации предназначены для самостоятельной работы студентов, но
могут использоваться и для изложения теоретического материала, и на практических занятиях. Структура такой презентации включает конспект лекции, задачи с подробной методикой их решения, задачи для самостоятельного решения с
ответами, контрольный тест для проверки знаний, лабораторно-практическое задание с методическими рекомендациями по его выполнению. Основные положения формулы, термины, примеры выносятся на экран монитора. Это позволяет
акцентировать внимание студентов на ключевых моментах.
112
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
Экспериментальная часть заключается в разработке лабораторной работы,
которая может быть выполнена в натурном эксперименте или в виртуальной
версии. Разрабатывается подробная методика проведения эксперимента. На
слайде приведена электронная таблица для оформления результатов эксперимента.
Проектная методика позволяет студентам приобрести навыки самостоятельной работы с литературой, другими информационными источниками, планирования эксперимента, обобщения результатов исследования, то совершенно
необходимо для будущего специалиста.
ИТ - ПРОЕКТ: ТЕРМОРЕЗИСТОРЫ
Колосова М.И.
Гимназия №2 «Квантор» г. Коломна, Московская область
Щеглова И.Ю.
Коломенский государственный педагогический институт
Одной из актуальных тем в преподавании курса физики является исследование полупроводников и полупроводниковых приборов. Успехи современной
микроэлектроники связывают, как правило, с транзисторами, изучению которых
уделяется большое внимание в теоретических курсах и лабораторном практикуме. Мы полагаем, что разработка этой тематики должна включать исторический
материал и лабораторные работы по изучению терморезисторов (термисторов) ТР. Обсуждаемый ИТ - проект включает поиск информации в сети Интернет,
моделирующих программ – апплетов, постановку реального эксперимента по
изучению ТР, обсуждение вопросов применения ТР в повседневной жизни.
113
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
При поиске информации по этому вопросу, выяснилось, что история полупроводниковых исследований, проведенных до 1900 г. освещена недостаточно. Мы нашли подтверждение этому утверждению в работе [1]. Конечно, в этой
работе отечественные работы практически не освещаются.
Найдена книга [2], в которой рассказана история открытия и изучения полупроводников. Отдельная глава (№6) посвящена терморезисторам – с. 135).
Упоминание о термисторах есть в [3]. Отмечено, что термисторы могут найти
самое разнообразное применение в лабораторной практике: от измерения температуры до изготовления вакуумметров и радиометров. Уже в эти годы обсуждалась возможность применения термисторов для изготовления высокочувствительных болометров для измерения маломощного микроволнового излучения
(10-6 - 10-8 Вт).
Начало двадцатых годов 19-го века отмечено активными исследования в
области электрических явлений, в частности: 1800 г. – батарея А. Вольта, 1821 г.
– зависимость сопротивления проводника от его геометрических параметров и
температуры (Г.Дэви), случайно открытый термоэлектрический эффект
(Т.Зеебек) с использованием ZnSb и PbS с эффективностью 3%; 1823 г. – термобатарея (Ж.Фурье, Х. Эрстед); 1827 г. – открытие Омом закона, названного его
именем; 1833 г. М. Фарадей первым заметил, что сопротивление Ag2S падает с
ростом температуры, что является характерным признаком полупроводников,
были исследованы PbF2 и HgS; 1834 г. – Ж.Пельтье открыл эффект, названный
его именем; 1835 г. Э.Х. Ленц экспериментально обнаружил уменьшение сопротивления материалов при охлаждении. Э.Х. Ленц установил истинный смысл
эффекта Пельтье. Однако, в то время эти интересные явления не вызвали заметного интереса в научном мире. Как писал Дж. Максвелл; интерес проявляется
тогда, когда «у практики возникает потребность в знаниях». Несмотря на то, что
исследования полупроводников начались в 1833 году, в течение целого столетия
обнаруживаемые в этой сфере явления, вплоть до изобретения транзистора, оставались непредсказуемыми, невоспроизводимыми и необъяснимыми.
Так продолжалось до тех пор, пока в 1873 году случайно было обнаружено, что сопротивление селена изменяется при освещении. Селеновые фотосопротивления почти немедленно стали использоваться в различных оптических приборах. Только развитие методов получения особо чистых веществ позволило по
настоящему исследовать и применять полупроводниковые приборы.
В обзорной работе [4] утверждается, что к 1885 году были установлены
четыре основных свойства полупроводников: отрицательный температурный коэффициент сопротивления, (ii) выпрямление тока; (iii) фотопроводимость; (iv)
фотоэдс. Но все эти интересные свойства наблюдались в различных материалах,
что не давало возможности выделить полупроводники в отдельный класс веществ наряду с проводниками и диэлектриками. Только в 30-х года прошлого
века после разработки квантовой теории полупроводников (А.Вильсон, 1931г.)
началось их подлинно научное исследование: было обнаружено, что носителями
заряда являются не только электроны, но и подобные им положительно заряженные «дырки»; установлено, что незначительные примеси кардинально изменяют свойства полупроводников; была разработана технология выращивания совершенных полупроводниковых монокристаллов высокой чистоты.
114
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
В процессе совершенствования технологий удалось существенно улучшить параметры полупроводниковых приборов и обеспечить стабильность и
воспроизводимость их характеристик. Были созданы надежные и высокоэффективные полупроводниковые устройства, в том числе полупроводниковые холодильники Пельтье с использование n- и p- полупроводников, которые широко
используются для охлаждения микропроцессоров и создания малогабаритных
холодильников. Перепад температур на одном модуле Пельтье составляет более
600С.
В процессе работы над ИТ – проектом учащиеся с интересом обнаружили, что ТР находят широкое применение в автомобилях (датчики температуры
воздуха и охлаждающей жидкости, в редукторах пароочистителей), в сотовых
телефонах в устройстве защиты аккумуляторной батареи (термопредохранители
рассчитаны на температуру в 80–90 0С, в литиевых аккумуляторах используется
несколько термопредохранителей, имеется общий токовый самовосстанавливающийся полимерный предохранитель). Хорошие примеры применения ТР
можно найти в различных бытовых цифровых, в том числе встроенных, термометрах. При поиске информации по ТР было найдены примеры применения ТР в
компьютере: в блоке питания для ограничения пускового тока, для контроля
температуры микропроцессора, в лазерном принтере для контроля температуры
термопленки. Важно подчеркнуть, что практически ни одна сложная печатная
плата не обходится без термисторов. Они используются в температурных датчиках, термометрах, практически в любой, связанной с температурными режимами, электронике. В Интернет найдены графические изображения и портреты
ученых, которые размещаются на стенде в физическом классе.
На сайте [5] найдена моделирующая работу терморезистора программа апплет, первый экран которой приведен ниже. В интерактивном режиме можно
«исследовать» температурную зависимость сопротивления терморезистора. При
этом полученные данные заносятся в таблицу Excel, затем строится соответствующий график. Полученный график R(T) сравнивается с имеющимся в апплете.
В качестве дополнительного задания можно исследовать с помощью апплетов этого сайта температурную зависимость сопротивления платинового
термометра сопротивления и диодного измерителя температуры. В этом случае
применение моделирующих программ оправдано: провести подобные реальные
115
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
эксперименты, особенно в школьных условиях, практически невозможно. Заметим, что в [6] описана отечественная программа моделирования работы терморезистора.
На сайте [7] найдена интерактивная программа, моделирующая работу
автомобильного вентилятора.
Публичное освещение результатов ИТ – проекта происходит на научных
чтениях, которые проходят в нашей гимназии, начиная с 1990 г. Свой вклад в
совместный ИТ - проект вносят студенты педагогического института. Интересные работы выносятся на занятия спецкурсов, представляются на других конференциях, а наиболее значимые с точки зрения использования ИКТ рассматриваются на заседании научного общества «Креатив».
Применение ИКТ позволяет сделать работу секций по-настоящему продуктивной, процесс подготовки интересным, осуществляет дифференцированный подход к учащимся, способствует развитию исследовательских навыков, заставляет их по-другому оценить предлагаемую информацию, концентрирует
внимание слушателей. При выполнении конкретной работы учащиеся сами выбирают форму представления материала. Правильное представление отчета имеет свою неоспоримую важность, и компьютер становится незаменимым помощником. В процессе выполнения задания учащиеся получали основные результаты. Обрабатывая их в MS Excel, они составляли основную часть отчета, которую
затем дополняли полученными графиками зависимости физических величин.
Дальнейший этап – выполнение компьютерной презентации, в которой отражаются следующие аспекты: краткая теория вопроса; цель лабораторной работы и
используемое оборудование; схема установки; полученный результат (графики
зависимости и т. д.); анализ полученных результатов, выводы; практическая значимость данного исследования.
Представление работы в форме компьютерной презентации усиливает
восприятие, повышает мотивацию учащихся. Такой подход в организации лабораторной работы формирует логически законченное представление о полноценном исследовании, включающем в себя этапы планирования работы, практиче116
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
ское решение задачи, расчеты, обработку результатов измерений, составление
отчета, используя ИКТ.
Одна из презентаций по физике была выполнена группой учащихся 10ого информационно-математического класса Варламовым Д., Коршаковым А.,
Колобайцевым М. и Родионовым Т. В нее вошли две лабораторные работы по
теме «Полупроводниковые приборы»: Исследование ВАХ полупроводникового
диода; Вольтамперная и температурная характеристики терморезистора.
Использование ИКТ позволяет повысить у учащихся мотивацию, эффективность и качество обучения, а также облегчить труд учителя, интенсифицировать учебный процесс, сделать его более динамичным и наглядным. Однако следует отметить, что ИКТ лишь средство, позволяющее всего этого добиться. Роль
компьютера на уроках физики неоспорима при демонстрации эксперимента, который невозможно воспроизвести в реальных условиях; при моделировании явлений микромира, устройства и принципа действия некоторых технических устройств и т.д. Однако, научиться работать с физическими приборами можно лишь
при непосредственной работе с ним. Поэтому ИКТ должны являться неотъемлемым дополнением учебного процесса, а не заменой такового.
Литература
1. Khan A. Pre-1900 Semiconductor Research and Semiconductor Device Applications
www.ieee.org/portal/cms_docs_iportals/iportals/aboutus/history_center/conferences/che2004/K
han.pdf
2. Левинштейн М.Е., Симин Г.С. Знакомство с полупроводниками. – М.: Наука. 1984. –
240 с. – (Библиотечка «Квант». Вып. 33).
3. Стронг Д. Техника физического эксперимента. Ленинград. – 1948 г.
4. Pearson G.L, Brattain W. H. "History of semiconductor research", Proc. IRE, vol. 43, pp
1794-1806, Dec. 1955
5. http://www.univ-lemans.fr/enseignements/physique/02/electro/ctn.html
6. conf.rsu.ru/inftec2003/Presentation/SITO2003_Garmashov/TermoRes/html
7. http://www.eatel.net/~amptech/elecdisc/caraudio.htm]
ПЕРСОНАЛЬНЫЙ КОМПЬЮТЕР НА УРОКАХ ФИЗИКИ
Коновалихин С.В.
Институт структурной макрокинетики РАН, СОШ №75, г. Черноголовка
На современном этапе развития ИКТ наличие персонального компьютера
(ПК) в учебном процессе все чаще становится обычным явлением. Однако применение этого (достаточно дорогого для средней общеобразовательной школы)
устройства требует нестандартного подхода как при подготовке к уроку, так и
при его проведении.
Цель данного сообщения поделится с коллегами опытом по применению
ПК и мультимедийного проектора (МП) на уроках физики.
Первое. Использование ПК в качестве «записной книжки». Вся информация о вопросах и задачах предстоящего урока загружается в ПК. Во время урока
вопросы и текст задач высвечиваются на мониторе, расположенным таким образом, чтобы они легко читались учителем и учеником, вызванным к доске. Ученику у доски сложнее других, поэтому наличие условия перед глазами иногда
117
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
позволяет ему соображать быстрее. Наличие условия перед глазами ученика, находящегося у доски, особенно важно при проведении уроков в слабых классах,
когда много времени тратиться на запись условия задачи, так как у учащихся
возникают проблемы с обозначением физических величин. Визуализация этих
данных на экране монитора ПК позволяет существенно экономить время на уроках в таких классах.
Второе. При работе в классах с гуманитарным уклоном (нагрузка на ученика 2 часа в неделю) еще в середине 90-х годов я столкнулся с проблемой
оценки уровня знаний и умений учащихся. При таком малом количестве часов
выработать умения и навыки по решению количественных задач (при отсутствии
учебников, рассчитанных на этот курс) просто невозможно. Выход из положения
был найден с помощью решения качественных задач (КЗ). Я начал собирать КЗ
из различных источников, в том числе придумывая их. В результате удалось собрать более 1500 качественных задач по курсу физике 10-11 классов [1,2]. Данная база находится в ПК, в любой момент я могу задать учащимся КЗ по теме
текущего урока. Это становится очень важно в конце урока, когда времени на
решение количественной задачи нет, а класс необходимо чем-то занять в течение
3 – 5 минут.
Третье. Применение МП, находящегося в постоянной готовности во время любого урока, позволяет существенно увеличить эффективность использования времени урока: при решении задач, я могу одновременно вызвать к доске
трех учеников для решения трех задач. Условия задач, высвечиваются на экране
с помощью МП, т.е. их не надо озвучивать, для тех, кто работает у доски, условия задач показаны на экране монитора ПК. Остальные учащиеся «играют наперегонки» с теми, кто у доски: ученик, показавший в своей тетради правильно
оформленные решения двух задач, до того, как их решения появятся на доске,
получают пятерку. Задачи подбираются разного уровня: первая простая, на правильное применение одной из формул изучаемой темы; вторая - сложнее, на
применение двух формул или графического построения; третья - уровня вступительного экзамена престижного вуза. Ниже можно показать «запасные» задачи
любого уровня, чтобы наиболее «скорострельные» учащиеся не скучали.
Четвертое: Применение ПК и МП позволяет модифицировать проведение лабораторных работ. Например, не всегда оборудование кабинета позволяет
провести работы, описание которых полностью соответствует приведенным в
учебниках. Приходится придумывать или заимствовать другие [3,4]. Набранное
на ПК описание работы высвечивается на экране. Пока учащиеся переписывают
в тетрадь для лабораторных работ название, цель работы, перечень оборудования и т.д., учитель может доставить к рабочим столам необходимые наборы
приборов. Это особенно ценно в условиях сокращения ставок лаборантов в
предметных кабинетах школ.
В течение пяти лет предлагаю учащимся два способа сдачи отчетов лабораторных работ: традиционный на бумаге, или на электронных носителях. Иногда мои ученики представляют просто потрясающие по красоте и качеству
оформления электронные варианты лабораторных работ. Таким образом, вместе
с учителями информатики, мы формируем у учеников отношение к ПК как к инструменту для решения конкретных задач. С моей точки зрения это очень важно
в настоящее время, когда многие учащиеся (особенно средних классов) считают,
118
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
что ПК и Интернет могут полностью заменить какую-либо интеллектуальную
деятельность.
Применение МП позволяет существенно оживить курс астрономии. Уроки,
посвященные описанию тел Солнечной системы, сопровождаемые иллюстрациями, позаимствованными на Российских астрономических сайтах (например,
astronet.ru и astrolab.ru) значительно повышает интерес учащихся к изучаемой
теме, способствует улучшению дисциплины во время урока.
Применение МП позволяет внести в уроки элемент игры, что особенно необходимо при проведении уроков физики в 7 – 9 классах [5]. Я предлагаю учащимся «побороться» с компьютером. К доске вызывается один ученик, запускается раздел «Самопроверка» с диска «Физикон. Открытая физика» по последней
изученной теме. Для увеличения динамики я даю возможность учащемуся ответить на четыре вопроса, ограничивая время ответа 1 минутой. Критерий: 4 правильных ответа – 5, три – 4, два – 3, один – 2. Поскольку вопросы выбираются
ПК случайным образом, то это позволяет проверить знания по всему разделу.
Особый интерес у учащихся вызывает тот факт, что оценку ставит им компьютер, а не «надоевший» учитель. При этом остальные учащиеся достаточно активно реагируют на происходящее. Этот подход я применяю и в старших классах при проведении уроков в условиях низкой посещаемости (сильные морозы
зимы 2006 года или при высоком уровне заболеваемости ОРЗ). Предварительный анализ применения такого способа проверки знаний показал, что у учащихся соревновавшихся с ПК и, даже просто присутствовавших на уроке, уровень
закрепления знаний по проверенным темам выше, по сравнению отсутствовавшими в это время.
Применение МП позволяет осуществить объяснение некоторых тем курса
физики в диалоговом режиме, что делает урок более динамичным и, одновременно, позволяет оценить умение применять полученные ранее знания. Например, при проведении урока по правилам построения изображения в тонких линзах, образования механических волн, проводники и диэлектрики в электрическом поле и т.п.
Вывод: грамотное и творческое применение ПК позволяет интенсифицировать учебный процесс, повысить интерес учащихся к изучаемому предмету,
улучшить дисциплину в ходе урока.
Автор доклада выражает благодарность губернатору МО Б.В.Громову и
Министерству образования МО и за предоставление гранта на получение оборудования для кабинета физики (в том числе ПК и МП) без которого данная работа
была бы невозможной.
Литература
1. С.В.Коновалихин, «1 сентября. Физика», 2003, № 21, С.32-35.
2. С.В.Коновалихин, «Практический журнал для учителей и администрации школы»,
2006, №1, С.46 – 56.
3. Г.Ш.Гоциридзе, Практические и лабораторные работы по физике, М:, «Классикс
Стиль», 2002.
4. С.В.Коновалихин, «1 сентября. Физика», 2006, № 22, С. 28-29.
5. С.В.Коновалихин, «Практический журнал для учителей и администрации школы»,
2006, №1, С.19 – 25.
119
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
ОПЫТ ПРОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМА ПО ФИЗИКЕ С
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ МОДЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ
ПРОГРАММНОЙ СРЕДЫ «ЖИВАЯ ФИЗИКА»
Кошляк А.И., Гусева О.Б.
Средняя общеобразовательная школа №671, Москва
Не секрет, что большинство учеников считает, что один из самых трудных
предметов в школе - это физика, а наиболее вызывающий интерес – информатика. Правда, каждый учитель информатики сталкивается с тем, что часть учеников воспринимает компьютер, прежде всего, как игрушку. Но, если на информатике изучаются трудные темы, такие как программирование, алгоритмизация
или моделирование – как мучителя.
Для того чтобы преодолеть негативное отношение к физике и одновременно убедить ученика, что компьютер - это не игрушка и не мучитель, а необходимый инструмент для обработки и получения информации, в нашей школе на
протяжении 5 лет ведется интегрированный курс физики и информатики. На базе компьютерного класса школы проводятся лабораторные работы по физике в 9
классе (раздел «Механика»). Курсы физики и информатики проходят своим чередом по обычному учебному плану, но один раз в неделю на протяжении всего
учебного года ученики приходят на физику в кабинет информатики.
Для обеспечения систематической, планомерной работы учащихся нами
разработан курс лабораторных работ в соответствии с программой «Физика 9»
(Е.М. Гутник, Е.В. Шаронина, Э.И. Доронина) и учебником А.В. Перышкина,
Е.М. Гутник «Физика 9». В качестве среды для моделирования физического эксперимента на компьютере мы выбрали программный комплекс «Живая Физика».
Каждая работа начинается с построения модели, на которой исследуется
один из законов физики. Программная среда «Живая Физика» хороша тем, что
позволяет не только моделировать ситуации, но и легко изменять условия эксперимента – гравитационное поле, вязкость среды, свойства материалов и др.
Следует отметить, что обычные лабораторный работы по физике также
проводятся, а компьютер применяется тогда, когда традиционные методы получения учебной информации или не эффективны, или невозможны. Так, например, «Живая Физика» позволяет остановить движение объекта в любой момент,
«прокрутить» движение в прямом и обратном направлении. Эффективно применяется потактовый просмотр движения. Кроме того, в обычных школьных условиях невозможно, например, исследовать на модели движение спутника по орбите.
Предлагаемые лабораторные работы и эксперименты способствуют осознанному усвоению программного материала и творческому подходу к моделированию установок, подбору материалов, их свойств, а также приборов, из
имеющихся в наборе «Живой Физики». Учащиеся максимально используют весь
набор инструментов и материалов для создания предлагаемых авторами исследовательских ситуаций.
Очень важным является то, что учащиеся имеют возможность непосредственно считывать результаты измерений, как в числовой, так и в графической
форме. Это дает существенную экономию учебного времени.
120
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
Применение предлагаемого курса в полном объеме обеспечивает единый
подход к изучаемому разделу физики «Механика» 9 класс и более осознанному,
целостному представлению механических явлений в окружающем мире. Кроме
того, учащиеся овладевают практическими навыками построения и исследования компьютерной модели, таким образом, расширяют и закрепляют знания и
навыки по теме Моделирование из курса Информатики и ИКТ.
Применяя систематически компьютер на интегрированном уроке физики и
информатики, учащийся имеет возможность использовать свои навыки и умения
работы с компьютером для изучения реальных объектов и явлений. Компьютер
становится привычным средством для получения новой информации - знаний по
теме урока, а также средством для проведения измерений и исследований.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ПРОЦЕССЕ
ПРЕПОДАВАНИЯ
ФИЗИКИ
ПРИ
ФОРМИРОВАНИИ
КОММУНИКАТИНЫХ УМЕНИЙ
Кузьменкова Л.А.
Шуйский государственный педагогический университет
На современном этапе развития общества производство, обработка и хранение информации становится основным видом деятельности, поэтому компьютеризацию образования следует рассматривать как часть этого процесса. Развитие информатизации вызвано тем, что для человечества информация становится
главным ресурсом научно-технического и социально-экономического развития
мирового сообщества. Информатизация существенно влияет на ускоренное развитие науки, техники и различных отраслей хозяйства, играет значительную
роль в процессах воспитания и образования, культурного общения между людьми, а также и других социальных областях.
Информационные технологии в обучении представляют собой синтез современных достижений педагогической науки и средств информационновычислительной техники. Использование информационных технологии в обучении обеспечивает научные подходы к организации учебно-воспитательного процесса с целью его оптимизации и повышения эффективности.
Внедрение информационных технологий в процессе преподавания физики
интенсифицирует передачу информации, значительно расширяет иллюстративный материал, позволяет создавать проблемные ситуации и организовать поисковую деятельность студентов, усиливает эмоциональный фон обучения, формирует учебную мотивацию у обучаемых, индивидуализирует и дифференцирует учебный процесс, создает условия для формирования и развития коммуникативных умений обучающихся. При внедрении современных информационных
технологий в учебно-воспитательный процесс, информация, прежде всего учебная, становится объектом технологической обработки с использованием компьютера и передачи с помощью средств коммуникации. Компьютерные программы
по физике, созданные как виртуальные конструкторы, позволяют проводить
принципиально невозможные в традиционных условиях учебные эксперименты,
осуществлять реальную дифференциацию обучения в процессе работы с экспериментальными заданиями и задачами при дефиците учебного времени. Исполь121
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
зование возможностей компьютерных технологий при обучении физике позволяет активизировать процессы развития компонентов операционного, нагляднообразного, теоретического типов мышления; способствует развитию творческого, интеллектуального потенциала обучаемых. При этом возможности компьютерных технологий используются не столько для поддержки традиционных
форм и методов обучения, сколько для реализации идей развивающего обучения, интенсификации всех уровней учебно-воспитательного процесса, подготовки подрастающего поколения к коммуникации, адаптации, жизни и профессиональной деятельности в информационном обществе.
Формирование коммуникативных умений у будущих учителей в процессе
обучения физике неразрывно связано с информатизацией, а, следовательно, с
использованием информационных технологий. Анализ работ ведущих педагогов, психологов и методистов привел к тому, что были выделены основные коммуникативные умения, которыми должны обладать будущие учителя и которые
можно сформировать в процессе обучения физике.
Применяя широкий спектр компьютерных обучающих программ по физике
можно формировать у обучаемых коммуникативных умений устанавливать отношения в процессе общения, привлекать к себе внимание, управлять педагогическим процессом.
Одним из примеров использования информационных технологий для формирования данных коммуникативных умений является применение компьютерных моделей в процессе обучения физике. Компьютерные модели можно применять в качестве демонстраций при объяснении нового материала или при решении задач. Например, при объяснении строения атома по модели Бора можно
использовать мультимедийные и математические возможности компьютера
(табличный процессор Microsoft Excel, программы для создания Flach-анимации,
средства языка программирования Pascal для создания 3D объектов). При этом
преподаватель имеет возможность не только наглядно демонстрировать сам
процесс, но и, изменяя параметры модели, показать, как электрон в соответствии
с моделью Бора перескакивает в атоме с орбиты на орбиту, что сопровождается
поглощением или испусканием кванта. Таким образом, при изучении физики с
использованием информационных технологий обеспечивается сочетание объяснения нового материала, проведения демонстрационного эксперимента, решения
задач, что является основными видами деятельности по формированию коммуникативного умения привлекать к себе внимание. Кроме того, компьютер является универсальным средством для создания проблемных ситуаций (необходимость показа модели атома Бора и отсутствие возможности реально увидеть
процесса поглощения или испускания кванта), решений проблемных задач (на
основе использования возможностей НИТ и организации диалога между субъектами обучения). Использование компьютерной модели позволяет повысить эффективность представления изучаемого физического явления; поддерживать устойчивое внимание обучаемых, интерес к изучаемому материалу и педагогу;
обеспечивать внимание, дисциплину, посещаемость, взаимопонимание и уважение, что является основными критериями успешности формирования коммуникативных умений привлекать к себе внимание обучаемых.
Использование предложенной модели позволяет создавать проблемные ситуации, составить разнообразные варианты задач, организовать поисковую дея122
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
тельность студентов, тем самым, формируя коммуникативное умение устанавливать отношения в процессе общения и умение управлять педагогическим процессом. Приведенный пример показывает, что использование информационных
технологий в процессе преподавания физики расширяет возможности педагогов
по формированию коммуникативных умений обучаемых, позволяет активизировать их деятельность, повысить учебную мотивацию.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ НА УРОКАХ
ФИЗИКИ
Никанорова Л.А., Корытникова Е.С.
Магнитогорский индустриальный колледж им. Н.И. Макарова
Стремительное развитие электронных и оптических методов хранения,
передачи, обработки и предъявления информации диктует постоянное совершенствование в настоящее время видеокомпьютерных методов обучения.
Основой организации обучения и воспитания каждого учащегося должна
быть подготовка к труду в условиях информационного общества, реализация
компьютерной грамотности и профессиональной направленности учащихся. Решающая роль в этом принадлежит новым научно-информационным технологиям, новому взгляду на цели и содержание образования, порождаемому процессом информатизации общества.
Проведение занятий по всем предметам с использованием ИТ становится
неотъемлемой частью учебно-воспитательного процесса. Среди учебных дисциплин «Физика» - хорошо поддающийся компьютеризации предмет. Но при подготовке предметного урока в компьютерном классе нужно учитывать три составляющие готовности: готовность учителя применять ИТ на уроке, готовность
учащихся к использованию ИТ и готовность компьютерного класса. ИТ можно
использовать для изучения теоретического материала, выполнения лабораторных работ, тренинга, в качестве средства моделирования и визуализации физических процессов и явлений. Выбор зависит от целей и задач урока.
Условная классификация программ обучения дисциплины «Физика» по
нашему мнению выглядит так.
1) Создание мультимедийных лекций с помощью программы Microsoft
Power Point 2000. Программа разработки презентаций, по другому – компьютерных лекций Power Point, входящая в состав пакета Microsoft Office, позволяет
подготовить материалы к уроку, комбинируя различные средства наглядности,
максимально используя достоинства каждого. Компьютерная лекция – это набор
слайдов. Каждый слайд может содержать одно или несколько статичных изображений (фото, рисунки, схемы, диаграммы, текстовые фрагменты). Демонстрация слайда может сопровождаться звуковой записью. Лекция предлагается
вниманию студентов на экране монитора или на большом проекционном экране.
Такие компьютерные презентации мы используем при изложении нового материала. Например, при изложении темы «Влажность воздуха», «Строение твердых тел. Виды кристаллических структур», можно представить основные понятия и определения, а также использовать рисунки. Такие презентации возможны
и при закреплении изученного материала.
123
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
2) Демонстрационные программы позволяют показать на экране видеозаписи физических явлений и опытов или их имитацию.
Анимационные эффекты обеспечивают демонстрацию того, что не удается показать в натуральном эксперименте и трудно воспринимаются на статичных рисунках.
Таким же образом можно продемонстрировать изопроцессы (одновременно выяснив интересующую зависимость в газовом законе с помощью графика)
или модель теплового движения молекул при повышении температуры.
3) ИТ используются при проведении лабораторных работ. Например, обработка результатов с использованием универсальных электронных таблиц Microsoft Excel, входящих в комплект Microsoft Office. Среди таких лабораторных
работ «Исследование зависимости мощности лампы от напряжения на ее зажимах». После проведения реального физического эксперимента студент обрабатывает полученные данные с помощью ПК путем использования несложных
формул. Достаточно 5-10 минут для ознакомительной беседы перед работой. По
результатам эксперимента в этой же программе строится график требуемой зависимости. Затем анализируются полученные результаты эксперимента и объясняется, что некоторые точки графика выпадают из полученной зависимости. Это
так называемые случайные точки, объясняемые погрешностью опыта.
4) Большое распространение получили в настоящее время программы
тестирования или назовем их контролирующие программы, которые предусматривают возможность контроля усвоения учебного материала при допуске к лабораторным работам или при защите лабораторных работ, а также текущего и
итогового контроля знаний и умений.
5) Создание внутреннего сайта по физике. Содержание сайта может
включать:
- план изучения разделов физики (тема занятия, его содержание);
- опорные конспекты лекций в виде поясняющих схем, рисунков;
- алгоритмы решения задач, примерные типы задач по данному разделу;
- методические указания к лабораторным работам;
-вопросы и тесты для самоконтроля;
-вопросы к зачету или экзамену;
- занимательные вопросы, кроссворды;
- список рекомендуемой литературы.
ИТ можно использовать и при проведении внеклассных мероприятий.
Например, конкурс компьютерных презентаций- электронных газет о физических явлениях. Этот конкурс может быть проведен на предметной неделе физики. Все вышеизложенное можно представить в виде таблицы.
Способы использования программных средств
Программное средство
Вид учебного занятия
Этапы урока
1. Мультимедийные пре- - урок – лекция
- объяснение нового мазентации MS Power Point - комбинированный урок териала
-внеклассное мероприя- закрепление материала
тие
- фронтальный опрос
2. Электронные таблицы - лабораторная работа
- закрепление знаний
Excel
- урок решения задач
- выполнение лабораторных работ
124
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
3. Программы тестирования
4. Программы компьютерного моделирования
физических процессов и
явлений
- урок контроля знаний
- лабораторная работа
- комбинированный урок
- урок – лекция
- комбинированный урок
- лабораторная работа
- проверка полученных
знаний
- объяснение нового материала
- закрепление знаний
Таким образом, при проведении уроков физики с компьютерной поддержкой используются формы и методы, которые:
-позволяют сделать обучение наиболее привлекательным и доступным
для студентов при сохранении необходимого научного уровня;
-решить давно назревшие проблемы личностно ориентированного подхода к обучению;
-развить актуальное сейчас умение работать с компьютерной техникой.
Преимущества включения мультимедийных технологий в учебный процесс по сравнению с традиционными методами обучения многообразны. Использование ИТ может способствовать развитию умственных способностей обучаемых, совершенствовать стиль мышления, формировать у учащихся системное
естественнонаучное мировоззрение на основе создания опорных образовательных образов в этой области.
Литература
1. Ларионова М.И., Сидоренко А.Ф. Оценка эффективности предметного урока с применением ИТ / Тезисы XII международной конференции-выставки «ИТ в образовании».- Москва, 2002.
2. Хотинская Г.И. «Информационные технологии управления». - Москва, «Дело и сервис»,2003.
3. Огородник О.Н. Компьютерные уроки физики // «Первое сентября», «Физика», 2006,
№10, с. 7-10.
4. Коршунов А.С. Дидактические особенности разработки интерактивных компьютерных моделей // Информатика и образование ,2005, №2, с. 78-81.
ФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЯВЛЕНИЯ КАК
МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
НАЧАЛЬНЫЙ
ЭТАП
Палий Н. Ю.
Кубанский государственный университет
Современный этап развития физической науки характеризуется отчетливым осознанием на методологическом уровне модельного характера всех наших
знаний о природе. На смену наивным представлениям об «абсолютным» характере фундаментальных положений механики, электродинамики и других разделов физики пришло понимание, что, например, уравнения Максвелла представляют собой не «закон природы», а модель электромагнитного взаимодействия.
Электро-слабое взаимодействие тоже рассматривается как определенная модель
– компонент еще пока не открытого единого взаимодействия, который при опре-
125
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
деленных значениях пространственно-временных параметров проявляется независимо от сильного и гравитационного взаимодействий. Тем не менее, в рамках
определенных границ электромагнитное взаимодействие осуществляется как независимое от других взаимодействий и в этом смысле рассматривается как
«фундаментальная физическая модель».
Наиболее общий, перспективный пут построения физических моделей заключается в использовании феноменологического подхода с опорой на общие
фундаментальные законы (законы сохранения) и общие методологические принципы физики. Однако для динамических систем возможен и желателен и микроскопический подход на основе понимания основных принципов «правил» моделирования. Развитие физического моделирования показало, что по мере выработки все более реальных представлений о сложных нелинейных системах у их
моделей появляется все большая автономность: независимость от деталей начальных условий, от краевых условий и т.д. На ряду с этим наблюдается характерная общность в поведении достаточно сложных систем, заключающаяся в
том, что заведомо упрощенные физические (и математические) модели часто
дают ту же качественную картину, что и гораздо более полные и сложные модели. Прежде чем перейти к обсуждению причин такого положения, отметим, что
именно это обстоятельство и открывает широкие возможности для выработки
научно значимых умений построения моделей сложных явлений еще в средней
школе при необходимой организации процесса обучения.
Основная причина отмеченного положения может быть установлена на пути последовательного анализа идеи Н.Н. Боголюбова об иерархии временных масштабов.
Суть идеи Н.Н. Боголюбова становится очевидной из следующего. Пусть в
системе, характеризующейся очень большим (но конечным) числом степеней
свободы, имеется набор переменных X (x1, x2,…xn), меньший, чем полный набор
динамических переменных, обладающий тем свойством, что задание X(0) при
t=0 определяет значения X(t) при t>0. Например, в электрической цепи достаточно задать распределение зарядов в начальный момент времени, чтобы предсказать их дальнейшее поведение, не прибегая к микроскопической картине поведения отдельных заряженных частиц.
Возможность определения X(t) по заданным начальным значениям X(0)
означает, что существует так называемое управляющее уравнение, которое оказывается существенно проще, чем микроскопические динамические уравнения.
Управляющее уравнение, замкнутое на уровне набора переменных X, реализует
сокращенное описание рассматриваемой системы. Возможность получения
управляющего уравнения на элементарном уровне обосновывается следующим
образом. В системе многих частиц, описываемой полным набором динамических
переменных, можно выделить относительно небольшое число медленно меняющихся величин X, характерное время изменения которых оказывается существенно больше времени изменения других (быстрых) величин. Величины X берутся за новые переменные, в результате чего уравнения динамики рассматриваемой системы записываются таким образом:
dX
dY
= f ( X ,Y ) ,
= ϕ( X , Y ) ,
dt
dt
126
(1)
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
где величины Y(y1, …ym) (n<<m) меняются быстро по сравнению с изменением
величин X. Медленность изменения величин Х позволяет решать систему уравнений для Y, считая Х фиксированным параметром. В результате находим
Y=Y(t,Y(0),X)
(2)
Подставляя эти значения Y в уравнения для величин X, получаем
(3)
dx dt f(X,Y(t,Y(0),X))=f(t,Y(0),X),
в результате чего система уравнений оказывается замкнутой на уровне величин
Х. Если величины Y изменяются со временем таким образом, что спустя некоторый промежуток τ времени «забывают» свое начальное значение, то в пренебрежении временем запаздывания τ система уравнений (3) принимает вид
dX
= g( X )
dt
,
(4)
где фактически выполнено изменение временного масштаба, поскольку «физически дифференциально малая» величина dt теперь время τ.
Уравнение (4) – это типичное управляющее уравнение, замкнутое на
уровне переменных, число которых намного меньше числа степеней свободы
системы, записанное в «огрубленном» временном масштабе, который уже не позволяет следить за изменением во времени быстрых переменных Y.
В качестве одного из ярких и доступных на элементарном уровне примеров перехода к сокращенному описанию можно указать на изменение затухающих колебаний в случае, когда сила трения пропорциональна скорости. Если нас
интересует только закон изменения амплитуды колебаний со временем, а не их
полная динамическая картина, то вместо динамического уравнения, соответствующего второму закону Ньютона,
..
.
m x = − kx − r x
(5)
Можно рассмотреть уравнение, описывающее диссипацию механической энергии:
dE = − rx& ⋅ dx = − rx& 2 ⋅ dt
(6)
Вводя обычное 2y r/m. можно переписать (6) в виде
dE
mx& 2
= −4 y
,
dt
2
(7)
m&x 2
Где явно выделена кинетическая энергия осциллятора
. Теперь перейдем к
2
огрубленному временному масштабу, считая дифференциально малый промежу1
ток dt большим по сравнению с периодом колебаний T = 2π ω = 2π (ω 02 − y 2 ) 2 .
При этом, считая затухание малым, можно заменить кинетическую энергию
m&x 2
ее средним значением, равным половине полной механической энергии Е.
2
В результате в новом огрубленном временном масштабе уравнение (7) переписывается в виде:
dE
= −2 y ⋅ E
dt
(8)
127
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
Решение уравнения (8) есть
E = E 0 ⋅ e −2 yt
(9)
Учитывая, что энергия Е пропорциональна квадрату амплитуды колебаний А, получим
A = A0 ⋅ e − yt
(10)
что, разумеется, совпадает с результатом, получаемым при непосредственном
решении динамического уравнения (5). Приведенный пример иллюстрирует
идею получения сокращенного описания системы путем решения более простого
уравнения, возникающего при использовании огрубленного временного масштаба, и эффективность простых моделей сложных процессов, сформулированных
при учете иерархии временных масштабов.
Невозможно сформулировать единый набор «твердых» правил или инструкций по созданию физических моделей изучаемых конкретных явлений, однако приведенные выше факты позволяют наметить основные подходы к процессу
создания моделей. Качественная картина явления и соответствующая этой картине пусть даже самая наивная феноменологическая теория явления не должны
противоречить существующим физическим представлениям и фундаментальным
законам, например, законам сохранения. Неизбежным моментом при рассмотрении достаточно сложных систем или явлений является привлечение определенных качественных предложений, которые управляют поведением системы. Здесь
появляется достаточный простор для новых идей и даже концепций, которые позволяют перевести качественные соображения на математический язык и записать управляющие уравнения. При этом сам выбор физических характеристик,
на языке которых формулируется феноменологическая теория, предпочтительно
проводить путем выявления характерных временных масштабов на основе оценок из соображений размерности в случае динамических систем или каких-либо
эвристических соображений и экспериментальных фактов в случае систем более
сложной природы. Именно в процессе перехода к сокращенному описанию, или
в процессе создания такого описания из эвристических соображений и осуществляется идеализация исходной сложной системы, которая практически достигается на пути выдвижения упрощающих предположений о природе рассматриваемого явления и пренебрежения определенными взаимодействиями, оказывающими слабое влияние. В рамках обычного подхода к решению физических
задач такая идеализация рассматривается как основной компонент перехода от
самого физического явления к его модели.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
ИНФОРМАЦИОННЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ
ПРИ
ОБУЧЕНИИ ФИЗИКЕ НА ПРИМЕРЕ ТЕМЫ «RLC – КОНТУРЫ И
СВОБОДНЫЕ КОЛЕБАНИЯ»
Панин В.А., Овсянников В.В.
Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого
Образование - это сфера деятельности человека, которая всегда чутко
реагирует на различные способы подачи информации. Именно так в сферу об-
128
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
разования в свое время вошли кинофильмы, видеофильмы, кассеты с магнитофонными записями, а в настоящее время активно внедряются новые компьютерные технологии.
Новые информационные технологии в образовании - это образовательные
технологии с использованием компьютеров. По определению Смирнова А.В.
«… новая информационная технология (НИТ) - технология обработки, передачи, распространения и представления информации с помощью ЭВМ, создание
вычислительных и программных средств».
Аппаратные и программные средства, необходимые для реализации информационных технологий, называют средствами новых информационных
технологий. Под средствами информационных и коммуникационных технологий (ИКТ) понимают комплекс технических, программно-аппаратных, программных средств, систем и устройств, функционирующих на базе средств
вычислительной техники; современных средств и систем информационного
обмена, обеспечивающих автоматизацию ввода, накопления, хранения, обработки, передачи и оперативного управления информацией. ИКТ можно применять
при преподавании физики в качестве:
■ средств обучения;
■ средств, совершенствующих процесс преподавания;
■ инструмента познания окружающей действительности и самопознания;
■ средств развития личности обучаемого;
■ средства коммуникаций.
Наиболее распространенным программным продуктом по физике является
«Открытая Физика 2.5» - это полный мультимедийный курс физики.
Использование программного продукта «Открытая физика. 2.5» на примере объяснения темы «RLC – контуры и свободные колебания» (фрагмент лекции, физико-математический профиль, 11 класс).
Если параметры динамической системы не зависят от времени, то система
называется автономной, а ее движение - свободными колебаниями. В электрических цепях, так же как и в механических системах, таких, как груз на пружине
или маятник, могут возникать свободные колебания.
Когда ключ K находится в положении 1 (рис. 1, модель из программного
продукта «Открытая физика 2.5»), конденсатор заряжается до напряжения . После переключения ключа в положение 2 начинается процесс разрядки конденсатора через резистор R и катушку индуктивности L. При определенных условиях
этот процесс может иметь колебательный характер.
Закон Ома для замкнутой RLC-цепи, не содержащей внешнего источника тока, запишется в виде
q
dI
, где U =
- напряжение на конденdt
C
dq ••
= q - ток в цепи, а q – заряд конденсасаторе, I =
dt
IR + U = − L
тора.
Рассмотрим
q
− (− L q ) = 0 .
C
••
Рис. 1
129
случай,
когда
R=0,
тогда
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
••
Разделим все на L и получим q +
••
1
1
− квадq = 0, q + w02 q = 0, где w02 =
LC
LC
рат частоты. Мы получили уравнение гармонического колебания в дифференциальной форме, т.е. в контуре без сопротивления заряд совершает гармонические
2π
колебания: q = qmax cos( w0t + ϕ 0 ) . Для всяких гармонических колебаний: T = ,
w
т.е. T = 2π LC . Необходимо разъяснить причину пропорциональности периода
индуктивности и емкости, обратить внимание на опытные факты.
Затем проводится аналогия процессов свободных электрических и механических колебаний (рис. 2, модель из программного продукта «Открытая физика 2.5»).
Сравнение свободных колебаний груза на пружине и процессов в электрическом колебательном контуре позволяет сделать заключение об аналогии между электрическими и механическими величинами.
Рис. 2.
Домашнее задание: в программе Beginnings of ELECTRONICS с помощью
осциллографа исследовать цепи RL, RC и RLC рис. 3.
Использование средств ИКТ в
обучении физике способствует
увеличению доли самостоятельной учебной деятельности и активизации обучаемого, формированию личности обучаемого
за счет развития его способности
к образованию, самообучению,
самовоспитанию, самоактуализации, самореализации.
Рис. 3
О ВЫБОРЕ ИНСТРУМЕНТОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ
ДИНАМИКИ НА ШКОЛЬНОМ ФАКУЛЬТАТИВЕ
ПРОЦЕССОВ
Попов К.А.
Волгоградский государственный педагогический университет
Факультативные занятия и кружковая работа постепенно уходят на второй
план учебного процесса современной школы. На их место приходят элективные
курсы. Но при всех формальных изменениях остается главное: данные курсы необходимы для углубления и расширения спектра знаний, полученных школьниками на обычных занятиях.
Одним из направлений факультативных или элективных курсов может
быть обучение школьников методам численного моделирования физических
процессов. Перспективность данного направления связана с тем, что аналитиче130
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
ское решение физических задач, несколько превышающих по сложности школьный уровень, может оказаться недоступным в силу отсутствия соответствующей
математической подготовки, тогда как набор грамотно подобранных численных
методов позволит проанализировать поведение достаточно сложных физических
систем с необходимой точностью.
Курс численного моделирования или отдельный блок, посвященный введению в использование численных методов и их реализацию на компьютере,
удобнее всего построить на решении динамических задач. Это связано с тем, что
динамика достаточно хорошо освещена в школьном курсе физики, и, кроме того,
решение динамических задач очень легко алгоритмизуется на доступном для
школьников уровне.
Для начала проще всего рассмотреть решение задач об одномерном движении тела под действием сил, которые могут зависеть от скорости, координаты
или времени. Формулировка второго закона Ньютона для задач подобного типа
будет выглядеть следующим образом: ma = F (v, x, t ).
Одномерность движения позволяет отказаться от векторов и решать все в
скалярном виде. Простые типы одномерного движения рассматриваются в
школьном курсе кинематики и динамики, как, например, движение тела под действием силы тяжести. Но если мы введем учет силы сопротивления воздуха
(среды в общем случае), пропорциональной скорости движения, то это сразу выводит задачу на новый уровень сложности. При хорошей математической подготовке школьники могут проинтегрировать полученные динамические уравнения
dv
k
= −g − v .
ma = −mg − kv или
dt
m
и решить данную задачу, но, к сожалению, процент таких школьников невелик, а
решение задачи представляется важным, поскольку бытовой опыт учащихся всегда подсказывал им, что брошенное тело движется не по параболе, а по укрученной в конце кривой (например, наблюдение за полетом воланчика).
Здесь на помощь приходят численные методы. Отправной точкой для численного анализа может стать преобразование уравнений движения в форму конечных разностей вместо дифференциалов. К ним еще необходимо добавить
уравнение для скорости. Таким образом, получается простая система уравнений
k
⎧ Δv
=
−
−
g
v,
⎪⎪ Δt
m
⎨
⎪ Δx = v.
⎪⎩ Δt
Поскольку символ дельта означает разность конечного и начального значений величины, можем преобразовать систему уравнений в конечных разностях
в систему рекуррентных уравнений с фиксированным значением разности по
времени, которая в процессе численного моделирования будет означать шаг программы.
⎧
k ⎞
⎛
⎪vi +1 = vi − ⎜ g + vi ⎟ Δt ,
m ⎠
⎝
⎨
⎪ x = x + v Δt.
⎩ i +1 i i
131
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
Далее перед учителем встает довольно сложный вопрос, какими средствами реализовать построение решения задачи? Действительно, подготовка учащихся в области программирования не всегда бывает достаточной для реализации даже таких простых проектов. Поэтому можно предложить два варианта выхода из данной ситуации. Во-первых, школьникам можно показать пример реализации алгоритма расчета по рекуррентным формулам и построения графика
полученной зависимости с использованием одного из языков высокого уровня.
Например, программа построения зависимости координаты от времени для полученной выше системы будет выглядеть без каких-либо аксессуаров, даже без
координатных осей следующим образом:
program dinamika;
uses graph, crt;
var
a,b,i:integer;
x0,x1,v0,v1,dt,t,k,g:real;
begin
a:=detect;
initgraph (a,b,' ');
g:=9.8; k:=1.5; dt:=0.001;
t:=0; x0:=0; v0:=12;
for i:=1 to 5000 do
begin
v1:=v0-(g+k*v0)*dt;
x1:=x0+v0*dt;
line(round(t/2*640),480-round(x0/5*480),
round((t+dt)/2*640),480-round(x1/5*480));
v0:=v1; x0:=x1; t:=t+dt
end;
readkey;
closegraph
end.
Если же школьники легче работают в WYSIWYG-системах, то оптимальным будет выбор оболочки Mathcad для реализации всех необходимых стадий
обучения моделированию. Средствами Mathcad задача о полете тела под действием силы тяжести и с учетом сопротивления воздуха решается так:
132
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
Легко заметить, что для освоения методов работы в системе Mathcad потребуется значительно меньше времени при том же результате, но при этом отбрасываются некоторые детали процесса программирования.
Оба варианта имеют свои достоинства и свои недостатки. Едины они в
одном: вручая в руки школьника один из указанных инструментов моделирования, мы открываем ему дорогу к широким возможностям исследования физических (биологических, химических, экологических и др.) процессов и систем.
Безусловно, указанный метод должен только показать учащимся на возможность
использования компьютера в физических исследованиях. Как показывает опыт,
школьники без особого труда осваивают интегрирование систем уравнений методом трапеций, используя программные среды или Mathcad. С методами интегрирования более высокого порядка точности школьники работают эффективнее
средствами Mathcad.
ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ИКТ В ПРЕПОДАВАНИИ КУРСА «ФИЗИКА»
Седова Л. В.
МОУ Краснопоймская средняя общеобразовательная школа
В последнее время можно часто слышать вопросы: «А нужен ли вообще
компьютер на уроках физики? В каких случаях оправдано использование компьютерных программ на уроках физики?» Я считаю, что использование компьютера на уроках оправдано, прежде всего, в тех случаях, в которых он обеспечивает существенное преимущество по сравнению с традиционными формами
обучения. Одним из таких случаев является использование компьютерных моделей и виртуальных лабораторий.
133
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
Работа учащихся с компьютерными моделями полезна потому, что благодаря возможности изменения в широких пределах начальных условий экспериментов, компьютерные модели позволяют им выполнять многочисленные виртуальные опыты. Некоторые модели одновременно с ходом экспериментов позволяют наблюдать построение соответствующих графических зависимостей,
что повышает их наглядность. Подобные модели представляют особую ценность, так как учащиеся обычно испытывают значительные трудности при построении и чтении графиков. Такая работа учащихся чрезвычайно полезна, так
как они могут ставить многочисленные эксперименты и даже проводить небольшие исследования. Интерактивность открывает перед учениками огромные
познавательные возможности, делая их не только наблюдателями, но и активными участниками проводимых экспериментов.
Процесс компьютерного моделирования для учащихся увлекателен и поучителен, так как результат моделирования всегда интересен, а в ряде случаев
может быть весьма неожиданным. Создавая модели и наблюдая их в действии,
учащиеся могут познакомиться с рядом физических явлений, изучить их на качественном уровне, а также провести небольшие исследования. Конечно, компьютерная лаборатория не может заменить настоящую физическую лабораторию. Тем не менее, при выполнении компьютерных лабораторных работ у
школьников формируются навыки, которые пригодятся им и для реальных экспериментов – выбор условий экспериментов, установка параметров опытов и т.д.
Все это превращает выполнение многих заданий в микроисследования, стимулирует развитие творческого мышления учащихся, повышает их интерес к физике.
Компьютерные модели легко вписываются в традиционный урок и позволяют
учителю организовывать новые виды учебной деятельности. В работе я применяю три вида уроков с использованием моделей:
•
Урок обобщения и систематизации знаний — исследование.
Учащимся предлагается на этапе обобщения и систематизации нового материала самостоятельно провести небольшое исследование, используя компьютерную модель или виртуальную лабораторию, и получить необходимые результаты. Компьютерные модели и виртуальные лаборатории позволяют провести
такое исследование за считанные минуты. Конечно, учитель формулирует темы
исследований, а также помогает учащимся на этапах планирования и проведения
экспериментов.
Урок — компьютерная лабораторная работа. Для проведения такого урока необходимо, прежде всего, разработать бланки лабораторных работ. Задания
следует расположить по мере возрастания их сложности. Вначале имеет смысл
предложить простые задания ознакомительного характера и экспериментальные
задачи, затем расчетные задачи и, наконец, задания творческого и исследовательского характера.
•
Урок закрепления знаний — решение задач с последующей компьютерной
проверкой полученных ответов. Учитель может предложить учащимся для самостоятельного решения в классе или в качестве домашнего задания задачи, правильность решения которых они смогут проверить, поставив компьютерные экс•
134
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
перименты. Самостоятельная проверка полученных результатов при помощи
компьютерного эксперимента усиливает познавательный интерес учащихся, делает их работу творческой, а в ряде случаев приближает ее по характеру к научному исследованию.
В плане закрепления изученного материала и при самостоятельной работе
учащихся нередко использую программу "Уроки физики Кирилл и Мефодий
"для 7, 8, 9 и 11 классов - электронные учебники от компании " Кирилл и Мефодий ". Данная программа разбита на уроки в соответствии с основными темами
курса физики. Имеет четкое звуковое сопровождение. Хороший подбор контролирующих тестов. Но следует отметить недостаточную глубину учебного материала, поэтому при изложении нового материала, на мой взгляд, она не совсем
подходит. А вот для закрепления, повторения и контроля знаний на уроках физики данная программа подходит неплохо. Закрепление пройденного учебного
материала я с удовольствием провожу с помощью того же компьютера, расположенного около демонстрационного стола, с программой "Уроки физики Кирилла и Мефодия". Компьютер подключен к видеопроектору, позволяющему
выводить изображение на большой экран. Заранее устанавливаю нужную тему, и
после объяснения нового материала запускаю нужные озвученные пункты учебного материала. Это позволяет быстро и кратко еще раз прокрутить изучаемую
тему в сознании учащихся. Иногда для повторения применяю создание кроссвордов на пройденные темы по физике. Выполняем их в программе Microsoft
Excel. Провожу такие уроки в компьютерном кабинете, где учащиеся рассаживаются по 2 человека за компьютер. После создания кроссвордов учащиеся обмениваются ими, предварительно записав на дискеты, а затем их разгадывают.
Кроме того, нередко использую компьютеры для рисования общего вида
графика какого- либо закона или явления. Ребята, как правило, делают это в программе Paint, а более точное построение графиков проводят в программе
Microsoft Excel, при этом графики получаются очень красивыми, что вызывает
чувство удовлетворения работой. Построение графиков в программе Microsoft
Excel позволяет пронаблюдать процесс изменения графика при изменении любых параметров протекающего процесса. С помощью компьютера можно также
осуществлять контроль знаний. Перед началом занятия я получаю информацию
от каждого учащегося о степени выполнения им домашнего задания (в виде самооценки за каждую часть домашнего задания). А затем на занятии они подтверждают свои оценки, либо традиционным способом в кабинете физике, либо
тестированием с использованием компьютеров, с помощью тестов программы
"Уроки физики Кирилла и Мефодия". Также неплохо вписывается в структуру
контроля знаний использование компьютерной программы "Репетитор по физике Кирилла и Мефодия". Во время тестирования учащихся рассаживаю по одному человеку за компьютер. Остальные в это время заняты либо традиционным
контролем, либо решением задач по данной теме.
XXI век – это век современных технологий. Он требует огромного запаса
знаний, которые невозможно получить, не имея компьютерных знаний. Ученики
135
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
должны освоить новые жизненно необходимые навыки, что заставляет нас, учителей, не только идти в ногу со временем, но и опережать его.
Литература
1. Белостоцкий П. И., Максимова Г. Ю., Гомулина Н. Н. «Компьютерные технологии:
современный урок физики и астрономии». – «Физика», № 20, 1999. – С. 3.
2. Кавтрев А. Ф. «Компьютерные модели в школьном курсе физики». Журнал «Компьютерные инструменты в образовании», № 2. СПб, Информатизация образования, 1998.
С. 4–47.
РАЗРАБОТКА ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПРОГРАММЫ ПО МАГНЕТИЗМУ
КАК ЧАСТЬ БИЗНЕС - ПРОГРАММЫ ООО «ВАЛТАР»
Семенов А.И.
ООО «»ВАЛТАР», г. Королев, Московская обл.
Предприятие "Валтар" было создано в 1998 году группой специалистов,
профессионально занимавшихся магнитопластами (магнитопласты – это постоянные магниты с полимерным наполнителем) и магнитными системами с начала
90-х годов ХХ века. Основу фирмы составили выпускники физического факультета Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова и Московского института стали и сплавов, имеющие научные степени в области изучения магнитных свойств редкоземельных сплавов.
В настоящее время производственное подразделение расположено в наукограде Королев, Московская область, исследовательские лаборатории – на территории Московского университета. Производственные мощности фирмы позволяют производить несколько миллионов изделий из магнитопластов различных типоразмеров в месяц.
Основная специализация фирмы – крупносерийное производство редкоземельных магнитопластов из сплава неодим-железо-бор (Nd-Fe-B).
Главная отличительная черта этого класса магнитов – высокая степень
точности и повторяемости размеров и однородности магнитных характеристик
(2-3%). Сочетание этих свойств с технологичностью процесса производства позволяет успешно заменять магнитопластами Nd-Fe-B изотропные и анизотропные ферриты и в ряде случаев спеченные магниты Nd-Fe-B.
Изделия фирмы используются в счетчиках горячей и холодной воды, газовых счетчиках, комбинациях приборов и датчиков для автомобильной промышленности, бесколлекторных электродвигателях различной мощности, миниатюрных шаговых двигателях, вентиляторах, компрессорах, компьютерном оборудовании, включая жесткие диски.
О WEB-сайте www.valtar.ru
Одна из трудностей становления фирмы заключалось в том, что ко времени ее образования на рынке уже существовали фирмы, производящие магнитопласты или закупающие их в Китае. Таким образом, встал вопрос о максимально
быстром продвижении фирмы. В связи с этим было принято решение о создании
собственного сайта. Но чем привлечь целевых посетителей на сайт?
136
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
В связи с этим была разработана программа продвижения сайта. Ее основными положениями были следующие идеи:
1. Возможные заказчики магнитов расположены по всей России, а, значит,
не у всех есть высокоскоростной Интернет. Поэтому было принято решение использовать только htlm-код, тщательно оптимизировав вручную каждую страницу (а их свыше 100).
2. Чтобы занять высокие места в поисковых системах и заинтересовать
посетителей материалы сайта должны быть уникальными.
3. Чтобы не отпугнуть посетителей сложными рассуждениями и формулами, изложение должно вестись на максимально доступном для нормального человека уровне.
4. Сайт должен часто обновляться и постоянно расти в размерах.
5. Сайт должен быть «живым», изложение должно быть с оттенком личности автора.
Использование предложенных идей привело к тому, что сайт быстро завоевал первые места в поисковых системах по ряду ключевых фраз, что привело
к узнаваемости фирмы и притоку новых заказчиков.
Следует отметить, что схема продвижения фирмы относится, естественно,
не только к магнитам, а может быть использована и для других товаров и услуг,
конечно при условии, что товары достаточно уникальны, а взаимоотношения с
заказчиками честны и открыты.
Об образовательной программе
Как добиться повторного прихода посетителей на сайт, который представляет не эротику и анекдоты, а какую-нибудь область науки, например, магнетизм?
Для решения этой задачи было принято решение разработать образовательную программу по магнетизму со следующими идеями:
1. Изложение должно начинаться с «нулевого» уровня (т. е. рассчитано на
людей, почти не знакомых с данной областью) и постоянно увеличиваться по
сложности.
2. Все статьи должны быть максимально краткими, чтобы читатель не успел устать, а сразу запомнил какой-то конкретный материал.
3. Необходимо представлять как можно больше иллюстрационного материала: рисунков, фотографий, диаграмм, что значительно облегчает понимание
рассматриваемой проблемы.
4. Обязательно должны быть представлены многочисленные натурные
эксперименты, что даст читателю уверенность в реальности представленного
материала.
Разумеется, речь идет не о замене школьных, институтских и университетских курсах. Речь идет о максимально простом изложении для нормального
взрослого человека, который уже не будет разбираться в сложных формулах и
сидеть ночами, зубря определения. Речь идет о том, чтобы, прочитав представленный материал, каждый мог сказать:
«Я это понял, и я понял, что это только верхушка айсберга. Если я захочу,
я почитаю предложенные учебники и монографии, если нет – я посмотрю, что
интересного предложат мне здесь дальше…»
О виртуальных измерительных приборах
137
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
Отдельная тема – применение виртуальных измерительных приборов. Это
уникальное явление, мало используемое в образовательном процессе. А на самом деле все относительно легко и просто…
Собственно виртуальный прибор представляет собой более или менее
сложное программное обеспечение, установленное на персональный компьютер,
и некое интерфейсное устройство, позволяющее компьютеру получить доступ к
тем физическим величинам и процессам, которые он должен будет обрабатывать. Как правило, в качестве такого интерфейса выступает аналого-цифровой
преобразователь с одним или несколькими входами, возможно, снабженный
устройством нормирования входного сигнала.
Таким образом, основная структура виртуального измерительного прибора такова:
1. Датчик.
2. Нормирующий (входной) усилитель.
3. Аналого-цифровой преобразователь.
4. Управляющая программа на компьютере.
Чтобы было понятней, конкретизируем представленную структуру на
примере измерения магнитного поля:
1. Датчик – датчик Холла ДХК-0.5А.
2. Нормирующий (входной) усилитель – усилитель на основе AD623.
3. Аналого-цифровой преобразователь – АЦП на основе ADS1286.
4. Управляющая программа на компьютере – программа на основе
LabVIEW.
Разумеется, речь идет не только о магнетизме, речь идет о любом физическом явлении, которое необходимо изучить. И, с появлением у всех персональных компьютеров, с помощью виртуальных приборов это можно сделать относительно легко и просто.
ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТОВ «ОТКРЫТОЙ ФИЗИКИ» СРЕДСТВАМИ
EXCEL: «ОТНОСИТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ»
Тебелев Л.Г.
Димитровградский институт технологии, управления и дизайна
Интерактивный курс «Открытая физика 1.1», предназначенный [1] для использования в ВУЗах, позволяет проводить фронтальные занятия в локальной
сети. К нему предложены методические указания [2] для выполнения лабораторных работ с традиционной обработкой результатов, не ориентированной на вычислительные и графические возможности компьютера. Лабораторные работы
по курсу [1] можно дополнить обработкой результатов средствами Excel. Для
примера рассмотрим модель «Относительное движение» из раздела «Механика».
На рабочем столе (рис. 1) расположим рядом два окна: левое – «Открытая Физика» и правое – «Excel».
138
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
Рис. 1. Размещение окон «Открытая Физика» и «Excel» на рабочем столе:
а) компьютерный эксперимент, б) обработка результатов
Пример. Определим, как направление движения лодки, задаваемое углом
θ к линии, перпендикулярной течению, влияет на снос L лодки при переправе,
если скорость лодки относительно воды υ меньше скорости течения реки u (n =
u/υ > 1).
Рассмотрим случай, когда значение начальной координаты x0 = –140 м,
скорость лодки υ = 2,0 м/с и скорость течения реки u = 4,0 м/с. Эти значения установим с помощью линеек выбора в левом окне.
В правом окне занесем значения x0, υ, u в ячейки C2:C4. Затем подготовим
электронную таблицу, которую будем заполнять в процессе эксперимента. В
ячейки A6:C6 занесем заголовки вертикальных граф, в ячейки A7:A14 занесем
значения угла θ, задаваемого в опыте.
В левом окне установим начальный угол θ = 0°. Кнопкой «СТАРТ» запустим эксперимент. После завершения процесса движения считаем значение координаты x, выведенное в табличке на экране эксперимента в левом окне, и запишем это значение x в ячейку B7 электронной таблицы. Вычислим значение сноса
L = x – x0 по формуле [=B7 – C$2] и занесем в ячейку C7.
В левом окне проведем аналогичные эксперименты для углов θ, указанных
в ячейках электронной таблицы A8:A14. Результаты измерения x занесем в правом окне в ячейки B8:B14. Скопируем формулу из ячейки C7 в ячейки C8:C14.
Тогда получим в этих ячейках C8:C14 значения сноса L, соответствующие ячейкам A8: A14.
График зависимости сноса лодки L от направления θ ее движения создадим с помощью Мастера диаграмм. Для этого проведем последовательно следующие операции:
139
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
I. Выделим ячейки C17:C24. Щелкнем на кнопке Мастер диаграмм на
стандартной панели инструментов и выполним предлагаемые шаги:
1. Из предложенных типов диаграмм выберем график.
2. Для указанного диапазона данных добавим подписи по оси X.
3. На соответствующих вкладках вводим названия графика, оси X, оси Y;
добавляем основные линии сетки для оси X; убираем легенду.
4. Щелкнем на кнопке Готово.
II. Заменим серый фон рисунка на белый:
1. Щелкнем правой кнопкой мыши по Области построения диаграммы и
выберем Формат области построения.
2. В области Заливка утопим кнопку с белым цветом.
III. Изменим оформление координатных осей:
1. Щелкнем правой кнопкой мыши на шкале Ось значений и выберем команду Формат оси в появившемся меню. В этом окне диалога на вкладке Вид в
области Основные выберем параметр Внутрь.
3. Щелкнем правой кнопкой мыши на шкале Ось категорий и выберем
команду Формат оси в появившемся меню. В этом окне диалога на вкладке Вид
в области Основные выберем параметр Внутрь. Затем щелкнем по вкладке Шкала и уберем галку в окошке Пересечение с осью Y.
IV. Чтобы изменить оформление отдельных символов, выделяем их, щелкаем правой кнопкой мыши и выбираем команду Формат …. В диалоговом окне
Формат … щелкаем, например, на слово курсив, чтобы выделить текст курсивом.
Вывод. Графику L(θ) соответствует формула L(θ) = y(n – sinθ)/cosθ. Минимум на графике L(θ) согласуется с формулой θ = arcsin(1/n), которая получена
из условия экстремума: dL(θ)/dθ = 0.
Литература
1. Открытая Физика 1.1. Интерактивный курс физики для использования в ВУЗах: ООО
ФИЗИКОН, www.physicon.ru, 2002.
2. Тихомиров Ю.В. Лабораторные работы по курсу физики с компьютерными моделями. Методическое пособие: Москва – 2002 www.mstuca.ru/pages/tikhomirov.
ИНТЕГРАЦИЯ КУРСОВ ИКТ – ФИЗИКА В ПРОЕКТЕ ОСО - 2007
Федотова С.В.
Окружной ресурсный центр информационных технологий (ОРЦИТ) СЗОУО г. Москвы
Щеглова И.Ю.
Коломенский государственный педагогический институт
Одним из видов инновационной работы с использование ИКТ является
открытый международный проект «Обучающие сетевые олимпиады» - ОСО,
проводимый с 2002 года окружным методическим центром (ОМЦ) и окружным
ресурсным центром по ИТ (ОРЦИТ) Северо-западного окружного управления
образования (СЗОУО) департамента образования г. Москва. Эта работа ОРЦИТ
включает дистанционное обучение в форме предметных обучающих олимпиад и
140
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
использование их материалов в профильном обучении. Руководитель проекта
ОСО (oso.rcsz.ru) – Третьяк Т.М. [1,2]. Цель проекта – профильное обучение,
создание условий для повышения профессионального мастерства преподавателей на основе обмена передовым опытом.
Заслуживает внимания организация в профильном обучении интегрированных уроков дисциплин, в частности ИКТ и физики. Интеграция позволяет на
одном учебном материале аккумулировать обобщенные знания из разных предметных областей, решать задачи дидактики образовательного процесса одновременно для нескольких предметов. Преимущества интегрированного урока в более высокой степени усвоения знаний учащимися за счет необычного подхода,
который в полной мере использует интуитивную составляющую заинтересованности вопросом. При интеграции происходит переключение видов деятельности
с одного предмета на другой, внимание не ослабевает, одновременно происходит
разносторонняя мобилизация усилий интеллекта на одной проблеме, повышая
тем самым, эффективность процесса обучения. Интегрированные уроки являются важной составной частью в реализации межпредметных связей в обучении.
В разделе ОСО – «Информатика и ИКТ» создана секция «ИКТ в преподавании». Среди участников секции свыше учителя информатики составляют
свыше 75% , учителя физики – около 15%. Таким образом, предложенное направление позволяет в какой-то мере углубить знания преподавателей как в области физики, так и в области ИКТ .
Практикум по моделированию физических процессов с подробным разбором технологии MS Excel можно рассматривать в качестве методического пособия по физико-математическому профилю как по информатике с углубленным
изучением ИКТ, так и интегрированным курсам.
Опыт показал, что несмотря на широкое распространение MS Excel, участники олимпиады нуждаются во вводной лекции «Электронные таблицы MS
Excel». Эта лекция содержится первой рассылке участникам. Кроме того, сделана рассылка лекции «Последовательность построения модели физического процесса в среде MS Excel».
Практикум содержит 20 лабораторных работ по моделированию физических
процессов в среде MS Excel. В конце каждой работы приводятся задания для самостоятельного выполнения. Курс делится на две части: 1 год обучения (введение), для впервые участвующих, и 2 год обучения (продолжение курса). В работах рассматриваются кинематические задачи, задачи динамики с решением численным методом дифференциальных уравнений, примеры задач из радиотехники, явление резонанса и др.
Вводная часть направлена на углубленное освоение практики работы в
среде MS Excel и первичный практикум по созданию моделей физических процессов. Вторая часть курса содержит методику использования ЭТ по обработке
систем функций численными методами в процессе моделирования с решением
дифференциальных уравнений второго порядка.
Курс «Моделирование физических процессов в среде MS Excel» [3] готовит учителей к проведению модульных интегрированных уроков в классах физико-математического профиля старшей школы, в дополнительном образовании
141
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
или в ВУЗах. По усмотрению учитель может выбрать весь модуль, или его части,
предусмотрено разбиение по годам обучения.
В курсе реализована методика проведения интегрированных уроков физики и ИКТ в форме лабораторных работ с элементами исследовательской деятельности. Моделирование является одним из важнейших инструментов познавательной и исследовательской деятельности человека, выступая в качестве существенной характеристики современного стиля мышления. В физике всегда
широко использовались разнообразные модели. Поэтому информационные методы моделирования являются естественным продолжением существующего в
физике подхода к изучению различных явлений. Графическое моделирование
физических процессов – важная часть изучения физики: оно дает более наглядное представление о процессе, чем математическая формула.
Курс преследует сразу несколько целей: 1) показать возможности ЭТ для
оптимизации обработки результатов измерений реальных лабораторных работ;
2) моделирование (математическое, графическое) различных физических процессов на примере конкретных физических задач через технологию среды MS
Excel; 3) анализ поведения модели при изменении начальных данных и формирование выводов по проведенной научно-исследовательской деятельности. Особый интерес представляют задачи, не имеющие аналитического решения. Такие
задачи обычно не рассматриваются ни в школе, ни в общем курсе физики, но
представляют огромный интерес. Они требуют знания основ моделируемого физического процесса, основ численных методов решения задач, умения анализировать поведение системы и предугадывать его результат. Получаемые при этом
формулы представляют собой, как правило, неоднородные дифференциальные
уравнения второго порядка. По их виду (даже после получения приближенного
решения) невозможно просмотреть характер изучаемой зависимости.
Каждая лабораторная работа включает в себя теоретический материал по
рассматриваемому физическому процессу, подробное руководство по технологии построения моделей в электронных таблицах.
Подготовка к выполнению работы предполагает ознакомлении с теорией
рассматриваемого в ней вопроса и аналитическими формулами, лежащими в основе расчетных) формул, которые в дальнейшем заносятся в соответствующие
ячейки таблицы, выделение начальных параметров процесса и разделение всех
данных на два типа: переменные величины и постоянные. Для большинства
предлагаются шаблоны, содержащие заготовки таблиц, а также основные формулы, лежащие в основе расчетных формул. Кроме формул в процессе вычислений используются и некоторые дополнительные для вычисления промежуточные величины (интервалы времени, приращение координаты, перевод градусной
меры в радианы и наоборот, вычисление тригонометрических функций и т.д.).
В ряде лабораторных работ применяются встроенные функции, работа с
которыми проводится с помощью Мастера функций. Для графического представления результатов моделирования используется Точечная диаграмма
В конце работы приводится список обязательных заданий, выполняемых
после заполнения таблиц и построения графиков. Некоторые из заданий посвящены определению границ применимости данной модели (в первую очередь это
касается тех моделей, формулы для которых получены численным методом);
142
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
другие прослеживают влияние начальных параметров или других величин, входящих в формулы, на вид диаграммы.
Литература
1. Третьяк Т.М., Фарафонов А.А. Профильное обучение в форме дистанционных обучающих олимпиад. Материалы конф. ИТО-2004 – http://ito.edu.ru/2004/Moscow/III/2/III2-4884.html
2. Семибратов С.М., Третьяк Т.М., Федотова С.В. «Обучающие сетевые олимпиада
(ОСО)», как информационно-образовательная среда для организации профильного
обучения и повышения квалификации педагогов. Материалы конф. ИТО – 2005:
http://ito.edu.ru/2005/Moscow/I/3/I-3-5955.html
3. Богуславский А.А., Щеглова И.Ю. Лабораторный практикум по курсу "Моделирование физических процессов": Учебно-методическое пособие для студентов физикоматематического факультета. – Коломна: КГПИ, 2002 г. – 88 стр.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОБСТВЕННЫХ НАУЧНЫХ ДОСТИЖЕНИЙ ПРИ
ОБУЧЕНИИ ФИЗИКЕ В КОНТЕКСТЕ БОЛОНСКОГО ПРОЦЕССА.
МУЛЬТИМЕДИЙНАЯ МЕТОДИКА
Ширина Т.А., Ильин В.А.
Московский педагогический государственный университет
Образование России стоит на пороге коренных преобразований, определяемых Болонской декларацией [1]. Одним из основных ее положений, является осуществление тесной связи учебного процесса и проводимых в вузе научных исследований. Являясь движущей силой образования, наука призвана активно развиваться в вузах. Болонский процесс ставит перед преподавателями естественных наук задачу практической реализации многогранных связей научных исследований и преподавания. Таким образом, усиление взаимодействия между вузовской наукой и преподаванием - важнейшее направление реформы высшего
образования. Ведущим его видом является знакомство студентов с новейшими
физическими открытиями, в том числе теми научными и техническими достижениями, которые сделаны в данном ВУЗе.
Связь образования и научных исследований согласно положениям Болонской декларации может осуществляться по нескольким направлениям:
- включение результатов, полученных при проведении научных исследований на кафедрах и в лабораториях, в нормативные курсы по физике и другим
естественнонаучным дисциплинам;
- создание специальных курсов по современной физике, включающих научные результаты, полученные непосредственно авторами;
- создание специальных практикумов, по современной физике с выполнением части лабораторных работ непосредственно на экспериментальных научных стендах;
- использование идей и методов, разработанных в научных лабораториях,
для усовершенствования лабораторных работ общего физического практикума;
- развитие на основе активной научной деятельности кафедр бакалавриата,
магистратуры науки и аспирантуры, разработка соответствующих программ;
143
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
- разработка современных форм и методов итоговой оценки знаний студентов (в том числе систем компьютерной оценки), а также использование научных результатов для написания курсовых и дипломных работ студентов, диссертаций бакалавров и магистров;
- создание ситуации, когда итоговые работы студентов, посвященные современным научным проблемам (в том числе тем, которые инициированы собственными научными исследованиями кафедры), выполняются только в мультимедийном виде.
Методика использования собственных научных исследований в учебном
процессе разработана пока слабо. Используя общедидактические принципы,
можно сформулировать методические положения, выполнение которых при этом
совершенно обязательно. Для успешного включения собственных научных достижений в учебный процесс необходимо:
–
определить информационную и дидактическую цели включения
конкретной темы в нормативные и специальные курсы, учитывая уровень знаний студентов в области физики и математики;
–
связать результаты собственных научных достижений с законами и
явлениями, изучаемыми в соответствующих разделах физики;
–
раскрыть прикладную ценность изучаемых научных достижений;
–
рассказать о методах исследования и оборудовании, с помощью которых получена сообщаемая информация;
–
построить процесс преподавания так, чтобы он усиливал усвоение
фундаментальных физических принципов, относящихся к конкретным разделам
физики, в связи с чем максимально использовать мультимедийные способы изложения материала (мультимедийные лекции, слайд-фильмы, анимационные
программы и др.).
Опыт Московского педагогического государственного университета показывает, что указанные выше положения могут быть удачно реализованы при наличии сильной и успешной научной лаборатории, в которой ведутся исследования мирового уровня. Так при кафедре общей и экспериментальной физики, существует радиофизическая лаборатория, где ведутся исследования прикладной
сверхпроводимости. Результаты ее научной деятельности широко используются
в учебном процессе.
Кроме того, научная деятельность в рамках лаборатории позволила подготовить целый ряд высококвалифицированных преподавателей нового поколения,
не только обладающих глубокими знаниями по физике, но также хорошо владеющими ультрасовременными компьютерными (в том числе мультимедиа)
технологиями. Благодаря этому был разработан новый вид лекционной передачи
знаний – мультимедийные лекции [2].
Нами предлагается и обосновывается новая лекционная форма обучения –
мультимедийные лекции. Под этим термином мы понимаем такое изложение
учебного материала, в котором лектор, передавая компьютеру часть своих функций, усиливает воздействие на слушателей, используя возможности мультимедиа технологий. В традиционных лекциях основную информацию слушатели
получают со слов преподавателя. Мультимедийные лекции предполагают усвоение учебного материала также путем зрительного восприятия.
144
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
Мультимедийная лекция является лекцией в полной мере, а не слайдфильмом. В ней преподаватель не заменяется компьютером, превращаясь, как
это иногда делается, в системного администратора. Преподаватель остается
главным действующим лицом при чтении мультимедийной лекции. Более того,
ему предоставляется возможность как никогда широко применить свои творческие склонности, сделать лекцию более содержательной, насыщенной разнообразным иллюстративным материалом. Что касается методики изложения, то,
наряду с общедидактическими требованиями, она предполагает оптимальный
выбор последовательности демонстрации слайдов, времени демонстрации каждого из них, подбор гиперссылок и оптимальных моментов их «включения» и
т.д.
Опыт использования мультимедийных технологий в преподавании физики, а также ее истории показал, что мультимедийные лекции представляют собой перспективный и оптимальный вид преподавания дисциплин, относящихся к
физике, и дают большие возможности для реализации творческого потенциала
как обучаемых, так и преподавателей. Естественно, что преподавание физических основ современной науки, и, тем более, тех ее разделов, которые касаются
собственных научных исследований, наилучшим образом могут быть представлены с помощью мультимедийных лекций. На физическом факультете МПГУ
читается спецкурс «Сверхпроводниковые приемники излучения», построенный
на базе научных работ кафедры и лаборатории. Он выполнен в виде мультимедийного продукта, хорошо воспринимается студентами и дает, как показывают
специальные исследования, крепкие знания.
Литература
1. Bologna Declaration. Joint Declaration of the European Ministers of Education Convened
in Bologna on the 19th of June 1999.
2. Древич Ж.С., Ильин В.А. Методика преподавания истории физики в педагогическом
вузе с помощью мультимедиа технологий. //Преподавание физики в высшей школе. М.,
2005. № 30. С.155-171.
ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ
СРЕДНЕЙ ШКОЛЕ
КОМПЬЮТЕРОВ
НА
УРОКАХ
ФИЗИКИ
В
Цуцких Ю.И.
МОУ средняя школа № 17, г. Коломна
Наш век характеризуется потребностью и способностью обрабатывать
большое количество информации для решения сложных проблем современной
жизни. Для сбора, хранения, использования и распространения информации
большого объема компьютер незаменим. С помощью компьютера мы оказались
способными расширить наши технические возможности, увеличить объем знаний, разнообразить технические средства и внедрить новые методы их применения в процесс обучения.
Однако при всем при этом надо помнить одну очень важную истину, никакая самая полная энциклопедия, ни одна самая интересная книга ( которые, к
глубокому сожалению, читаются все меньше и меньше), ни один самый «ум-
145
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
ный» и быстродействующий компьютер не заменит на уроке живое слово учителя. Именно его способности: доказать и убедить - могут донести до сознания
ученика необходимые знания и умения. Именно учитель, его педагогическое
мастерство способны найти время и место на уроке для применения современных достижений научно-технического прогресса.
В 2002 году мне, с помощью депутата ГД РФ Г.В. Гудкова и заместителя
председателя МосОблДумы В.П. Куликова, удалось оборудовать в кабинете физики четыре рабочих места, оснащенных компьютерами типа ИБМ – 386, 486.
Мечты и задумки были тогда более широкими – объединить все компьютеры в сеть, поставить более мощный современный головной компьютер – сервер и использовать полученную систему для контроля и проверки знаний по методу программированного обучения Однако этого сделать пока не удалось Но и
имеющаяся база значительно разнообразила уроки. Особенно много дополнительных возможностей появилось с установкой программы « Физика в картинках».
В настоящее время компьютеры используются в сочетании с традиционными методами, такими как устный и письменный контроль знаний, физический
эксперимент и демонстрации, лабораторные работы.
В процессе изложения нового материала активно используется программа
« Физика в картинках» для иллюстрации некоторых положений в виде виртуальных физических демонстраций. Например, при изучении темы « Законы сохранения в механике» ( 8, 10 кл.) очень эффектно выглядят файлы « Соударения» и
« Реактивное движение». В теме « Тепловые явления» ( 8 кл.) или « Основы термодинамики» (10 кл.) - броуновское движение, изопроцессы. В теме « Электростатика» (10 кл.) - демонстрация изображения электрических полей. Тему
«Электромагнитные явления» украшают изображения магнитных полей, опыты
по электромагнитной индукции, демонстрации силы Лоренца. Очень полезны
файлы с описанием фотоэффекта, опыта Резерфорда, модели атома водорода по
Бору в темах « Излучения и спектры», « Атом и атомное ядро».
Эти демонстрации красочны и динамичны. Они позволяют наглядно и
просто промоделировать физические процессы, показать их суть.
Имеется еще один важный момент. Учитывая, что компьютеры расположены у стены, противоположной классной доске, т.е. за спинами учащихся, в
процессе их применения частично решается вопрос со сменой динамических поз
учащихся, снятием утомляемости на уроках.
А так как используются они кратковременно и достаточно удалены от учащихся – то не возникает вопроса о перегрузке их зрения.
Следующий аспект применения компьютеров – закрепление знаний учащихся и контроль за уровнем их усвоения. После объяснения нового материала
учащиеся группами по 2 – 3 человека, кроме работы с учебником или задачником, работают на компьютере с заранее записанными в текстовом редакторе
«Word» различными тестами, имеющими несколько вариантов. Например, по
теме « Тепловые явления» ( 8 кл.) можно использовать следующий тест:
А – 1. После большого числа столкновений молекул газа между собой
1) изменяется форма молекул,
2) изменяется масса молекул,
3) изменяется размер молекул,
146
Секция II. ИКТ в подготовке учителя физики.
4) молекулы не меняются, сохраняя и форму, и размер, и массу.
А – 2. Молекулы газа
1) движутся равномерно и прямолинейно между столкновениями,
2) колеблются около положения равновесия
3) неподвижны,
4) могут совершать перескоки вблизи положения равновесия.
А – 3. Тепловым движением называется
1) прямолинейное движение отдельной молекулы,
2) равномерное движение отдельной молекулы,
3) упорядоченное движение большого числа молекул,
4) непрерывное, хаотичное, беспорядочное движение всех частиц, из которых состоит тело.
Подобный нетрадиционный подход (не у доски, не на бумаге) вызывает у
учащихся повышенный интерес к теме, к самому предмету, большую мотивацию
к учебе.
При этом можно дифференцированно и индивидуально подходить к допуску учащихся к работе на компьютере, что воспитывает у них более сознательную дисциплину на уроке и активизирует их учебную деятельность.
Таким же образом у учащихся проверяется домашняя подготовка, уровень
знаний, производится контроль и учет знаний. Выведенные на монитор в начале
урока подобные или более сложные тесты, в том числе и с математическим расчетами, дают возможность оперативно и объективно оценить знания учащихся.
Ответы учащихся при этом фиксируются на небольшом, заранее подготовленном бланке. Варианты тестов и критерии их оценки могут варьироваться при
этом в достаточно широких пределах.
Имеется еще один аспект применения компьютеров на уроках физики или
факультативных занятиях – это проведение виртуальных лабораторных работ,
например в 11 – х классах по теме « Законы постоянного тока». В программе «
Физика в картинках» есть файл « Электрические цепи». По описанию (на бумажном носителе) учащиеся «собирают» на мониторе компьютера электрические разветвленные цепи из источников тока, ключей, соединительных проводов, резисторов, измерительных приборов, затем проводят виртуальные измерения электрических параметров и по полученным данным рассчитывают неизвестные величины, используя при этом известные правила Кирхгофа.
Таким образом, применение современной компьютерной техники расширяет возможности учителя при проведении урока.
147
Научно-методическое издание
Ответственный редактор
зав. кафедрой теоретической физики
Коломенского государственного педагогического института
профессор, к.ф.-м.н
Богуславский Александр Абрамович
Информационно-коммуникационные технологии
в подготовке учителя технологии
и учителя физики
Сборник материалов научно-практической конференции
3-5 апреля 2007 г.
Компьютерная верстка Богуславский А.А.
Технический редактор Пономарева В.В.
Формат 60х84х1/16
Усл. печ. л. 9.
Бумага офсетная
Подписано в печать
Тираж 100
Заказ №
Отпечатано с готового оригинал-макета
КГПИ, 140410, Московская область, г. Коломна, ул. Зеленая, д. 30
148