Практикум учителей физики «Методика проведения физического эксперимента и решение экспериментальных задач»

§ 4. ЭТАПЫ И СОДЕРЖАНИЕ МЕТОДИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ УЧИТЕЛЯ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ КОМПЬЮТЕРНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА Погружение обучаемого в принципиально новую для него информационно-технологическую среду требует от учителя и иных, новых педагогических действий. Должна измениться этапность и структурность методической деятельности учителя, предполагающая интеграцию НИТ в учебный процесс при постановке физического эксперимента. В ОБЩЕМ СЛУЧАЕ ЦЕЛЕСООБРАЗНО ПРИДЕРЖИВАТЬСЯ СЛЕДУЮЩЕГО ПЛАНА: 1. Изучение учебной методической литературы и определение учебных познавательных задач для решения которых необходима постановка физического эксперимента. Наиболее часто возникает необходимость: — наблюдения изучаемого явления; — определения условий протекания явлений; — исследования влияния различных факторов на значения выходных характеристик системы; — нахождения аналитической зависимости между параметрами системы; — отыскания оптимальных параметров системы. 2. Знакомство с содержанием учебных компьютерных программ: имеется ли возможность постановки виртуального эксперимента. 3. Знакомство и исследование имитационной компьютерной модели, определение ее дидактических возможностей: — может ли она использоваться при изучении нового материала, каким методом; — может ли она использоваться при постановке фронтального опыта; — может ли она использоваться при постановке экспериментальной задачи; — может ли она использоваться при постановке фронтальной лабораторной работы. — может ли она использоваться при постановке работ физического практикума. 4. Разработка модели фрагмента урока с использованием виртуального физического эксперимента в соответствии с выбранным методом и организационными формами: — составление конспекта урока. — составление инструкций соответствующего уровня для учащихся при условии их самостоятельной работы с имитационной моделью. 5. Проведение модельного эксперимента на уроке. 6. Дидактический анализ и корректировка методики использования выбранной компьютерной модели. Дополнительным критерием выбора модели является возможность овладения структурой познавательной деятельности, методологией физического познания. Данная дидактическая цель может быть и доминирующей на уроке, а физический материал будет выступать лишь как средство достижения цели. Таким образом, учителю прежде всего необходимо осуществить дидактический анализ целей, которые он может реализовать с помощью компьютерных моделей, сопоставив их с возможностями компьютерного моделирования. При работе с компьютерной моделью можно выделить два подхода к организации исследования: экспериментальный и теоретический ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ ПОДХОД заключается в выявлении учащимися закономерностей и формулировки выводов на основе результатов опытов с моделью. При обсуждении работы может иметь место выдвижение и обсуждение гипотез о причинах существования выявленных закономерностей. ИДЕЯ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ПОДХОДА состоит в том, что гипотеза о существовании и причинах той или иной закономерности выдвигается учащимися предварительно, а работа с компьютерной моделью служит для подтверждения или иллюстрации гипотез или выводов, сделанных теоретическим путем. Что касается использования теоретического подхода в преподавании школьного курса физики, то практически в любом разделе можно выделить объект компьютерного моделирования и организовать самостоятельную исследовательскую работу учащихся так, чтобы для них было доступным самостоятельное выдвижение гипотез и составление плана их проверки. Исходя из этого, появляются новые этапы и новые особенности познавательной деятельности учителя и учащихся. Можно рекомендовать следующую технологию бинарной (обучающей и познавательной) деятельности учителя и учащихся непосредственно на уроках физики на основе компьютерного моделирования: I ЭТАП. Осмысление и формулировка возникшей в учебном процессе познавательной задачи. II ЭТАП. Формулирование (уяснение) цели опыта. III ЭТАП. Планирование эксперимента: — выдвижение гипотезы, которую можно было бы положить в основу опыта; — определение условий, необходимых для проведения опыта; — теоретический анализ, выяснение и подбор оборудования, необходимого для опыта. IV ЭТАП. Знакомство с компьютерной моделью (отвечает ли она необходимым условиям и цели постановки эксперимента) V ЭТАП. Многократное выполнение учителем или учащимся эксперимента на модели. VI ЭТАП. Обработка и обобщение результатов (подтверждение или опровержение выдвинутой гипотезы. Формулирование вывода). VII ЭТАП. Контроль и усвоение знаний учащимися. Проведенный анализ предопределяет обязательную поэтапность включения виртуального эксперимента в соответствующие уроки физики и постепенное возрастание доли самостоятельной деятельности школьников. Первоначально учащиеся должны участвовать в деятельности с использованием имитационных моделей лишь эпизодически, выполняя только некоторые интеллектуальные и практические действия самостоятельно. После завершения виртуального эксперимента обязательным условием является рефлексия (осознание) всех выполненных действий. Участие в деятельности и рефлексия действий определенного вида должна повторяться через достаточно небольшие промежутки времени. В этом случае появится особый предмет анализа — схема деятельности в однотипных ситуациях. В дальнейшем учащиеся смогут выделить общую схему и поставить своей целью овладеть ею. В результате осуществления всей предыдущей деятельности становится возможным конкретизация логической схемы в любом частном случае, т. е. происходит обучение планированию решения конкретной однотипной познавательной задачи. Опорой при этом выступает обобщенная структура деятельности. Следовательно, задача учителя при планировании овладения школьниками обобщенного приемов физического наблюдения и эксперимента с помощью НИТ состоит в разработке и определении места и времени осуществления каждого необходимого этапа. Раскроем содержание и некоторые особенности методической деятельности учителя. На начальном этапе главная задача учителя заключается в том, чтобы довести до сознания учащихся в каждом отдельном случае содержание поставленной перед ними цели предстоящей экспериментальной деятельности. Уяснение цели опыта предполагает анализ: 1) какой материальный объект подлежит опытному изучению; 2) что предлагается выяснить об исследуемом объекте. Первоначально анализ цели осуществляется учителем или учителем совместно с учащимися. Деятельность учителя заключается в постановке перед школьниками специальных уточняющих вопросов. Впоследствии, при условии понимания учащимися общего содержания действ оказывается возможным самостоятельное выполнение. Если выясняется, что для решения возникшей познавательной задачи имеется имитационная модель, то работа с виртуальной моделью начинается со знакомства с предлагаемой виртуальной установкой и лишь затем проводится сам эксперимент. Знакомство с виртуальной моделью начинается с характеристики объекта исследования. Затем выявляются управляющие элементы которые обеспечивают начальное состояние объекта и условия взаимодействия. Определяются индикаторы изменения состояния системы, показываются запрограммированные математической моделью граничные параметры измеряемых физических величин и возможные шаги по изменению их числовых значений. Знакомство с моделью сопровождается показом возможных манипуляций и действий на исследуемый объект. Описав и ознакомив школьников с имитационной моделью, учитель организует внимание учащихся на предстоящее наблюдение и проводит опыт, называя и описывая операции, которые производятся с элементами модели. Закончив опыт, учитель формулирует результат проведенного эксперимента. При необходимости условия и параметры воздействия меняются, и завершается опыт подведением итогов в виде утверждения о справедливости высказанного в начале суждения, например, такого: «Таким образом, мы убедились, что... (далее повторяется физическое утверждение с которого начиналась подготовка к восприятию школьниками опыта)». Резюмируя, можно выделить следующее содержание методической деятельности учителя при введении новых элементов знаний на основе виртуальной модели. Учитель на уроке: 1) формулирует возникшую познавательную задачу; 2) обозначает переход к определению возможности использования имитационной модели; 3) описывает виртуальную установку и показывает возможность варьирования условий наблюдения; 4) описывает ожидаемый результат наблюдения; 5) обозначает переход к проведению опыта; 6) проводит опыт; 7) формулирует результат наблюдения; 8) обозначает переход к необходимости изменения условий наблюдения (изменение параметров соответствующего воздействия); 9) проводит эксперимент несколько раз, изменяя исследуемые параметры; 10) формулирует итог. Данный план исходит из системы познавательных действий о физическом явлении, полученном на эмпирическом уровне познания. Смысл физического явления заключается в определенном изменении с исследуемым объектом наблюдения. В общем виде компоненты физического явления включают в себя следующие элементы где ОИ — объект исследования (в начальном состоянии); ВО — воздействующий объект; В — воздействие; Р — результат (полученный); ОИ — объект исследования в новом состоянии. Представленная логическая цепочка опирается на то, что получение знаний о физическом явлении всегда начинается с наблюдения этого явления в конкретной ситуации. Определяется, в чем именно заключается конкретное физическое явление. Затем выясняется, с какими объектами и при каких воздействиях могут происходить обнаруженные изменения. Дальнейшее исследование связано с выяснением граничных условий протекания явления. Таким образом, при изучении физического явления решается некоторая серия самостоятельных познавательных задач, позволяющих прийти к окончательному физическому утверждению. Содержание деятельности при изучении того или иного физического явления должна представлять собой частный случай обобщенной логической схемы действий . Покажем примерный вариант познавательных действий при изучении явления отражения как такового. ОТРАЖЕНИЕ СВЕТА. 1. Фиксация прямолинейности распространения света в однородной среде (объект исследования — световой пучок и его свойства). 2. Обнаружение нового явления: изменение направления распространения светового пучка при попадании на препятствие (воздействующий объект — непрозрачная поверхность; воздействие — преграда на пути хода светового пучка). 3. Постановка познавательной задачи № 1: В чем именно заключается изменение направления хода луча (возвращение в исходную среду по измененному с первоночальным направлением). 4. Подбор названия (отражение). 5. Формулирование физического утверждения и определение нового явления. 6. Постановка познавательной задачи № 2: Только ли со световым пучком, излучаемым данным источником (от лампочки, свечи и т. п.)? 7.Постановка познавательной задачи № 3: Только ли при попадании светового пучка на: — горизонтально расположенную поверхность? — непрозрачное препятствие? — прозрачное препятствие? 8. Постановка познавательной задачи 3: Только ли при движении светового пучка из менее плотной среды в более плотную среду? 9. Формулирование обобщенного определения нового физического явления. Особенностью виртуального наблюдения и эксперимента являются более ограниченные возможности данной познавательной деятельности. Ограничение связано, как уже указывалось, с особенностями математической модели виртуальной установки. Поэтому часть действий обобщенной структуры соответствующей познавательной деятельности на имитационной модели не может быть выполненной. Значит, при предварительном анализе дидактических возможностей и определении способа и метода использования НИТ в соответствующий урок физики учителю необходимо скорректировать обобщенную структуру познавательных действий в соответствии с реальными возможностями виртуального эксперимента. Так при изучении рассмотренного выше явления отражения некоторые познавательные задачи необходимо опустить и исследовать вариативность воздействий лишь в рамках представленной модели. Тем не менее и в этом случае появляется возможность очень быстрого набора статистических наблюдений, по сравнению с традиционным подходом: многократное изменение углов падения при переходе из различных видов пар сред. Следовательно, дальнейшее изучение явления отражения должно быть связано с исследованием соотношения между углами падения и отражения в разных условиях наблюдения (вариантность всех выше указанных условий) и подведение учащихся к изучению экспериментальных законов. Аналогичным образом можно провести изучение явления преломления. Здесь имеется прекрасная возможность обнаружения устойчивой зависимости между углами падения и преломлении при переходе из менее плотной среды в более оптически плотную и наоборот. Таким образом, на данной установке в наглядно-визуальной форме обнаруживается различное соотношение между численными значениями углов падения и преломления и выяснения того: 1) в каких случаях угол (3 меньше угла а, а при каких это соотношение обратное; 2) выяснение общего вывода: отношение синуса угла падения к синусу угла преломления для данных двух сред является величиной постоянной; 3) введение новой величины — коэффициента преломления. Дальнейшее исследование процесса преломления из более плотной среды в менее оптически плотную дает возможность обнаружения и исследования нового физического явления — полного внутреннего отражения и его закономерностей. Таким образом, изучение явлений на виртуальных моделях позволяет сделать плавный переход к необходимости изучения закономерностей протекания изучаемых явлений. Дидактическая цель изучения экспериментальных законов в школе состоит в подготовке учащихся к осмысливанию и отработке деятельности по установлению конкретного физического закона. Выяснение содержания экспериментального закона состоит из двух видов познавательной деятельности и решению двух типов познавательных задач: 1) зависит ли одна физическая величина от другой и 2) каков вид зависимости между физическими величинами. Обобщенное содержание деятельности можно представить в виде следующей логической схемы: Таким образом, определив дидактические возможности виртуальных моделей и скорректировав соответствующим образом обобщенную структуру познавательных действий при изучении явлений при проведении наблюдений, опытов и исследования физических закономерностей изучаемых явлений, учитель многократно расширяет учебную физическую лабораторию и получает возможность целенаправленного формирования у учащихся обобщенных экспериментальных умений с помощью НИТ. § 5. МЕТОДИКА РАБОТЫ С КОМПЬЮТЕРНЫМИ ИМИТАЦИОННЫМИ МОДЕЛЯМИ Для успешной организации самостоятельной работы учеников с моделирующими программами учителю также необходимо определить готовность детей к такому виду деятельности, т. е. определить уровень знаний учащихся не только по физике, но и уровень компьютерной грамотности. Лишь в таком случае возможно определение и выбор адекватного метода обучения и развития учащихся. Для учащихся с «высоким» уровнем знаний по физике и «высоким» уровнем компьютерной грамотности целесообразно применять исследовательский метод обучения, особенности которого заключаются в следующем: 1) учитель вместе с учащимися формулирует проблему, разрешению которой посвящается соответствующий отрезок учебного времени; 2) знания учащимся не сообщаются, они самостоятельно добывают их в процессе работы с компьютерной моделью; 3) деятельность учителя сводится к консультациям. Исследовательский метод обучения предусматривает творческий уровень усвоения знаний. Учебный процесс при таком подходе характеризуется высокой интенсивностью, полученные знания отличаются глубиной, прочностью. Однако здесь требуются достаточно большие затраты времени и сил преподавателя и учащихся. Для учащихся, имеющих «средний» уровень знаний по физике и «высокую» компьютерную грамотность или «высокий» уровень по физике, но «средний» уровень компьютерной грамотности, применяется частично-поисковый метод, сущность которого выражается следующими характерными признаками: 1) учитель вместе с учениками формулирует проблему, выделяет этапы ее решения, поясняет способы действия на каждом этапе; 2) знания учащимся не сообщаются в готовом виде, их нужно добыть в ходе самостоятельной работы с моделирующими программами по выделенным этапам, опираясь на рекомендации учителя; 3) деятельность учителя сводится к консультированию учеников; в качестве дополнительной помощи при работе с программой предлагаются корточки-подсказки. При работе с учениками, имеющими «низкий» уровень знаний по физике или «низкий» уровень компьютерной грамотности учитель применяет репродуктивный метод. Сущность данного метода заключается в следующем: 1) знания учащимся предлагаются в доступной, понятной и конкретной форме с объяснением каждого этапа работы; 2) учитель поочередно работает с каждой парой учащихся из этой группы, контролирует выполнение каждого этапа работы; 3) учащиеся самостоятельно работают с моделирующей программой под наблюдением учителя и с опорой на его рекомендации. Сами виды обучающих заданий могут быть следующего вида: ОЗНАКОМИТЕЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ - предназначено для того, чтобы помочь учащимся осознать назначение модели и освоить ее регулировку. Задание должно содержать инструкцию по управлению моделью и контрольные вопросы. КОМПЬЮТЕРНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ - учащимся предлагается провести несколько простых экспериментов с использованием предлагаемой модели и ответить на контрольные вопросы. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ - это задачи, для решения которых необязательно проводить вычисления, а достаточно продумать и поставить соответствующий компьютерный эксперимент. РАСЧЕТНЫЕ ЗАДАЧИ— задачи, правильность решения которых можно проверить, используя компьютерную модель. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ ЗАДАНИЯ - ученику предлагается самому спланировать и провести рад компьютерных экспериментов, которые подтверждают или опровергают некоторую гипотезу. ТВОРЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ — учащиеся сами придумывают задачи, формулируют, решают их, а затем ставят компьютерный эксперимент для проверки. Как правило, специфика работы ученика с компьютером носит индивидуальный характер. Но на начальных этапах обучения физике с использованием компьютера, когда ученики имеют плохие навыки работы на компьютере, или при работе со сложной программой целесообразно организовать фронтальную деятельность учащихся, так как она позволяет осуществлять поэтапное руководство работой учащихся учителем, добиваться хороших результатов при меньшей затрате времени, снимать у школьников страх перед машиной. Групповая форма работы возможна при достаточно хороших знаниях учащимися вычислительной техники. Когда можно дифференцировать их в микрогруппы, чтобы более сильные учащиеся помогали более слабым в решении поставленных задач. При такой форме повышается самостоятельность в деятельности учеников, облегчается работа учителя: он теперь работает не со всем классом, а дает консультации группам. Более высокий уровень овладения компьютерной техникой позволяет организовать индивидуальную деятельность учащихся, когда помощь учителя минимальна, а содержание материала позволяет работать с ним самостоятельно. При любом методе и форме взаимодействия учителя, школьников и ИОС самостоятельная работа должна носить деятельный характер, поэтому в ее структуре можно выделить компоненты, характерные для деятельности как таковой: мотив, постановка задачи, выбор способа выполнения, выполнение задания, контроль. Опираясь на эти положения, можно выделить условия, обеспечивающие успешное выполнение заданий учащимися при самостоятельной работе с программными материалами; 1) организация учителем соответствующей мотивации, позволяющей осознать учащимися необходимость решения возникшей познавательной задачи; 2) четкая постановку познавательных задач; 3) знание учащимися способов выполнения задания; 4) определение преподавателем форм работы школьников с программой; 5) организация учителем необходимой степени помощи, в соответствии с готовностью школьников к самостоятельной работе с моделирующими программами; 6) определение форм и приемов контроля. В соответствии с этим, использование НИТ в образовательном процессе кардинально меняет функции и роль учителя. Функции учителя не сводятся к информационным и контролирующим. Определяющими методами обучения становятся проблемный и модельный, формирующие определенную познавательную деятельность школьников. Таким образом, и теоретический анализ, и практический опыт показывают, что для эффективного вовлечения учащихся в учебную деятельность с использованием компьютерных моделей необходимы инструктивные раздаточные материалы с указанием последовательности и структуры познавательных действий различного уровня сложности, т. е. своеобразные пособия-подсказки, технологические карты образовательного процесса. Они должны соответствовать выбранным методам, форме организации деятельности учащихся и этапам овладения школьниками новых знаний: первичное восприятие, осмысление изученного, формирование определенных умений и навыков. Исходя из этого, использование НИТ в преподавании физики предопределяет новый вид педагогической деятельности учителя физики — разработку технологических карт познавательной деятельности школьников с учетом уровня обученности (уровнем владения физического материала) и степенью компьютерной компетенции учащихся. Именно эта часть педагогической деятельности современного учителя физики является творческой и педагогически востребованной; именно здесь возможен наиболее значимый инновационный эффект использования НИТ на уроках физики. Таким образом, в настоящее время признается, что ЭВМ позволяет организовать многовариантность работы учащихся с учетом личностно достигнутого уровня знаний по физике и компьютерной грамотности ребенка. Однако в настоящий момент внедрения НИТ в образовательный процесс приходится констатировать лишь о достаточно единичных успехах учителей-новаторов. Соответственно данное пособие ориентировано на то, чтобы проструктурировать инновационную деятельность по интеграции и внедрению НИТ в обучение физике на научно обоснованных и дидактически выверенных положениях. В этих условиях инновационная деятельность учителя физики неизбежно реализуется в основном на I и II этапах обобщенной структуры методической деятельности и носит достаточно фрагментарный характер. Достаточно большим успехом в этой деятельности является анализ дидактических возможностей имеющихся программных средств, разработки методики использования имеющихся виртуальных моделей для выполнения на уроках физики разнообразного вида физического эксперимента: демонстраций, фронтальных лабораторных работ, экспериментальных задач, работ физического практикума. Следствием такой работы должно явиться создание массива возможных методических решений по использованию НИТ на уроках физики различного типа, но с учетом видения целостной картины. Поэтому следующая глава пособия посвящена конкретному анализу некоторых компьютерных моделей и показу возможных вариантов методических решений по использованию виртуального физического эксперимента.

Похожие:

	Рабочая программа дисциплины Целью изучения дисциплины является: изучение основных физических явлений и идей, овладение фундаментальными понятиями, законами и...		Представленная на городской конкурс мультимедийных пособий для учителей... В пособии рассматривается методика проведения 6 уроков обучения основам языка гипертекстовой разметки документов
	Программа курса, тематическое и поурочное планирование Практическая работа №1. Решение экспериментальных задач по темам «Важнейшие классы неорганических соединений» и «рио»		План Введение 3 Глава Методика проведения нетрадиционных уроков физики... «Методика проведения нетрадиционных форм уроков и внеклассных мероприятий по физике»
	Презентация «Решение задач с помощью кругов Эйлера». Презентация... Интегрированное занятие математического кружка (математика + информатика) в 5-м классе по теме "Решение задач с помощью кругов Эйлера....		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... ПР№1. Решение экспериментальных задач по темам «Важнейшие классы неорганических соединений» и «Реакции ионного обмена»
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Тема урока: Практическая работа «Решение экспериментальных задач по теме «Гидролиз. Реакции ионного обмена»		Повышение квалификации учителей по курсу «методика формирования информационной... В статье представлен опыт проведения занятий по дополнительной профессиональной образовательной программе повышения квалификации...
	Соли. Основания. Цели урока Методы: работа с технологическими картами, беседа с учащимися, лабораторные опыты, демонстрационный эксперимент, работа по карточкам...		Программа по футболу для образовательных учреждений направлена на... Футбол всеми любимая и доступная для любого возраста игра, для организации и проведения которой, необходим минимальный набор спортивного...
	«Решение задач по физике координатным методом» в 10 «а» классе Я, Кутузова Светлана Николаевна, учитель физики высшей категории, преподаю физику в		Проект «Книга на уроке» Урок физики в 7 классе «Решение задач на... Обучающие: сформировать умение применять формулы расчета механической работы и мощности для решения расчетных и качественных задач...
	Методические рекомендации по изучению дисциплины «Методика физического... Курс «Методика физического воспитания детей с проблемами в развитии» призван подготовить студентов к работе с детьми, имеющими отклонения...		Для создания экспериментальной установки и проведения моего эксперимента... Понятие «вязкость» можно рассматривать с двух точек зрения: с точки зрения молекулярной физики и с точки зрения механики
	Урок физики в 10 классе по теме: «Деформации и силы упругости» Образовательные: углубить и систематизировать знания о деформации твердых тел, сформулировать закон Гука, рассмотреть причинно-следственные...		Методика утренней гимнастики в старшей группе На основе полученных данных в ходе эксперимента мы создали систему воспитания младших школьников. Вам предлагается два варианта проведения...