Статья Методические аспекты использования информационных технологий в процессе обучения физики


Методические аспекты использования информационных технологий в процессе обучения физики
На современном этапе развития общества происходят глубокие социальные и экономические преобразования. Научно-технический прогресс, условия рыночной экономики накладывают свой отпечаток на все сферы деятельности человека. В связи с этим выдвигаются повышенные требования к уровню творческих способностей личности, умеющей самостоятельно решать разнообразные задачи, встающие в процессе профессиональной деятельности и подготовки к ней.
Целью образовательного процесса в школе, прежде всего, является подготовка учащегося, способного к самообразованию, имеющего развитое творческое деятельности, стремление к непрерывному профессиональному совершенствованию и имеющего желание и умение применять полученные знания в общественной практике. Проблемы дидактики и методики использования информационных технологий в процессе обучения физике рассматриваются в работах Г.А. Бордовского, В.Р. Бурсиана, Ю.А. Гороховатского, В.А. Извозчикова, А.С. Кондратьева, В.В. Лаптева, Н.С. Пурышевой, А.В. Хуторского и др. При этом все авторы сходятся в том, что «психолого-педагогическими основами использования ИКТ в обучении являются концепции развивающего обучения, деятельностного подхода и технология исследовательской деятельности» (Н.С. Пурышева).
При использовании информационных технологий информирующая функция учителя перестает быть основной, учитель при этом должен выполнять организующие и управляющие функции, а именно, учитель ставит цель обучения и организует условия обучения, необходимые для успешного решения образовательной задачи.
Важнейшей задачей является выявление оптимальных условий использования информационных технологий в целях интенсификации учебного процесса, повышения его эффективности и качества. Директор Института информатизации образования РАО И.В. Роберт подчеркивает, уникальные возможности информационных технологий, «реализация которых создает предпосылки для небывалой в истории педагогики интенсификации образовательного процесса, а также создания методик, ориентированных на развитие личности обучаемого. Перечислим эти возможности:
незамедлительная обратная связь между пользователем и средствами ИКТ;
компьютерная визуализация учебной информации об объектах или закономерностях процессов, явлений, как реально протекающих, так и «виртуальных»;
архивное хранение достаточно больших объемов информации с возможностью ее передачи, а также легкого доступа и обращения пользователя к центральному банку данных;
автоматизация процессов вычислительной информационно-поисковой деятельности, а также обработки результатов учебного эксперимента с возможностью многократного повторения фрагмента или самого эксперимента;
автоматизация процессов информационно-методического обеспечения, организационного управления учебной деятельностью и контроля за результатами усвоения».
Это, по мнению И.В. Роберт, позволяет организовать такие виды деятельности как:
регистрация, сбор, накопление, хранение, обработка информации об изучаемых объектах, явлениях, процессах, в том числе реально протекающих, и передача достаточно больших объемов информации, представленной в различных формах;
интерактивный диалог–взаимодействие пользователя с программной (программно-аппаратной) системой, характеризующееся в отличие от диалогового, предполагающего обмен текстовыми командами (запросами) и ответами (приглашениями), реализацией более развитых средств ведения диалога (например, возможность задавать вопросы в произвольной форме, с использованием «ключевого» слова, в форме с ограниченным набором символов); при этом обеспечивается возможность выбора вариантов содержания учебного материала, режима работы;управление реальными объектами (например, учебными роботами, имитирующими промышленные устройства или механизмы);
управление отображением на экране моделей различных объектов, явлений, процессов, в том числе и реально протекающих;
автоматизированный контроль (самоконтроль) результатов учебной деятельности, коррекция по результатам контроля, тренировка, тестирование».
На основании этого можно выделить следующие педагогические цели использования информационных технологий:
«Развитие личности обучаемого, подготовка индивида к комфортной жизни в условиях информационного общества:
развитие мышления, (например, наглядно-действенного, наглядно-образного, интуитивного, творческого, теоретического видов мышления);
эстетическое воспитание (например, за счет использования возможностей компьютерной графики, мультимедиа);
развитие коммуникативных способностей;
формирование умений принимать оптимальное решение или предлагать варианты решения в сложной ситуации (например, за счет использования компьютерных игр, ориентированных на оптимизацию деятельности по принятию решения);
развитие умений осуществлять экспериментально-исследовательскую деятельность (например, за счет реализации возможностей компьютерного моделирования или использования оборудования, сопрягаемого с компьютером);
формирование информационной культуры, умений осуществлять обработку информации (например, за счет использования интегрированных пользовательских пакетов, различных графических и музыкальных редакторов).
Реализация социального заказа, обусловленного информатизацией современного общества:
подготовка специалистов в области информатики и вычислительной техники;
подготовка пользователя средствами ИКТ.
Интенсификация всех уровней учебно-воспитательного процесса:
повышение эффективности и качества процесса обучения за счет реализации возможностей ИКТ;
обеспечение побудительных мотивов (стимулов), обусловливающих активизацию познавательной деятельности (например, за счет компьютерной визуализации учебной информации, вкрапления игровых ситуаций, возможности управления, выбора режима учебной деятельности);
углубление межпредметных связей за счет использования современных средств обработки информации, в том числе и аудиовизуальной, при решении задач различных предметных областей».
При этом акцент целей делается на формирование умений работать с информацией, развитие коммуникативных способностей:
подготовку личности «информационного общества»;
формирование исследовательских умений, умений принимать оптимальные решения.
Одним из преимуществ использования информационных технологий в обучения является индивидуализация образовательных траекторий. Хотя это и требует больших затрат времени и сил как от создателей программных продуктов, образовательных ресурсов, так и учителей.
При этом, если пойти по пути всеобщей индивидуализации обучения, не заботясь о преимуществах коллективных по своей форме и сути учебных занятий с развитыми возможностями общения и взаимодействия, можно упустить саму возможность формирования мышления учащихся. Также велика опасность свертывания социальных контактов, индивидуализма в производственной и общественной жизни. Эти явления мы можем наблюдать, когда во время перемен ученики стремятся как можно быстрее достать мобильный телефон, устремляясь в социальные сети, при этом пренебрегают общением с одноклассниками в «живую».
Особенно важно отметить психолого-педагогические и валеологические проблемы, возникающие при широком использовании компьютерной техники в процессах образования.
Вредное влияние на здоровье, прежде всего на зрение. Разрабатывая методику применения информационных технологий на уроке, необходимо оптимизировать время непосредственной работы ученика с компьютером. Но даже при этим условии, учитель будет находиться в еще более сложном положении, т. к. будет пользоваться компьютером на протяжении всего рабочего дня.
Опасность прекращения работы с книгой и другими источниками информации. Многие учащиеся считают, что если они, используют компьютер, то это освобождает их от необходимости изучать основы предмета, уметь считать, грамотно писать – за них это все сделает компьютер. В поисках информации они, как правило, прибегают только к помощи Интернет и при этом не умеющих работать в библиотеке, с учебниками и справочниками, следовательно, при использовании в процессе обучения компьютер, необходимо показать учащимся роль их собственных знаний. А при составлении программ и планировании уроков необходимо уделять внимание работе с книгой.
Опасность самодостаточности при работе с компьютером. Такая опасность проявляется не только у учащихся, но и у учителей. Существует мнение, что можно совсем отказаться от натурного эксперимента и свести все к компьютерному эксперименту и компьютерному моделированию. Однако при таком подходе возникает опасность подмены физической реальности виртуальной. Поэтому при применении компьютерных технологий необходимо делать упор на сравнение компьютерной модели и реального опыта, показывать ограниченность компьютерных моделей с одной стороны, и их возможности с другой.
Введение информационных технологий в современный урок ставит перед учителем и вопросы дидактики. Учитель, планируя урок, отбирая цифровые электронные ресурсы, формы их использования должен четко представлять, какие именно возможности дает ему использование информационных технологий на уроке.
Выделяют следующие аспекты реализации образовательного потенциала ИКТ на современном уроке:
1. По отношению к учебной деятельности:
повышение мотивации процесса обучения;
активизация работы учащихся на уроке.
2. По организации учебного процесса:
дифференциация и индивидуализация образовательного маршрута;
дополнительные возможности создания проблемных ситуаций;
систематизация процесса учебного поиска;
быстрая проверка гипотез учащихся;
быстрая диагностика результативности процесса обучения;
переход от качественных исследований к количественным.
3. По роли в развитии учащихся:
осознание учащимися назначения компьютерной техники;
показ современных средств познания;
повышение научного уровня представления материала;
возможность разного представления информации об одном и том же процессе (табличный, графический и т.п.);
дополнительные возможности развития модельных представлений, уточнение понятий модели;
приобретение навыков самостоятельного моделирования процессов и явлений;
4. По техническим возможностям:
моделирование процессов, которые невозможно или трудно воспроизвести в реальном эксперименте;
дополнительные возможности наглядности;
расширение диапазона исследований;
измерение и визуализация быстропротекающих процессов;
подробное исследование «тонких» моментов эксперимента;
сокращение времени на выполнение рутинных работ (оформление и обработка результатов).
Способы применения информационных технологий на уроке весьма многообразны. Г.К. Селевко отмечает, что «Компьютерная технология может осуществляться в следующих трех вариантах:
I – как «проникающая» технология (применение компьютерного обучения по отдельным темам, разделам для отдельных дидактических задач).
II – как основная, определяющая, наиболее значимая из используемых в данной технологии частей.
III – как монотехнология (когда все обучение, все управление учебным процессом, включая все виды диагностики, мониторинг, опираются на применение компьютера)».
И далее
«Компьютерные средства обучения называют интерактивными, они обладают способностью «откликаться» на действия ученика и учителя, «вступать» с ними в диалог, что и составляет главную особенность методик компьютерного обучения. В I и II вариантах компьютерных технологий весьма актуален вопрос о соотношении компьютера и элементов других технологий.
Компьютер может использоваться на всех этапах процесса обучения: при объяснении (введении) нового материала, закреплении, повторении, контроле. При этом для ребенка он выполняет различные функции: учителя, рабочего инструмента, объекта обучения, сотрудничающего коллектива, досуговой (игровой) среды.
В функции учителя компьютер представляет:
источник учебной информации (частично или полностью заменяющий учителя и книгу);
наглядное пособие (качественно нового уровня с возможностями мультимедиа и телекоммуникации);
индивидуальное информационное пространство;
тренажер;
средство диагностики и контроля.
В функции рабочего инструмента компьютер выступает как:
средство подготовки текстов, их хранения;
текстовый редактор;
графопостроитель, графический редактор;
вычислительная машина больших возможностей (с оформлением результатов в различном виде);
средство моделирования.
Работа учителя в такой технологии включает следующие функции:
Организация учебного процесса на уровне класса в целом, предмета в целом (график учебного процесса, внешняя диагностика, итоговый контроль).
Организация внутриклассной активизации и координации, расстановка рабочих мест, инструктаж, управление внутриклассной сетью и т. п.).Индивидуальное наблюдение за учащимися, оказание индивидуальной помощи, индивидуальный «человеческий» контакт с ребенком. С помощью компьютера достигаются идеальные варианты индивидуального обучения, использующие визуальные и слуховые образы.
Подготовка компонентов информационной среды (различные виды учебного, демонстрационного оборудования, сопрягаемого с компьютером, программные средства и системы, учебно-наглядные пособия и т. д.), связь их с предметным содержанием определенного учебного курса».
Важным методическим достоинством применения компьютерных программ является их совместимость с традиционными формами обучения. При планировании уроков важно найти оптимальное сочетание таких программ с традиционными средствами обучения. Возможность компьютерной диагностики ошибок, допускаемых учащимися в процессе обучения, при наличии обратной связи, позволяет проводить урок с учетом индивидуальных особенностей учащихся.
Многие авторы, анализируя возможности компьютера на уроках физики, предлагают следующие формы организации урока:
Урок-исследование. Учащимся предлагается самостоятельно провести небольшое исследование, используя компьютерную модель, и получить необходимые результаты. Многие компьютерные программы позволяют буквально за считанные минуты провести такое исследование. В этом случае урок, по мнению, например, А.С. Чирцова, приближается к идеалу, так как ученики получают знания в процессе самостоятельной творческой работы, ибо знания необходимы им для получения конкретного, видимого на экране компьютера, результата. Учитель в этом случае является организатором процесса и помощником в творческом процессе овладения знаниями. Конечно, такой урок можно проводить только в компьютерном классе.
Урок решения задач с последующей компьютерной проверкой. На этом уроке учитель предлагает учащимся для самостоятельного решения в классе или в качестве домашнего задания индивидуальные задачи, правильность решения которых они могут проверить, поставив затем компьютерные эксперименты. Возможность самостоятельной последующей проверки в компьютерном эксперименте полученных результатов усиливает познавательный интерес, делает работу учащихся творческой, а зачастую приближает её по характеру к научному исследованию. В результате проведения таких уроков многие учащиеся начинают придумывать свои задачи, решать их, а затем проверять правильность своих рассуждений, используя компьютерные модели.
Урок с использованием компьютерных моделей. Многие учителя особое внимание уделяют использованию компьютерных моделей. Они считают, что при использовании моделей компьютер предоставляет уникальную, не реализуемую в реальном физическом эксперименте возможность визуализации не реального явления природы, а его упрощённой теоретической модели с поэтапным включением в рассмотрение дополнительных усложняющих факторов, постепенно приближающих эту модель к реальному явлению.
В условиях массового выполнения лабораторных работ, многие школы сталкиваются с ограниченностью ресурсов в плане современного лабораторного оборудования. В этом случае работа с компьютерными моделями также может расширить лабораторные возможности школы, позволяя при этом создать на экране компьютера живую, запоминающуюся динамическую картину физических опытов или явлений.
Важно отметить, что использование компьютерных моделей не должно рассматриваться в качестве попытки подмены реальных физических экспериментов их симуляциями. Нехватку лабораторного оборудования можно компенсировать демонстрацией видеозаписей натурных экспериментов. Для адекватного восприятия учащимися компьютерного моделирования каждая модель должна сопровождаться, решением задач различной сложности, что позволит более детально изучить возможности модели.
Не менее важным способом приобщения учащихся с одной стороны к грамотному использованию информационных технологий, а с другой – к физическому эксперименту, служат электронные лаборатории. Они позволяют провести как демонстрационных, так и лабораторный эксперимент на современном уровне, убрав или значительно упростив рутинные процессы обработки результатов измерений, но увеличив при этом их точность.
Появившиеся в последнее время электронные лаборатории (например, цифровая лаборатория «Архимед»), оснащенных разнообразными датчиками для проведения физических измерений и программами для математической обработки результатов, представляют собой попытку найти необходимый баланс между реальным физическим экспериментом и компьютерной моделью. Необходимо помнить, что для впервые изучающего физику ученика важно не только увидеть результат измерения, но и понимать, как он получился. Видя набор «черных ящиков» и результат на экране компьютера, учащийся не сможет осознать физические процессы, которые в этот момент происходят. Поэтому полностью отказываться от традиционных приборов, традиционного эксперимента нельзя.
Формы и способы использования информационных технологий на уроках физики определяются различными факторами, например, темой и задачами конкретного урока, особенностями и возможностями имеющихся учебных компьютерных программ. Например, Г.Ф. Львовская на примере проектной среды «Живая физика» и использует следующие возможности в зависимости от цели урока:
«демонстрация физических явлений, позволяющая выявить основные закономерности и усвоить основные понятия (ученики по описанию учителя сами создают модели физических явлений, с помощью которых осуществляется знакомство с новым материалом, либо закрепление ранее полученных знаний),
выявление закономерностей физических явлений, моделируемых и наблюдаемых на экране компьютера (компьютерные лабораторные работы),
моделирование физических ситуаций, представленных в условиях задач, дающее более четкое понимание задачи и позволяющее успешно решать задачи повышенной трудности,
проведение микроисследований на базе задач повышенной сложности,
работа в проектном режиме, активизирующая полученные знания и стимулирующая творческую и познавательную активность учащихся, включающая конструкторскую и исследовательскую деятельность».
Обосновывая применяемые формы компьютерной поддержки своих уроков, Г.Ф. Львовская указывает:
«Готовые модели обычно бывают красочными и продуманными с точки зрения методики преподавания физики, но дети, еще мало знакомые с программой «Живая физика», плохо их воспринимают. Они часто отвлекаются на второстепенные детали, не могут понять, что показывает конкретная модель, для чего она нужна, как ею управлять.
Детям проще разобраться с моделью, которую они сами создают на том же уроке (использование ранее созданных моделей из-за забывания за неделю деталей также нежелательно).
При отсутствии предварительного знакомства с программой «Живая Физика» игровые творческие задания по моделированию реальных устройств (лифт, автомобиль, пушка, ракета и др.) позволяют быстрее осваивать возможности программы. Знакомясь с новыми инструментами и объектами по заданию учителя, ребенок не так хорошо их запоминает, как в случае игровой ситуации, где он делает это по собственной инициативе, стараясь создать интересную действующую компьютерную модель.
Решение задач по физике часто осложняется тем, что ученикам трудно представить описанную в задаче физическую ситуацию. Компьютерная модель описанной в задаче ситуации помогает в решении, делает его более интересным и запоминающимся.
Разнообразные формы применения компьютера на уроке позволяют учесть особенности восприятия и характера разных детей.
Однако перед каждым уроком, проводимым с использованием компьютера, учителю необходимо продумать, какие модели физических явлений, наблюдаемых на экране компьютера, наилучшим образом позволяют добиться главной цели: понимания основных физических законов и умения применять их для анализа различных физических ситуаций».
Большинство авторов, исследующих использование информационных технологий на уроке и знающие их возможности на собственном опыте, выбирают активные формы использования компьютера, в которых компьютер используется учащимся для моделирования, проектирования, решения задачи и т. д. при активной помощи со стороны учителя.
Самым распространенным способом включения информационных технологий в образовательную деятельность до сих остается подготовка учителем презентаций.
Наиболее часто презентации в учебной деятельности используются:
для объяснения нового материала;
для иллюстрации речи учителя;
для уточнения опыта, чертежа, схемы, таблицы и др.;
для организации самостоятельной работы на уроке;
для организации самостоятельной работы дома;
для контроля;
для организации работы с программами, видео- и аудиофайлами;
для презентации с результатом проект или творческого задания.
Использование презентации на уроке, в первую очередь, необходимо для организации познавательной деятельности учащихся. Большой ошибкой является использование презентации как простого конспекта урока, когда роль учеников сводится к простому записыванию формул и определений в тетрадь, а значит эффективность урока будет невысокой. Готовя сценарий презентации, а затем и саму презентацию, учитель должен понимать ее методическое значение и продумывать организацию работы с ней. Недостаточно владеть только техническими знаниями и умениями в области подготовки презентаций, важно владеть разнообразными педагогическими технологиями, в первую очередь проектными и технологиями групповой учебной деятельности. Их знание поможет методически грамотно использовать презентации на уроке.
Следовательно, решение о необходимости использования презентации на уроке, а также форма и ее вид использования определяются исключительно дидактическими задачами и методической целесообразностью. В процессе преподавания с использованием информационных технологий большего успеха добиваются преподаватели с большим педагогическим опытом, чьи методические приемы соответствуют сложности материала. А значит ожидать наибольшего эффекта от информационных технологий можно при условии реализации наиболее совершенных методических приемов.
Н.М. Шахмаев, крупнейший специалист в области применения технических средств обучения, постоянно подчеркивал роль методической подготовки учителя для эффективного использования средств обучения: «...как бы хорошо ни было само по себе то или иное пособие, педагогический эффект его применения в значительной мере зависит от умения учителя использовать это пособие, от того, насколько правильно найдено место для него на уроке».СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫГолуб Г.Б. Метод проектов технология компетентностно ориентированного образования: Методическое пособие для педагогов руководителей проектов учащихся основной школы / Г.Б. Голуб, Е.А. Перелыгина, О.В. Чуракова. – Самара : «Учебная литература», 2006.
ИКТ в предметной области. Часть V. Физика: Методические рекомендации / Под ред. В.Е. Фрадкина. – СПб, ГОУ ДПО ЦПКС СПБ «Региональный центр оценки качества образования и информационных технологий», 2010.
Исмаилов И.Н. Использование компьютерных технологий при решении задач по физике в средних общеобразовательных школах / И.Н. Исмаилов // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2009. № 4. С. 168-174.
Капустина Е.В. Информационно-коммуникационные технологии как средство повышения качества обучения физике / Е.В. Капустина // В сборнике: Инновации в современной науке Материалы VII Международного зимнего симпозиума. Центр научной мысли. Москва, 2015. С. 26-32.
Лёвина Н.С. Использование компьютерных моделей на уроках физики / Н.С. Лёвина // В сборнике: Современное общество, образование и наука сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции: в 16 частях. 2015. С. 87-89.
Лукьянова А.В. Модель формирования информационной компетентности учащихся при обучении физике в основной школе / А.В. Лукьянова // Ярославский педагогический вестник. 2014. № 3. С. 26–30.
Лукьянова А.В. Особенности формирования информационной компетентности на этапе школьного образования /А. В. Лукьянова//Ярославский педагогический вестник. 2014. № 2. С. 7-10.
Львовская Г.Ф. Опыт преподавания физики в 9-х классах с использованием программной среды «Живая физика» / Г.Ф. Львовская // Физическое образование в вузах. 1997. Т3. №1 С. 116-118
Мищенко В.С. Опыт применения ИТК как средства изучения физики в основной школе / В.С. Мищенко // Экономика и социум. 2014. № 2-5 (11). С. 740-744.
Пластинин А.В. Развитие ИТК компетенций школьников как метапредметный результат обучения физике / А.В. Пластинин // Ярославский педагогический вестник. 2015. № 6. С. 44-48.
Пластинин А.В., Иродова, И.А. Проблема формирования ИКТ-компетентности учащихся в процессе продуктивной деятельности на уроках физики в основной школе / А. В. Пластинин, И.А. Иродова // Ярославский педагогический вестник. 2015. № 3. С. 33-36.
Роберт И.В. Современные информационные технологии в образовании: Дидактические проблемы; перспективы использования. /И.В. Роберт – М.: Школа-Пресс, 1994.
Селевко Г.К. Современные образовательные технологии / Г.К. Селевко. – М.: Народное образование, 1998.
ФГОС: Основное общее образование [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://standart.edu.ru/catalog.aspx?CatalogId=2588