Використання компютерних технологій при викладанні фізики усередній школі

Дослідження використання ПК як засобу навчання поставило ряд проблем, що вимагають подальшого вивчення:

а) детально розробити зміст, методи й організаційні форми вивчення окремих розділів курсу "Фізика" з використанням нових інформаційних технологій, зокрема використання засобів математичної підтримки навчальної діяльності;  

б) вдосконалити   структуру  програмного  забезпечення,  для підтримки методик, що базуються на застосуванні засобів HIT;

в) визначити напрямки удосконалення змісту фізичної освіти в середній школі з урахуванням соціальних потреб суспільства при постійному зростанні використання засобів інформаційних технологій  у різних галузях людської діяльності.

Проведення  лабораторних робіт за допомогою  комп’ютера 

На сучасному етапі  комп’ютеризації освіти помітно зростає роль експерименту в навчанні фізики в школі. Система демонстраційних, фронтальних і домашніх дослідів, експериментальних задач, фронтальних лабораторних робіт та фізичного практикуму сприяє глибшому й усебічному засвоєнню програмного матеріалу, допомагає учням ознайомитись із принципами вимірювання фізичних величин, оволодіти способами і технікою вимірювань, а також методами аналізу похибок. Важливу роль у цьому відіграють саме лабораторні роботи. На етапі становлення закладів нового типу в нашій державі частіше постає проблема оригінальних та вдосконалених технологій навчання. На мою думку, прийнятною для вивчення фактичного матеріалу з фізики є технологія повноцінного засвоєння знань учнів. Так, інформаційно-комунікаційна технологія на базі сучасної комп’ютерної

техніки сприяє підвищенню ефективності навчального процесу, дає можливість поставити на перше  місце не оцінку, а знання дитини.

Незаперечно, що будь-яка  технологія навчання має свої переваги й свої вади. Перевага форми навчання з комп’ютерною технікою у тому, що під час уроку не має сторонніх чи байдужих учнів — усі працюють із найбільшою для свого рівня віддачею. Ця система роботи спрямована передусім на розкріпачення дитини, на можливість самовираження безпосередньо в процесі навчання, досягнення найвищих результатів відповідно до своїх розумових здібностей.

Як відомо, учні завжди намагаються сидіти з тим, з ким цікаво обмінюватись думками, інформацією. Працюючи за комп’ютерами, реалізується «парна форма навчання», працюючи разом, вони дають взаємне оцінювання дій. Якщо при розв’язуванні завдань уроку бувають різні відповіді, то u1091 учні завжди намагаються знайти помилку — цьому сприяє взаємне навчання. При цілеспрямо-

ваному керівництві  з боку вчителя учні, які сидять поруч,можуть включитись у парну роботу, що дуже важливо під час виконання фронтальних лабораторних робіт з фізики, про що і йтиметься нижче. Підготовка до лабораторної роботи починається заздалегідь на уроках фізики.

Найґрунтовнішу підготовку до свідомого виконання лабораторної роботи можна провести, використовуючи сучасну комп’ютерну базу нашої школи.

У кабінеті інформаційно-комунікаційних технологій наявний диск «Педагогічний програмний засіб. Віртуальна фізична лабораторія. 7–9. Фізика» для загальноосвітніх навчальних закладів.

Цей диск я використовую як інформаційну підтримку кваліфікованого викладання під час підготовки і проведення фронтальних лабораторних робіт у 7–9 класах.

Дружній інтерфейс та простота використання Конструктора уроків дозволяє вчителеві реалізувати авторські педагогічні ідеї, не вдаючись до програмування.

Продемонструю використання комп’ютерної програми в курсі фізики 9 класу.

На диску для 9 класу  розміщено 7 лабораторних робіт:

Для прикладу візьмемо фронтальну лабораторну роботу

№ 2 «Визначення жорсткості пружини».

За традиційною методикою  до лабораторних занять учні готуються так. Спочатку вони уважно читають увесь опис роботи, щоб зрозуміти її суть і поставлене завдання. Після того опис роботи читають повторно, основну увагу звертаючи на теоретичні відомості та з олівцем в руках проробляючи всі математичні викладки, потрібні для знаходження шуканої величини (шукана величина виражається певною формулою, яку надалі називатимемо розрахунковою формулою).

Читаючи експериментальну u1095 частину опису роботи (опис приладів, виконання роботи), учні мають усвідомити метод її проведення, послідовність операцій, розібратися в порадах та зауваженнях, з’ясувати, які вимірювання доведеться їм виконати з найбільшою точністю. Щоб краще зрозуміти мету роботи, треба прочитати також вказівки, які стосуються обробки результатів експерименту, і відповісти на контрольні запитання. Якщо потрібно уточнити

будь-яке теоретичне положення, загадую учням повторити певні параграфи підручника.

У процесі підготовки до лабораторної роботи учні у своїх зошитах записують дату виконання роботи, її назву, виведення розрахункової формули, креслять схеми установок, таблиці для запису характеристик засобів вимірювання

і результатів вимірювань, розв’язують експериментальні задачі у загальному (буквеному) вигляді. Така попередня підготовка забезпечить ефективну роботу учня під час лабораторного заняття.

Порядок підготовки до лабораторної роботи з використанням конкретної програми буде дещо іншим, хоча суть підготовки не змінюється. Підготовка до роботи буде наповнена конкретними образами приладів та конкретними

діями учня з ними у  віртуальному аспекті, так само, як пілот спочатку вчиться літати на тренажері на землі.

Першим кроком роботи учня з програмою є вибір ним цієї роботи на диску. Для цього в меню робіт учень активізує рядок з назвою цієї роботи (1 раз натиснути ліву кнопку миші).

Після такої дії учня на робочому столі праворуч з’явиться детальна інструкція до даної лабораторної роботи, де зазначена мета роботи, прилади і матеріали, хід роботи, табличка для запису результатів роботи, всі необхідні формули для цієї роботи, формули похибок. Учень знайомиться з інструкцію до роботи.

Зліва на моніторі є ще два вікна. Відкривши верхнє вікно і задавши необхідні команди, які є на панелі інструментів даного вікна (якщо учень не знає змісту іконок, то підводить u1082 курсор мишки до значка, тримає секунду чи кілька і отримує підказку про значок), учень спостерігає, як вчитель виконує дану лабораторну роботу (що та в якій послідовності він робить). Хід роботи озвучено, і кожен крок учителя зрозумілий для учня. Якщо учень не встиг усвідомити практичний хід виконання роботи, то він задає команду на повторення і передивляється та прослуховує ще раз. У цьому вікні робота проводиться з реальними приладами.

Відкривши нижнє вікно, учень бачить всі прилади, необхідні для виконання роботи, але віртуальні (в мультиплікації). На цьому етапі учень сам виконує необхідні досліди й вимірювання. По центру розміщено штатив з підвішеним до нього динамометром. Справа є чотири важки по 100 г кожний.

Для того, щоб підвісити важок до пружини динамометра, учень натискає на його зображення в правій частині екрана, і після цього важок підвішується до гачка динамометра. При цьому пружина динамометра розтягнеться.

На динамометрі розміщена вимірювальна лінійка поряд зі шкалою, за якою учень визначить, на скільки міліметрів розтягнулась пружина динамометра. Для того щоб якнайточніше визначити деформацію пружини, учні використовують спеціальні кнопки зверху зліва, які дають можливість збільшити шкалу лінійки до чіткого зображення поділок. Щоб зняти важок, натискають на потрібний важок, підвішений до динамометра.

До першого тягарця  додають другий, третій і т. ін., вимірюючи  щоразу видовження пружини. Результати вимірювань записують до таблиці.

У даному вікні є значок, який дає змогу роздрукувати інструкцію до лабораторної роботи, що позбавить учня марної трати часу на записи й виготовлення таблички.

Крім того, на моніторі у цьому ж вікні є хронометр, який дає учню змогу фіксувати час виконання досліду з метою його раціонального використання на уроці.

Є ще один значок у цій програмі, який дає змогу в окремому вікні познайомитись з приладами даної роботи, окремо вивівши їх на екран у збільшеному вигляді:

1. Набір вантажів з  механіки.

2. Лінійка вимірювальна.

3. Штатив універсальний.

4. Динамометр лабораторний.

До кожного приладу  даються пояснення. Після виконання лабораторної роботи передбачений спеціальний значок, який дає змогу вивести на екран контрольні запитання до даної роботи, в яких пропонуються три відповіді, а учні повинні обрати правильну.

Для даної роботи контрольні запитання такі:

1. Під дією якої сили, пружина, що має коефіцієнт жорсткості 10 кН/м, стиснулась на 4 см?

• 40 Н; • 2,5 кН; • 400 Н.

2. В яку сторону спрямована сила пружності?

• Завжди вертикально  вгору;

• проти сили тяжіння;

• проти деформації.

3. Як зміниться коефіцієнт жорсткості гумового шнура, якщо його скласти вдвічі?

• Збільшиться в 4 рази;

• зменшиться у 2 рази;

• збільшиться у 2 рази.

Учень проставляє прапорці мишкою в тих кружечках, де він вважає відповідь правильною. Для того щоб перевірити, чи правильно він надав відповідь, учень використовує кнопку «Правильні відповіді» (1 раз натиснути ліву кнопку миші). Після такої команди комп’ютер проставить свої прапорці на правильних відповідях й учень порівняє із власними і зробить висновок про рівень

своїх знань. Крім такого варіанта, учень може натиснути на кнопку «Перевірити тест» (також лівою кнопкою миші), і комп’ютер видасть результат тестування, вказавши, скільки завдань виконано і скільки правильних відповідей за кількістю і в процентах.

Учень на цьому уроці може також скористатись кнопкою «?» — «Допомога» (праворуч — зверху).

У меню, яке вийде після  відкривання, можна взяти:

1. історичну довідку. Тут учень знайде короткі біографічні відомості про вчених (вибравши в меню конкретне прізвище).

2. означення. Цей пункт надасть можливість учневі повторити означення тієї чи іншої фізичної величини, яка фігурує в даній роботі.

3. Формули. Відкриваючи меню, учень може повторити будь-яку формулу курсу фізики, зокрема ті, що стосуються даної роботи.

4. одиниці вимірювання. Відкриття цього меню надасть учню відповідь про основні одиниці вимірювання фізичних величин (не тільки одиниці вимірювання,

а й їхні означення).

5. точність вимірювань і похибки. Якщо учень відчуває недостатність знань щодо обчислення похибок у даній роботі, він відкриває цю опцію меню й одержує детальні відомості про похибки вимірювань і обчислень. Аналогічний порядок роботи я застосовую і під час підготовки й виконання інших лабораторних робіт з фізики.

Зрозуміло, що за наявності необхідних приладів і матеріалів лабораторні роботи слід виконувати не віртуально, а реально у фізичному кабінеті, а описаний процес роботи з комп’ютерною програмою буде дуже гарною підготовкою до свідомого виконання роботи в реальних умовах.

Сучасна педагогічна  преса дуже багато уваги приділяє дискусіям учителів про те, яким має бути сучасний урок, як потрібно працювати з обдарованими дітьми, яким повинно бути заняття, щоб виконувати не тільки навчальну роль, а й розвивальну. Попередній аналіз свідчить, що тільки особистісно-зорієнтована освіта з використанням інформаційно-комунікаційних технологій (комп’ютерної техніки) може відповідати вимогам сьогодення, виконувати ту роль, що покладена на неї в сучасному суспільстві.

Роль педагога як носія нових знань втрачає своє значення; завдання вчителя на сучасному етапі — дати підростаючому поколінню навички, що допоможуть йому самостійно знайти необхідну інформацію, вичленити з неї головне, зробити висновки.

Традиційна парадигма вчитель — підручник — учень при інформаційно-комунікаційних технологіях заміняється новою учень — підручник (комп’ютер) — учитель.

Педагогічні програмні  засоби з фізики

ППЗ (педагогічні програмні засоби) – це пакети прикладних програм для використання в процесі навчання різним предметам. Таким чином, ми визначили місце ППЗ у складі програмного забезпечення комп'ютера. З іншого боку – це дидактичні засоби, призначені для різних цілей навчання: формування знань, умінь і навичок, контролю за якістю їхнього засвоєння та ін., тобто це компоненти процесу навчання. Перше принципово важливо для рішення питання про склад і види ППЗ, друге – для визначення їхнього місця серед численних дидактичних засобів навчання, виявлення класів задач, що доцільно розв’язувати з застосуванням програмних засобів, для співвіднесення традиційних і програмних засобів навчання.

З позицій програмної реалізації до числа ППЗ можуть бути віднесені комп'ютерні навчальні  програми (вони, у свою чергу, можуть бути підрозділені на інформаційні, контролюючі, моделюючі, демонстраційні, тренажерні, комбіновані й ін.), експертні системи навчального призначення, комп'ютерні ігри та ін. Відзначимо, що за певних умов на заняттях з різних предметів можуть використовуватися інструментальні програмні засоби, такі як текстові, графічні, музичні редактори, електронні таблиці і т.п.

Визначимо мету використання ППЗ у навчальному процесі:

• образне і динамічне представлення навчальної інформації, її систематизація, постійне й оперативне відновлення;
• вироблення і закріплення різноманітних умінь і навичок;
• контроль за засвоєнням знань.

Використання комп'ютера  як засобу навчання висуває задачу розробки науково обґрунтованої  типології програм як на рівні  дидактики, так і на рівні приватних методик з урахуванням специфіки кожного предмета.

У педагогічній літературі можна зустріти різні підходи  до побудови типології навчальних програм.

Так Б.С. Гершунський класифікує ППЗ за діловим призначенням і виділяє наступні типи машинно-орієнтованих навчальних програм:

1. керуючі,
2. діагностуючі,
3. демонстраційні,
4. що генерують,
5. контролюючі,
6. моделюючі і т.д.