Компьютерный учебник «Астрономия» для студентов педагогических вузов

УДК 52:372.8

БАРАНОВА Елена Юрьевна, преподаватель цикла естественных и математических дисциплин Санкт-Петербургского суворовского военного училища МВД РФ, аспирант кафедры методики обучения физике Российского государственного педагогического университета имени А.И. Герцена. Автор 7 научных публикаций

КОМПЬЮТЕРНЫЙ УЧЕБНИК «АСТРОНОМИЯ» ДЛЯ СТУДЕНТОВ ПЕДАГОГИЧЕСКИХ ВУЗОВ

В статье рассматриваются концепция, структура и содержание главы «Сферическая астрономия» компьютерного учебника «Астрономия» для студентов педагогических вузов. Приведены особенности построения теоретического материала на основе логических понятийных цепочек.

Компьютерный учебник, информационные технологии, понятие, понятийная цепочка, самостоятельная работа

Учебными планами физических (физикоматематических) факультетов педагогических вузов значительная часть времени отводится на самостоятельную работу. Но ее эффективность в образовательном процессе возможна лить при максимальном использовании студентами современных информационных технологий. Это отвечает приоритетным задачам педагогического образования, которое одной из главных целей обучения студентов педвуза ставит подготовку специалиста, способного выстроить эффективный образовательный процесс с использованием информационных технологий обучения (ИТО) как инновационного средства повышения мотивации учения, т.е. специалиста, обладающего информационной компетенцией как неотъемлемой частью компетенции профессиональной. В процессе формирования содержания методической подготовки учителя-предметника особое внимание уделяется необ-

ходимости создания условий реализации модели личностно-ориентированного обучения, в которой студент занимает активную позицию и является субъектом учебного процесса. В процессе формирования компетентностей на базе организации эффективной самостоятельной предметной деятельности в физическом образовании в педагогических вузах должна решаться задача воспитания информационно-коммуникативной культуры студентов.

Отмеченное выше особенно относится к подготовке будущего учителя физики по предмету «Астрономия». Огромный фактический материал, накопленный современной астрономической наукой с использованием совершенных телескопов и космических средств наблюдений, в принципе не может быть оперативно (с соответствующей адаптацией) включен в стандартные учебники и методические пособия, и, следовательно, в значительной мере «выпадает»

из учебного процесса. Поэтому весьма актуальной проблемой является подготовка и использование в учебном процессе современных компьютерных средств обучения астрономии.

Количество электронных средств поддержки учебного курса «Астрономия» растет. Здесь и электронные учебники с мультимедийным сопровождением1 , и планетарии, и программное обеспечение астрономического назначения, и так называемые астрономические калькуляторы, программы - имитаторы астрономических явлений и др. Но все эти средства по тем или иным причинам решают частные задачи2 и не могут обеспечить систему самостоятельной работы студентов-физиков как необходимое сопровождение классических методов обучения (аудиторные занятия: лекции, практические занятия, контрольные работы, учебные астрономические наблюдения и т.д.). Смещение акцента в вузовском образовании в сторону самостоятельной подготовки студентов, самообразования и использования НТО требует разработки соответствующих методик обучения, нацеленных на эффективную организацию самостоятельной предметной деятельности. В значительной мере указанные проблемы призван решить компьютерный учебник «Астрономия», разрабатываемый на кафедре теоретической физики и астрономии РГПУ имени А.И. Герцена.

При разработке концепции компьютерного учебника были проанализированы и систематизированы существующие электронные ресурсы по астрономии, использование которых могло бы быть полезно при подготовке учителя физики и астрономии в условиях педагогического вуза. Проведен анализ методической литературы, посвященной особенностям использования компьютерного продукта в учебном процессе, оценена эффективность архитектуры конкретных ресурсов с точки зрения удобства их применения для самостоятельной работы студентов. В результате мы сформулировали дидактические и структурные требования к компьютерному учебнику «Астрономия» для педвузов.

Современные программно-педагогические (ППС) и телекоммуникационные средства обу-

чения астрономии, в частности компьютерный учебник, должны удовлетворять общепринятым дидактическим требованиям, к которым относятся: а) обеспечение обязательного минимума астрономического образования (в соответствии с Государственным образовательным стандартом) и создание возможности для учащегося существенно превысить этот минимум; б) интерактивность предлагаемых компьютерных моделей; в) обеспечение обратной связи «студент - компьютер»; г) создание условий для формирования у учащегося исследовательских умений и навыков; д) разнообразие видов предлагаемых заданий и их диф-ференцированность; е) единство обучающей и контролирующей функций; ж) соответствие возможностям учащихся и создание условий для индивидуального совершенствования школьников. Технические возможности современных компьютеров позволяют реализовать все вышеперечисленные требования к ППС в одном мультимедийном компьютерном учебнике.

Структура компьютерного учебника «Астрономия» включает следующие модули:

1. Ядро или управляющий модуль, связывающий все модули курса в одно целое.

2. Иллюстрированный теоретический модуль с индивидуально настраиваемыми образовательными траекториями.

3. Словарь (глоссарий).

4. Модуль «виртуальная лаборатория» с циклами интерактивных моделей и лабораторных заданий.

5. Тестирующий и оценочный модули, интегрированные с базой данных вопросов и задач.

6. Поисковый модуль и модуль методической поддержки.

7. Галерея.

С учетом вышеперечисленных требований разработано электронное учебно-методическое пособие, предназначенное для самостоятельного изучения теоретического материала раздела «Сферическая и практическая астрономия». Это пособие является первой главой компьютерного учебника «Астрономия».

Первая глава посвящена классическому учебному материалу сферической астрономии, геометрическим построениям на небесной сфере, введению астрономических координатных систем, описанию их практического функционирования. Здесь же изложен материал, связанный с построением основных шкал времени, решению параллактического треугольника. Студентам предстоит освоить большой объем специфических понятий, научиться работать с картой звездного неба, освоить различные шкалы времени, научиться переходить из одной шкалы в другую и т.п. Учебная практика показывает, что студенты нематематических факультетов плохо осваивают эту учебную тему на обычных аудиторных занятиях (на лекциях и в процессе выполнения лабораторных работ). И причиной такого положения является, в частности, объемный корпус специфических понятий темы, с которыми обучаемый прежде не встречался. Поэтому главной особенностью теоретического модуля рассматриваемого пособия является четкая система вводимых понятий, каждое из которых строго и однозначно определено. Здесь использовался метод последовательной дефиниции конкретного понятия с выявлением, учетом и демонстрацией родовых, видовых и функциональных связей всех структурных элементов, наполняющих содержанием это понятие, т.е. метод конструирования логических понятийных цепочек - совокупности расположенных в строгой логической, смысловой и функциональной последовательности понятий, наполняющих объем определяемого понятия3. Верхний этаж конкретной цепочки занимает основное или определяемое понятие (дефиниендум), которое наполняется содержанием с помощью вспомогательных или опорных понятий (дефиниенс), расположенных на более низких ступенях цепочки. В свою очередь, опорные понятия являются основными при их собственной дефиниции. В тексте опорные понятия выделены курсивом. Понятийная цепочка заканчивается либо на опорных понятиях, либо на базовых понятиях; последние являются частью понятийного багажа, приобретенного студентом еще в общеобразовательной школе.

Наполнение содержанием всех понятий, их функционирование, взаимосвязь и взаимозависимость в течение многих лет отрабатывались в учебном процессе на лекционных и лабораторных занятиях, на научных и научно-методических семинарах и конференциях, были предметом предварительного рассмотрения в ряде методических разработок на бумажных носителях.

Таким образом, теоретический модуль включает в себя иллюстрированный теоретический учебный материал, основанный на аудиторном курсе лекций по сферической астрономии, читаемом преподавателями кафедры сту-дентам-бакалаврам и студентам специалитета. Этот материал соответствует программам для педагогических вузов, утвержденным УМО при Министерстве образования и науки, имеется на бумажных носителях - в учебных пособиях и методических разработках. Весь модуль построен на гипертекстовой основе, позволяющей студенту работать по индивидуальной образовательной траектории. В тексте предусмотрены гиперссылки на словарь астрономических терминов по изучаемой теме. В конце текстового материала приводятся блоки тематической логической понятийной цепочки.

В модуль «Словарь» включены базовые понятия темы, которые являются частью общего для учебника глоссария астрономических понятий. Каждое понятие имеет дефиницию, совпадающую с дефиницией этого понятия в теоретическом блоке. В словаре не просто перечисляются в алфавитном порядке понятия, включенные в текст темы. Мы исходили из того факта, что учащемуся за сравнительно небольшой объем учебного времени необходимо освоить большой объем новых для него специфических понятий - «азбуку - словарь», без чего невозможно изучение остальных разделов курса астрономии. Как известно, совокупность понятий определенной темы не является вполне самостоятельной и изолированной от системы понятий других тем курса. Поэтому в словаре использованы гиперссылки на понятия, через которые определялись базовые понятия. Это дает возможность учащемуся

возвращаться, во-первых, к дефиниции плохо усвоенных понятий, во-вторых, еще раз посмотреть, как функционирует данное понятие в основном тексте. Словарь темы содержит около 500 понятий.

В модуль «виртуальная лаборатория» включены лабораторные работы двух вариантов. Во-первых, это стандартные классические работы, например, «Подвижная карта звездного неба», «Созвездия» или «Звездный глобус» - компьютерный вариант, в какой-то мере дублирующий аудиторный цикл лабораторных работ, но позволяющий в полной мере использовать возможности компьютерных технологий. Второй тип работ - вычислительные работы либо по заданным алгоритмам решения задач определенного типа, либо требующие создания и использования авторских вычислительных программ. Работы этого типа предполагают наличие блока заданий, каждое из которых предлагается студенту методом случайной выборки. Блок заданий содержит по 20 вариантов заданий к каждой лабораторной работе. В этот же модуль включен компьютерный планетарий, с помощью которого можно выполнять вычислительные работы по заданиям, содержащимся в компьютерной поддержке.

Тестирующий и оценочный модули состоят из системы вопросов и заданий по изучаемой теме. Разработанная нами система оценок позволяет выявить уровень освоения как всего материала темы, так и ее отдельных частей. Предусмотрено, в случае необходимости, возвращение к тому теоретическому или лабораторному материалу, который недостаточно ос-

воен учащимся. Например, тест по теме «Время» содержит 30 вопросов с вариантами ответов на них. В случае неправильных ответов студенту предлагается повторить соответствующий материал из теоретического раздела.

Поисковый модуль содержит систему ссылок на астрономические сайты Интернета и Астронета. Это позволяет студенту ознакомиться с дополнительной информацией по теме, находящейся в различных источниках, в том числе с информацией «текущего дня».

Галерея представляет собой совокупность фотографического и графического материала по изучаемой теме, включенного в общую коллекцию астрономических иллюстраций. Каждая иллюстрация галереи снабжена текстовым описанием, в котором обращается внимание на ее научные или учебные особенности. Поэтому, естественно, в галерею включаются далеко не все астрономические видеоматериалы, которые имеются в системе Интернет.

В 2007-2009 годах проводилось исследование эффективности применения главы компьютерного учебника по теме «Сферическая астрономия» в процессе самостоятельной работы студентов II, IV и V курсов факультета физики РГПУ имени А.И. Герцена. Определялись и исследовались показатели освоения материала сферической астрономии у экспериментальных и контрольных групп. На основании этих исследований сделан вывод о целесообразности использования компьютерного учебника «Астрономия» на физических факультетах педагогических вузов, в частности при изучении темы «Сферическая астрономия».

Примечания

1 ГомулинаН.Н. Открытая астрономия 2.0. Поддержка обучения через Intemetwww.college.ru. М., 2001.

2Ее же. Педагогическая эффективность программно-педагогических средств по физике и астрономии II Конгресс конференций «Информационные технологии в образовании». ЦЕЬ: http://ito.edu.ru/2004/Moscow/VII/VII-0-4460.Ь1т1.

3Жуков Л.В., Петунина И.И. Логическая понятийная цепочка как элемент структурирования содержания понятия II Преподавание физики в школе и вузе: материалы междунар. науч.-практ. конф. «Герценовские чтения». СПб., 2001. С. 43-46.

Baranova Elena

COMPUTER-BASED TEXTBOOK «ASTRONOMY» FOR STUDENTS OF PEDAGOGICAL UNIVERSITIES

The article considers the conception, structure and contents of the chapter «Spherical astronomy» of the computer-based textbook «Astronomy» or the pedagogical university students. Peculiarities of the theoretical material presentation on the basis of logical concept chains are given.

Контактная информация: e-mail\ moseeva@mail.ru

Рецензент -Жуков Л.В., доктор педагогических наук, профессор кафедры теоретической физики и астрономии Российского государственного педагогического университета имени А.И. Герцена