Влияние компьютерных средств на развитие исследовательских умений старшеклассников на занятиях физического практикума

УДК 53:371.01:681.14 ББК 22.3:74.202.45:32.973

Тулькибаева Надежда Николаевна

доктор педагогических наук, профессор

Челябинский государственный педагогический университет

г. Челябинск Зайнуллина Эльмира Абузаровна соискатель кафедры физики Челябинский государственный педагогический университет

г.Уфа

Tulkibaeva Nadezhda Nikolaevna

Doctor of Pedagogics,

Professor

Chelyabinsk State Pedagogical University Chelyabinsk Zaynullina Elmira Abuzarovna

Applicant for a Degree Chair of Physics Chelyabinsk State Pedagogical University Ufa

Влияние компьютерных средств на развитие исследовательских умений старшеклассников на занятиях физического практикума Computer Means Influence on Senior Schoolchildren’s Research Abilities Development at Practical Works During Physics Lessons

В статье предложена структура учебной физической исследовательской деятельности обучающихся с использованием компьютерных средств, выделены критерии для оценки развития исследовательских умений, указаны требования к выполняемым работам физического практикума.

The structure of the students’ educational physical research activity using the computer means is put forward in the article; criteria for the assessment of research abilities development are allocated; the requirements for practical works during Physics lessons are worked out.

Ключевые слова: развитие исследовательских умений, физический практикум, компьютерные средства, реальные и виртуальные эксперименты.

Key words: research abilities development, practical works during Physics lessons, computer means, real and virtual experiments.

Перед системой школьного образования поставлены задачи:

формирование у обучающихся готовности к саморазвитию и самообразованию в течение всей своей жизни;

создание для обучающихся развивающей образовательной среды;

активную учебно-познавательную деятельность обучающихся, мотивированную на творчество и современную инновационную деятельность;

построение образовательного процесса с учетом индивидуальных возрастных, психологических и физиологических особенностей обучающихся, которые способны осуществлять учебно-исследовательскую и проектную деятельность.

Важной частью эффективного образовательного процесса является физический эксперимент, стимулирующий активную познавательную и исследовательскую деятельность, развивающий критическое мышление и творческий подход к получению знаний. Кроме того, проявляются креативные качества обучающихся, такие как: воображение и интуиция, изобретательность и про-гностичность. Из всего разнообразия видов учебного эксперимента выделим физический практикум в старших классах как завершающий этап развития и формирования практико - ориентированных творческих умений обучающихся общеобразовательных школ. Мы согласны с Н.В.Первышиной, что в настоящее время в практике работы школ роль физического практикума во многих случаях необоснованно занижена. Данное обстоятельство является недопустимым, так как эксперименты физического практикума, отчасти, направлены на освоение новых возможностей технических средств обучения обучающимися, особенно в то время, когда активно идет компьютеризация учебного процесса.

Необходимо отметить, что дидактические и технические возможности компьютерных средств, для развития исследовательского умения у старшеклассников посредством комбинирования реального и виртуального экспериментов на занятиях по физике очень большие, но вопрос эффективного использования их на практике остается не решенным.

Обобщив исследования ряда авторов [1,2,3,4,5,6,7], мы выявили структуру учебной физической исследовательской деятельности обучающихся с использованием компьютерных средств (табл. 1).

Таблица 1

Структура учебной физической исследовательской деятельности обу-

чающихся в старших классах общеобразовательных школ

Информационно-поисковая деятельность

1. Актуализация знаний.

2. Составление блок-схемы, опорного конспекта необходимого материала.

3. Использование электронных учебных ресурсов.

Ориентировочно-подготовительная деятельность

1. Определение цели и задач эксперимента.

2. Установление объекта исследования, выделение физического явления.

3. Формулирование и теоретическое обоснование гипотезы.

4. Изучение возможных методов достижения цели по данной работе.

5. Определение порядка проведения эксперимента на выбранной установке.

6. Составление таблиц для измеряемых физических величин.

7. Выявление необходимых формул и формул определения погрешностей

8 Экспериментально-исследовательская деятельность

10. Проведение: а) реального эксперимента (натурная установка); б) виртуального эксперимента (компьютерная установка); в) компьютеризованного эксперимента (комбинированная установка).

12. Выполнение математической обработки результатов, вычисление погрешностей.

13. Анализ результатов исследования.

14. Рефлексивная деятельность

15. Оформление процесса и результата учебного исследования. Представление результатов в форме графика, диаграммы, выполнение схем.

16. Защита исследования.

Выявив структуру учебной физической исследовательской деятельности обучающихся в старших классах общеобразовательных школ, мы выделили критерии для оценки степени сформированности исследовательских умений.

Критерии оценки сформированности исследовательских умений обучающихся.

- выявление понятийного аппарата для описания предстоящей работы -цели эксперимента, принятия гипотезы и постановки конкретных задач;

- выбор исследуемого физического явления, вида эксперимента и методов исследования;

- владение знаниями, определяющие процессы практической реализации исследовательской деятельности в конструировании установки и процесса исследования (установки, приборы, материалы);

- владение способами и средствами измерения и бработки полученных результатов; умение формулировать выводы проведенного исследования;

- владение процессом работы с компьютерными ресурсами: находить сайты в Интернете для использования электронных учебных ресурсов; моделировать виртуальную установку для выполнения эксперимента; составлять динамические (электронные) таблицы, графики, диаграммы; оценивать погрешность проведенных измерений; проверять справедливость теории и законов в предельных условиях, т.е. с привлечением результатов виртуальной работы.

Совокупность исследовательских работ физического практикума удовлетворяет следующим требованиям:

по содержанию - актуализация, систематизация и обобщение знаний учащихся по разделу курса физики;

по методам - обеспечивающим изучение физических явлений, проверка физических законов, определение физических констант;

по средствам - использование натурные, компьютерные и компьютеризованные (комбинированные) установки;

по дидактической цели - развитие у обучающихся методологических знаний, творческих умений и владение исследовательской деятельностью, становление творческой личностью.

Решая проблему развития исследовательской деятельности старшеклассников, которые могут повлиять положительно на успеваемость и качества усвоения учебного материала на занятиях физического практикума, мы предположили, что использование компьютерных средств обучения могут быть эффективны, если:

проведение физических экспериментов осуществляется с комбинированием натурных и компьютерных установок;

используется комплекс физических экспериментов, обеспечивающих систематизацию и обобщение знаний;

для контроля знаний используются разного уровня сложности тестовые задания, физические задачи на основе дифференцированного подхода. Тестовые задания и задачи предлагаются обучающимся разного уровня сложности. Неоценима роль решения задач в овладении умениями и навыками познавательного и практического характера. Развитие творческого мышления, самостоятельности, подготовка учащихся к творческому труду возможно только при условии систематического решения задач. В процессе решения задач учащиеся овладевают методами исследования различных явлений природы, в основе которых лежат фундаментальные законы науки. При этом исходим из понимания, что выработка у учащихся умения решать задачи является одной из сложнейших педагогических проблем. Необходимо отметить, что решение задач имеют разные дидактические цели: тренировочные, творческие, контрольные. На занятиях физического практикума решение задач является и средством промежуточного контроля. Используемые задачи разные по степени сложности и при оценке необходимо использовать критерии, сущность которых сводится к следующему: первый уровень требует узнавания изучаемого объекта и его свойств на основе готовой информации; второй уровень определяет необходимость знаний алгоритмов действия (формул, графиков, правил и т.п.) и их применение в знакомых ситуациях; третий уровень предполагает применения знаний, известных методов в конкретной, не-

знакомой ранее ситуации. Каждый обучающийся выбирает для решения именно ту задачу, которую он рассчитывает решить и получить соответствующий разноуровневой результат.

Выполненный нами анализ предназначения практикума курса физики различного уровня, позволил предложить формулировки работ физического практикума

Таблица 2

Работы физического практикума различного уровня

№ Базовый уровень изучения физики Профильный уровень изучения физики

1. «Определение ускорения свободного падения » а) натурная установка и реальный эксперимент: - равноускоренное движение тела по вертикали; - колебательное движение тела (математический маятник или пружинный маятник); б) компьютерная установка и виртуальный эксперимент. «Определение ускорения свободного падения» а) натурная установка и реальный эксперимент: - движения тела, брошенного под углом к горизонту; - колебательное движение тела (математический маятник или пружинный маятник); б) компьютерная установка и виртуальный эксперимент. в) комбинированная установка и компьютеризованный эксперимент.

2. «Изучение смешанного соединения проводников» а) натурная установка и реальный эксперимент: - последовательное соединение; - параллельное соединение; «Изучение смешанного соединения проводников» а) натурная установка и реальный эксперимент: - расширение предела измерения амперметра;

- закон Ома для участка цепи; б) компьютерная установка и виртуальный эксперимент. - расширение предела измерения вольтметра; - закон Ома для участка цепи; б) компьютерная установка и виртуальный эксперимент.

3. «Изучение явлений интерференции и дифракции света» а) натурная установка и реальный эксперимент: - наблюдение интерференции и дифракции света; - измерение длины световой волны с помощью дифракционной решетки; б) компьютерная установка и виртуальный эксперимент. «Изучение явлений интерференции и дифракции света» а) натурная установка и реальный эксперимент: - наблюдение интерференции и дифракции света; - оценка длины световой волны по наблюдению дифракции от щели; б) компьютерная установка и виртуальный эксперимент.

4. «Изучение радиоактивного распада» а) натурная установка и реальный эксперимент: - изучение треков заряженных частиц по готовым фотографиям; - моделирование радиоактивного распада; б) компьютерная установка и виртуальный эксперимент. «Изучение радиоактивного распада» а) натурная установка и реальный эксперимент: - изучение треков заряженных частиц по готовым фотографиям; - моделирование радиоактивного распада; б) компьютерная установка и виртуальный эксперимент.

Итак, предлагая одну и ту же работу на различных уровнях изучения определенного физического явления, закона, теории может исследование быть проведено на различных установках и разного уровня сложности.

Педагогический эксперимент проводился поэтапно в общеобразовательных школах №14 и №4 г. Нефтекамска Республики Башкортостан. Исследовалось развитие исследовательских умений, качество усвоения учебного материала и успеваемость по физике обучающихся 10-11 классов и отслеживалось их поступление в высшие учебные заведения страны технического профиля. С целью обеспечения объективности оценки результатов педагогического исследования и определения экспериментального и контрольного классов проводилось предварительное тестирование обучающихся в 10 классе физико - математического профиля СОШ № 14. Аналогичная работа нами была проведена с обучающимися 10 класса гуманитарного профиля СОШ № 4.

Результаты педагогического эксперимента по развитию исследовательских умений обучающихся, которые повлияли на качество усвоения учебного материала и успеваемость по физике, и обеспечили их поступление в высшие учебные заведения страны технического профиля приведены в следующих таблицах (таблица 3, 4):

Таблица 3

Успехи обучающихся профильного уровня изучения физики экспери-

ментального и контрольного классов СОШ №14 г.Нефтекамска

Классы количество учащихся качественная успеваемость

11 А ф/м, экспериментальный 18 94,0 55,6 94.4

11 Б ф/м, контрольный 21 60,0 23,8 59,6

Таблица 4

Успехи обучающихся базового уровня изучения физики экспериментальной и контрольной группы СОШ №4 г.Нефтекамска

группы количество учащихся качественная успеваемость

экспери- менталь- ная 9 96,0 77.8 100 88,9

кон- трольная 15 84,0 13,3 62,5 6,7

Выводы:

1. Современным приоритетом российского образования является изменение цели школьного обучения.

2. Целью проведения исследовательских экспериментов на занятиях физического практикума является обучение школьников самостоятельно добывать знаний, используя всевозможную информацию, в том числе, современные электронные образовательные ресурсы (ЭОР). ЭОР нового поколения позволяют обучающимся овладеть компьютерными моделями; повысить уровень использования компьютера и соответствующих учебных программ, методами работы с объемами информации, их обработки и хранения.

3. Реализация принципа свободы выбора уровня выполнения работы физического практикума и присутствие элементов новизны в исследовательских работах является обязательным условием. В проведенном педагогическом эксперименте по организации физического практикума учитываются данные требования, которые усиливают всестороннесть изучения физических явлений; обобщение и систематизацию знаний; способствуют развитию исследователь-

ских и творческих способностей обучающихся; проявлению их самостоятельности, ответственности, самовыражения, инициативности.

Библиографический список

1. Извозчиков, В.А. Электронно-вычислительная техника на уроках физики в средней школе [Текст] / В.А. Извозчиков, А.А. Ревунов. М.: Просвещение, 1988. - 38 с.

2. Икренникова, Ю.Б. Компьютерный лабораторный практикум по физике как средство применения компьютерный технологий в учебном процессе [Электронный ресурс] [Текст] / Ю.Б. Икренникова: Дис. ... канд. пед. наук: 13.00.08 .- М.: РГБ, 2003

3. Каменецкий, С.Е. Лабораторный практикум по теории и методике обучения физике в школе: Учеб. пособие для студ. высш. пед.учеб.заведений [Текст] / С.Е. Каменецкий, С.В. Степанов, Е.Б. Петрова и др.; под ред. С.Е.Каменецкого и С.В.Степанова. - М.: Издательский центр «Академия», 2002. - С. 293-294

4. Лаптев, В.В. Важные проблемы компьютерного обучения в современной школе [Текст] / В.В. Лаптев // Проблемы совершенствования физического образования. СПб.: Образование, 1998. - С. 5-8.

5. Первышина, Н.В. Методика проведения физического практикума в классах с углубленным изучением физики с учетом уровневой дифференциации. [Электронный ресурс] http://www.dissercat.com/content/metodika-provedeniya-fizicheskogo- praktikuma-v-klassakh-s-uglublennym-izucheniem-fiziki-s-uc

6. Пурышева, Н.С. Дифференцированное обучение физике в средней школе [Текст] / Н.С. Пурышева. - М.: Прометей, 1993. - 161 с.

7. Усова, А.В. Проблемы теории и практики обучения в современной школе [Текст] / А.В. Усова. Избранное. - Челябинск: Изд-во ЧГПУ. 2000. - 221с.

Bibliography

1. Ikrennikova, Yu.B. The Computer Laboratory Workshop on Physics As a Means of Applying Computer Technology in the Learning Process [Electronic Resource] [Text] / Yu.B. Ikrennikova: Dis. ... Cand. of Ped.: 13.00.08 .- M.: RSL, 2003

2. Izvozchikov, V.A., Revunov, A.A. Electronic Computer Facilities During Physics Lessons at Secondary School [Text] / V.A. Izvozchikov, A.A. Revunov. M.: Prosveshcheniye,1988. - 38 p.

3. Kamenetski, S.E. Laboratory Practical Works on the Theory and Methods of Teaching Physics at School: Textbook for Students of Higher Pedagogical Educational Institutions [Text] / S.E. Kamenetski, S.V. Stepanov, E.B. Petrova, et al.; After S.E.Kamenetskiy and S.V.Stepanov. - M.: Publishing Center "Academy", 2002 - 304 p. - P. 293-294.

4. Laptev, V.V. Important Problems of Computer Education in Modern School [Text] / V.V.Laptev // Problems of Physical Education Improvement. - Spb.: Education,1998. - P.5-8.

5. Pervyshina, N.V. The Methodology of Practical Works During Physics Lessons in Profound Studying Classes of Physics Considering the Differentiation Level [Electronic Resource]. - Access Mode: http://www.dissercat.com/content/ meto-dika-provedeniya-fizicheskogo-praktikuma-v-klassakh-s-uglublennym-izucheniem-fiziki-s-uc

6. Purysheva, N.S. Differentiated Teaching of Physics in High School [Text] / N.S.Purysheva.- M.:Prometey,1993. - 161 p.

7. Usova, A.V. Problems of Theory and Practice of Education in Modern School [Text] / A.V. Usova. Selectas. - Chelyabinsk: Publishing House of ChSPU, 2000. - 221p.