Разработка комплекта учебно-методических материалов к учебному модулю "использование нор в обучении учащихся решению физических задач" (для дисциплины опд. Ф. 04 "Теория и методика обучения физике")

ПОДГОТОВКА ПЕДАГОГИЧЕСКИХ КАДРОВ К ПРИМЕНЕНИЮ ИКТ В ОБРАЗОВАНИИ

А.А. Оспенников

РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКТА УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ К УЧЕБНОМУ МОДУЛЮ "ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЦОР В ОБУЧЕНИИ УЧАЩИХСЯ РЕШЕНИЮ ФИЗИЧЕСКИХ ЗАДАЧ"

Общие положения

Освоение методов решения физических задач - важнейшее направление предметной подготовки учащихся средней общеобразовательной школы. Умения и навыки решения задач являются показателем полноты и глубины предметных знаний, их системности и прочности, демонстрируют уровень способностей учащихся к самостоятельному познанию и отражают степень их готовность к творческому поиску при изучении явлений природы.

Методы познания, в том числе и методы решения физических задач, находятся в постоянном развитии. В условиях внедрения в практику научных исследований компьютерных технологий организации научной деятельности технологический "инструментарий" познания существенно обновился. В настоящее время для объяснения и предсказания явлений природы (включая получение как качественных, так и количественных результатов) весьма эффективно используются стандартные и специальные компьютерные программы (Microsoft Excel, Mathcad, Maple, Grapher, MatLab, Mathematica и др.). Направления использования программного обеспечения к ЭВМ в решении задач разнообразны. Это:

I) применение программного обеспечения для выполнения расчетов и исследования результатов решения физических задач; 2) использование компьютерных сред для построения моделей физических объектов и изучения особенностей их поведения в различных условиях; 3) применение

телеметрических методов анализа физических ситуаций при решении экспериментальных задач; 4) использование в решении задач экспертных компьютерных систем. Все это не может не найти отражения в содержании школьного обучения. Очевидно, что наряду с классическими методами решения физических задач учащиеся средней школы должны осваивать новые технологические методы и приемы их решения. Необходимо продемонстрировать школьникам эффективность названных выше способов решения физических задач, познакомить с содержанием данных способов и обучить простейшим правилам и приемам применения.

Новые информационные технологии видоизменяют не только методы решения задач, но и оказывают существенное влияние на совершенствование системы средств обучения школьников этой деятельности. На образовательном рынке России появились разнообразные цифровые учебные материалы, ориентированные на формирование и отработку у учащихся умений и навыков решения физических задач. Данные средства обучения обладают по отношению к традиционным более высоким уровнем эффективности. Это обусловлено специфическими свойствами виртуальной среды, такими как: мультимедийность, моделинг, интерактивность, коммуникативность, интеллектуальность. Указанные свойства позволяют: I) повысить уровень наглядности и выразительности в демонстрации учащимся образцов выполнения основных

© Оспенников А.А., 2008

действий по решению задач (постановка задачи, ее анализ, поиск решения, исследование и проверка результата); увеличить число и разнообразие конкретных примеров выполнения данных действий; 2) продемонстрировать образцы применения новых технологий в выполнении ряда действий, входящих в состав решения задачи (расчеты, построение графиков, исследование результата решения с помощью компьютерных моделей) и наглядно показать эффективность применения этих технологий; 3) обеспечить необходимый уровень отработки учебных действий и операций по решению физических задач благодаря применению цифровых тренажеров, симуляторов, тестов;

4) создать необходимую для каждого учащегося содержательную базу для самостоятельной работы за счет формирования практически неограниченного банка учебных задач различных видов и разного уровня сложности; 5) обеспечить высокий уровень интерактивности учебной среды в организации самостоятельной работы учащихся по решению задач; 6) существенно повысить познавательную активность школьников за счет использования инновационных технологий организации их учебной работы и реализации деятельностного подхода к обучению в новой информационной среде; 7) создать необходимые условия для дифференциации и индивидуализации обучения и обеспечить в итоге индивидуальную траекторию познавательной деятельности для каждого учащегося; 8) оптимизировать самостоятельную работу учащихся по решению физических задач (в том числе в домашних условиях) за счет использования дистанционных форм поддержки учебного процесса; 9) обеспечить систематический контроль обучения (текущий, итоговый), оперативность обработки и наглядность представления результатов контроля учителю и учащимся.

В сложившихся условиях должны быть определены новые ориентиры подготовки будущих учителей физики. Является необходимым формирование у студентов педаго-

гических вузов специальной профессиональной компетентности, характеризующей их готовность к обучению школьников современным ИКТ-методам решения физических задач и эффективному применению наряду с традиционными средствами обучения новых информационных средств и технологий формирования у учащихся учебных умений и навыков. Важным является овладение будущими учителями новыми организационными формами построения учебного процесса. Конечная цель подготовки специалистов нового поколения - обеспечение устойчивых изменений в профессиональной деятельности педагогов, выраженных в систематическом и эффективном использовании средств ИКТ в обучающей практике.

1. Цели учебного модуля:

- содействие становлению специальной профессиональной компетентности будущих учителей физики в области методики обучения учащихся решению физических задач в условиях применения обновленной системы средств обучения - аппаратных средств ИКТ, источников информации и учебных инструментов виртуальной образовательной среды;

- формирование профессиональной компетентности будущих учителей в проектировании и проведении учебных занятий по решению физических с использованием средств ИКТ.

2. Задачи учебного модуля:

I. Формирование у студентов системы знаний:

- о целях и задачах использования средств ИКТ на учебных занятиях по решению физических задач;

- о составе и содержании компонентов предметных ЦОР, ориентированных на поддержку деятельности учащихся по решению физических задач;

- о направлениях использования средств ИКТ (информационных источников и инструментов познания) в обучении школьников решению физических задач;

- о методике формирования у учащихся обобщенных умений и навыков в решении

физических задач в условиях использования средств ИКТ;

- о составе дидактических материалов (в том числе цифровых), поддерживающих самостоятельную работу учащихся с компонентами виртуальной среды на занятиях по решению физических задач;

- о методике проектирования учебных занятий по решению физических задач с применением ЦОР.

2. Формирование практической готовности будущих учителей физики к решению специальных профессиональных задач:

- подготовка дидактических материалов (в том числе цифровых), поддерживающих самостоятельную работу учащихся по решению физических задач с использованием источников и инструментов виртуальной среды обучения;

- проектирование учебных занятий по решению физических задач с использованием новых информационных технологий обучения.

3. Формирование у студентов положительной мотивации профессиональной деятельности, связанной с проектированием учебных занятий, включающих использование средств ИКТ. Содействие становлению коммуникативной компетентности студентов в условиях групповой деятельности по разработке цифровых материалов учебного назначения и проектов учебных занятий физике с применением компонентов ЦОР, ИУМК, ИИСС и новых инструментов учебной деятельности.

3. Требования к обязательному минимуму содержания программы

Развитие системы методов научного познания в условиях становления новых информационных технологий организации исследовательской деятельности. Объяснение и предсказание явлений природы как этап исследования в структуре научного познания (эмпирический и теоретический

уровни), использование компьютерных технологий в решении научных проблем данного вида.

Цифровые образовательные ресурсы (ЦОР) для учебных занятий по решению физических задач: состав и содержание. Виды задач по физике и медиаформаты их представления в виртуальной учебной среде.

Обучение школьников использованию стандартных инструментов и моделирующих сред в учебной деятельности по решению физических задач на объяснение и предсказание явлений природы.

Использование объектов ЦОР при формировании у учащихся обобщенных умений и навыков решать физические задачи.

Цифровые дидактические материалы для самостоятельной работы учащихся на занятиях по решению физических задач.

Учебно-исследовательские задачи физике с использованием ИКТ.

Формы учебных занятий по решению задач в условиях развития новых информационных технологий обучения. Проектирование учебных занятий по решению физических задач с применением ЦОР и инструментов учебной деятельности.

4. Место модуля в учебном плане

Программа модуля отражает содержание части программы лекционного курса, семинарских и практических занятий по дисциплине "Теория и методика обучения физике" (см. Федеральный компонент ГОС ВПО ОПД.Ф.04. Дисциплина "Теория и методика обучения физике: общие вопросы, частные вопросы"). Модуль может быть также реализован в учебном курсе "Практикум по решению школьных физических задач" (ОПД.В.ОО - дисциплины и курсы по выбору студента).

На модуль по учебному плану отводится 24 часа (из них ауд. часов - 12). Семестр - 7.

В рамках модуля реализуются межпредметные связи (МПС) с дисциплинами:

ДПП.Ф.01 Общая физика

ЕН.Ф.02 Информатика

ОПД.Ф.08 Современные средства оценивания

ГОС ВПО ДС 06 Компьютерное моделирование

Выбор дисциплин для МПС

определяется: программой модуля; составом учебных тем, в рамках которых осуществляется разработка студентами учебных и творческих проектов; содержанием и методикой организации учебных занятий со студентами в рамках настоящего модуля.

5. Ожидаемые результаты освоения учебного модуля (в логике

компетентностного подхода):

В результате изучения модуля студент должен

а) решать задачи, соответствующие ключевой профессиональной компетентности:

- владеть практическими умениями и навыками в области использования аппаратной компьютерной техники;

- пользоваться традиционными и цифровыми (локальными и сетевыми) источниками информации, работать с поисковыми системами, отбирать и структурировать информацию;

- пользоваться стандартными офисными программами для обработки информации;

- владеть навыками решения профессиональных задач в условиях групповой и коллективной деятельности;

б) решать задачи, соответствующие базовой профессиональной компетентности:

- формулировать цели обучения и определять в соответствии с поставленными целями содержание и форму учебных занятий; отбирать рациональные методы и приемы обучения, выбирать или самостоятельно проектировать необходимые для учебного процесса средства обучения;

- владеть методикой организации самостоятельной работы учащихся, в том числе методикой организации их самостоятельной исследовательской деятельности; обеспе-

чивать необходимые условия для работы учащихся в парах и малых группах;

- строить учебный процесс с учетом индивидуальных особенностей учащихся (интересов, способностей и пр.);

В) решать задачи, соответствующие специальной профессиональной компетентности:

- осуществлять поиск, анализ и отбор ЦОР и инструментов учебной деятельности, которые могут быть использованы на аудиторных занятиях и при организации домашней самостоятельной работы учащихся по решению физических задач;

- определять методы и приемы рационального использования традиционных средств обучения и средств ИКТ на уроках решения задач;

- разрабатывать цифровые дидактические материалы для самостоятельной работы учащихся по решению физических задач с использованием различных компонентов ЦОР; учитывать при подготовке учебных материалов разнообразие видов учебных задач, уровни их сложности и специфику методов решения;

- проектировать учебные занятия по решению физических задач с использованием традиционных средств обучения и средств ИКТ, включая планирование содержания и отбор методов руководства самостоятельной работой учащихся с различными компонентами виртуальной предметной среды;

- осуществлять в условиях ИКТ-насыщен-ной предметной среды руководство учебноисследовательской деятельностью учащихся по решению олимпиадных задач по физике.

6. Ожидаемые результаты освоения модуля (в логике традиционного, действующего для нынешнего поколения ГОС ВПО, подхода).

В результате изучения модуля студент должен:

ЗНАТЬ:

- содержание и способы использования средств ИКТ в решении физических задач на объяснение и предсказания явлений природы;

- требования к уровню ИКТ-компетенций учащихся, необходимых для освоения методов и приемов решения физических задач с использованием ресурсов и инструментов виртуальной среды;

- виды учебных задач по физике, направления обновления их видового состава и методов решения в условиях ИКТ-насы-щенной среды (включая задачи на проектирование объектов и физических ситуаций с данными объектами в моделирующих виртуальных средах, видеозадачи и телеметрические способы исследования задачной ситуации и др.);

- состав и содержание ЦОР по физике, которые могут быть использованы на аудиторных занятиях по решению физических задач и при организации домашней самостоятельной работы учащихся;

- виды дидактических материалов для самостоятельной работы учащихся по решению физических задач с использованием различных компонентов ЦОР;

- методику использования учебных объектов виртуальной среды (текстов, рисунков, фотоиллюстраций, анимаций, моделей, видео, тренажеров, тестов и пр.) с целью предъявления задачных ситуаций и формирования у учащихся обобщенных умений и навыков в решении физических задач;

- формы учебных занятий по решению

физических задач с использованием средств ИКТ;

- методику проектирования и проведения учебных занятий по решению физических задач в условиях использования средств ИКТ;

УМЕТЬ:

- использовать простейшие инструменты виртуальной среды (стандартные программы МБ и специальные учебные инструменты) для решения физических задач по программе средней общеобразовательной школы;

- подбирать ЦОР, которые могут быть использованы на аудиторных занятиях по решению физических задач и при организации домашней самостоятельной работы учащихся;

- разрабатывать дидактические материалы (в том числе цифровые), необходимые для организации самостоятельной работы учащихся при решении физических задач;

- проектировать и проводить учебные занятия по решению задач с использованием компонентов ЦОР и новых инструментов учебной деятельности;

ВЛАДЕТЬ:

- технологией формирования у учащихся обобщенных умений в решении физических задач с применением средств ИКТ;

- методикой подготовки и проведения уроков решения задач по физике с применением ЦОР и новых инструментов учебной деятельности;

ИМЕТЬ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ: о современных методах решения физических задач с использованием компьютерных технологий познавательной деятельности.

7. Требования к обязательному уровню и объему подготовки по учебному модулю

Лекционные занятия

№ п/п Тема лекции Объем в часах по формам обучения

очная очно-заочная заочная

1. Использование новых информационных технологий при формировании у учащихся умений и навыков в решении физических задач 2

Всего 2

Семинары

№ п/п Наименование занятия темы лекции Объем в часах по формам обучения

очная очно- заочная заочная

1. Методика формирования у учащихся обобщенных умений в решении задач на основе использования ЦОР и новых инструментов учебной деятельности (на материале учебных разделов «Механика», «Молекулярная физика. Термодинамика», Электродинамика») 1 2

Всего 2

Лабораторные занятия

№ п/п Наименование занятия темы лекции Объем в часах по формам обучения

очная очно- заочная заочная

1. Разработка дидактических материалов для учебного занятия по решению физических задач 1 4

2. Проектирование учебного занятия по решению физических задач с применением ЦОР и инструментов учебной деятельности 1 4

Всего 8

Самостоятельная работа

№ Наименование расчетно-графической работы Номера тем Неделя семестра,

п/п (РГР), расчетно-графического задания (РГЗ), лекций (только на которой

курсового проекта (работы) для РГР и РГЗ) выдается задание

1. Иллюстрация различных медиаформатов 10 неделя

представления физических задач в

виртуальной образовательной среде.

2. Разработка цифровых учебных материалов для самостоятельной работы учащихся по решению физических задач «Учись решать задачи по физике (рекомендации для учащихся)».

3. Подбор ЦОР для отработки умений и навыков решения физических задач

4. Подбор объектов ЦОР для решения задач различного уровня сложности (задач-упражнении. типовых задач, нестандартных задач).

5. Подготовка учебно-методического комплекса занятия по решению физических задач с использованием ЦОР и инструментов учебной деятельности 13 неделя

Всего 12 часов

Примечание: Задания выполняются для одной из учебных тем школьного курса физики. Разделы для выбора учебной темы: "Механика", "Молекулярная физика. Термодинамика", Электродинамика".

Задание I. Иллюстрация различных медиаформатов представления физических задач в виртуальной образовательной среде.

№ п/п Вид задачи Фрагменты экранов ЦОР объекта) Название ЦОР, авторы, издательство, город, год. Директория поиска объекта в ЦОР

Задание 2. Разработка рекомендаций для учащихся "Учисьрешать задачи по физике".

Учебные материалы разрабатываются в цифровом формате (с использованием MS РР, Flesh и пр.). Структура материалов должна соответствовать обобщенному плану решения физической задачи на объяснение и предсказание явлений природы (см. ниже). В презентации следует раскрыть содержание каждого действия и привести примеры его выполнения. Образцы выполнения учебных действий необходимо представить на примерах решения задач по конкретной учебной теме. При отборе и подготовке иллюстративного материала следует использовать объекты ЦОР и инструменты виртуальной среды обучения [2].

Обобщенный план решения физических задач

1. Сформулировать (прочитать) задачу.

2. Выполнить анализ условия задачи.

3. Кратко записать условие задачи.

4. Определить физические законы, с помощью которых можно объяснить (предсказать) описанное в задаче явление, значение величин, его характеризующих.

5. Доказать, что данное явление или искомое значение характеризующей его величины выступает следствием указанного закона (законов):

- записать математическое выражение законов,

- выполнить анализ математических выражений, т.е установить, все ли физические величины, входящие в уравнения, представлены в условии задачи (если система уравнение оказывается неразрешимой, ввести дополнительные уравнения),

- решить систему уравнений в общем виде, получить математическое выражение для искомой величины,

- провести вычисление в удобной метрической системе (или в СИ).

6. Проверить решение задачи одним из способов [I, 4].

Задание 3. Подбор ЦОР для отработки умений и навыков решения физических задач по конкретной учебной теме

Тема учебного занятия:

№ п/п Учебное действие (см обобщенный Фрагменты экранов ЦОР Вопросы (задания) для организации работы с ЦОР Название ЦОР, авторы, издательство, город, год. Директория поиска объекта в

Задание 4. Подбор объектов ЦОР для решения задач различного уровня сложности Тема учебного занятия:_______________________________________________________

№ п/п Вид задачи Фрагменты экранов ЦОР Вопросы (задания) для организации работы с цифровым объектом ЦОР Название ЦОР, авторы, издательство, город, год. Директория поиска объекта в

1. Задачи-упражнения

2. Типовые задачи

3. Нестандартные Задачи

Задание 5. УМК занятия по решению задач.

Проект учебного занятия должен базироваться на видовом разнообразии физических задач (по содержанию, способам решения, форме представления условия задачи и т.п.). Рекомендуется использовать различные медиаформаты их предъявления учащимся. Особое внимание следует уделить работе учащихся над задачами различного уровня сложности (задачи-упражнения, типовые задачи, нестандартные задачи). К типовым и нестандартным учебным задачам должна быть разработана система

направляющих вопросов (СНВ), отражающая общую логику решения: анализ задачи, поиск решения, исследование и проверка полученного результата (см. обобщенный план). Содержание СНВ с образцами выполнения основных этапов решения для одной типовой и одной нестандартной задачи необходимо представить в формате МБ РР. УМК занятия должен включать полный состав элементов (см. ниже структуру УМК) и базировать на рациональном использовании ЦОР в системе средств обучения.

Учебно-методический комплекс (УМК) занятия

1. Тема учебного занятия.

2. Форма учебного занятия.

3. Класс, профиль, специфика обучения.

4. Цели: обучения, воспитания, развития.

5. Учебные задачи занятия.

6. Дидактическая структура занятия.

7. Диагностика результативности обучения на занятии.

8. Домашнее задание.

9. Проект содержания и оформления записей на доске (или презентация МБ РР к уроку) и в ученической тетради.

10. Дидактические средства:

- демонстрационный эксперимент (цель, оборудование, включая аппаратные средства к ЭВМ);

- фронтальный лабораторный эксперимент, фронтальные наблюдения (цель, оборудование, включая аппаратные средства к ЭВМ);

- модели технических приложений физической науки (машины, установки, инструменты и пр. или их модели, в том числе компьютерные);

- аудио- и видеозаписи (название записи или ее фрагмента);

- настенно-печатная наглядность (таблицы, схемы, графики, ОК и пр.);

- программное обеспечение к ЭВМ (предметные ЦОР, ИУМК, ИИСС, дистанционное);

- игровые объекты;

- дидактический раздаточный материал для самостоятельной работы учащихся;

- литература и цифровые источники информации для учащихся (основные, дополнительные);

- система средств ТСО.

11. Конспект занятия.

12. Литература и цифровые источники информации для учителя [1].

Темы учебных занятий для разработки УМК

Движение тела под действием силы тяжести. Законы динамики Ньютона. Законы сохранения в механике. Основы теории

идеально газа. Законы термодинамики. Законы электростатики. Законы постоянного тока. Свободные электромагнитные колебания. Вынужденные электромагнитные колебания.

8. Формы текущего, промежуточного и итогового контроля

1) тесты для промежуточного контроля знаний и умений студентов (см. например, контрольно-диагностические тесты по темам "Законы динамики", "Молекулярная физика и термодинамика", "Электростатика", "Законы постоянного тока", "Электромагнитные колебания" из ЦОР: Физика 10-11 классы. Подготовка к ЕГЭ. М.: Министерство образования РФ, ГУ ФЦ ЭМТО, ЗАО "1C", 2004);

2) итоговый тест по содержанию модуля;

3) зачет по базовым понятиям модуля;

4) выполнение творческих заданий для самостоятельной работы по содержанию модуля:

- разработка комплекта цифровых дидактических и учебно-методических материалов для учебного занятия по решению физических задач (см. задания для самостоятельной работы № 1-4);

- разработка учебно-методического комплекса (УМК) занятия по одной и учебных тем разделов "Механика", "Молекулярная физика. Термодинамика", "Электродинамика" (см. задание для самостоятельной работы № 5; УМК занятия должен быть ориентирован на использование учащимися фрагментов предметных ЦОР, ИУМК, ИИСС, ресурсов Интернет и инструментов виртуальной среды обучения, а также элементов комплекта авторских цифровых материалов, подготовленных студентами);

5) представление творческого проекта в системе ДО "Moodle" - учебно-методического комплекса учебного занятия по решению физических задач, включающего использование учащимися фрагментов ЦОР и инструментов виртуальной среды обучения" (в проект входят: сценарий занятия, комплект дидактических материалов к занятию, в том числе цифровых).

Программа учебного модуля

"Использование ЦОР в обучении учащихся экспериментальная работа по материалам решению физических задач" апробирована в модуля продемонстрировала достижение учебном процессе ПГПУ. Опытно- основных целей обучения.

Библиографический2список

1. Оспенникова Е.В. Развитие самостоятельности школьников в учении в условиях обновления информационной культуры общества. В 2 ч. Ч. I. Моделирование информационно-образовательной среды учения: монография/ Е.В. Оспенникова. Пермь: Перм. гос. пед. ун-т, 2003. 294 с.

2. Оспенникова Е. В. Обновление системы учебных объектов среды обучения в условиях информатизации образования и проблема организации познавательной деятельности

школьников в новой информационной среде / Е.В. Оспенникова и др. // Вестник ПГПУ. Серия "ИКТ в образовании". 2005. Вып. I. С. 50 - 67.

3. Талызина Н.Ф. Управление процессом усвоения знаний / Н.Ф. Талызина. М.: Изд-во Московского ун-та, 1975. 342 с.

4. Усова А.В. Формирование учебных умений и навыков учащихся на уроках физики / А.В. Усова, А.А. Бобров. М.: Просвещение, 1988. 112 с.

Статья подготовлена в рамках проекта «Информатизация системы образования», реализуемого Национальным фондом подготовки кадров по заказу Министерства образования и науки Российской Федерации.

Проект финансируется реконструкции и развития.

из средств Международного банка