Организация учебной деятельности на уроках физики в логике научного познания с использованием интерактивной доски

УДК 372.853 ББК 74.262.22

Н. В. Ромашкина, Е. А. Мишина, Т. И. Долгая

Организация учебной деятельности на уроках физики в логике научного познания с использованием интерактивной доски

Применение интерактивной доски на уроке физики позволяет создать условия для организации познавательной деятельности учащихся в рамках групповой и коллективной формы работы. В результате такой деятельности у учащихся формируются представления о процессе научного познания, развивается научное мышление. Интерактивная доска при этом выступает полифункциональным средством обучения, которое выполняет такие функции, как управленческая, адаптивная, информативная, интегративная, интерактивная, мотивационная, коммуникативная, развивающая и воспитательная.

Ключевые слова: процесс научного познания, интерактивная доска, черты научного мышления, процесс обучения физике.

N. V. Romashkina, E. A. Mishina, T. I. Dolgaya

The organizing educational activity at physics lessons in the logic of scientific cognition with application of interactive whiteboard

Application of interactive whiteboard at a physics lesson allows creating conditions for organizing pupils' cognitive activity within the framework of group and collective forms of work. At the result of this activity in pupils are formed a representation on process of scientific cognition and developed scientific thinking. In this case an interactive whiteboard performs as a multifunctional learning tool that executes such functions as managing, adaptive, informative, integrative, interactive, motivational, communicative, developing, and educative.

Key words: process of scientific cognition, interactive whiteboard, features of scientific thinking, process of physics education.

Важнейшей международной тенденцией модернизации школьного естественно-научного образования является изменение его содержания и организации с целью развития познавательных и творческих способностей учащихся. К таким изменениям относится, в частности, включение в содержание предметов метода научного познания и организация образовательного процесса в соответствии с логикой процесса научного познания с активным использованием новых технических средств обучения и созданием целостного информационного учебного пространства.

В связи с информатизацией образования появляется возможность создания инновационной образовательной среды, в которой компьютер и технические средства, связанные с ним, могут выступать и как инновационные средства обучения, и как инструмент, позволяющий моделировать изучаемые объекты, процессы и явления реального мира. Но самое главное, такая среда должна способствовать построению обучения в логике процесса научного познания.

К основным особенностям процесса научного познания можно отнести его циклический характер; наличие взаимосвязанных звеньев (таких как наблюдение и анализ фактов, формулировка проблемы, выдвижение гипотезы, теоретический вывод следствий, их экспериментальная проверка, установление эмпирических законов и применение теории на практике); наличие границ применимости научного знания; необходимость моделирования; усовершенствование моделей; преемственность научных знаний.

Предлагается организовывать учебный процесс по физике в соответствии с концепцией научного познания, реализуя принцип цикличности обучения на примерах развития науки, используя методы изучаемой науки, логические задачи, творческие исследовательские задания. Подобная организация учебного процесса позволяет создать условия для развития таких черт научного мышления, как доказательность, антиавторитарность, критическая самооценка, антидогматизм, понимание неизбежности парадоксального, детерминизм, системность, точность и определенность суждений.

При этом, несмотря на различия в познавательном процессе исследователя и учащегося, и в первом, и во втором случае присутствует общая схема научного познания. Так, при организации изучения темы можно материал структурировать в соответствии со следующей схемой: Факты (проблема) ^ Гипотеза, модель (работа с моделью, решение задач) ^ Следствия (выводы) ^ Эксперимент-применение. Однако для организации учебного процесса по схеме научного познания мало только изменить содержание и структуру излагаемого материала. Необходимы изменения и в организации самого образовательного процесса.

Одним из «удобных» средств обучения, которое интенсивно внедряется в настоящее время в процесс обучения и позволяет по-новому организовать учебный процесс, являются интерактивные доски. Они в значительной мере расширяют возможности учителя, дополняют его деятельность качествами, которые отсутствуют при применении меловой или маркерной доски, позволяют развивать методы активного обучения, когда пользователь сам может активно участвовать в процессе обучения.

Интерактивная доска представляет собой сенсорный экран, соединенный с компьютером и мультимедийным проектором, на который может выводиться информация с видеомагнитофона, ОУО-проигрывателя; также позволяет делать пометки, писать, рисовать и сохранять всю информацию в памяти компьютера. Интерактивная доска может стать полноценной альтернативой обычной меловой и маркерной доске, служить при этом экраном для отображения информации и интерактивным монитором, позволяющим управлять компьютерными приложениями, не отходя от доски и не прерывая выступления.

Мультимедийные технологии, применяемые при работе с интерактивными досками, позволяют учителю:

- предоставлять учащемуся информацию в большем объеме, чем традиционные источники;

- включать в урок текст, графики, схемы, звук, анимацию, видео и т. п.;

- создавать собственные макеты электронных конспектов уроков, которые могут заполняться учащимися на уроке;

- создавать собственные анимации и модели.

Интерактивную доску можно считать полифункциональным средством обучения, которое выполняет следующие функции: управленческую, адаптивную, информативную, интегративную, интерактивную, мотивационную, коммуникативную, развивающую и воспитательную.

Эффективность использования интерактивных досок в образовательном процессе определяется тем, что они отвечают принципу интерактивности как обязательному свойству компьютерного материала, позволяющему совершить переход от виртуальной наглядности к чувственному восприятию и организации мыслительной деятельности учащихся. При этом итоговая «картинка» не статично выводится на доску, а формируется в процессе совместной деятельности учащихся и учителя. Такая организация работы, в отличие от работы с готовыми («статичными») материалами, позволяет сформировать доказательность, антиавторитарность, антидогматизм мышления учащихся.

Работа с интерактивными досками предусматривает простое, но творческое использование материалов. Файлы или страницы можно подготовить заранее и привязать их к другим ресурсам, которые будут доступны на занятии. Подготовка к уроку на основе одного главного файла - электронного конспекта, помогает планировать урок и благоприятствует интенсивному прохождению занятия. Кроме того, файл может создаваться не для одного, а для системы уроков. В процессе работы на уроке файл изменяется. Каждое последовательное изменение может сохраняться под новым именем. Таким образом, появляется возможность возврата к результатам предыдущих уроков. Это в значительной мере упрощает работу учителя, нет необходимости поиска в тетрадях учащихся каких-либо записей, кроме того, если какие-либо учащиеся пропустили занятие, то можно распечатать сохраненные листы в конспекте урока и тем самым восполнить пробелы. Сохранение файлов, создание файла на целую тему и возврат на уроке носит методический характер, т. к. подобная работа позволяет учителю не только оценить и проанализировать собственную деятельность и деятельность учащихся, но и осуществить цикличность учебного процесса, наиболее наглядно продемонстрировать учащимся цикличность научного познания, осуществить формирование понимания преемственности научных знаний.

Покажем, какую роль может сыграть применение интерактивной доски в организации процесса обучения в логике научного познания на каждом из этапов цикла научного познания. На первом этапе формулировки проблемы, сбора фактов, экспериментальных данных и лежащих в основе процесса познания, в электронный конспект урока могут быть включены фото-, видео- и аудиоматериалы. Интерактивная доска позволяет не просто наблюдать, но и активно работать с этими материалами, делать пометки, фиксировать записи поверх картинок, строить самостоятельно графики по данным эксперимента. На основе этого материала и работы с ним учащимся проще строить предположения, выдвигать гипотезы. А фиксирование на доске утверждений в виде фактов, результатов эксперимента, гипотезы и т. п., осуществление проверки высказанных предположений и возврат к ним с целью вывода о достоверности или ложности позволяет решить проблемы с непониманием особенностей различных форм научного знания.

Следующим обязательным этапом процесса научного познания является моделирование как процесс построения мысленной идеальной модели физического объекта или явления для дальнейшего их изучения.

Модель создается в физике для абсолютно любого объекта и явления, основные закономерности при обучении выводятся именно для моделей, при этом одним из основных недостатков в подготовке школьников по физике является отсутствие умений моделирования и представлений о модельном отражении действительности объекта или явления в нашем сознании. Одним из путей решения данной проблемы является активное вовлечение учащихся в сам процесс моделирования, сопровождение реального эксперимента модельным, заострение внимания на отличиях реальных объектов и явлений от моделей. Однако большинство готовых моделей, представленных на образовательном рынке, не позволяет менять скорость протекания моделированного явления, содержит огромное количество дополнительной (не относящихся к рассматриваемому явлению или объекту) информации. Кроме того, модели далеко не всех изучаемых объектов и явлений созданы на настоящий момент.

Программное обеспечение, поставляемое вместе со всеми интерактивными досками, позволяет создавать системы ссылок, благодаря которым существует возможность конструирования собственных моделей реальных объектов и процессов, создания модельного эксперимента. Причем, эти модели может создавать человек, не знакомый с современным программированием.

Модель процесса или явления может быть заготовлена учителем заранее. На уроке эта модель приходит в движение с той скоростью, которая необходима при работе именно в данном классе с данными учащимися. При этом учитель может концентрировать внимание учащихся на отдельных элементах модели. Модель некоторого объекта может создаваться в течение урока, в этом случае учащиеся активно вовлечены в сам процесс моделирования как необходимый этап процесса научного познания.

В результате у учащихся формируется понимание модельности отражения действительности, границ применимости любого теоретического знания. Последовательное включение процесса моделирования и работы с созданными моделями позволяет сформировать у учащихся умения «мыслить моделями», на их основе теоретически объяснять и предсказывать поведение реальных объектов, протекание реальных процессов. Таким образом, формируются такие черты научного мышления, как понимание неизбежности парадоксального, детерминизм, мыслительные операции абстрагирования, анализа и синтеза информации.

Еще одним важным элементом процесса познания является систематизация и обобщение полученных в эксперименте или в процессе теоретического познания данных. Традиционно в обучении систематизация знаний проходит в виде составления структурно-логических схем, заполнения таблиц и т. п. При использовании интерактивной доски в электронный конспект урока можно включить заготовки таблиц, схем, которые могут заполняться в процессе урока учащимися вручную. Можно заготовить и ключевые слова, формулы и фигуры, которые при помощи специального инструмента могут легко перемещаться по экрану, занимая положенное место в таблице или схеме. Подобная работа с интерактивной доской осуществляется значительно интенсивнее, чем с обычной, а у учителя остается время на уроке для других видов работы. В результате систематизации организуется обобщение данных, позволяющее сформулировать некоторые выводы, которые затем могут быть проверены экспериментальным путем. При такой организации работы учащиеся полностью заняты анализом данных, их систематизацией, не отвлекаются на качество оформления. Таким образом, применение интерактивной доски на уроке помогает усовершенствовать этап получения следствий и выводов в результате работы с моделями. При этом развивается системность мышления, точность и определенность суждений, такие мыслительные процессы, как анализ и синтез.

Завершающий этап процесса научного познания, а именно экспериментальная проверка следствий и выводов, также может сопровождаться работой с интерактивной доской, где фиксируются данные эксперимента, заполняются таблицы, стоятся графики, формулируются выводы. На этом этапе необходимым становится возврат к гипотезам и предположениям для формулировки вывода об их достоверности.

Таким образом, работая с интерактивной доской, учитель может создавать собственные дидактические средства, планировать работу учащихся с ними, процесс обучения может осуществляться как коллективное действие, как взаимодействие субъектов обучения и необходимой информации в соответствии с основными этапами процесса научного познания. Появление новых технических средств и своевременное, методически грамотное использование их в образовании, включение учащихся в активную работу с ними повышает мотивацию к учебе в целом, создает условия для развития научного мышления, формирования творческой личности.

Список литературы

1. Sara Hennessy,Rosemary Deaney; Kenneth Ruthven;Mark Winterbottom Pedagogical strategies for using the interactive whiteboard to foster learner participation in school science / / Learning, Media and Technology, 1743-9892, V. 32. I. 3. 2007. P. 283-301

2. Пурышева Н. С. Пути реализации генерализации учебного материала при построении курса физики средней школы // Теория и практика обучения физике в современной школе. М.: Прометей, 1992. С. 3-12.

3. Разумовский В. Г., В. В. Майер Физика в школе. Научный метод познания и обучение // Библиотека учителя физики. М.: Владос, 2004. 463 с.

4. Шаронова Н. В., Важеевская Н. Е. Дидактический материал по физике: 7-11-е кл.: кн. для учителя. М.: Просвещение, 2005. 125 с.

УДК 621.9.01:534.1 ББК К5+В3

В. М. Свинин

Исследование кинематических и динамических характеристик головки для модуляции скорости резания и выбор ее конструктивных параметров

Головка предназначена для модуляции скорости вращения многозубых режущих инструментов с целью подавления регенеративных автоколебаний технологической системы. Она является вибратором, который рассматривается как плоский шарнирно-рычажный механизм, образованный последовательным присоединением двух шарнирно связанных диад к ведущему вращающемуся звену. Путем анализа кинематики и динамики получены уравнения для расчета мгновенных значений скоростей и ускорений основных точек механизма и действующих в них усилий. В качестве основных характеристик работы головки исследованы: относительная угловая скорость выходного звена, приведенный момент сил на входном звене, реакции в шарнирах ведущей и ведомой тяг. Они рассчитаны на компьютере при последовательном варьировании основных конструктивных параметров головки (размеров деталей) при типовых условиях ее силового нагружения. На основе анализа графиков изменения указанных характеристик за один оборот инструмента определены рациональные значения размеров деталей головки, обеспечивающие компактность конструкции и минимальность динамических нагрузок.

Ключевые слова: автоколебания, модуляция, шарнирно-рычажный механизм, скорости, ускорения, усилия, компактность.

V. M. Svinin

Analysis of kinematic and dynamic characteristics and the choice of constructive parameters of a head for the modulation of cutting speed

The suppression of regenerative vibrations in a technological system can be done by the modulation of the rotational speed of multi-teeth cutting tools. A special head (головка) intended for such a modulation is analyzed in this paper. The head is a vibrator that is considered as a planar hinged-lever mechanism. The mechanism is composed of two sequential dyads that are jointly connected to the driving link. Kinematic and dynamic equations for the representation of instantaneous velocities of the characteristic points of the mechanism, as well as forces exerted at these points, are developed. The main characteristics under investigation are: the relative angular velocity of the driven link; the combined torque at the driving link; reaction forces at the joints of the driving and driven links. The characteristic are defined by sequential variation of the main constructive parameters of the head (sizes of the parts) under typical conditions of the force loading. Based on the graphical analysis of the main characteristics per one rotation turn we define the rational sizes for the head's parts ensuring the compactness of the construction and the minimal dynamic loadings.

Key words: self-oscillations, modulation, hinged-lever mechanism, velocities, accelerations, forces, compactness.

Вибрационное резание [1; 4], обычно используемое для улучшения обрабатываемости труднообрабатываемых материалов и дробления сливной стружки, в последнее время стало применяться для повышения динамической устойчивости процессов механической обработки. Низкочастотное периодическое изменение (модуляция) скорости резания позволяет эффективно гасить регенеративные автоколебания технологической системы [5]. Широкому промышленному внедрению этого способа обработки резанием препятствует то, что серийно выпускаемые металлорежущие станки не обладают способностью создавать модулированную скорость резания, а известные устройства для создания переменной скорости резания, используемые, например для дробления сливной стружки, зачастую громоздки, требуют отдельного привода или существенной модернизации станка [1; 4].

В этой связи была разработана конструкция [3] автономной, т.е. без дополнительного привода, инструментальной оснастки для создания переменной скорости резания при работе различного типа фрезами, расточными оправками, сверлами, зенкерами, развертками как на универсальных станках, так и многоцелевых станках фрезерно-сверлильно-расточного типа. Последнее обстоятельство определило жесткие требования к габаритным размерам оснастки по условиям ее размещения в инструментальном магазине и автоматической смены в шпинделе станка. Оснастка представляет собой ме-