Демонстрационный эксперимент в условиях ИКТ-насыщенной среды

Г, ПОДГОТОВКА ПЕДАГОГИЧЕСКИХ КАДРОВ К ПРИМЕНЕНИЮ ИКТ В ОБРАЗОВАНИИ

А.Е. Нельзин, Н.А.Оспенникое

ДЕМОНСТРАЦИОННЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ В УСЛОВИЯХ ИКТ-НАСЫЩЕННОЙ СРЕДЫ

Эксперимент - один из методов научного познания, которым должны овладеть учащиеся средней школы в процессе изучения физики. Первое знакомство с этим методом происходит на занятиях, включающих учебный демонстрационный эксперимент (ДЭ), и от того, насколько грамотно учитель владеет методикой проведения демонстрационных опытов, зависит успех дальнейшего формирования у учащихся представлений о данном методе, а так же становления у них экспериментальных умений.

Область методики, рассматривающая цели, содержание, средства и наиболее эффективные способы организации и проведения демонстрационного эксперимента, определяется как методика и техника школьного демонстрационного физического эксперимента. В данной области методического знания работали такие методисты, как: Л.И. Анциферов, С.Е. Каменецкий, В.В. Майер,

А.Н. Мансуров, Н.А. Мансуров, А.А. Марго-лис, Н.Е. Парфентьева, И.М. Пищиков, Н.С. Пурышева, В.Г. Разумовский, И.И. Соколов, С.А. Хорошавин, Н.М. Шахмаев и др. В работах исследователей рассматриваются содержание, техника, требования к демонстрационным опытам и методика использования демонстрационного эксперимента в ходе изложения учебного материала по предмету.

За последние десять-пятнадцать лет демонстрационный эксперимент существенно преобразился:

- расширился состав демонстрационных опытов (добавились новые и появились различные варианты проведения опытов);

- стало более совершенным оборудование для ДЭ;

- появились тематические комплекты приборов и материалов к демонстрационным опытам;

- в составе оборудования ДЭ появились компьютерные системы для измерения и обработки опытных данных, управления экспериментом.

Одним из ключевых направлений преобразования демонстрационного эксперимента на современном этапе развития средств обучения является использование компьютерных технологий. Современный научный физический эксперимент - это прежде всего эксперимент, при проведении которого активно применяются средства ИКТ. Использование инструментов виртуальной среды становится также необходимо и в учебном демонстрационном эксперименте. Демонстрационный эксперимент с ИКТ-под-держкой обладает более широким спектром возможностей (инструментальных и дидактических) по сравнению с его традиционной версией.

Будущие учителя должны овладеть методикой и техникой проведения современного демонстрационного эксперимента. В связи с этим они должны приобрести дополнительные профессиональные знания и опыт деятельности по следующим направлениям:

1) новые методы и технологии проведения физических демонстраций

- иметь представления о современном научном эксперименте, тенденциях развития аппаратной компьютерной техники и ПО для физического эксперимента;

© Нельзин А. Е., Оспенникова Е. В., 2009

- знать состав и назначение датчиковых и телеметрических систем, предназначенных для сбора данных эксперимента;

- иметь навыки использования типовой аппаратной компьютерной техники для физического эксперимента;

- знать программное обеспечение (стандартное и специальное), предназначенное для выполнения расчетов, построения и исследования графиков функциональных зависимостей и компьютерного моделирования;

- владеть методикой и техникой проектирования и проведения демонстрационного эксперимента с использованием датчиковых и телеметрических систем;

- владеть технологиями использования стандартного и специального программного обеспечения для обработки экспериментальных данных;

2) образовательные ресурсы по физике

- иметь представление о составе, видовом разнообразии и содержании предметных цифровых образовательных ресурсов (ЦОР, ИИСС, ИУМК), а также ресурсов Интернет, которые специально предназначены или могут быть использованы на различных этапах учебного занятия, включающих демонстрационный эксперимент;

- оценивать дидактические свойства предметных цифровых ресурсов и инструментов учебной деятельности, определять целесообразность их использования в качестве сопровождения демонстрационного эксперимента;

- владеть методикой использования цифровых ресурсов (рисунков, фотоснимков, анимации, моделей, видео и др.) на различных этапах проведения демонстрационного эксперимента;

3) методика формирования и отработки у учащихся экспериментальных умений и навыков в условиях ИКТ-насыщенной среды средствами демонстрационного физического эксперимента

- знать методы и приемы формирования экспериментальных умений учащихся (наблюдение, фиксация результатов, анализ и ин-

терпретация данных эксперимента и др.) в процессе проведения демонстрационного эксперимента, в том числе обобщенных учебных умений; методы и приемы использования средств ИКТ с целью формирования данных умений;

- владеть методикой формирования отдельных экспериментальных умений, в том числе умений в использовании новых учебных инструментов:

а) компьютерной аппаратной техники: датчиковых и телеметрических систем для сбора данных; анализ данных, представленных в разных форматах (видео, таблица, график, фотоснимок и др.);

б) стандартного и специального программного обеспечения для обработки данных и представления результатов эксперимента в том или ином формате;

- владеть методикой формирования обобщенных экспериментальных умений и навыков (содержание, методы и приемы, средства обучения, этапы обучения) с применением средств ИКТ (виртуальных учебных объектов различных медиаформатов);

- знать и владеть методикой формирования самостоятельности учащихся в экспериментальном методе познания;

4) проектирование и проведение учебных занятий, включающих демонстрационный эксперимент

- владеть методикой организации занятий, включающих демонстрационный эксперимент с использованием средств ИКТ; быть способным избирательно и эффективно использовать новые средства обучения с учетом места демонстрационного эксперимента в структуре занятия;

- проектировать дистанционные учебные занятия (курсы), содержащие цифровые иллюстративные материалы по демонстрационному эксперименту (фото, видео, анимации и др.);

- проводить дистанционные учебные занятия с использованием цифровых иллюстративных материалов по демонстрационному эксперименту.

5) методика и техника проведения демонстрационного эксперимента в ИКТ-среде

- знать систему требований, предъявляемых к демонстрационному эксперименту в условиях ИКТ-насыщенной среды;

- соблюдать требования, предъявляемые к современному демонстрационному эксперименту;

- оценивать и обеспечивать оптимальность применения средств ИКТ в физических демонстрациях (не переходить на "экранную" физику);

6) проектирование и разработка средств обучения

- иметь представление о системе дидактических материалов для сопровождения физического эксперимента;

- быть способным к разработке авторских цифровых ресурсов и презентационных материалов для проведения занятий, включающих демонстрационный эксперимент:

а) иллюстративных цифровых объектов: рисунков, схем, таблиц, анимации, фото-и видеоматериалов с элементами интерактивности;

б) учебных компьютерных моделей для их исследования средствами виртуальной среды;

в) тематических презентаций как на основе "готовых", так и авторских цифровых объектов (для эксперимента в целом или его отдельных этапов);

- быть способным к разработке авторских цифровых дидактических материалов для самостоятельной работы учащихся по содержанию демонстрационного физического эксперимента; реализовать в содержании дидактических материалов технологию формирования у учащихся обобщенных экспериментальных умений, включая их умения использовать в данной деятельности объекты и инструменты виртуальной информационной среды.

Профессиональные знания и опыт деятельности, приобретенные учителями по данным направлениям, определяют формирование у них специальной профессиональной компе-

тентности (СПК) в области методики и техники современного демонстрационного физического эксперимента.

При проведении физических демонстраций ИКТ выполняет сразу несколько важных методологических и дидактических функций.

Методологические функции реализуются через следующие направления использования компьютерных технологий в экспериментальном изучении явлений природы, а именно:

- автоматизация физического эксперимента (диагностика явления, управление экспериментом, обработка данных эксперимента);

- моделирование физического явления и исследование компьютерной модели явления (компьютерный эксперимент);

- моделирование экспериментальной установки и режимов ее работы и исследование компьютерной модели (компьютерный эксперимент);

- использование компьютерных баз данных эксперимента (в том числе удаленных баз данных) [1].

Дидактические функции виртуальной среды обычно реализуются через использование цифровых объектов различных медиаформатов в ходе учебных демонстраций с целью:

- иллюстрации сущности явления;

- иллюстрации устройства и принципа действия приборов;

- исследования компьютерной модели физического объекта или явления;

- исследования различных режимов работы экспериментальной установки на ее компьютерной модели;

- формирования (отработки) отдельных экспериментальных умений;

- контроля знаний и умений по содержанию опыта.

В настоящее время выявлены основные способы использования объектов и инструментов виртуальной среды на различных этапах проведения демонстрационного эксперимента. Рассмотрим данные способы в контексте их применения к ДЭ.

Н а у ч е б н о м з а н я т и и

Подготовка к проведению эксперимента

- Повторение теоретического материала с использованием ЦОР.

- Просмотр анимации или видеороликов, на которых представлены эксперименты, близкие по своей цели к содержанию демонстрационного эксперимента.

- Предварительная подготовка "шаблонов" для формирования отчетов и представления экспериментальных данных с использованием стандартного ПО (MS Excel, MS Power Point, и т.д.).

- Обсуждение общей идеи метода экспериментального исследования и планирование хода эксперимента с помощью соответствующих симуляторов и интерактивных моделей.

- Проектирование экспериментальной установки с использованием виртуальных конструкторов или моделирующих сред.

- Отладка эффективных режимов работы экспериментальной установки на виртуальных лабораторных стендах.

- Выбор способа фиксации данных эксперимента, подготовка средств и шаблонов (например, работа с электронными таблицами MS Excel).

- Выбор и настройка цифровых измерителей (датчиков) и ПО для автоматизированного демонстрационного эксперимента

- Подготовка к фото- и видеосъемке физических явлений.

Проведение эксперимента

- Проведение натурного опыта с использованием аналого-цифровых преобразователей (АЦП) (автоматизированный физический эксперимент).

- Выполнение наряду с натурным экспериментом компьютерного эксперимента (аналогичного или включающего новые дополнительные цели исследования).

- Просмотр видеофрагментов натурных опытов аналогичных демонстрационному опыту или включающих новые дополнительные цели исследования.

- Использование в эксперименте дополни-

тельной техники для фиксации данных опыта (цифрового фотоаппарата, видеокамеры).

- Обработка результатов натурного эксперимента и виртуального эксперимента с использованием инструментов виртуальной среды.

- Оформление отчета о натурном и виртуальном экспериментах с помощью виртуальных инструментов учебной деятельности.

- Выполнение дополнительных заданий с компонентами виртуальной среды (для учащихся, справившихся с основным заданием раньше времени).

После проведения эксперимента

- Сравнение полученных в натурном эксперименте данных с данными компьютерного моделирования.

- Просмотр и обсуждение видеосюжетов натурного эксперимента, аналогичного демонстрационному (в том числе видеосюжетов, подготовленных учащимися).

- Постановка новых целей экспериментального исследования явления на основе анализа результатов просмотра видеосюжетов, работы с виртуальными моделями.

- Предъявление заданий для домашней работы с использованием ресурсов и инструментов виртуальной среды по результатам лабораторного эксперимента.

П о с л е з а н я т и я

- Обработка результатов натурного или виртуального экспериментов, оформление отчета с использованием инструментальных средств виртуальной среды (для сложных экспериментов).

- Сбор дополнительных экспериментальных данных (на информационных сайтах Интернет, с использованием лабораторий удаленного доступа, самостоятельных наблюдений и экспериментов на природе и в домашних условиях с использованием для этой цели цифровой видео- и фототехники).

- Выполнение реферативных работ, подготовка обзоров с использованием ЦОР и источников Интернет по теме эксперимен-

тального исследования; представление обзоров и рефератов на школьном предметном сайте [2].

Указанные способы применения средств ИКТ могут использоваться в разном объеме и сочетании. Демонстрация физических опытов с использованием средств новых информационных технологий способствует становлению у учащихся верных представлений о современной методологии научного познания и закладывает основы формировании специальной предметной ИКТ-компетентности обучаемых.

Реализация дидактический и методологических функций ИКТ в демонстрационном эксперименте вызывает изменения в системе требований, предъявляемых к школьному демонстрационному эксперименту. На сегодняшний день уже устоявшаяся система требований к демонстрационному эксперименту, которую можно найти в работах Л.И. Анцифирова, Н.С. Пурышевой, С.Е. Каменецкого, С.А. Хорошавина и других методистов, применяемая к демонстрационному эксперименту, может быть расширена с учетом использования средств ИКТ. Каждое требование приобретает новую интерпретацию в условиях ИКТ-насыщенной среды.

Рассмотрим данные требования подробно.

I. Дидактическая пригодность

Демонстрационный эксперимент является дидактически пригодным, если содержание эксперимента, методы и приемы демонстрации позволяют в необходимой мере и доступно пониманию раскрыть учащимся дан-

ного возраста сущность физического явления и закономерности его протекания.

Приемы, обеспечивающие дидактическую пригодность

1. Подбор содержания эксперимента, соответствующего уровню образования (основная школа, старшая школа) и программе обучения.

2. Применение приемов демонстрации, которые позволяют в полной мере раскрыть учащимся сущность физического явления (пример: демонстрация равномерного движения иллюстрация с капельницей, рис. 1).

3. Простота экспериментальной установки (установок и приборов), принципы действия которого известны учащимся или могут быть в общих чертах изложены в ходе эксперимент.

Пример:

1) демонстрация структуры магнитного поля вокруг проводника с током с использованием железнык опилок или с применением магнитного зонда как индикаторов эффекта.

2)демонстрация затухающих электромагнитный колебаний в контуре с помощью стрелочных гальванометров (рис. 1 а) или с использованием осциллографов (рис. 1 б, в); Применение компьютера в этом эксперименте позволяет повысить уровень дидактической пригодности опыта (на экране можно показать иллюстрацию устройства осциллографа "в разрезе" и анимацию принципа его действия, при применении компьютерного осциллографа можно "остановить" осциллограмму и более точно и наглядно произвести расчеты и объяснить явление затухающих колебаний в контуре.

1

А

м а / \

\ \)

-А /

\ V/

и

-1Д-

а б в

Рис. 1. Демонстрация затухающих колебаний в колебательном контуре:

а) индикатор - гальванометр, б) индикатор - осциллограф, в) индикатор - компьютерный

осциллограф [4]

4. Приближенность схемы реальной экспериментальной установки к принципиальной схеме опыта (рис. 2).

5. Простота экспериментальной установки, использование простого оборудования, но без снижения качества ее работы (рис. 2).

6. Наличие разных вариантов постановки одного и того же опыта.

7. Сопровождение натурной демонстрации видеофрагментом, анимацией, интерактивной моделью (рис. 3).

Рис. 2. Видеофрагмент "Закона Ома для участка цепи"

Рис. 3. Видеофрагмент "Закон Ома"

II. Видимость демонстрационной установки и наблюдаемого на ней эффекта Видимость предполагает создание таких условий, которые позволяют каждому уче-

нику класса видеть не только установку как нечто единое, но и ее существенные части, независимо от того, сидит учащийся за первой или за последней партой, т. е. видимость должна быть обеспечена с расстояния 2-7 метров.

Основным приемом, обеспечивающим видимость ДЭ, является подбор приборов оптимальных размеров, шкал приборов с оптимальными размерами штрихов, указателей и индикаторов и т. п. оптимальных размеров (рис. 4, 5). При этом минимальные параметры наблюдаемого объекта составляют: ширина - 3-4 мм, высота - 20 мм.

Для обеспечения видимости могут применяться вспомогательные приемы:

1. Дополнительная освещенность установки или ее отдельных частей, которая способствует увеличению дальности восприятия в 1,5 - 2 раза, при этом возрастает контрастность восприятия (пример: светящийся матовый экран).

2. Выбор цвета и цветового контраста. Для этого используются экраны фона (рис. 6), подкраска объектов (в частности жидкостей и газов). Наиболее удачные сочетания цветов:

- синий на белом;

- черный на желтом;

- зеленый на белом;

- черный на белом.

Для подкраски жидкостей используются:

- фенолфталеин (рис. 7);

- фурацилин;

- хвойный концентрат;

- марганец.

3. При использовании очень мелких приборов, а также при невыразительном эффекте применимы:

- затемнение (рис. 8);

- световая проекция;

- теневая проекция (рис. 9);

- микропроекция;

- стробоскопическая проекция (рис. 14, 17);

- телепроекция (рис. 10, а);

- веб-проекция (рис. 10, б).

Рис. 4. Правильный подбор оборудования для демонстрации независимости силы трения от

площади трущихся поверхностей

Рис. 5. Неправильный подбор оборудования для демонстрационного эксперимента

Рис. 6. Применение приема цветового контраста для улучшения видимости при демонстрации факта отталкивания одноименных зарядов

Рис 7. Демонстрация гидростатического парадокса. Для достижения видимости жидкость подкрашена фенолфталеином

Рис 8. а) Требование видимости при демонстрации явления дифракции достигается за счет затемнения [5]. б) Требование видимости при демонстрации преломления луча света не достигнуто, в данном случае следовало воспользоваться затемнением

Рис 9. Демонстрация форм силовых линий электрического поля. Требование видимости достигается за счет теневой проекции [6]

Рис 10. а) Телепроекция;. б) Создание веб-проекции

4. Грамотная расстановка приборов на рабочем столе. Обозначим следующие требования к расстановке:

- установка должна быть расположена в плоскости, максимально приближенной к вертикальной плоскости, необходимо использовать подставки разного размера (рис. 11);

- при горизонтальной расстановке приборов используется веб- или телепроекция;

- оптимальная высота расположения уста-

новки на демонстрационном столе (30-40 см над уровнем глаз учащихся);

- приборы не должны закрывать и перекрывать друг друга;

- при демонстрации электрических схем не допускается перекрещивание соединительных проводов (на рис. 2 схема собрана верно);

- должен хорошо просматриваться характер взаимосвязи и взаимодействия приборов установки;

- компактность расстановки приборов;

- выделение в установке смысловых частей (при необходимости) (например, блок воспроизведения исследуемого явления и измерительный блок);

- целесообразен порядок расстановки приборов на столе в порядке, соответствующем ее принципиальной схеме;

- недопустимость нахождения на столе лишних приборов, небрежности в расстановке приборов.

Пример:

Приборы для демонстрации расставлены неправильно (рис. 11 а). Самостоятельные части установки должны быть пространственно разнесены (целесообразно выделить следующие части: источник колебаний и ограничивающий ток реостат, собственно колебательный контур: конденсатор, катушка индуктивности, регистрирующая часть: лампа, динамик); более четко должны просматриваться соединения приборов в схеме, приборы не должны загораживать друг друга.

Б

Рис. 11. Демонстрация явления резонанса в колебательном контуре: А - индикатор лампа накаливания и динамик, Б - регистратор цифровой осциллограф [7]

III. Выразительность и наглядность демонстрируемого эффекта

1. Выразительность ДЭ определяет значительное проявление демонстрируемого эффекта.

2. Наглядность ДЭ - это требование, при котором сущность наблюдаемого явления раскрывается в наиболее яркой, совершенной и очевидной форме, что означает использование таких средств и приемов демонстрации, которые фокусируют внимание учащихся на главном существенном в демонстрации (например, "Картезианский водолаз", рис. 16).

Приемыг, повышающие выразительность опыта:

- правильный выбор индикатора эффекта (стрелочные приборы, осциллограф, уровень подкрашенной жидкости, пузырьки газа, звуковой сигнал и пр.);

- использование приборов и средств, усиливающих проявление эффекта (специальная техника демонстрации) (например, использование усилителей к гальванометру);

- создание физических условий (подбор режима демонстрации) для значительного проявления эффекта (при непременном условии соблюдения техники безопасности и техники эксплуатации приборов, рис. 12);

Приемыг, повышающие наглядность опыг-та:

- все описанные выше приемы, повышающие выразительность опыта;

- использование указателей различных видов:

а) направления;

б) положения (рис. 13 б; 14);

в) полярности;

г) уровня (рис. 13 а);

д)принадлежности (форма, цвет, звук);

Рис 12. Демонстрация закона Ампера (взаимодействие параллельных токов): А - токи текут в одном направлении; Б - токи имеют разные направлении.

А Б

Рис 13. А - использование указателей уровня; Б- использование указателей положения

Рис 14. Демонстрация равномерного движения с использованием указателей положения

IV. Убедительность демонстрации

Данное требование означает, что опыт должен выполняться настолько "чисто", чтобы у учащихся не возникало сомнения в объективности происходящих событий.

Приемыг, повышающие убедительность:

- "прозрачность" установки (рис. 15);

- ясность и очевидность всех действий экспериментатора;

- повторение эксперимента (воспроизводимость эффекта);

- привлечение учащихся к постановке опыта, в ряде случаев к его подготовке до урока;

- предоставление возможности подойти к установке на перемене;

- веб- или телепроекция установки (рис.10).

Пример:

Требование убедительности не достигнуто, т.к. трудно увидеть и понять, что происходит в сосуде с мутной водой (рис. 16).

Рис 15. Демонстрация давления на дно сосуда

Рис. 16. "Картезианский водолаз". Главные части установки выделены яркими цветами

V Методологическая грамотность в постановке опыта

Это требование говорит о грамотном использовании эксперимента как метода изучения явлений природы. Основными требованиями являются:

- недопустимость физических ошибок, неточностей в демонстрируемых эффектах. Например, при демонстрации закона Ома из-за больших погрешностей демонстрационных приборов расчетные данные будут сильно отличаться от экспериментальных. Возможно, что будет стоять сопротивление 2 Ом, а расчет даст 4 Ом;

- воспроизводимость эффекта. Эффект должен быть не случайным, а закономерным;

- соблюдение правил обработки численных данных и графического представления результатов опыта;

- недопустимость по однократно наблюдаемому эффекту делать общее заключение;

- недопустимость неверного толкования демонстрируемых эффектов.

VI. Надежность демонстрации

Опыт должен всегда удаваться учителю.

Приемыг, повышающие надежносты опыта:

- тщательная подготовка эксперимента;

- многократное повторение эффекта до начала демонстрации;

- соблюдение правил хранения и использования приборов.

VII. Оптимальность в использовании виртуальным объектов, цифровой аппаратной техники и новыгх инструментов демонстрации, фиксации и обработки данныгх в процессе демонстрации опыытов

Виртуальные опыты не должны заменять натурные демонстрации.

- использование цифровых объектов (рисунков, анимации, моделей, конструкторов, тренажеров, видеодемонстраций) наряду с натурным эффектом;

- веб- и телепроекция установки, отдельных приборов, эффекта опыта;

- использование возможностей интерак-

тивной доски в процессе веб-проекции натурного опыта;

- использование стандартных и специальных инструментальных программ для обработки и представления результатов эксперимента;

- применение телеметрического способа исследования физических явлений;

- проведение автоматизированного физического эксперимента.

VIII. Оптимальность по длительности

Продолжительные опыты требуют вовлечения учащихся в учебную деятельность, кратковременные опыты требуют:

- повторения;

- воспроизведения видео в замедленном режиме;

- покадровой теледемонстрации;

- использования стробоскопического эффекта;

- наложения нескольких кадров друг на

друга.

Рис 17. Физика, 7-11кл. Библиотека наглядных посбоий - 1С:Образование

IX. Своевременность предъявления демонстрационной установки

Основные приемы:

- экранирование установки (установка может быть уже собрана на демонстрационном столе, но до нужного момента она закрыта экраном);

- теледемонстрация из лаборатории;

- видеодемонстрация.

X. Техника безопасности

См. типовые правила техники безопасности для школьной лаборатории [3].

Для проведения успешных демонстрационных экспериментов учителю необходимо уметь правильно использовать вышеперечисленные приемы, учитывая их взаимосвязь и взаимовлияние. Эффективность проведения демонстрации определяется оптимальным сочетанием приемов, обеспечивающих ее наглядность, видимость, достоверность, убедительность, надежность, эстетичность, безопасность и другие требования.

Как показано выше, большинство требований, предъявляемых к демонстрационному эксперименту, могут быть наилучшим образом удовлетворены при использовании средств ИКТ. Например, при использование веб-камеры и проектора с большим экраном легко решается проблема видимости экспериментальной установки и экспериментального эффекта.

Опыт использования аппаратной техники, программного обеспечения, а также сопровождение учебных демонстраций дидактическими материалами должен получить распространение в образовательной практике, и, в первую очередь, его должны освоить студенты педагогических вузов.

Для успешного формирования профессиональной компетентности в области использования средств ИКТ в демонстрационном эксперименте у студентов педвузов необходимо создание новых методик и средств обучения будущих учителей использованию ИКТ в школьном демонстрационном физическом эксперименте.

Проблема в настоящее время уже обсуждается. В периодической печати этому вопросу уделяется достаточно внимания. В статьях Д.В. Баяндина, Е.И. Бутикова, А.А. Габрикова,

В.А. Гладуна, Н.Н. Гомулиной, М.В. Горшеч-никова, Е.А. Дьяковой, В.А. Извозчикова, Л.И. Колесниченко, А.С. Кондратьева, В.В. Лаптева, В.В. Ларионова, Н.А. Оспенникова, Е.В. Оспенниковой, М.А. Петровой, С.Е. По-

пова, М.И. Старовикова, В.А. Стародубцева, Е.С. Тимакиной, А.И. Ходоновича, В.Л. Чудовой и других описываются отдельные подходы к использованию ИКТ в демонстрационном эксперименте. В некоторых цифровых изданиях, посвященных изучению физике, можно увидеть иллюстрации современного демонстрационного эксперимента. Но, как правило, в таких ресурсах методический материал представлен слабо, либо вообще отсутствует, и не дается никаких ре-комендаций по использованию представлен-ных цифровых ресурсов. Таким образом, несмотря на большое количество публикаций и наличие цифровых ресурсов по данной теме, на сегодняшний день концепции использования средств ИКТ в учебных демонстрациях не существует.

Освоение вопросов методики и техники проведения школьного демонстрационного физического эксперимента осуществляется студентами педагогического вуза в рамках соответствующего курса. На современном этапе подготовки будущих учителей физики ставится задача формирования у них обновленной системы профессиональных умений подготовки и проведения демонстрационного эксперимента, включающей в том числе умения в применении компьютерных

технологий в экспериментальном изучении явлений природы (см. выше перечень СПК).

Для решения этой задачи необходимо обновление учебных материалов программы и методических материалов по курсу "Методика и техника школьного демонстрационного эксперимента". В связи с этим должно быть обновлено содержание лекций, практических занятий, системы заданий для самостоятельной работы. Модернизация курса должна осуществляться на основе широкого использования ресурсов и инструментов виртуальной среды.

Новый подход к обучению студентов представлен в разработанной нами компьютерной системе дистанционной поддержки учебного курса для высшей педагогической школы "Методика и техника школьного демонстрационного физического эксперимента".

Система дистанционной поддержки имеет несколько информационных блоков, содержащих методические материалы, инструкции с рекомендациями по выполнению опытов, иллюстративные материалы различных медиаформатов (текст, фото, аудио, видео, интерактивные модели), образцы выполнения различных учебных заданий, тесты для самоконтроля (рис. 18).

Рис. 18

Система является интерактивной, в ней существуют пользователи, принадлежащие к одной из двух групп: "преподаватели", "студенты".

Преподаватели имеют возможность управлять контентом ресурса (создавать, изменять, удалять учебную информацию), просматривать отчеты студентов, оценивать результаты их работы. Студенты работают с информационными материалами системы, оформляют и отправляют отчеты о выполнении заданий, формируют портфолио по результатам самостоятельной работы.

Рассмотрим подробнее внутреннюю организацию системы и возможности управления ее контентом.

Содержание системы имеет древовидную структуру. Материалы в системе принадлежат следующим типам:

- методические материалы;

- цикл лабораторных работ;

- лабораторная работа;

- эксперимент;

Методические материалы могут иметь название и основной текст, все материалы можно делать скрытыми в меню при помощи соответствующей метки, если материал отметить как "приложение" (например, обобщенные планы или порядок оформления отчета), он будет доступен в списке приложений.

Для остальных трех типов материалов доступны следующие поля:

Всем пользователям системы доступна загрузка любых типов файлов, имеется воз-

можность сделать их доступными для скачивания. Это дает позволяет как преподавателю, так и студенту размещать на информационных страничках системы не только изображения, но и интерактивные модели и презентации в формате SWF и видеоматериалы доступные для онлайн просмотра (рис. 19, 20). Для обеспечения возможности просмотра видеороликов онлайн при загрузке видеофайлов система создает их копию, сконвертированную в формат FLV (при этом оригинальный файл не удаляется и преподаватель может сделать доступным скачивание оригинала).

Одним из важных и крупных блоков системы является база школьного демонстрационного оборудования (рис. 21). Каждый прибор в базе может иметь несколько изображений (по клику на миниатюре можно посмотреть полноразмерную фотографию, см. рис. 23), описание и инструкцию по использованию (рис. 22).

При создании материалов типа "Эксперимент" (разработка инструкций) оборудование, внесенное в базу, доступно для добавления в список оборудования эксперимента. При создании базы организованы специальные связи элементов системы, которые позволяют студентам при необходимости подробно изучить каждый прибор при подготовке к лабораторной работе. Можно также получить информацию о том, в каких лабораторных работах и экспериментах тот или иной прибор используется.

Цикл лабораторных работ Лабораторная работа Эксперимент

• тема; • цели; • оборудование

• класс; • задачи; • порядок выполнения

• литература; • теоретические материалы; • задания;

• проекты. • рекомендации по подготовке; • вопросы для самоконтроля; • контрольный тест; • перечень ЦОР; • рекомендуемая литература; • приложения. • вопросы.

Методические материалы

Рис. 19. Интерактивный материал

Методические материалы

Рис. 20. Онлайн просмотр видеофрагмента

Список оборудования:

Осциллограф

Шар Паскаля

Стакан с водой

Рис. 21. Список оборудования

Осциллограф

Изображения

Описание:

Осциллограф (пат. овсШо — качаюсь + гр. уросрол — пин электрических сигналов во временной области путем В1 либо записанного на фотоленте, а также для измерена форме графика.

Рис. 22. Страничка "О приборе"

В системе организована коллекция цифровых образовательных ресурсов. Ресурсы защищенные авторским правом и не находящиеся в открытом доступе добавляются в виде скриншотов с указанием ссылки на размещение его оригинала (рис. 24). Авторские открытые цифровые ресурсы Единой кол-

Рис. 23. Полноразмерное изображение прибора

лекции ЦОР и Федерального центра информационно-образовательных ресурсов созданные в Adobe Flash могут быть размещены и работать непосредственно из системы.

Все объекты имеют особые метки (тэги), которые можно использовать для быстрого поиска. Например, поиск по тегу "Электричество" выдаст все методические материалы, лабораторные работы, эксперименты, оборудование и цифровые ресурсы, содержащие данный тэг, помимо такого полного поиска можно пользоваться поиском внутри каждого блока (материалы, оборудование, цифровые ресурсы).

Система организует мониторинг учебной работы студентов. С результатами текущей и

Рис. 24. Перечень ЦОР для самостоятельной работы студентов.

итоговой успеваемости студентов могут познакомиться как преподаватели, так и студенты.

По результатам самостоятельной работы студентов в системе формируются персональные портфолио. На основе подготовленных каждым студентом учебно-методических и дидактических материалов система может в автоматическом режиме по разным основаниям сформировать тематические коллекции этих материалов.

Использование данной системы позволяет упростить подготовку студентов к занятию, поскольку в ее образовательный контент включены: инструкции, образцы выполнения различных учебных заданий, тесты для самоконтроля. Доступ к системе организуется через сеть, что существенно упрощает ее использование студентами. В системе предусмотрена возможность экспорта материалов и их последующей демонстрации в других программных средствах.

Библиографический список

1. Оспенникова Е.В. Развитие самостоятельности школьников в учении в условиях обновления информационной культуры общества. 4.1. Моделирование информационно-образовательной средыучения. [Текст]: монография /Е.В. Оспенникова. - Пермь: Перм. гос. пед. ун-т, 2003. - 329 с.

2. Оспенников Н.А. Лабораторный физический эксперимент в условиях применения компьютерных технологий обучения: учеб.-метод. пособия / Н.А. Оспенников. - Пермь: Перм. гос. пед. ун-т, 2007. - 263 с.

3. Программно-методические материалы. Физика 7-11 кл./сост. В.А. Коровин.- М.: Дрофа, 2001. -160 с.

Список ресурсов Интернета:

4.Ьир:/^Ьигпа1.1іЬ.ги/іт£/$/$итагоко’^з/ vawe_theoretic/image002.gif

5.http://ru.wikipedia.org/wiki/Фaйл:Diffraction2vs5.jpg

6. http://www.fizika.ru/theory/tema-09/09c-i5.gif

7. http://www.cadmaster.rU/view.htm17http://csf.ru/img/ 10766/640x480/grafik.jpg