Учебный модуль "использование средств ИКТ при изучении вопросов истории фундаментального физического эксперимента" (для дисциплины опд. Ф. 04 "теория и методика обучения физике")

' * ПОДГОТОВКА ПЕДАГОГИЧЕСКИХ КАДРОВ К ПРИМЕНЕНИЮ

ИКТ В ОБРАЗОВАНИИ

Е.Б. Оспенникова Е.С.Ремизова

УЧЕБНЫЙ МОДУЛЬ "ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СРЕДСТВ ИКТ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ВОПРОСОВ ИСТОРИИ ФУНДАМЕНТАЛЬНОГО ФИЗИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА"

Общие положения

История науки - важная часть содержательной, методологической и общекультурной подготовки современного школьника. Изучение учащимися вопросов истории науки (в частности истории фундаментального научного эксперимента) способствует: повышению качества освоения учебной программы предметов естественнонаучного блока, более глубокому осмыслению вопросов методологии познания и формированию естественнонаучного стиля мышления, пониманию роли науки и роли личности в науке в развитии культуры человеческой цивилизации, осознанию взаимосвязи и взаимовлияния наук в ходе их исторического развития; росту интереса к изучению предметов естественнонаучного цикла за счет обогащения гуманитарной составляющей предметного знания, развитию умений и навыков самостоятельной работы с традиционной и цифровой учебной информацией и с новыми инструментами учебной деятельности.

Освоение школьниками материалов по истории науки может осуществляться в рамках:

- основных учебных курсов (очных или дистанционных);

- очных элективных курсов по истории развития научного знания;

- дистанционных элективных курсов по истории науки;

- самообразования.

Наиболее распространенным в массовой

учебной практике является первое из указанных направлений работы. В рамках этого направления реализуются, как правило, два подхода. Первый - традиционный -подход ориентирован на изучение истории научного знания как дополнительного к предметному курсу учебного материала. Данный подход является весьма "затратным" по отношению к использованию учебного времени и поэтому, как правило, не находит поддержки у педагогов-практиков. Одним из наиболее рациональных вариантов реализации этого подхода является включение в учебный план элективных курсов по истории науки. Второй подход -контекстный - связан с изучением вопросов истории науки в процессе учебной деятельности по освоению основного предметного курса.

Данный подход представляется более рациональными, но требует при этом разработки соответствующих учебных, дидактических и методических материалов. В условиях ИКТ-насыщенной среды и тот и другой подходы к обучению могут быть реализованы с использованием средств новых информационных и коммуникационных технологий, что будет способствовать несомненному росту эффективности учебной работы школьников.

Будущий учитель физики должен умело распорядиться быстро нарастающим образовательным ресурсом по истории естествознания (цифровым, полиграфическим),

© Оспенникова Е.В., Ремизова Е.С., 2008

максимально эффективно использовать его лучшие компоненты и нивелировать пока еще не самые удачные, пробрести опыт самостоятельного проектирования и создания цифровых дидактических материалов по истории физики.

Настоящий модуль ориентирован на подготовку будущих учителей физики к организации учебной работы школьников с цифровым контентом по истории фундаментального физического эксперимента (ФФЭ). Ставится задача освоения студентами контекстной методики использования материалов по истории ФФЭ в учебном процессе по физике. В программе модуля рассматриваются содержание и структура полиграфических и цифровых ресурсов по истории ФФЭ, анализируются направления и опыт использования средств ИКТ при изучении школьниками вопросов истории ФФЭ на занятиях по физике в средней общеобразовательной школе, обсуждаются вопросы методики организации самостоятельной работы учащихся с цифровыми материалами исторического характера. Освоение студентами методики организации работы учащихся с цифровым исторических контентом составляет одно из направлений подготовки будущего учителя к формированию у учащихся предметных ИКТ-компе-тенций.

В рамках модуля студенты осваивают начальный опыт подготовки авторских дидактических материалов (в том числе цифровых) для организации самостоятельной работы учащихся в предметной виртуальной среде по истории научного знания, а также опыт проектирования учебных занятий по физике, включающих использование учащимися традиционных и цифровых материалов по истории ФФЭ. Приобретенный студентами опыт и подготовленные ресурсы могут быть впоследствии применимы: I) в преподавании профильных учебных курсов в средней общеобразовательной школе; 2) в преподавании элективных курсов (предметных, интегративных); 3) при различных формах обучения (очных, заочных, дистанционных).

1. Цели учебного модуля:

- формирование системы профессиональных знаний и умений в области методики организации учебной работы школьников, связанной с изучением вопросов истории фундаментального физического эксперимента в условиях ИКТ-насы-щенной среды;

- формирование профессиональной компетентности будущих учителей в организации учебной работы школьников по освоению вопросов истории фундаментального физического эксперимента с применением средств ИКТ.

2. Задачи учебного модуля:

1) Формирование системы знаний, соответствующих специальному уровню профессиональной компетентности:

- о видах и содержании цифровых образовательных ресурсов по истории фундаментального физического эксперимента (ФФЭ);

- видах учебной деятельности школьников с цифровым контентом по истории ФФЭ;

- видах и содержании цифровых дидактических материалов для самостоятельной работы учащихся по истории физического эксперимента;

- формах и методах организации учебных занятий, включающих работу школьников с цифровым учебным контентом по истории ФФЭ.

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

- отбор цифровых учебных ресурсов по истории фундаментального эксперимента;

- разработка дидактических материалов для самостоятельной работы учащихся с цифровым контентом по истории ФФЭ;

- организация самостоятельной работы учащихся по изучению вопросов истории фундаментальных физических опытов;

- проектирование учебных занятий, включающих освоение школьниками вопросов истории фундаментального эксперимента в условиях применения средств ИКТ.

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

3. Ожидаемые результаты освоения учебного модуля/спецкурса (в логике компетентностного подхода):

В результате изучения модуля студент должен:

1) решать задачи, соответствующие ключевой профессиональной компетентности:

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

- пользоваться с 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;

2) решать задачи, соответствующие базовой профессиональной компетентности:

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

- владеть методикой организации самостоятельной работы учащихся, в том числе методикой организации их самостоятельной исследовательской деятельности; обеспечивать необходимые условия для работы учащихся в парах и малых группах;

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

3) решать задачи, соответствующие специальной профессиональной компетентности:

осуществлять поиск, анализ и отбор ресурсов и инструментов учебной деятельности, которые могут быть использованы при изучении вопросов истории фундаментального физического эксперимента в школьном курсе физики;

- определять методы и приемы рационального использования традиционных средств обучения и средств ИКТ при организации учебной работы школьников, связанной с изучением вопросов истории ФФЭ;

- разрабатывать авторские цифровые ресурсы и дидактические материалы для самостоятельной работы учащихся по физике с использованием различных компонентов ЦОР, ИИСС, ИУМК; учитывать при подготовке ресурсов и материалов особенности фундаментального физического эксперимента как метода познания, а также аспекты истории его постановки и роли в развитии науки;

- проектировать учебные занятия по физике (уроки, учебные конференции, учебные семинары, лабораторные работы) с использованием материалов истории ФФЭ; включать в дидактическую структуру занятия учебную работу школьников по изучению истории ФФЭ с применением средств ИКТ;

- осуществлять в условиях ИКТ-насыщен-ной предметной среды руководство самостоятельной учебной работой школьников по изучению вопросов истории фундаментального физического эксперимента; содействовать в этой связи формированию предметной ИКТ-компетентности учащихся.

4. Ожидаемые результаты освоения модуля

В результате изучения модуля студент должен:

ЗНАТЬ:

- понятие фундаментального физического эксперимента, состав ФФЭ в рамках курса физики средней общеобразовательной школы;

- видовое разнообразие и содержание цифрового контента по истории физики и по истории ФФЭ в частности (СЭ- и Интернет-ресурсы);

- состав предметных ИКТ-компетенций обучаемых, обеспечивающих их эффективную самостоятельную работу с цифровыми материалами по истории ФФЭ;

- виды учебной деятельности школьников с цифровым контентом по истории физического эксперимента;

- виды дидактических материалов для самостоятельной работы учащихся с цифровыми ресурсами по истории ФФЭ;

- особенности методики организации самостоятельной работы учащихся с цифровым контентом по истории фундаментального физического эксперимента;

- формы организации и особенности проектирования учебных занятий, включающих изучение школьниками истории ФФЭ с применением средств ИКТ;

УМЕТЬ:

- отбирать цифровые учебные ресурсы по истории фундаментального эксперимента;

- разрабатывать дидактические материалы для самостоятельной работы учащихся с цифровым контентом по истории ФФЭ; пользоваться инструментами виртуальной среды обучения (стандартными программами МБ и специальными учебными инструментами), необходимыми для подготовки данных материалов;

- планировать и организовывать самостоятельную работу учащихся по изучению вопросов истории фундаментальных физических опытов;

- разрабатывать учебно-методические комплексы учебных занятий, включающих освоение школьниками вопросов истории фундаментального эксперимента с применением средств ИКТ;

ВЛАДЕТЬ:

- методикой подготовки и проведения учебных занятий по физике, включающих учебную работу школьников по изучению вопросов истории ФФЭ с применением средств ИКТ;

- методикой формирования у учащихся предметных ИКТ-компетенций при организации самостоятельной работы учащихся по изучению вопросов истории ФФЭ с использованием ресурсов виртуальной среды.

5. Инновационность комплекта учебнометодических материалов:

По целям обучения:

- в обновлении их состава за счет включения целей, связанных с овладением студентами современными компьютерными технологиями дидактического сопровождения учебных занятий по физике в средней школе;

- в представлении целей обучения в виде совокупности компетентностей будущего специалиста (ключевой, базовой, специальной), отражающих разные уровни профессиональных задач, связанных с организацией учебных занятий по физике в средней школе в условиях ИКТ-насыщенной среды обучения;

По содержанию обучения:

- в обновлении программы курса теории и методики обучения физике в части вопросов содержания и методики организации учебной работы школьников по изучению вопросов истории ФФЭ с применением новых средств обучения (цифровых источников учебной информации и новых инструментов учебной деятельности);

- в представлении "ядра" содержания подготовки специалиста в виде совокупности профессиональных задач (типовых и творческих), связанных с проектированием учебных занятий по физике, включающих освоение школьниками вопросов истории фундаментального эксперимента с применением средств ИКТ;

По методам обучения:

- в расширении состава методов обучения студентов за счет появления новых источ-

ников учебной информации и инструментов учебной деятельности, а также обновлении технологии применения традиционных методов в условиях использования возможностей виртуальной среды обучения;

- в использовании преимущественно активных методов обучения, ориентированных на самостоятельную творческую работу студентов по решению профессиональных задач; применение данных методов обучения в условиях организации парной и групповой работы студентов по решению нестандартных учебных и профессиональных проблем;

- в применении нетрадиционных методов обучения (метод кейсов - обучение методом ситуаций и прецедентов, метод проектов, метод социального взаимодействия в обучении, метод портфолио и др.);

По формам обучения:

- в увеличении разнообразия форм организации учебных занятий со студентами, обеспеченного использованием средств ИКТ, в частности, применение форм дистанционного обучения (ДО): кейс-технология, Web-технология;

- в расширении состава форм учебной

деятельности студентов (индивидуальная работа, работа в парах и малых группах);

По средствам обучения:

- в комплексном использовани ИКТ-инфраструктуры лабораторий и кабинетов университета и лаборатории педагогического проектирования (дизайна) (аппаратных средств, ресурсов и инструментов учебной и научно-исследовательской деятельности) в организации учебных занятий со студентами по программе модуля;

- в системном внедрении средств ИКТ в самостоятельную работу студентов, что обеспечивает новый более совершенный уровень ее организации: расширение спектра задач самостоятельной работы; оптимизацию времени, отводимого на ее организацию; реализацию вариативных методик построения учебного процесса; более высокий уровень индивидуализации обучения; благоприятные условия для групповых и коллективных форм учебной работы студентов, способствующих развитию их интереса к командной деятельности и становлению опыта профессиональной коммуникации.

Рабочая программа модуля

1. Требования к обязательному объему учебных часов на изучение модуля.

Распределение часов учебного модуля по видам учебной деятельности в соответствии с учебным планом.

Вид учебной Всего Распределение часов по формам об учения

деятельности часов очная очно- заочная заочная

в семестр в неделю в год в год

Лекции 2 2

Семинарские занятия 4 4

Самостоятельная работа 6 6

1 При базовой продолжительности семестра 17 недель

2. Требования к обязательному уровню и объему подготовки по модулю

2.1. Лекционные занятия

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

очная очно-заочная заочная

1. Использование средств ИКТ в изучении вопросов истории фундаментального физического эксперимента в средней общеобразовательной школе. 2

Всего 2

2.2. Семинарские занятия.

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

очная очно- заочная заочная

1 Виды и методика использования цифровых ресурсов по истории ФФЭ в учебном процессе по физике. 1 1

2 Организация самостоятельной работы учащихся с цифровым учебным контентом по истории ФФЭ. 1 1

Всего 4 4

2.3. Самостоятельная работа.

№ п/ п Наименование расчетно-графической работы (РГР), расчетно-графического задания (РГЗ), курсового проекта (работы) Номера тем лекций (только Неделя семестра, на которой выдается задание

1 Разработка элементов комплекта цифровых дидактических материалов для самостоятельной работы учащихся с учебными ресурсами по истории ФФЭ 0состав комплекта см. ниже). 1 10

3 Разработка учебно-методического комплекса учебного занятия (УМК), включающего организацию учебной работы школьников с цифровым контентом по истории ФФЭ (структуру комплекса см. ниже). 1 14

Примечание: Все задания выполняются для одного из ФФЭ. Выбор фундаментального эксперимента для разработки цифровых дидактических материалов и УМК осуществляется студентом в рамках базовых учебных тем

модуля {"Механика", "Молекулярная физика. Термодинамика", Электродинамика") {см. табл. I. Перечень фундаментальных опытов по физике).

Для разработки комплекта дидактических материалов в рамках настоящего модуля

студентам предлагаются следующие группы опытов:

- опыты, благодаря которым было положено начало новым разделам (направлениям) науки (такие опыты, как правило, называют фундаментальными);

- опыты, с помощью которых была доказана справедливость фундаментальных теорий;

- опыты - "решающие эксперименты", окончательно отвергнувшие или подтвердившие справедливость теоретического предположения (гипотезы);

- опыты, позволившие открыть отдельные явления природы;

- опыты, позволившие установить свойства и закономерности, открытых ранее явлений;

- опыты, в которых определяется точное значение величин и постоянных;

- опыты и исследования по созданию новых экспериментальных средств и методов, новых материалов, техническому использованию открытых явлений.

Комплект дидактических материалов для самостоятельной работы учащихся по содержанию ФФЭ

1. Описание ФФЭ по обобщенному плану изучения научного факта (в MS Word).

2. Опорный конспект по содержанию ФФЭ (в MS Word).

3. Презентация опорного конспекта по содержанию ФФЭ (в MS РР) (иллюстрации, звуковое сопровождение).

4. Информация о жизни и деятельности ученого, осуществившего постановку опыта (по обобщенной схеме) (в MS Word).

5. Презентация биографии ученого (в MS РР) (иллюстрации, звуковое сопровождение).

6. Сценарий интерактивной модели ФФЭ для виртуальной среды.

7. Компьютерная модель ФФЭ (интерактивная модель, демонстрационная модель, анимация, симулятор - по выбору).

8. Инструкция к работе с моделью (по обобщенной схеме).

9. Источники информации (библиографический список, ссылки, CD /DVD).

10. Задания для самостоятельной работы

учащихся по изучению содержания опыта (в том числе с использованием ресурсов и инструментов виртуальной среды).

11. Рекомендации к выполнению заданий

12. Тест для контроля (самоконтроля) уровня усвоения учащимися содержания ФФЭ и истории его постановки.

Материалы для учителя

13. Каталог цифровых иллюстраций к ФФЭ, составленный по результатам работы с информационными источниками.

14. УМК учебного занятия (урока, учебной конференции, учебного семинара, лабораторного занятия).

Примечание: Обязательными для

разработки являются семь элементов комплекта: а) элементы 1, 9, 10, 11, 14; б) два любых других элемента по выбору студента. Проект выполняется студентами в условиях работы в паре.

Темы курсовых и дипломных работ

(для студентов и слушателей системы дополнительного образования,

обучающихся на базе Лаборатории ЦОР и педагогического проектирования)

1. Формы представления материалов по истории ФФЭ в системе цифровых образовательных ресурсов по физике (ЦОР, ИИСС, ИУМК). Содержание и методика использования в учебном процессе по физике.

2. Система самостоятельной работы учащихся по изучению вопросов истории научного эксперимента (физика).

3. Организация самостоятельной работы учащихся с Интернет-ресурсами по истории научного эксперимента (физика).

4. Виртуальные модели фундаментальных опытов по физике (разработка и методика использования в учебном процессе).

5. Симуляторы исторического физического эксперимента (разработка и методика использования в учебном процессе).

6. Школьный сайт по истории научного эксперимента (физика). Организация работы учащихся с материалами сайта.

7. Цифровые дидактические материалы для самостоятельной работы учащихся с материалами по истории ФФЭ.

8. Элективный курс "История физического

эксперимента" (по разделам школьного курса физики).

9. Википедия "История научного эксперимента (физика)" как инструмент для организации внеурочной самостоятельной работы учащихся по истории научного знания.

10. Разработка и использование учебных презентаций по истории ФФЭ.

11. Интерактивные учебные тесты по истории фундаментального физического эксперимента.

12. Использование игровых элементов в разработке цифровых дидактических материалов по истории научного эксперимента.

13. Цифровые опорные конспекты по содержанию ФФЭ и методика их использования в учебном процессе по физике.

14. Особенности использования цифровых материалов по истории ФФЭ на учебных занятий по физике различных организационных форм. Содержание и структура УМК занятий, включающих учебную работу школьников по истории ФФЭ с применением средств ИКТ.

15. Использование цифровых материалов по истории ФФЭ на лабораторных занятиях по физике.

3. Требования к обязательному минимуму содержания программы.

Понятие фундаментального физического эксперимента. Состав ФФЭ в рамках курса физики средней общеобразовательной школы. Видовое разнообразие и содержание цифрового контента по истории физики и по истории ФФЭ в частности (СЭ- и Интернет-ресурсы). Состав предметных ИКТ-компетенций обучаемых, обеспечивающих их эффективную самостоятельную работу с цифровыми материалами по истории ФФЭ. Виды учебной деятельности школьников с цифровым контентом по истории физического эксперимента.

Виды дидактических материалов для самостоятельной работы учащихся с

цифровыми ресурсами по истории ФФЭ. Особенности методики организации самостоятельной работы учащихся с цифровым контентом по истории фундаментального физического

эксперимента. Формы организации и особенности проектирования учебных занятий, включающих изучение школьниками истории ФФЭ с применением средств ИКТ.

4. Формы текущего, промежуточного и итогового контроля:

1) интегрированный тест (по базовым понятиям модуля).

2) выполнение творческого проекта по содержанию модуля;

а) разработка элементов комплекта цифровых дидактических материалов для самостоятельной работы учащихся в виртуальной среде по изучению вопросов истории фундаментального физического эксперимента (выбор ФФЭ осуществляется студентами в рамках следующих разделов учебной программы по физике: "Механика", "Молекулярная физика", "Электродинамика", "Оптика", см. табл. 1);

б) разработка учебно-методического комплекса (УМК) занятия (урока, учебной конференции или семинара) по физике, включающего изучение школьниками вопросов истории физического эксперимента с применением средств ИКТ (УМК занятия должен быть ориентирован на использование учащимися в ходе подготовки к занятию и при его проведении фрагментов предметных ЦОР, ИУМК, ИИСС, ресурсов Интернет и инструментов виртуальной среды обучения, а также подготовленных студентами авторских цифровых материалов);

3) защита проекта: "Учебно-методический комплекс занятия" (в проект входят: сценарий занятия, комплект дидактических материалов к занятию, в том числе цифровых).

Примечание: Обязательными для

разработки являются семь элементов комплекта: а) элементы 1, 9, 10, 11, 14 (см. выше перечень элементов комплекта); б) два любых других элемента по выбору студента.

Проект выполняется студентами в условиях работы в паре.

5. Рекомендации по использованию информационных технологий и инновационных методов в образовательном процессе

Лекция

Изложение основных вопросов лекции целесообразно сопровождать презентацией МБ РР, включающей использование различных медиакомпонентов предметной виртуальной среды: текстов, фотоснимков, рисунков, видео, анимации, моделей (демонстрационных, интерактивных), иллюстрирующих дидактические возможности средств ИКТ в изучении вопросов истории научного эксперимента.

В содержание лекции помимо основного учебного материала должны быть включены: I) информация о содержании заданий для самостоятельной работы студентов, 2) требования к их выполнению и указания о форме представления результатов работы, 3) образцы выполнения данных заданий (в том числе примеры аналогичной работы студентов предыдущих лет обучения).

Материалы лекции целесообразно разметить в оболочке дистанционного сопровождения учебной дисциплины "ТиМОФ" (или дистанционного сопровождения модуля в составе данной дисциплины). Для этой цели с успехом может быть использована бесплатно распространяемая оболочка ДО "МооШе". За счет исключения процедуры конспектирования лекции студентами в процессе ее чтения можно существенно увеличить объем предъявляемой студентам учебной информации (вербальной, образной). Запись (копирование) необходимых фрагментов лекции может выполняться студентами после занятия в процессе их самостоятельной работы в часы самоподготовки в классах открытого доступа в лаборатории педагогического проектирования (ЛПП).

Для закрепления и дальнейшего со-

вершенствования знаний студентов по материалу лекции в заключительной части ее цифровой версии целесообразно представить: I) вопросы для самоконтроля, 2) задания для самостоятельной работы; 3) темы учебных и творческих проектов (включая темы курсовых и дипломных работ).

Семинары

В рамках модуля организуется два семинарских занятия по следующим темам:

Семинар I. "Виды и методика использования цифровых ресурсов по истории ФФЭ в учебном процессе по физике".

Семинар 2. "Организация самостоятельной работы учащихся с цифровым учебным контентом по истории ФФЭ".

На первом занятии обсуждаются общие вопросы содержания и методики организации учебной работы школьников с цифровым контентом по истории ФФЭ. Представляются результаты самостоятельной работы студентов по анализу содержания соответствующих ресурсов виртуальной среды. Обосновывается необходимость разработки авторских цифровых ресурсов и дидактических материалов для самостоятельной работы учащихся с цифровым контентом по истории ФФЭ.

На втором занятии представляются результаты творческой работы студентов над проектами. Проводится обсуждение результатов работы и подведение итогов.

Защита проектов студентов реализуется в устном и стендовом вариантах. Стендовые версии творческих проектов студентов могут быть представлены в оболочке ДО "МооШе", поддерживающего данный учебный модуль.

Работа студентов над проектами организуется в учебных парах. Это обеспечивает необходимые условия для обмена идеями и опытом выполнения учебных заданий как на занятии, так и в условиях самостоятельной работы в ЛПП над выполнением творческих проектов. Ниже приведены фрагменты отчетов студентов о выполнении творческих заданий (рис. 1-7).

Задание 2 (а). Проект компьютерной модели опыта Ж. Перрена

Рис. 1. Модель опыта Ж. Перрена

Микроскоп

Эмульсия

Цилиндрическое^ углубление______

А

Объектив . микроскопа

Покровное

стекло

Предметное

стекло

Эмульсия

пт Состояние змульсии

п(Щ соответствует выделенному графику

Ь, 1 О'5 м

0 1 2 5 7 Є 9 10 1 1 12 1 3 1 4 1 5

т= 5-10'1В кг Г = 303 К Л= 2-1 О'5 м л= 19-1 О'13 м'3

С График [ Пауза )

( Сброс ^

> =[зоз__] фк

Рис. 2. Реализации проекта «Модель опыта Ж. Перрена» в ИИСС «История научного эксперимента»

(ООО «Физикон»).

Задание 2 (а). Инструкция к работе моделью опыта Ж. Перрена

I. Запустите модель. Познакомьтесь с особенностями ее работы. Обратите внимание на элементы управления работой модели.

Модель иллюстрирует распределение броуновских частиц в поле тяжести в соответствии с законом Л.Больцмана:

т ^ -И ц ^g Ь

о к II к е гТ или о к N к е /ІТ

Можно менять массу броуновских частиц и температуру эмульсии.

Модель позволяет фокусировать микроскоп на том или ином слое эмульсии и подсчитыать число частиц различных слоях взвеси.

2. Задайте необходимые параметры работы модели: массу броуновских частиц - m и температуру эмульсии - Т.

3. Исследуйте зависимость числа частиц в различных слоях эмульсии от высоты слоя. Данные занесите в табл. I.

Таблица I

Зависимость числа частиц в различных слоях эмульсии от высоты слоя

№ h n/no

4. Постройте график зависимость числа частиц в различных слоях эмульсии от высоты слоя. Для обработки данных эксперимента можно воспользоваться табличным процессором Excel.

Например:

Зависимость числа частиц в различных слоях эмульсии от высоты слоя

№ h n/no

1 0 1

2 3 0.54

3 6 0.3

4 9 0.16

5 12 0.09

6 15 0.05

7 18 0.03

8 21 0.01

9 24 0.01

10 27 0

11 30 0

5. Исследуйте зависимость распределения броуновских частиц в поле тяжести для различных значений их массы и различной температуры взвеси. Постройте на одной координатной плоскости несколько кривых для различных значений массы частиц т и температур жидкости Т.

6. Сформулируйте выводы по результатам модельного эксперимента. Для сравнения познакомьтесь с выводами, которые были сделаны по итогам исторического эксперимента Ж.Перрена (см. электронное пособие "История науного эксперимент. Опыт Ж.Перрена).

7. Подготовьте отчет о проведении модельного эксперимента.

Задание 2

из

ОПЫТЫ Ж. Б. ПЕРРЕНА

Цель опыта, экспериментальная проверка теории броуновского движения

Роберт Броун

Опыты С ПЫЛЬЦОЙ

А* Эйнштейн, МгСмолуховскин «Молекуляр но- кинетическая теория броуновского движения»

2RTt

Жан Батист Перрен

1905 г журнал «Annalen der Physik»

Статья А.Эйнштейна «О движении взвешенных в покоящейся жидкости частиц, требуемом молекулярно-кинетической теорией теплоты».

Рис. 3

UÜ

Необходимые приборы и материалы

Жан Батист Перрен

о смола garcinia morel t гуммигут), растертая в воде

о глицерин

в центробежная машина

в микроскоп с малой глубиной изображения

в предметное стекло с цилиндрическим углублением

в покровное стекло

О Центрифугирование раствора с целью получения однородной эмульсии

э Определение размера п массы частиц

в Проверка теории броуновского движения А Эйнштейна и М Смолуховского

ШТ1 6щ  г  ЫА

Рис. 5

Рис. 6

Рис. 7

Самостоятельная работа

Самостоятельная работа студентов по программе модуля связана с изучением основной и дополнительной литературы по теме лекции, с подготовкой к семинарским занятиям, а также в выполнении в течение семестра двух творческих проектов.

Первый проект связан с разработкой элементов комплекта цифровых дидактических материалов для учащихся, поддерживающих их самостоятельную работу по изучению истории ФФЭ. Выбор темы лабораторного занятия для выполнения первого проекта осуществляется студентами в рамках трех разделов учебной программы по физике: "Механика". "Молекулярная физика. Термодинамика", "Электродинамика", "Оптика".

Второй проект связан с разработкой учебно-методического комплекса (УМК) занятия, включающего работу учащихся с материалами по истории ФФЭ с применением средств ИКТ. Титульный лист

проекта представлен на рис. 8.

Как видно, содержание самостоятельной работы студентов направлено на решение будущими учителями достаточно сложных компетентностных задач. В итоге работы студенты создают материалы, которые могут быть с успехом использованы на педагогической практике, а также могут быть рекомендованы для применения практикующими учителями.

Сложность разрабатываемых проектов требует использования групповых и коллективных форма учебной работы (как во время занятий, так и в условиях самоподготовки студентов к занятию). Разработка комплектов дидактических и учебнометодических материалов целесообразна в малых учебных группах (по 2-3 студента). Распределение заданий в группе целесообразно осуществлять в зависимости от интересов и уровня готовности каждого конкретного студента к созданию соответствующего элемента комплекта. Студенты

Опыт Э. Резерфорда по обнаружению а- и |$-лучей

1. Описание опыта по обобщенному плану

2. Опорный конспект

3. Презентация опорного конспекта

4. Задания учащимся для самостоятельной работы по изучению опыта

5. Рекомендации к выполнению заданий

6. Тест для контроля усвоения материала по опыту

7. Биография ученого

8. УМК урока

9. УМК лабораторной работы

10. Модель исторического опыта для интерактивной доски

11. Макет интерактивной модели исторического опыта

12. Инструкция к интерактивной модели исторического опыта

13. Видео. Анимация. Модель

14. Видео. Анимация. Модель

15. Перечень иллюстраций

16. Библиографический список

Рис. 8.

могут самостоятельно планировать распределение обязанностей в группе по подготовке учебных материалов (подбор ресурсов, систематизация материалов, их редактирование, подготовка графических иллюстраций, моделирование, фото- и видеосъемка, озвучивание и пр.). В любом случае при подготовке комплекта дидактических материалов (ДМ) и УМК объем работы для каждого участника группы должен быть примерно одинаковым.

Коллективное обсуждение студентами ключевых проблем содержания и методики

разработки творческих проектов, согласование позиций и выработка стратегий дальнейшей работы является обязательной частью семинарских занятий модуля. При обсуждении методических проблем используется метод кейсов (метод ситуаций и прецедентов) и метод социального взаимодействия, которые максимально полно соответствуют ком-петентностному подходу к обучению.

Индивидуальная работа со студентами, проводимая в режиме консультаций и касающаяся содержания их текущих заданий

и творческих проектов, также является неотъемлемой частью работы преподавателя по программе модуля.

На втором (и последнем) семинарском занятии модуля организуется защита проектов студентов (стендовый и устный варианты). Стендовая версия творческих проектов студентов может быть представлена в оболочке дистанционного обучения, поддерживающего данный учебный модуль.

При проведении текущих и итоговых обсуждений результатов творческой работы студентов над проектами принципиально важной является "открытая познавательная позиция'' преподавателя и студентов, которая означает особый тип отношения участников образовательного процесса к предмету учебной деятельности. Для отношений этого типа характерно: I) использование вариативных способов описания одного и того же объекта; 2) стимулирование нестандартных идей, неоднозначных суждений относительно объекта исследования/изучения; 3) восприятие и осознание различных взглядов на решение одной и той же проблемы; 4) создание условий для обмена позициями и точками зрения по проблеме обсуждения; 5) синтез позиций и мнений в ходе дискуссии;

6) использование научной информации, которая позволяет давать новую интерпретацию имеющимся фактам; 7) "развернутость в будущее" - перспективное видение студентами результатов своей деятельности в разных профессиональных ситуациях и педаго-

гических условиях, выбор и планирования собственного научно-обоснованного решения поставленной проблемы.

Соблюдение "открытой познавательной позиции" необходимо сочетать с так называемым "проактивным подходом" к обучению, который предполагает сокращение количества времени на занятии, отводимого на объяснение, и увеличение времени на самостоятельную работу студентов. При этом оптимальное количество времени планируется на выполнение заданий и максимальное время - на выражение оценочных суждений и их согласование.

Наиболее качественные и творчески реализованные проекты могут составить основу для курсовых и выпускных квалификационных работ студентов (см. перечень), а также конкурсной научно-методической работы (региональные и федеральные конкурсы). Лучшие работы студентов могут быть опубликованы.

По результатам самостоятельной работы студентами формируется Web-портфолио.

Самостоятельная работа студентов (индивидуальная и групповая) организуется с использованием ИКТ-инфраструктуры учебных кабинетов и лабораторий педагогического вуза, включая лабораторию педагогического проектирования (дизайна) (ресурсов медиатеки, инструментальной оргтехники, аудио- и видеомонтажного комплекса, сетевых коммуникаций, малого издательского комплекса и пр.).

Статья подготовлена в рамках проекта «Информатизация системы образования», реализуемого Национальным фондом подготовки кадров по заказу Министерства образования и науки Российской Федерации. Проект финансируется из средств Международного банка реконструкции и развития.