Домашний экспериментальный практикум по физике как форма учебных занятий и особенности его организации с применением средств ИКТ

УДК 004:53

ББК Ч 426.223-268.4

И.М. Зенцова, Е.В. Оспенникова

ДОМАШНИЙ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ

ПРАКТИКУМ ПО ФИЗИКЕ КАК ФОРМА УЧЕБНЫХ ЗАНЯТИЙ И ОСОБЕННОСТИ ЕГО ОРГАНИЗАЦИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ СРЕДСТВ ИКТ

Ключевые слова : методика обучения физике, формы организации учебных занятий, домашний экспериментальный практикум, домашняя лаборатория по физике, виртуальная учебная среда.

В статье дана характеристика домашнего экспериментального практикума по физике как формы учебных занятий. Представлена обобщенная модель данной формы обучения. Рассматриваются варианты ее структуры и содержания. Обсуждаются вариативные практики организации.

Формирование у учащихся представлений о методах научного познания при обучении физике и их вовлечение в учебно-исследовательскую деятельность на протяжении уже нескольких десятилетий остается в методической науке одной из самых актуальных педагогических проблем. Одним из методов научного познания, которые осваивают учащиеся в процессе изучения школьного курса физики, является эксперимент. Проблеме методики применения физического эксперимента в учебном процессе по предмету уделяется достаточное внимание в педагогических исследованиях (С.Ф. Покровский, В.Г. Разумовский, А.А. Бобров, А.В. Усова, Е.В. Оспенникова, В.В. Майер, Л.И. Анциферов, В.А. Буров, Б.С. Зворыкин, Т.Н. Шамало, П.В. Зуев и др.) и в практике массового обучения. Успешное решение этой проблемы непосредственно связано с повышением качества обучения.

В ряде случаев для формирования у учащихся экспериментальных умений проведение опытов по физике организуется в домашних условиях. Методике организации домашнего физического эксперимента посвящены работы С.И. Юрова, Н.С. Белого, Т.Д. Бердалиевой, М.Ю. Адамова, Е.А. Веденеевой, С.Е. Каменецкого и

Н.С. Пурышевой, О.Ф. Кабардина, В.Ф. Шилова и др. Исследователями рассматривается широкий круг методических вопросов: классификация домашних опытов по физике, принципы отбора опытов для проведения в домашних условиях, содержание домашнего физического эксперимента, планирование домашней экспериментальной работы уча-

© И.М. Зенцова, Е.В. Оспенникова, 2013

щихся, средства и способы руководства учебной работой школьников, методика ее организации и проведения, контроль и коррекция результатов.

Однако в массовой учебной практике домашний физический эксперимент как средство обучения задействуется учителями достаточно редко. Одной из причин является сложность управления домашней экспериментальной работой школьников, отсутствие необходимого дидактического обеспечения их самостоятельной работы. В условиях информатизации образования ситуация меняется: появляются возможности решения данной проблемы.

ИКТ-насыщенная учебная среда позволяет:

1) решить проблему недостаточности числа домашних опытов и ограниченности их видового разнообразия, что может быть обеспечено за счет применения объектов виртуальной среды (видеозаписей натурного эксперимента и его интерактивных виртуальных моделей), а также благодаря организации работы учащихся в лабораториях удаленного доступа;

2) эффективно поддерживать и управлять домашней экспериментальной работой школьников, применяя web- и кейс-технологии обучения и размещая на учебных сайтах необходимые учебные материалы.

Внедрение средств ИКТ в систему образования и рост информационнотехнологической обеспеченности учебного процесса позволят организовать домашний эксперимент на принципиально новом уровне и в новом качестве. Становится возможным не только проведение учащимися отдельных опытов в домашних условиях, но и организация фронтальных лабораторных работ и домашних физических практикумов.

Домашний экспериментальный практикум (ДЭП) как форма организации учебных занятий предназначен для формирования у учащихся умений и навыков в проведении наблюдений и постановке физического эксперимента, приобретению начального опыта технического моделирования и работы в виртуальной учебной среде.

Для описания существенных особенностей данной формы организации учебных занятий необходимо построить ее дидактическую модель. Основой построения модели ДЭП может служить обобщенная модель учебного процесса, предложенная Е.В. Оспенниковой [4, с. 101]. В нашем исследовании данная модель конкретизирована применительно к организации домашнего физического эксперимента.

В разработке обобщенной модели домашнего экспериментального практикума как формы учебного занятия использовался модульный подход [2].

Модель ДЭП (рис. 1) включает следующие элементы: цели обучения, варианты структуры и содержания ДЭП, источники информации, методы обучения (учения, преподавания), формы учебной деятельности, средства обучения. Приведем краткую характеристику составляющих данной модели.

I. Цели обучения

Домашний экспериментальный практикум целесообразно использовать как форму обучения при организации курсов по выбору, реализуемых с целью предпрофильной подготовки учащихся основной школы. Содержание и продолжительность ДЭП могут быть различными. В частности, программа практикума может быть связана с изучением отдельных тем или некоторых разделов курса физики, а также всего курса в целом.

Рис. 1. Дидактическая модель домашнего экспериментального практикума как формы организации учебных занятий

По продолжительности это могут быть как краткосрочные практикумы (8-12 часов), так и практикумы, охватывающие полугодие, учебный год, и даже три учебных года (7-9 классы).

Домашний экспериментальный практикум отличается спецификой методики организации, важной составляющей данной методики является применение средств ИКТ.

При организации ДЭП обеспечивается достижение комплекса целей обучения:

1) развитие представлений об эксперименте как методе познания явлений природы и его взаимосвязи с другими методами научного познания (систематизацией и обобщением данных опыта, объяснением и предсказанием явлений на основе экспериментальных законов и положений теории, компьютерным моделированием);

2) формирование умений и навыков выполнения учебных экспериментальных исследований, в том числе с применением средств ИКТ;

3) расширение и углубление системы знаний по физике;

4) формирование интереса к изучению физики;

5) содействие самоопределению учащегося в выборе физико-математического профиля обучения.

Модель ДЭП допускает следующие практики реализации:

• как форма поддержки текущей домашней работы учащихся:

выполнение системы текущих домашних экспериментальных заданий по предмету,

работа над экспериментальным заданиями промежуточной и итоговой аттестации;

• как средство поддержки организуемого в школьной лаборатории физического практикума по базовому курсу;

• как дополнительная составляющая курса по выбору «Исследовательский практикум по физике»;

• как самостоятельный курс по выбору для индивидуального обучения (в непрофильных классах):

в условиях инклюзивного образования, для обучающихся по типу экстерната,

• как форма обучения в рамках самообразования.

В зависимости от применяемой практики организации ДЭП система его дидактических целей приобретает некоторые особенности.

II. Варианты структуры и содержания ДЭП

Цели обучения определяют варианты структуры и содержания домашнего экспериментального практикума. В соответствии с примерной программой основного общего образования [5, с. 9-16] в ДЭП могут быть выделены следующие разделы: механические явления; тепловые явления; электромагнитные явления; квантовые явления.

Программа ДЭП может охватывать все темы курса физики, включать отдельные темы (тематические модули), а также их различные комбинации (2-3 тематических модуля) (см. рис 1, столбец слева).

Каждый из вариантов практикума может включать все разнообразие видов домашних экспериментальных заданий, так и базироваться на заданиях определенных видов или их комбинаций. Например, возможна организация ДЭП на базе исследовательских экспериментальных заданий, самостоятельном проектировании и создании учащимися различных технических объектов для домашнего эксперимента и др. (см. рис. 1, столбец справа и систему видов экспериментальных заданий [1, с. 59-62]).

Предложенный в работе [1] комплекс видов домашних заданий ориентирован на формирование у учащихся достаточно широкого перечня экспериментальных умений. Видовое разнообразие домашнего эксперимента создает условия для реализации вариативного подхода к формированию содержания ДЭП.

Выбор учебных тем для организации ДЭП и видов экспериментальных заданий для конкретного ДЭП определяется рядом факторов: уровнем подготовки учащихся; степенью их заинтересованности в изучении физики; оборудованием, имеющимся у учащихся в домашних условиях; временем, отводимым на практикум в учебном плане школы; реализуемыми в старших классах конкретной школы профилями обучения, в ряде случаев и профилем школы.

III. Источники информации

К источникам информации в ДЭП относятся: домашняя лаборатория, учебная книга, среда учебной коммуникации, учебная игровая среда (см. рис. 1).

Главным источником информации выступает домашняя лаборатория. Предметом изучения (исследования) в домашней лаборатории могут стать различные объекты, с которыми сталкивается учащийся в повседневной жизни.

Рассмотрим составляющие домашней лаборатории.

Учебный комплекс материальных объектов

д л я и з у ч е н и я я в л е н и й п р и р о д ы .

До недавнего времени специальное оборудование для домашнего эксперимента практически отсутствовало. Перечень домашних опытов был весьма ограничен и в большей мере был связан с проведением наблюдений и выполнением простейших экспериментов с применением бытовых приборов и материалов, в ряде случаев самодельных экспериментальных установок. В настоящее время учебной промышленностью выпускаются недорогие наборы для домашних опытов по физике. Такое оборудование имеется далеко не у всех учащихся, поэтому может использоваться для выполнения индивидуальных учебных и творческих заданий.

У ч е б н ы й к о м п л е к с м а т е р и а л ь н ы х о б ъ е к т о в

« второй » природы . Домашние бытовые приборы и инструменты являют собой объекты для самостоятельного изучения и формирования у учащихся практических умений и навыков. Отметим, что еще в советский период учебной промышленностью выпускались наборы для технического конструирования. С помощью данных наборов можно было создавать простейшие конструкции для изучения практических приложений физики. Это направление по материально-техническому обеспечению домашнего технического творчества учащихся активно развивается и в настоящее время. На образовательном рынке представлены недорогие конструкторы по техническому моде-

лированию и конструированию, образовательной робототехнике. Работа с такими конструкторами тоже может носить только индивидуальный характер.

Учебная виртуальная среда . Использование виртуальной среды позволяет поднять домашний физический эксперимент на принципиально новый уровень. При этом могут использоваться как Web-технологии, так и Кейс-технологии электронного обучения (Интернет или СБ/БУО). Новая информационная среда в настоящее время является исключительно богатым источником учебной информации благодаря наличию в ней текстов, иллюстраций, аудио- и видео, анимации, демонстрационных и интерактивных моделей физических явлений и объектов техники.

Виртуальная среда служит эффективным инструментом учебной деятельности. Программное обеспечение виртуальной среды (общее, специальное) и инструментальные среды для программирования позволяют учащимся обрабатывать уже имеющиеся виртуальные объекты, создавать и исследовать новые.

Как источник учебной информации и инструмент познания виртуальная среда может использоваться как в репродуктивной, так и в исследовательской деятельности учащихся, связанной с домашним экспериментом.

Эффективность применения виртуальной среды в домашнем эксперименте определяется: аппаратным и программным обеспечением персонального компьютера учащегося, наличием и скоростью домашнего Интернета. При отсутствии доступа к сетевым ресурсам учащимся может быть предложена работа во внеурочное время в компьютерном классе школы.

Немаловажным условием повышения эффективности применения средств ИКТ в домашнем эксперименте является наличие специального электронного пособия, включающее учебные ресурсы для организации домашнего эксперимента, задания и инструменты для их выполнения. Данное пособие должно допускать применение Web- или кейс-технологий обучения.

В рамках нашего исследования был создан специализированный электронный образовательный ресурс «Домашний физический эксперимент. 7-9 классы», включающий полный комплекс средств дидактической поддержки домашнего эксперимента Учебная книга . Подготовка и проведение эксперимента, как правило, связаны с обращением учащихся к учебной книге и дополнительной литературе по предмету. Учебную книгу используют для углубления и расширения знаний, получения справочной информации, в качестве источника учебных материалов для выполнения как репродуктивных, так и творческих заданий.

Учитель должен подобрать комплект основной и дополнительной литературы по каждой теме экспериментального практикума, сформулировать задания, ориентирующие учащихся на работу с учебной литературой как средством более глубокого осознания сути домашнего эксперимента и более высокого качества его выполнения.

Отметим, что в настоящее время значительная часть учебной и дополнительной литературы представлена не только в полиграфической версии, но и в электронном виде, в том числе в Интернете. Учащийся может и должен уметь работать с учебными материалами независимо от формата их представления.

С р е д а у ч е б н о й к о м м у н и к а ц и и . Домашний эксперимент выполняется, как правило, самостоятельно, но не исключается взаимодействие учащегося с учителем, другими учащимися, родителями, специалистами.

Целями взаимодействия являются: обмен информацией по методике и технике постановки эксперимента, организация совместной работы учащихся над экспериментальным заданием (в парах, в группах), осуществление коллективной коррекции и контроля качества выполнения индивидуальных и групповых экспериментальных заданий.

В настоящее время эффективным инструментом для организации учебных коммуникаций служат сетевые технологии, которые создают условия для быстрой передачи больших объемов информации в любом медиаформате.

Учебная игровая среда

Учитель на текущих и итоговых занятиях практикума может предложить игровые задания, связанные с выполнением различных экспериментальных заданий. В таких учебных играх, в том числе с применением потенциала виртуальной информационной среды развивается смекалка и находчивость учащихся, их творческие способности, умение быстро принимать решения и добиваться результата в нестандартных условиях решения экспериментальной задачи.

IV. Методы обучения

Система методов учения и преподавания должна охватывать все выявленные на сегодня типы источников информации, основные способы работы учащегося с этими источниками и способы их дидактической поддержки со стороны учителя. В модель системы методов входят методы учения, т.е. виды деятельности учащихся с учебными объектами. Методы преподавания включают в себя методы организации усвоения содержания ДЭП и методы внешнего контроля.

Методы организации усвоения содержания ДЭП:

• объяснительно-иллюстративные (рассказ, беседа, демонстрация образцов деятельности);

• репродуктивные (воспроизведение знаний, выполнение экспериментальных заданий с применением полиграфических и мультимедиа инструкций разных видов);

• проблемные (частично-поисковый, исследовательский, в том числе с применением средств ИКТ).

Целями внешнего контроля в ДЭП являются: проверка знаний по методологии эксперимента, контроль уровня сформированности экспериментальных умений.

К основным видам контроля в ДЭП следует отнести:

• проверку отчетов о выполнении текущих заданий (письменных отчётов, электронных версий отчётов);

• текущее и итоговое тестирование (традиционное и компьютерное);

• проверку отчетов о выполнении проектов (экспертиза результатов проектной работы);

• проверку рефератов и эссе;

• анализ содержания портфолио (портфеля учебных достижений), в том числе его электронной версии.

В зависимости от профиля и целей обучения акцент ставится на разных видах учебной деятельности школьников в рамках ДЭП.

V. Формы учебной деятельности

При организации ДЭП реализуются различные формы учебной деятельности: самостоятельная и совместные (работа в паре, малой группе). Выполнение заданий практикума предполагает преимущественно самостоятельную форму учебной работы, т.к. именно такая работа позволяет сформировать у каждого учащегося необходимый комплекс экспериментальных знаний и умений. Вместе с тем, важны и задания для совместной работы, как правило, это сложные или трудоемкие задания. Работа в паре позволяет учащимся рационально распределить обязанности по экспериментальной работе внутри группы, сформировать навыки работы в коллективе. Не последнюю роль в этом случае играет взаимное обучение.

VI. Средства обучения

Система дидактической поддержки ДЭП должна включать разнообразные средства обучения, которые помогают учителю эффективно управлять учебным процессом, реализуемым в домашних условиях. В соответствии классификацией А.В. Смирнова [6, с.

11], средства обучения, которые могут применяться в ДЭП, бывают следующие:

аппаратные средства:

• физическое оборудование: приборы, машины, установки, инструменты и (или) их модели;

• мультимедийная аппаратура (компьютер, мультимедийный проектор, интерактивная доска, цифровая камера, цифровой микроскоп);

система дидактических материалов:

• текстовые полиграфические материалы: учебные и научно-популярные тексты:

- описание физических явлений,

- объяснение явлений и законов их протекания (эмпирическое, теоретическое),

- объяснение результатов конкретных опытов,

- описание технических объектов, принципов их действия и способов работы с этими объектами,

- сведения из истории физической науки, учебные задания,

общие рекомендации и инструктивные указания к выполнению заданий;

• полиграфические иллюстративные материалы: фотоснимки явлений природы, экспериментальных установок, рисунки явлений природы, приборов и экспериментальных установок, схемы экспериментальных установок,

рисунки и фотоснимки, схемы, иллюстрирующие этапы протекания явлений природы, порядок проведения опыта по его изучению, иллюстрации по истории науки и техники;

• электронные ресурсы и инструменты:

программное обеспечение к ЭВМ (программы MS Office, оболочки дистанционного обучения),

цифровые ресурсы (предметные ЦОР, ИУМК, ИИСС, интернет-ресурсы, включающие учебные объекты различных медиаформатов: тексты, аудио, видеофрагменты, компьютерную графику, анимации, модели, презентации, в том числе авторские ресурсы учителя);

инструменты виртуальной среды: инструменты учебной деятельности (конструкторы, тренажеры, симуляторы), инструменты управления учебным процессом;

учебные задания с ресурсами и инструментами виртуальной среды (в том числе интерактивные);

инструктивные материалы для самостоятельной работы учащихся с ресурсами и инструментами виртуальной среды;

интерактивный каталог учебной литературы (основной, дополнительной); игровые учебные объекты.

Полиграфические материалы имеются в библиотеке школы или города. Электронные материалы должны быть размещены в локальной сети школы для копирования или представлены на каком-либо внешнем носителе. Другим вариантом является размещение учебных материалов в Интернете. Могут быть созданы специализированные электронные образовательные ресурсы. Отдельные составляющие комплекса электронных учебных материалов для практикума (в частности, задания и инструктивные материалы) должны иметь версию для печати.

Каждый из элементов (I—VII) предложенной модели практикума имеет собственную структуру и допускает различные варианты реализации.

Использование домашнего экспериментального практикума в качестве еще одной из форм организации учебных занятий по физике позволяет повысить эффективность процесса формирования у учащихся экспериментальных умений и навыков, обеспечивает более высокий уровень результативности обучения по предмету, выполняет функции «профессиональной пробы» и способствует формированию готовности учащихся 7-9-х классов к сознательному выбору профиля обучения на завершающем этапе обучения в старших классах.

Список литературы

1. Зенцова И.М. Классификация наблюдений и экспериментальных работ по физике // Учебная физика.- 2011. - № 5. - С.59-62

2. Лозинская А.М., Шамало Т.Н. Структурирование содержания образования в модульной педагогической технологии // Педагогическое образование в России. - 2010. - №4. - С. 45-52

3. Оспенникова Е.В. Использование ИКТ в преподавании физики в средней общеобразовательной школе. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2011. - 655 с.

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

5. Примерные программы по учебным предметам. Физика. 7-9 классы. Естествознание. 5 класс. -М.: Просвещение, 2010. - 80 с.

6. Смирнов А.В. Технические средства в обучении и воспитании детей. - М.: Издательский центр «Академия», 2005. - 208 с.