Применение компьютерных средств в исследовательской деятельности учащихся на занятиях физического практикума

УДК 53(07):371.01 ББК 74.262.23:74.202.15

Тулькибаева Надежда Николаевна доктор педагогических наук, профессор г. Челябинск Tulkibaeva Nadezhda Nikolaevna Doctor of Pedagogics,

Professor

Chelyabinsk

Зайнуллина Эльмира Абузаровна преподаватель г. Нефтекамск Zainullina Elmira Abuzarovna

Lecturer

Neftekamsk

Применение компьютерных средств в исследовательской деятельности учащихся на занятиях физического практикума Using Computer Means in Pupils’ Research Activity at Practical Works During Physics Lessons

В статье предложена модель проведения занятий физического практикума школьников с применением компьютерных средств. Сформулированы основные цели использования компьютера в физическом практикуме. Показано сочетание реальных лабораторных работ и виртуальной модели значительно расширяет возможности школьного эксперимента и придает учебному процессу исследовательский характер.

The models of practical works during Physics lessons with the combination of using computer means are set forth in the article. The main purposes of using a computer at practical work during Physics lessons are formulated there. It was proved that the virtual models with the combination of real laboratory works broaden the possibilities of the school experiment significantly and give a research tone to the school education process.

Ключевые слова: исследовательская деятельность, модель, физический практикум, компьютерные средства, реальные и виртуальные эксперименты.

Key words: research activity, model, practical works during Physics lessons, computer means, real and virtual experiments.

Изменения, происходящие в обществе, способствует повышению требований к профессиональному образованию. Целью профессионального образования является воспитание конкурентоспособного, творческого, саморазвиваю-щегося и владеющего фундаментальными знаниями человека. Следовательно, необходимо разработать такие технологии обучения, которые помогали бы школьникам получить системные знания, способствовали творческому развитию личности обучающихся через овладение исследовательскими умениями.

В работах И.Я. Лернера, М.И. Махмутова, В.Г. Разумовского, М.Н. Скат-кина, А.В. Усовой, И.С. Якиманской [5,7,12,13,16,17] уделяется особое внимание частично-поисковым методам обучения и исследовательской деятельности учащихся.

Частично-поисковые и исследовательские методы обучения реализуют следующие функции: обеспечение творческого применения знаний, овладение методами научного познания, формирование творческой деятельности [5]. М.И. Махмутов «исследовательский метод» в обучении определяет как метод учения, включающий совокупность приемов и способов познавательной деятельности ученика, которые обеспечивают возможность выполнения учебного задания теоретического или практического характера [7].

При этом исследовательские, творческие работы обязательно должны содержать элементы новизны. Они не могут быть выполнены по готовым рецептам или с помощью простой аналогии с ранее известными типовыми решениями. Основная задача экспериментатора заключается не в поисках истинного значения той или иной величины, а в определении пределов, в которых она находится при применении данного метода измерения, конкретных приборов и инструментов [16].

Таким образом, исследовательская деятельность учащихся развивает творческие способности, элементы фантазии, позволяет совершить маленькие «открытия» и глубокие обобщения, активизирует познавательный процесс. В на-

стоящее время слабо реализуются потенциальные возможности исследовательского метода при выполнении лабораторных работ по физике. В основном учащиеся выполняют работы репродуктивного характера по готовым описаниям и под жестким контролем учителя, а эксперименты физического практикума мало чем отличаются от фронтальных лабораторных работ.

Если обратимся в историю развития физического образования, то обнаруживаем, что старших классах параллельно с фронтальными лабораторными работами в 50-е годы прошлого столетия вводятся работы физического практикума (в 1954 году).

Содержание работ практикума и методика их проведения разрабатывались группой сотрудников лаборатории методики физики Института методов обучения АПН А. И. Глазыриным, А. Г. Дубовым, Б. С. Зворыкиным, С. А. Шурхи-ным под непосредственным руководством А. А. Покровского. Созданные ими новые приборы и пособия, отвечающие поставленной задаче, были изготовлены в экспериментальной мастерской отдела наглядных пособий, представлены в Учебно-методический совет Министерства просвещения РСФСР и утверждены к производству.

Опыт передовых преподавателей показал, что число часов, которое можно выделить на этот новый вид занятий в средней школе, был следующим: по 10 часов в 8 и 9 классах, то есть по одному практикуму из пяти двухчасовых работ, и 20 часов в 10 классе, два практикума из пяти работ каждый. В помощь преподавателю под редакцией А.А. Покровского выходит в свет книга «Практикум по физике в старших классах средней школы» с подробным описанием основных и дополнительных работ, списком оборудования для их выполнения и методикой подготовки и проведения занятий [2].

В 1980 году В.П. Орехов писал, что за последнее 30 лет в советской школе имеет место постоянная тенденция увеличения времени, отводимого на лабораторные занятия и работ физического практикума - это примерно шестая часть учебного времени. Увеличение времени на лабораторные занятия происходит главным образом за счет более сложных и длительных работ физических прак-

тикумов [8]. Однако анализ учебных программ [9,10,11,13] для общеобразовательных школ показал, что с 1990-ых годов идет обратная тенденция, т.е. уменьшение времени, отводимого для работ физического практикума (табл.).

Таблица

Количество часов, отводимое программой на физический практикум

Физический практикум (Х класс + Х1 класс) годы 1954 1980/81 1991/92 1996/97 2007/08

кол-во часов

(базовый 10 + 20 ... 16 + 12 10+10 6+6 0+0

уровень)

С 2007-08 учебного года для работ физического практикума по учебной программе (базовый уровень) время не отводится. Отдельные учителя физики для данных целей стараются использовать резервное время (14 часов) или элективные курсы из компонента образовательного учреждения, следовательно, целесообразно потратить эти часы с максимальной пользой для учащихся с использованием новейших методик преподавания и информационных технологий.

Современные научные исследования сложно представить без компьютерных технологий. Однако, на лабораторных занятиях и занятиях физического практикума в общеобразовательных школах компьютерные средства практически не используются, либо применяются от случая к случаю, их применение носит фрагментарный характер. Данное обстоятельство не может оказать значительного влияния на качество знаний и уровень сформированности исследовательского умения учащихся.

Обнаружив данное противоречие, мы провели целенаправленную работу по определению возможностей исследовательского метода в изучении школьного курса физики с применением компьютерных средств в физическом практикуме образовательной школе.

Нами разработана технология проведения занятий физического практикума в общеобразовательной школе с использованием компьютерных средств, основанная на исследовательском методе [3]. Принципиальное значение имеет

модель занятий физического практикума, ядром которой является выбор физического явления и соответственно выбор экспериментальной установки для его исследования (рис.).

Рис. Модель учебных занятий физического практикума с выбором экспериментальных установок

Внедрение данной модели привело к позитивным изменениям результатов обучения. 94,4% учащихся экспериментального класса поступили в вузы нашей страны (из них 70,90% в технические вузы) и продолжают успешное обучение.

В диаграмме представлен сравнительный анализ успеваемости по физике за 1 (зимнюю) экзаменационную сессию по отношению к итоговой оценке по физике в аттестате. Количество пятерок, полученных студентами во время 1-й сессии, намного превысило количество пятерок в аттестатах. Это говорит о том, что по данному предмету учащимися были получены твердые знания, умения и навыки, которые они сумели применить в дальнейшей учебе [4]. Отметим, что выпускники данной школы (МОБУ СОШ №14) впервые сдали единый государ-

ственный экзамен (ЕГЭ) по физике: экспериментальный класс показал 90% качества полученных знаний; контрольный класс - 60%.

Диаграмма

Сравнительный анализ успеваемости по физике за 1-ю сессию по отношению к итоговой оценке в аттестате

%

Итоговая в аттестате  Оценка за 1-ю сессию

В работах Н. Ф. Талызиной и Т. В. Габая выделяются следующие основные функции компьютерных средств:

- создание положительных мотивов, объяснение, показ и фиксация формируемой деятельности и входящих в неё знаний;

- организация и контроль деятельности учащихся;

- передача машине рутинный части учебной деятельности;

- составление и предъявление учебных заданий, соответствующих разным этапам процесса усвоения, а также индивидуальным особенностям ученика и состоянию его деятельности в данный момент [1, 15].

Внедрение ПК в учебный процесс привело к изменению роли учителя. Возможность использования электронных источников информации превращает его в наставника, который не столько сообщает новую информацию, сколько управляет развитием учащегося, сотрудничает с ним при решении учебных задач [6].

Для изучения физики возможности компьютерных средств неограничены, однако мы выделили основные направления их применения в физическом практикуме: изучение и проверка усвоения теоретического материала (электронные

учебники, материалы из Интернета) путем тестирования, решение задач разного уровня или ответами на вопросов, проведение эксперимента на виртуальной модели, обработка данных реального и виртуального экспериментов, проверка границ применимости изучаемых теорий и законов.

Вышесказанное нам позволило сформулировать следующее:

1. Предложена модель занятий физического практикума в общеобразовательной школе с использованием компьютерных средств, основанная на исследовательском методе.

2. Компьютер становится одним из основных современных и совершенных технических средств на занятиях физического практикума для исследовательской деятельности учащихся.

3. Компьютерные средства способствуют определению пределов измерения физической величины и проведению исследования зависимости величин в предельных условиях.

4. Исследовательская деятельность выступает методом развития личных качеств учащихся (четкость в действиях, творческий подход к делу, внимательность, самостоятельность, целеустремленность, настойчивость).

Библиографический список

1. Габай, Т.В. Педагогическая психология: Учеб. пособие для высшего образования / Т.В. Габай. - М.: Издательский центр «Академия», 2003. - 240 с.

2. Ельцов, А.В. Из истории становления физического эксперимента в школах России/ А.В. Ельцов. - М.: Известия РАО. 2006.- № 1. - С. 29-34.

3. Зайнуллина, Э.А. Методика проведения физического практикума в школе с комбинированием реального и виртуального экспериментов/Э.А. Зайнуллина. Ежемесячный научно - педагогический и методический журнал «Башкортостан укытусыИы» - «Учитель Башкортостана» № 6. - Уфа: Государственное республиканское издательство «Башкортостан», 2008. - 96 с.

4. Зайнуллина, Э.А. Непрерывное образование: школа-вуз (на примере физики)/Э.А. Зайнуллина. Профильное обучение в системе «школа - ВУЗ». Материалы республиканской научно-практической конференции: 12-14 марта 2008/ под ред. Э.А. Зайнуллиной, И.И. Суфияровой. - Нефтекамск - Уфа: РИО РУНМЦ МО РБ, 2008.- 40 с.

5. Лернер, И.Я. Дидактические основы методов обучения./ И.Я. Лернер.

- М.: Педагогика, 1981. - 186 с.

6. Майер, Р.В. Информационные технологии и физическое образование/ Р.В. Майер. Глазов: ГГПИ, 2006. - 64 с.

7. Махмутов, М.И. Современный урок. -2-е изд., испр. и доп./

М.И. Махмутов. - М.: «Педагогика», 1985. -184 с.

8. Орехов, В.П. Методика преподавания физики в 8-10 классах средней

школы. Ч.1/В.П. Орехов, А.В. Усова, И.К. Турышев и др.; Под ред. В.П. Орехова и А.В. Усовой. М.: Просвещение, 1980.- 320с.

9. Планирование учебного процесса по физике в средней школе/

Л. С. Хижнякова, Н. А. Родина, Х. Д. Рошовская и др.; под ред. Л. С. Хижняко-вой. - М.: Просвещение, 1982. - 224 с.

10. Программы общеобразовательных учреждений. Физика. Астрономия / сост. Ю. И. Дик, В. А. Коровин. - М.: Просвещение, 1996. - 224 с.

11. Программы средней общеобразовательной школы. Физика. Астрономия / сост. Ю. И. Дик, А. А. Пинский. - М.: Просвещение, 1992. - 222 с.

12. Разумовский, В.Г. Основы методики преподавания физики в средней школе / В.Г.Разумовский [и др.]; под ред. А.В.Перышкина [и др.]. - М.: Просвещение, 1984. - 398 с.

13. Сборник нормативных документов. Физика / сост. Э. Д. Днепров, А. Г. Аркадьев. - М.: Дрофа, 2007. - 107 с.

14. Скаткин, М.Н. Проблемы современной дидактики 2-е изд./ М.Н. Скат-кин. - М.: Педагогика, 1984. - 96 с.

15. Талызина, Н.Ф. Педагогическая психология/ Н. Ф. Талызина. - М.: Аеаёеш1а, 2000. - 366 с.

16. Усова, А.В. Теория и методика обучения физике. Общие вопросы: Курс лекций/ А.В. Усова. - СПб.: Изд - во « Медуза». 2002. - 157 с.

17. Якиманская, И.С. Построение модели личностно ориентированной школы/ И.С. Якиманская. - М.: КСП+, 2001.- 128 с.

Bibliography

1. Gabay, Т.У. Pedagogical Psychology: Manual for Higher Education / Т.У. Gabay. - M.: «Academy» Publishing Center, 2003. - 240 p.

2. Eltsov, А.У. From the History of a Physical Experiment at the Russian Schools / А.У. Eltsov. - M.: Informations of the Russian Academy of Science. 2006.

- № 1. - P. 29-34.

3. Zaynullina, EA. Technique of a Physical Practical Work Realization at School with Combination of Substantial and Virtual Experiments / E.A. Zaynullina. Monthly Pedagogical and Methodical Journal «Bashkortostan ukitiusi» - «The Teacher of Bashkortostan» № 6, 2008. - Ufa: «Bashkortostan» State Republican Publishing House, 2008. - 96 p.

4. Zaynullina, EA. Continuous Education: High School - Higher School (on the Example of Physics) / EA. Zaynullina. Profile Training in the System «High School

- Higher School». Materials of Republican Scientific - Practical Conference: March 12-14 2008/ Under Ed. of EA. Zaynullina, I.I. Sufiyarova. - Neftekamsk - Ufa: RIO RUNMC МО RB, 2008. - 40 p.

5. Lerner, I.Ya. Didactical Fundamentals of Teaching Methods./ I.Ya. Lemer. -M.: Pedagogics, 1981. - 186 p.

6. Mayer, R.V. Information Know-Hows and Physical Education / R.V. Mayer. Glazov: GGPI, 2006. - 64 p.

7. Makhmutov, М.I. A Modern Lesson. -2-nd Ed., Rewr. and Add./ М.I. Makhmutov. - M.: «Pedagogics», 1985. - 184 p.

8. Orekhov, V.P. Technique of Teaching Physics at 8-10 Classes of High School. P.1 / V.P. Orehov, А.V. Usova, I.E., Turyshev etc.; Under Ed. Of V.P. Orekhov and A.V. Usova. M.: Enlightenment, 1980. - 320 p.

9. Planning of Educational Process of Physics at High School / L. S. Khizhnyakova, N. A. Rodina, H. D. Roshovskaya etc.; Under Ed. of L. S. Khizhnyakova. - M.: Enlightenment, 1982. - 224 p.

10. Program of General Educational Entities. Physics. Astronomy / Comp. by U. I. Dik, V. A. Korovin. - M.: Enlightenment, 1996. - 224 p.

11. Comprehensive School Program. Physics. Astronomy / Comp. by U. I. Dik, A. A. Pinsky. - M.: Enlightenment, 1992. - 222 p.

12. Razumovsky, V.G. Fundamentals of Teaching Physics Technique at High School / V.G.Razumovsky [etc.]; under Ed. of A.V. Peryshkin [etc.]. - M.: Enlightenment, 1984. - 398 p.

13. Collection of Normative Documents. Physics / Comp. by E. D. Dneprov, A. G. Arkadiev. - M.: Drofa, 2007. - 107 p.

14. Skatkin, M.N. Problems of Modern Didactics: 2 Ed./ M.N. Skatkin. - M.: Pedagogics, 1984. - 96 p.

15. Talyzina, N.F. Pedagogical Psychology / N.F.Talizina. - M.: Academia, 2000. - 366 p.

16. Usova, A.V. Theory and Technique of Teaching Physics. General Problems: Lecture Course / A.V. Usova. - Spb.: Publ.«Meduza». 2002. - 157 p.

17. Yakimanskaya, I.S. The Construction of Personal - Oriented School Model / I.S. Yakimanskaya. -M.: KSP +, 2001. - 128 p.