Разработка межпредметных элективных курсов по физике

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СРЕДСТВ ИКТ В ОБУЧЕНИИ

Е. С. Ремизова

РАЗРАБОТКА МЕЖПРЕДМЕТНЫХ ЭЛЕКТИВНЫХ КУРСОВ ПО ФИЗИКЕ

Проблема реализации межпредметных связей играет важную роль в системе профильного обучения в средней общеобразовательной школе.

На необходимость взаимосвязи между предметами указывали еще А. Дистеверг, Я.А. Каменский, И.Г. Песталоцци, К. Д. Уштин-ский. Дальнейшее развитие проблема реализации межпредеметных связей получила в трудах психологов (Г.А. Берулава, Е.Н. Кабанова-Меллер, Н.А. Менчинская), педагогов и методистов (М.Н. Берулава, Г.Г. Гранатов, Н.В. Груздева, И.Д. Зверев, Д.М. Кирюшкин, В.Н. Максимова, А. В. Петров, А. Каспржак,

Н.И. Резник, А.В. Усова, И.Г. Кинзибаева, В.А. Орлов, О.В. Петунин и др.). Кроме этого, различные аспекты проблемы межпредметных связей нашли свое отражение в диссертационных работах С.Н. Бабиной, Н.О. Шелеховой, А. И. Гурьева, В.С. Елагиной.

Межпредметные связи достаточно широко представлены среди предметов естественнонаучного и гуманитарного циклов, полно разработаны их теоретические и практические аспекты. Много внимания уделяется методике разработки межпредметных элективных курсов: О.А. Яворук "Теория и практика интегративных курсов" (в данной монографии вводится понятие дидактики межпредметных связей, особенности интегративных курсов), Т.С. Каш-ковская "Физические основы охраны окружающей среды" (программа курса рассчитана на 14 часов, основной целью проведения курса является заинтересованность учащихся в получении экологических знаний, применении физических методов в охране природы), А.А. Филимонов "Физика в сельском

хозяйстве" (курс рассчитан на одну учебную четверть, основная задача курса - знакомство и исследование применения физических методов в сельском хозяйстве и обыденной жизни человека, развитие интереса к физической науке), Е.Н. Филиппова "Применение информационного моделирования для решения физических задач", Т.В. Ашутова "Информационные технологии в экономике" (программа курса рассчитана на 102 часа, цель курса - формирование приемов технологии обработки различных видов информации, усвоение и отработка приемов технологии обработки, развитие интереса к экономике как науке), Т.Н. Дубровина "Дифференциальные уравнения и их значение в естествознании” (программа интегративного курса рассчитана на 12 часов, целью курса является описание физических процессов и явлений с помощью дифференциальных уравнений), О.В. Болтнева "Химия в сельском хозяйстве (программа курса рассчитана на 17 часов, данный курс позволяет широко использовать материал краеведческого характера, применять полученные знания в практической деятельности для охраны окружающей среды и своего здоровья) и другие.

Для совершенствования межпредметных связей учебных предметов наиболее удобно использовать информационные ресурсы, позволяющие реализовать одновременно связь нескольких учебных предметов. Так, работа с интерактивными моделями, тестами по физике дает возможность обеспечения связи физической науки одновременно с информатикой и математикой.

В настоящее время такие электронные

© Ремизова Е.С., 2008

учебные пособия интенсивно разрабатываются в рамках федеральных проектов и конкурсов, проводимых Национальным фондом подготовки кадров.

Это цифровые образовательные ресурсы к действующим учебникам, инновационные учебно-методические комплексы, заменяющие традиционные учебники, и информационные источники сложной структуры.

В рамках проекта ИСО на кафедре мультимедийной дидактики и ИТО ПГПУ разрабатывается ИИСС "Эксперимент в истории развития физической науки". Данный ресурс является новым видом программного продукта в системе электронных средств обучения физике. Полное описание структуры ресурса смотрите в статье Е.В. Оспенниковой, Н.А. Оспеннико-ва, Е.С. Ремизовой "Основные направления развития электронных образовательных ресурсов по истории физики для средней общеобразовательной школы", опубликованной в Вестнике Пермского государственного педагогического университета (2006. № 2).

Инновационным компонентом такого ресурса является расширение области дополнительной предметной подготовки учащихся по физике, системное представление информации, а также структура и содержание, ориентированные на активную и разнообразную деятельность учащихся в виртуальной среде, различные формы и приемы ее организации.

Данный ресурс может послужить основой для разработки элективных курсов по истории научного эксперимента. Несмотря на то, что элективный курс носит предметный характер, в нем есть и межпредметная составляющая. Использование материала электронного ресурса в классах различного профиля: естественнонаучного, гуманитарного, общеобразовательного и технологического позволяет наиболее полно реализовать межпредметные связи физической науки с другими учебными предметами.

Использование ресурса "Эксперимент в истории развития физической науки" в классах технологического профиля позволит реализовать связь физики с

математической наукой и информатикой.

Математическая наука дает нам возможность описать связь между различными физическими величинами, выразить их графическую зависимость, описать физические законы, зафиксировать результаты экспериментальных и теоретических исследований. Поэтому успешное изучение физики зависит от уровня математических знаний учащихся.

Межпредметные связи физики и математики реализуются при использовании в процессе изучения физики таких математических понятий, как вектор, функция, дифференциал, интеграл, логарифм, пропорциональность (прямая, обратная).

Наиболее эффективно осуществлять межпредметную связь физики с математикой при разработке элективного курса по векторной алгебре. Так, с математическим понятием “вектор” учащиеся сталкиваются при изучении таких физических понятий, как перемещение, скорость, ускорение. Векторные уравнения, их графическое изображение на координатной плоскости описывают протекание физических процессов и явлений, результаты физического эксперимента. Таким образом, физическому и математическому вектору присущи общие свойства и операции. Очень часто при изучении основ физики учащиеся сталкиваются с тригонометрическими функциями, например, при изучении механики, атомной физики и оптики.

Использование материала электронного ресурса "Эксперимент в истории развития физической науки", механики, атомной физики, оптики позволит учащимся ближе познакомиться с основными понятиями векторной алгебры, осознать в процессе изучения физической науки их значимость.

Кроме этого, ресурс содержит систему заданий для самостоятельной работы учащихся в школе и дома. Выполнение учащимися таких заданий по векторной алгебре способствует развитию основных знаний и умений, необходимых для решения большинства физических задач.

Изучая основы векторной алгебры на

уроках физики, учащиеся осознают, что физическая наука неразрывно связана со знанием основ математики и геометрии.

Преподавание физики в школе предполагает демонстрацию физического эксперимента, проведение лабораторных работ, решение графических задач, выполнение тестовых заданий и оценку знаний учащихся. Большинство учителей не имеют возможности реализовать данные виды учебной деятельности на уроках физики в полной мере. Эксперименту в существующей ныне системе обучения уделяется все меньше времени. Оборудование кабинетов устаревает, времени на демонстрацию и проведение лабораторных работ не хватает, а большинство опытов невозможно поставить в кабинете физики, не нарушая правил техники безопасности.

Проблема совершенствования учебного процесса решается путем использования информационных технологий. Одной из актуальных задач современного физического образования является проведение фундаментального физического эксперимента и его моделирование в виртуальной среде. Таким образом, сегодня существуют два наиболее перспективных направления в использовании компьютеров на уроках физики:

1) математическое моделирование физических процессов,

2) выполнение традиционного натурного эксперимента с помощью интерактивных моделей.

В настоящее время все большее развитие получает второе направление. В реальном физическом эксперименте компьютер заменяет целый ряд традиционных приборов: источник питания, вольтметр, амперметр, генератор, осциллограф и др. Он может быть использован как универсальная измерительная система, позволяющая фиксировать большой объем данных, как управляющее устройство,

позволяющее накапливать и обрабатывать результаты эксперимента.

Электронный ресурс "Эксперимент в истории развития физической науки" содержит полное иллюстрированное описание фундаментальных исторических опытов. Исторические опыты представлены в виде дидактических модулей. В состав каждого модуля входит интерактивная модель фундаментального эксперимента, что позволяет наглядно продемонстрировать наиболее сложные фундаментальные эксперименты.

Кроме этого, система заданий к историческим опытам содержит задания на моделирование физических процессов в виртуальной среде.

Несмотря на все преимущества компьютерных технологий, полностью заменить натурный эксперимент математическим моделированием невозможно. Если эксперимент проще провести на натурной установке, нет необходимости проводить его в виртуальной среде. Можно совместить проведение эксперимента на лабораторной установке и с помощью интерактивной модели.

Использование ресурса "Экспермент в истории развития физической науки" в классах естественно-научного профиля позволит реализовать связь физики с химией и биологией.

Интерактивная модель опыта Ж. Перрена

Так как физические методы исследования широко используются при изучении живой природы, органической и неорганической среды, характерной чертой физической науки является ее взаимодействие с биологией и химией. Рассматривая связь физики с биологией и химией, необходимо показать учащимся общность ряда законов живой и неживой природы, познакомить с применением физических методов при изучении биологических и химических процессов.

Разработка элективных курсов с использованием информационного источника "Эксперимент в истории развития физической науки" позволяет более полно реализовать межпредметные связи и дает возможность изучать смежные учебные предметы более глубоко. Основной упор в проведении таких курсов делается на практическую часть. Практическую работу можно провести в форме самостоятельного исследования. Задания для самостоятельной работы учащихся могут быть следующими:

1. Определить частоту сердечных сокращений в состоянии покоя и после нагрузки.

2. Измерить артериальное давление крови.

Такие элективные курсы направлены на

формирование конкретных умений и способов деятельности для решения практически важных задач с применением физических методов.

Использование ресурса "Эксперимент в истории развития физической науки" в классах гуманитарного профиля позволит реализовать связь физики с гуманитарными науками.

На сегодняшний день разработка элективных курсов по истории науки наиболее востребована в классах гуманитарного профиля. Тематика таких курсов может быть самой разнообразной: "Методология естественно-научного познания", "История научных открытий", "Методы физического исследования".

При обучении гуманитариев, опираясь на

их интерес к литературе и иностранным языкам, можно достичь более высоких результатов в освоении физики. Например, В.Я. Брюсов в стихотворении "Мир электрона" поэтически представил сложную структуру электрона, в стихотворении С. Михалкова "Самовар" описаны тепловые процессы, происходящие внутри самовара при его кипении. Физические явления очень часто встречаются в художественных произведениях.

Существует много народных примет, научное объяснение которых основывается на протекании физических процессов или явлений (например, "когда дым из печной трубы при погоде без ветра стелется к земле, - ждите осадки"). Поэтому учащимся гуманитарного профиля в качестве самостоятельной работы можно предложить ряд таких заданий на объяснение приметы с точки зрения физики, на описание явления в стихотворной форме, написание реферата об ученом и др. Примеры таких заданий даны в ИИСС "Эксперимент в истории развития физической науки".

ИИСС "Эксперимент в истории развития физической науки" может использоваться при изучении вопросов истории физики в классах с углубленным изучением иностранных языков, так как каждый модуль содержит описание фундаментального опыта на иностранном языке.

Важной задачей при создании таких информационных ресурсов является разработка сценария межпредметных элективных курсов, определение целей и задач курса. В данном случае полезно воспользоваться предложенными УМК, входящими в состав модуля каждого опыта.

Таким образом, ИИСС "Эксперимент в истории развития физической науки" позволяет учителю не только раскрыть историю великих открытий в области физики, но и реализовать связь физической науки с другими учебными дисциплинами.

Библиографический список

Оспенникова Е.В. Основные направления развития электронных образовательных ресурсов по истории физики для средней общеобразовательной школы / Е.В. Оспенникова, H.A. Оспенников, Е.С. Ремизова // Вестник Перм. гос. пед. ун-та, 2006. № 2.