Разработка интерактивных практикумов и использование их на уроках физики

Учитель физики

МБОУ СОШ №3

Разработка интерактивных практикумов и использование их на уроках физики.

Введение

Интерактивный практикум - это обучающая и/или контролирующая программа, сочетающая в себе следующие свойства:

1)  интерактивность - ориентация на действия пользователя, и адекватный "ответ", с целью эффективного обучающего взаимодействия;

2)  ориентированность на визуальную составляющую представления информации – в результате решения задачи должна получиться визуальная схема решения задачи, в соответствии с когнитивно-визуальным подходом в преподавании математики (Далингер В. А.), что облегчает запоминание и конспектирование;

3)  многовариантность задания - достигается за счёт генератора случайных чисел, который каждый раз при использовании практикума подставляет новые числовые коэффициенты (с известными ограничениями) в условие задачи, решение же проверяется программой соответственно им;

4)  индивидуальность интерфейса - для каждой задачи составляется интерфейс, соответствующий содержанию задания, характеру вопросов, адресованных учащемуся;

5)  простота использования - сочетание простых, но разнообразных форм интерактивных элементов, предоставляют учащемуся понятный и простой интерфейс для ввода решения и ответа;

6)  пошаговость - поэтапный ввод и контроль процесса решения осуществляется за счёт разделения решения на экраны, каждый из которых посвящён конкретному шагу алгоритма решения задачи. (http:///p/t2tdesigner/home/t2tDesigner/)

Изучение школьного курса физики предполагает обучение школьников решению задач. Благодаря развитию информационных и коммуникационных технологий появляется возможность использовать новые виды средств обучения физике. На рынке образовательных программ существует большое количество электронных учебников по физике. Но часто их использование на уроках затруднено по различным причинам: недостаточная техническая оснащённость кабинета физики, сложность работы с предлагаемыми программами.

На рынке программного обеспечения отсутсвуют специализированные решения, предназначенные для создания обучающих программ, несмотря на их востребованность учителями.

При выборе инструмента создания интерактивных практикумов мы руководствовались особенностями школьной методики преподавания физики и особенностями школьного компьютерного оборудования.

Изначально для создания интерактивных практикумов была использована среда разработки Macromedia Flash MX 2004. Она представляет собой синтез редактора векторной графики, редактора анимации и языка программирования. Вследствие этого Macromedia Flash стала популярным средством создания интерактивных анимационных роликов, область применения которых достаточна широка. Нам представляется наиболее интересным использование возможностей среды Macromedia Flash в обучении физике.

В период с 2008 по 2010 годы в рамках этой технологии нами были созданы практикумы по темам:

1)  сила упругости;

2)  закон сохранения импульса;

3)  сила тяжести, вес тела;

4)  взаимодействие тел;

5)  диффузия и движение молекул для 7 класса;

6)  тепловая физика для 8 класса;

7)  относительность движения

8)  МКТ.

Затем появилось новое программное обеспечение, разработанное в НГПУ (математический факультет, сегодня - ИФМИЭО), поэтому мы стали использовать Редактор интерактивных практикумов (practicumCreator 1 и 2 версии), позволяющий в рамках технологии Flash создавать тесты и интерактивные практикумы. Авторами технологии разработки интерактивных средств обучения и программы practicumCreator являются преподаватели НГПУ: и

С практикумами по алгебре, геометрии, матанализу, педагогике, информатике, разработанными на МФ НГПУ вы можете познакомиться подробно на сайте http://mpm. ***** .

Возможности программы practicumCreator для создания интерактивных практикумов

В программе реализованы следующие элементарные интерфейсы:

1)  Создание текстовых полей, формул

2)  Вставка рисунков и графиков функций;

3)  Создание тестов с единственным выбором;

4)  Создание тестов с множественным выбором;

5)  Текстовое поле ввода;

6)  Создание ячеек и совмещаемых с ними карточек.

7)  Вставка анимации

8)  Возможность разветвления хода решения задачи

Процесс разработки интерактивных практикумов

Под разработкой интерактивного практикума (сборника задач) подразумевается воплощение решения задач в электронном виде путём использования элементарных интерфейсов.

Разработка практикума состоит из следующих этапов:

1)  постановка учебной задачи;

2)  формализация содержания решения;

3)  программная реализация практикума;

4)  экспертиза.

Рассмотрим эти этапы подробнее. На первом этапе ставится цель создания практикума, учитывая условия его использования в процессе обучения. В соответствии с целью выбирается содержание (задача) практикума в традиционной формулировке. Подробно описываются все способы решения этой задачи, методика обучения этим способам.

На втором этапе, согласно способу решения составляется алгоритм решения задачи и раскладывается на простейшие шаги. Для каждого шага описываются требуемые возможности интерфейса. Исходя из этих возможностей, каждому шагу алгоритма устанавливается соответствующий тип интерфейса.

На третьем этапе – программной реализации – формализованная задача, разделённая на шаги с описанными интерфейсами, создаётся в среде Macromedia Flash MX 2004 (в данном случае задача сначала создаётся в программе practicumCreator, а затем помещается в Macromedia Flash MX 2004). Сначала создаются переменные, которые используются в условии задачи, на промежуточных этапах решения и в вычислении конечного ответа. Создаётся условие задачи с выводом исходных данных и чертежей. Затем создаются элементы каждого шага алгоритма, устанавливается последовательность шагов решения. Для созданных элементов задаётся проверка правильных вариантов на каждом шаге, задаётся обратная связь (помощь или подсказка в виде сообщения или изображения) которую получит пользователь при ошибке на данном шаге.

На четвёртом этапе в ходе экспертизы подтверждается соответствие полученного практикума поставленной цели. Для этого проводится анализ для установления соответствия традиционного способа решения математической задачи и решения при помощи практикума. Проверяется правильность математического решения задачи в практикуме. Затем проводится пробное внедрение на группе учащихся. После решения задач практикума проводится анкетирование, целью которого является установление возможных неточностей, ошибок в программе, в оформлении и удобство использования интерфейса. После устранения возможных неточностей, несколько практикумов можно включать в модуль по одной теме.

Требования к реализации задач для практикума:

- выбор оптимального интерфейса для данной задачи (соответствие содержанию материала);

- наличие инструмента решения задачи (для решения не нужны иные средства кроме компьютера и программы);

- возможность разбиения задачи на более простые части (шаги алгоритма решения);

- проверка правильности составления алгоритма решения (последовательность шагов);

- проверка правильности каждого этапа решения;

- интерактивность (консультация в процессе решения задачи или после проверки ответа);

- возможность многократного повторения решения задачи;

- проверка результата решения (ответа);

- учёт дополнительных параметров при решении (количество попыток решения, время решения задачи, запоминание ошибочных действий – шагов на которых были совершены ошибки).

Требования к реализации модуля практикума:

- взаимосвязанность задач по данной теме;

- возможность как последовательного доступа к задачам, так и произвольного;

- возможность просмотра своих результатов учеником;

- возможности учителя (и ученика) просмотра и сохранения текущих и окончательных результатов решения группы учеников.

Отдельного описания требует взаимосвязанность задач по данной теме. Такая взаимосвязанность проявляется в двух аспектах: тематическая связь (симметричные задачи, обратные задачи, задачи на составление алгоритма решения и на решение конкретного шага в этом алгоритме и т. п.) и взаимосвязь на уровне аналогии интерфейса задачи.

Использование практикумов при обучении физике

Созданные интерактивные практикумы можно использовать в нескольких целях:

1)  для организации наглядной лекции (с проектором), включающей решение задачи;

2)  для решения задач на уроке;

3)  для организации проверочных работ на уроке (проверка – автоматизирована, объективная, моментальная);

4)  организация домашней самостоятельной работы, подготовка к ЕГЭ (доступ к информационному ресурсу через сеть Интернет);

5)  организация работы с одарёнными детьми в рамках подготовки к школьной научно-практической конференции.

Процесс решения задачи с помощью интерактивного практикума учащимися

При запуске задачи на экране появляется условие задачи и шаблон её решения. Для анализа условия задачи предлагается заполнить «Дано:» и рисунок. Прежде чем приступить к вычислениям, следует все данные выразить в Международной системе единиц (СИ). Далее предлагается составить поэтапное решение задачи. Шаблон решения представляет собой запись решения задачи, содержащую пустые ячейки и текстовые поля. Пустые ячейки заполняются специальными карточками, которые находятся в отдельной области экрана. Ячейки заполняются карточками «перетаскиванием» (по технологии drag-and-drop) Карточки разбиты на группы: обозначения физических величин, размерность физических величин, числа и знаки. В текстовые поля с клавиатуры вводятся числовые значения. После того, как ученик заполнил шаблон решения, нужно нажать на кнопку «Ответ», при этом программа проверяет правильность заполнения шаблона решения и, если есть ошибки, то она показывает первый шаг, на котором совершена ошибка. После исправления ошибки необходимо ещё раз нажать на кнопку «Ответ». Программа выдаёт сообщение о правильности решения задачи и считает количество использованных попыток.

После того как ученик решил задачу, он может вернуться к списку задач, нажав на кнопку «Содержание». В содержании отображается, сколько задач решил ученик, общее количество попыток и затраченное время. Для каждой задачи указывается результат решения («+» или «-») и количество затраченных попыток.

Выводы

Работа с одарёнными детьми, в рамках научно-практической работы со школьниками имеет следующую цель: используя рекомендованные задачники, создать интерактивный сборник задач по физике, работа в котором позволяла бы осуществлять поэтапную проверку решения задачи, формировать и закреплять навыки решения задач. Создание такого задачника по всему курсу школьной физики – это очень длительная и трудоемкая задача.

Цель достигается путём решения следующих задач:

1)  изучение технологии создания интерактивных средств обучения;

2)  подбор, анализ условия, решение и исследование физических задач по выбранной теме;

3)  составление задач, конструирование практикумов и объединение их в модуль.

С одной стороны использование интерактивных практикумов при обучении физике в средней школе – по сути – частичное делегирование функции поэтапной проверки решения задачи вычислительной технике. Высвобождая часть ресурсов учителя, такой инструмент способствует творческому развитию учителя, даёт новый масштаб мышления. С другой стороны – разработка самыми продвинутыми детьми новых практикумов решает ту же задачу – передача части функций учителя (в нашем случае – создателя практикумов) – ученику. Таким образом развивающееся сотворчество учеников и учителей способствует основной цели современного образования: повышению качества образования, развитию творчества, различных современных компетентостей учащихся, и в общем - модернизации и внедрению инноваций в процесс обучения физике.

Список используемой литературы:

1)  Сборник задач по физике. Для 9-11 кл. общеобразовательных учреждений./ Составитель . – 2-е изд. М.: Просвещение, 1996. – 256 с.: ил.

2)  Рымкевич . Задачник. 10 – 11 кл.: Пособие для общеобразовательных учебных заведений. – 8-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2004. – 192 с.: ил.

3)  Единый государственный экзамен: Физика: Сборник заданий/ , , .- М.: Просвещение, Эксмо, 2006.-240 с.

4)  Физика (законы, формулы, алгоритмы решения задач): Справочное пособие./ Под общей редакцией, д. п.н., профессора – СПб: «Специальная Литература», 1997. – 328 с.: ил.

5)  Разработка интерактивных средств обучения с помощью Macromedia Flash MX 2004./ , . – Новосибирск: Изд. НГПУ, 2005. – 48 с.: ил.

6)  Руководство по разработке интерактивных практикумов с помощью программы practicumCreator v1.0 на базе технологии Macromedia Flash MX 2004./ , . // http://mpm. ***** .