Серия научных статей, отражающих новые подходы к преподаванию физики на базе цифровых технологий в контексте реализации национальной образовательной инициативы «Наша новая школа» (стр. 1 )

Институт научной информации РАО

Серия научных статей, отражающих новые подходы к преподаванию физики на базе цифровых технологий в контексте реализации национальной образовательной инициативы «Наша новая школа»

Черноголовка 2011 г.

Рецензенты:

Директор ИНИМ РАО академик РАО

Зам. директора ИНИМ РАО д. п.н.

Ханнанов научных статей, отражающих новые подходы к преподаванию физики на базе цифровых технологий в контексте реализации национальной образовательной инициативы «Наша новая школа», 2 п. л., ИНИМ РАО, Черноголовка, 2011 г.

Аннотация. В серии статей дан анализ возможностей и преимуществ методик развития творческих способностей и исследовательских навыков школьников, использующих информационные технологии для формирования базовых понятий и навыков, предусмотренных новыми стандартами физического образования для основной школы (интерактивные компьютерные задания), для проведения физического практикума (цифровые датчики физических величин), для организации исследовательской деятельности (цифровые инструменты на основе компьютерной периферии и специальных программ в открытом доступе), и для организации творческих соревнований (интернет – олимпиады).

Содержание.

, , Использование ВЭБ - камеры для повышения наглядности демонстрационного эксперимента по физике. 3

, Ханнанов использования электронного издания «1С: Школа. Физика 7 кл.» для формирования частнопредметных и общеучебных умений. 11

Ханнанов инструменты для проведения исследовательских работ по естественнонаучным предметам. 25

, , Олимпиады по естественно-математическим дисциплинам в сети Интернет. Некоммерческие олимпиады школьников России. 42

, , Ханнанов по естественно-математическим дисциплинам в сети Интернет. Математические олимпиады за рубежом.. 66

, Ханнанов интернет-олимпиады по физике с другими формами интеллектуальных состязаний. 79

, , Интернет –олимпиады как способ развития творческих способностей школьников. 96

Статья опубликована журнале Физическое образование в вузах, 2011, Т. 17, N 1, с.59-67

, , Использование ВЭБ - камеры для повышения наглядности демонстрационного эксперимента по физике

УДК 53.07+372.853

Аннотация. Обсуждается ряд примеров совместного использования датчиков физических величин и ВЕБ-камеры, что открывает новые возможности повышения наглядности и получения количественных соотношений в ходе демонстрации.

Ключевые слова: наглядная демонстрация физических явлений, преподавание физики, физический эксперимент, компьютер, интерактивная доска, ВЕБ-камера,

Введение. Опыт создания системы оборудования, хорошо известной общественности под брендом “L-микро”, показал перспективность комплексного подхода в решении проблемы оснащения учебного процесса современным оборудованием. Основные методические и технические предпосылки, на которых основывалась эта система, были сформированы более пятнадцати лет назад. С тех пор прошло много времени, и кардинальным образом изменились как требования к школьному естественнонаучному образованию, так и технические возможности реализации эксперимента в школе. В частности последние два года ознаменовались беспрецедентным объемом поставок информационной техники в школы. В кабинетах физики появились учительский компьютер, мультимедиа проектор, интерактивная доска и даже набор ноутбуков на каждого ученика. Поэтому фирма «Научные развлечения» разрабатывает новую систему оборудования, продолжающую идею использования датчиков в демонстрационном эксперименте, удобные системы хранения лабораторного оборудования, а также создает работы компьютеризированного практикума [1], и наборы для проведения занимательных экспериментов в домашних условиях [2].

В рамках работ по развитию демонстрационного оборудования, в настоящее время, на наш взгляд, важно предложить педагогически оправданные формы использования интерактивной доски, дающей абсолютно иные возможности учителю, не меняя кардинально его положения в аудитории. Данная работа посвящена изложению некоторых идей развития демонстрационного эксперимента по физике с использование ВЕБ - камеры.

Повышение качества статичного и видеоизображения, получаемого с помощью ВЕБ - камер, при ее относительной дешевизне и обязательной поставке программного сопровождения, позволяющего состыковать ее работу с любым компьютером, делают ее весьма привлекательной для использования в тех же целях, что и видеокамеру. Перечень таких примеров невелик, поэтому расширение круга демонстрационных экспериментов, в которых оправдана демонстрация через мультимедиа проектор изображения с видеокамеры, на наш взгляд, весьма актуально. В литературе обсуждается использование видеокамеры для

увеличения масштаба получаемой на экране картины (интерференционных полос или осциллограммы) [3,4]; покадровой обработки получаемого видеоизображения, дающей количественные закономерности (полет мяча, капиллярные явления и т. д.) [4,5].

В наборе лабораторных работ для компьютеризированного практикума по волновой и квантовой оптике
эти идеи использованы [1] для фиксации интерференционной картины с помощью ВЕБ - камеры, получаемой на матовом экране по аналогии с [3]. Поскольку это не демонстрационный, а лабораторный эксперимент, то программное обеспечение к работе позволяет, зафиксировав это изображение, затем обрабатывать его с помощью цифровых инструментов (с целью получения длины волны лазера). При таком разделении процессов фиксации картины и ее обработки минимизируется время попадания лазерного излучения в глаза учащегося или студента.

В данной работе рассматриваются (рис.1) новые возможности использования ВЕБ - камеры для

увеличения фрагмента установки в ходе демонстрации тепловых явлений; наблюдение мнимого изображения; для регистрации ИК-излучения.

Рис.1

Увеличение фрагмента установок по демонстрации тепловых явлений. При разработке демонстрационных опытов с показом таких тепловых явлений как плавление, кипение и т. п. мы сталкиваемся с методическим противоречием между необходимостью увеличить размер установки для возможности наблюдения явления на большом расстоянии и уменьшить ее размер для уменьшения времени, отведенного на демонстрацию. Нагрев больших количеств вещества (порядка 1 кг или 1 л) требует при ограниченных мощностях теплоподвода увеличения длительности эксперимента, что недопустимо в пределах одной лекции или урока. Кроме того, возникают ограничения связанные с техникой безопасности, равномерностью прогрева образца и т. п.

И в классических демонстрациях, например, при наблюдении критической температуры этилового эфира [6] в таких случаях прибегали к увеличению фрагмента установки, используя мощные проекторы и демонстрируя увеличенное изображение ампулы на экран. В разработанном нами наборе для демонстрационного эксперимента «Тепловые явления» [7] для увеличения фрагмента установки по демонстрации плавления металлов (или кипения жидкостей) предложено использовать ВЕБ – камеру. На экране через мультимедиа проектор одновременно демонстрируются и «кривая нагревания и охлаждения», получаемая с датчика температуры, и изображение плавильной ложечки, в которой нагревается и плавится металл (рис.2). Непрерывное постукивание по рукоятке ложечки позволяет на видеоизображении с ВЕБ – камеры наблюдать начало появления жидкости в ложечке. В этот момент времени на «кривой нагревания – остывания» появляется плато, соответствующее переходу металла из твердого в жидкое состояние. Аналогично демонстрируется переход металла из жидкого в твердое состояние с одновременным переходом второго плато на кривой T(t) на спадающий участок остывания металла. Одного – двух грамм металла хватает, чтобы с помощью обычной спиртовки в течение 1-2 минут расплавить его, и при этом получить достаточно качественную кривую с двумя горизонтальными участками, соответствующими температуре плавления (рис.2).

Рис.2

Установка включает специальную оснастку для крепления ложечки, датчика и ВЕБ - камеры. В ней удается получить значения температур плавления олова, свинца и цинка, близкие к табличным величинам.

В случае кипения жидкостей на аналогичной установке, где ложечка заменена на пробирку, удается продемонстрировать:

постоянство температуры кипения жидкости Tкип при атмосферном давлении, возможность нагревания жидкости без кипения до температур выше Tкип при увеличении давления над ней выше атмосферного кипение при температуре меньше Tкип, если давление над жидкостью ниже атмосферного.

При этом хорошее освещение зоны прогрева и настойка параметров работы ВЕБ -камеры позволяют одновременно наблюдать и процесс закипания и его прекращения и ход температуры в сосуде.

В обоих опытах малый масштаб установок, обеспечивает не только малое время демонстрации, но и подходящий темп теплопередачи, а кроме того минимизирует пожароопасность демонстраций. Программное обеспечение набора позволяет вести управление прямо с интерактивной доски, без обращения к мышке. Зарегистрированная кривая нагревания сохраняется после его окончания, может быть увеличена, уменьшена программными методами, числовые значения температуры и времени в различных точках кривой выводятся в соответствующее окно при выведении на экран вертикального маркера. Кроме того, видеокамера может использоваться для записи опыта в видео файл для последующего его воспроизведения.

Отметим, что получение кривой нагревания с четкими участками «плато» в ходе плавления и кристаллизации в рамках демонстрационного эксперимента достаточно сложная задача. В методиках для школы она реализуется обычно с помощью плавления льда при 0 градусов с постоянным его перемешиванием. Можно было бы реализовать его, увеличивая шкалу жидкостного термометра с помощью ВЕБ- камеры, однако опыт длится 15 минут и требует приготовления льда [8]. В работе [9] описана экспериментальная задача, в ходе которой происходит кристаллизация и остывание небольшой массы парафина, поскольку авторы справедливо отмечают, что в связи с низкой теплопроводностью неметаллического вещества трудно обеспечить условия теплового равновесия по всему объему вещества. Для получения качественной кривой предпринимаются усилия по замедлению темпов теплоотвода в окружающий воздух, и опыт длится не менее 30 минут. Наши попытки получить надежное плато с помощью наборов по кристаллизации на основе подкрашенных парафинов [10] не привели к предполагаемому результату в ходе нагревания с помощью различных источников, хотя авторы разработки [10] утверждают, что при охлаждении на воздухе расплавленного парафина плато наблюдается (рис.3).

Рис.3

Также требуются специальные усилия [7], обеспечивающие устойчивое закипание в установке по изучению зависимости температуры кипения над жидкостью. В ней ВЕБ – камера также демонстрирует процесс закипания органической жидкости в пробирке при погружении ее в горячую воду одновременно с регистрацией кривой нагревания.

Нами также разработана работа по изучению траектории заряженных частиц в магнитном поле с использованием ВЕБ - камеры. В этой работе, также производится увеличение фрагмента установки с демонстрацией формы траектории частиц на экране через мультимедиа проектор. Параллельное с ВЕБ – камерой использование датчика магнитного поля позволяет продемонстрировать, как радиус орбиты частиц зависит от индукции магнитного поля. Программное обеспечение позволяет также достаточно просто измерить радиус орбиты заряженных частиц и шаг винтовой линии при их движении по этим сложным траекториям.

Объективизация мнимого изображения. ВЭБ – камера может быть использована и для объективизации мнимого изображения. Такой подход реализован нами, например, для демонстрационного эксперимента с получением линейчатого спектра газоразрядной лампы.

В кабинете физики 70-х – 80-х годов прошлого столетия линейчатый спектр демонстрировался на экране с помощью осветителей мощных дуговых ламп с угольными электродами или ртутных ламп низкого давления ПРК [11], которые теперь исключены из оборудования кабинетов.

В современной методике преподавания физики в школе демонстрируются линейчатые спектры газоразрядных трубок, наполненных гелием, неоном, аргоном водородом. При этом ученикам предлагается наблюдать их либо через двухтрубный спектроскоп, поочередно подходя к нему и приставляя глаз к окуляру, или с помощью спектроскопа прямого зрения со своих рабочих мест направляя трубку спектроскопа на узкую часть газоразрядной лампы, светящейся на столе учителя [8]. Во втором случае помещение практически полностью затемняется. В работе [9] для наблюдения спектров газоразрядной лампы предлагается использовать дифракционную решетку (рис.4а).

а) б)

Рис.4

Во всех этих случаях спектр регистрируется сетчаткой глаза (рис.4б), то есть наблюдается «мнимое изображение» линий.

Появление в кабинетах физики компьютеров с ВЕБ - камерой позволяет перейти к объективизации такого спектра - демонстрации изображения спектра на экране). Специальная оснастка для ВЕБ камеры позволяет заменить ею глаз наблюдателя у окуляра спектроскопа, сформировать изображение спектра на матрице ВЕБ – камеры и затем выводить его через мультимедиа проектор на экран (рис.5а).

а) б)

Рис.5

Аналогично получается изображение и с помощью дифракционной решетки. На рис.5б показан процесс получения с помощью дифракционной решетки (300 штрихов на мм) спектров первого и второго порядка от бытового светильника с газоразрядной лампой, который снабжен специальной щелевой насадкой. Спектр может быть получен на мониторе компьютера и продемонстрирован через проектор на экран. Получаемая картина может быть легко обработана с использованием цифровых инструментов или с помощью обычной линейки путем измерения расстояния от щели до ВЕБ – камеры, расстояния от нулевого максимума до первого дифракционного максимума и его сопоставления с масштабом репера, находящегося в одной плоскости с щелью [1, 12].

Регистрация инфракрасного излучения. ВЭБ камера может быть использована и как датчик ИК - излучения [13]. Модификация установки, изображенной на рис.2б, за счет замены газоразрядной лампы на платформу с укрепленными на ней красным и инфракрасным светодиодами позволяет достаточно просто сравнить длины волн излучения этих двух светодиодов и показать, насколько длина волны инфракрасного излучения одного источника больше. Следует только обратить внимание учащихся на условность «фиолетового цвета» пятна от инфракрасного диода на экране, поскольку ВЭБ камера и программа обработки сигнала от нее на были рассчитаны на «визуализацию» сигнала, возникающего в результате освещения участка матрицы ИК - излучением. В работе [14] нами показано, как цифровая камера мобильного телефона, также чувствительная к ИК – излучению, может быть использована для восстановления хода ИК – «луча» через плоскопараллельную пластину из оргстекла. Авторами [13] предложен целый ряд демонстраций по волновой оптике
, основанных на таком использовании ВЕБ - камеры.

Таким образом, использование ВЕБ – камеры позволяет модернизировать классические демонстрационные опыты, выступая в качестве средства увеличения зоны протекания физического процесса, повышая, таким образом, наглядность демонстрации. За счет этого стирается грань между лабораторным экспериментом и демонстрационным экспериментом, что позволяет расширить поиск методически оправданных способов ее использования в область модификации лабораторного практикума. Сходство оптической системы глаза и ВЕБ - камеры позволяет провести регистрацию многих экспериментов по переводу мнимых изображений из ранга субъективно-визуального на объективно-фиксируемый и демонстрируемый на экране. Чувствительность матрицы ВЕБ – камеры к невидимому глазу ИК - излучению, позволяет заменить демонстрации, выстраивающие аналогии между волновыми свойствами видимого света и невидимых электромагнитных волн и реализуемые в сантиметровом радиодиапазоне, на демонстрации в ИК диапазоне. Появление мощных ИК – осветителей на основе ИК - диодов может позволить и создание эффектных демонстраций по наблюдению холодных объектов в темноте.

Литература.

1. , , Проблемы создания школьного компьютеризированного практикума по физике и возможные пути их решения, Физическое образование в вузах, Том 15, номер 1, 2009, с.100 – 113

2. http://www. *****

3. À.В. Селиверстов, , Использование устройств видеозахвата в лекционном эксперименте по физике, Физическое образование в вузах, 2002, т.8, №3, 97-102

4. Я, , Новые видеовозможности на уроке физики, ИКТ в образовании", № 15, 2008

5. Скворцов À.И., Фишман À.И., Измерительный комплекс на базе компьютера в лекционных демонстрациях: I. Àнализ механического движения с помощью видеокамеры, Физическое образование в вузах, 2001, Т. 7, № 2, с. 85–92,

6. , Критическое состояние эфира, в кн. Демонстрационный эксперимент по физике в старших классах средней школы. Т. I, под ред. . Изд.2-е, М., Просвещение, 1971

7. Тепловые явления: Руководство по выполнению демонстрационных экспериментов. / , . – М.: Научные развлечения, 2010.

8. Фронтальные лабораторные занятия по физике в 7-11 классах общеобразовательных учреждений, под ред. и , - М.: Просвещение, 1996.

9. , , Экспериментальные задания по физике. 9-11 классы. – М.: Вербум-М, 2001.

10. http://*****/node/1126

11. , Дисперсия света, в кн. Демонстрационный эксперимент по физике в старших классах средней школы. Т. II, под ред. . Изд.2-е, М., Просвещение, 1972

12. , , Изучение линейчатого спектра «экономной» лампы, Физика в школе, 2010, №2, 2010, с. 51-59

13. , Семериков. В. А., , Демонстрационные опыты с инфракрасным излучением, Современный физический практикум [Текст]: материалы X международной учебно-методической конференции / под ред. и . – М.: Издательский дом МФО, 2008, с.150-151

14. , Инфракрасный фонарь, Физика для школьников, №2, 2010, с.29-34

Статья принята к публикации в журнал «Физика в школе»

, Ханнанов использования электронного издания «1С: Школа. Физика 7 кл.» для формирования частнопредметных и общеучебных умений.

Аннотация. Показана возможность повышения эффективности формирования частнопредметных и общеучебных умений при изучении физики на основе интерактивных компьютерных заданий, входящих в электронное издание «1С:Школа. Физика, 7 кл.». Предложено несколько моделей организации учебной деятельности с использованием электронного издания на уроках и во внеурочное время. Обсуждается взаимосвязь эффективности созданных электронных дидактических материалов с соблюдением психодидактических принципов при разработке этих материалов.

Ключевые слова: электронные издания; информационные технологии в преподавании физики; интерактивные задания; методика преподавания физики; цифровые ресурсы.

На фоне непрерывных попыток модернизации физического образования в последние годы и естественной инертности (в хорошем смысле этого слова) школьной образовательной системы, мы можем констатировать два очевидных результата такой модернизации основной школы:

число новых элементов знаний, которые должны осваиваться, возросло (элементы ядерной физики, теории электромагнитных волн и т. д.); количество часов, отводимых на изучении физики, уменьшилось (8 класс: 2,5 часа ® 2 часа; 9 класс: 3 часа ® 2 часа).

В этой ситуации становится очевидным, что, если мы хотим сохранить уровень результатов обучения в основной школе, то необходимо искать новые подходы для их достижения. Поиску новых средств обучения физике и созданию дидактических материалов на основе информационных технологий и посвящена данная статья. В настоящее время, когда реализована программа компьютеризации российских школ, такой поиск является весьма актуальным.

Цифровые дидактические материалы могут повысить мотивацию к изучению предмета и дополнить полиграфические издания для достижения ряда требований образовательного стандарта нового поколения:

-  освоения методов научного познания (от построения графиков до выдвижения гипотез и выбора модели объекта);

-  формирования общеучебных и частнопредметных умений;

-  формирования информационных компетенций.

Комплект дидактических материалов по физике на основе интерактивных компьютерных заданий.

При создании новых дидактических материалов должны быть учтены результаты исследований в области психодидактики. Кроме того, дидактические материалы на основе интерактивных компьютерных заданий должны освободить учителя от рутинных операций и перевести его деятельность из области контроля в область консультирования.

С этой целью нами было разработано электронное издание (ЭИ) «1С:Школа. Физика, 7 кл.» [1], в котором отведено значительное место материалам для тренинга учащихся, направленным на формирование общеучебных и частнопредметных умений при изучении физики. Кроме того, в это издание вошел электронный учебник для 7-го класса (по структуре соответствующий содержанию учебнику ), иллюстрированный яркими анимациями, видео, коллажами и иными мультимедиа средствами, повышающими наглядность изложения (рис.1-2).

Рис.1 Рис.2

Для организации работы с электронным изданием в классах, оборудованных 10—12 компьютерами, была также разработана «Рабочая тетрадь» [2]. Она позволяет на уроке вовлечь в учебный процесс всех учеников класса, даже в случае наполняемости класса 25—30 учащимися.

В ЭИ [1] при создании интерактивных заданий мы постарались максимально учесть опыт советской методики программированного обучения, использованный в преподавания физики [3]. При использовании «карточек», входящих в подобные сборники дидактических материалов, нагрузка по проверке правильности выполнения серии заданий ложилась на плечи учителя. Современные компьютерные программы позволяют организовать проверку даже сложных процедур (расположение и изменение формы графических объектов на экране и др.), а также дать цветовые, звуковые, текстовые реакции на любые действия учащихся. Поэтому продуманная сценарная работа позволяет создавать «тренажеры стандартных процедур» [4], проверку которых раньше можно было доверить только учителю (построение графиков, построение схем электрической цепи и хода лучей в линзе и т. п.). На рисунках 3 и 4 показаны задания [1], требующие сложения нескольких векторов силы, направленных по одной прямой. В одном случае использована техника «схватить и потянуть», во втором — «выбрать из выпадающего списка». Использование различных по типу заданий для формирования одного и того же понятия или умения – важный психодидактический принцип обучения, который был учтен при разработке электронного издания. Кроме того, во втором случае верно заполненные ячейки подкрашиваются зеленым цветом, что помогает ученику быть уверенным в правильности выполнения определенного этапа задания.

Рис.3 рис.4

Опытные педагоги могут распознать на рисунках 4 и 6 методические приемы, использовавшиеся на карточках с заданиями [5], которые многие годы использовались преподавателями физики основной школы.

На рис. 5 приведено задание, в котором компьютер проверяет правильность расположения начала вектора силы, направления вектора и его длины. В случае неверности каждой операции на экране появляется соответствующее замечание. На рис. 6 показано задание, где следует расставить объекты в нужной последовательности. Компьютер и в этом случае способен отследить правильность расположения рисунков в нужной последовательности и выдать соответствующие комментарии.

рис.5 ри.6

Подобные задания – в отличие от заданий с выбором одного правильного ответа из нескольких – в значительной мере позволяют избежать возможности получить правильный ответ путем перебора. Кроме того, ученик производит различные действия: вытягивание стрелок на экране, установка объекта в нужном месте экрана и установка объектов в нужной последовательности, вбивание букв и цифр в определенные ячейки с помощью клавиатуры и т. д. Разнообразная по форме учебная деятельность учащихся и мгновенная реакция компьютера на их действия повышают мотивацию к выполнению учебных заданий и к изучению предмета в целом.

Интерактивные компьютерные задания, разработанные на предметном содержании физики 7-го класса, способствуют одновременному закреплению как общеучебных, так и частнопредметных знаний и умений, не требуя при этом дополнительного учебного времени. Именно за счет такого сочетания идет интенсификация процесса их усвоения. При этом важно, что каждый ученик выполняет задания в удобном для него темпе. Учитель же имеет возможность консультировать тех, у кого возникли затруднения, интересоваться ходом рассуждений отдельных учеников, то есть появляется возможность индивидуализации обучения.

Требование к освоению методов научного познания, закрепленное в стандарте физического образования, предполагает формирование определенных умений, зачастую носящих общеучебный характер. Поэтому в состав электронного издания [1] специально включены подборки заданий для формирования таких умений, как: «перевод значений физических величин из одних единиц измерения в другие с использованием единиц СИ и сокращающих приставок», «чтение и построение графиков» и др. Освоение этих общеучебных умений крайне важны при аттестации учащихся в тестовой форме (ЕГЭ и ГИА) [6].

При разработке комплекса интерактивных заданий для электронного издания [1] были соблюдены общедидактические принципы: прочности результатов обучения, развития познавательных сил учащихся, доступности, системности и др. [7]. Проиллюстрируем реализацию некоторых принципов в структуре электронного издания и в содержании интерактивных заданий.

В табл. 1 приведены списки интерактивных компьютерных заданий [1], направленных на формирование определенных общеучебных и частнопредметных умений. Данные таблицы наглядно демонстрируют, что каждое из обозначенных умений отрабатывается на различных темах курса физики в течение всего учебного года, что удовлетворяет требованиям психологов к формированию общеучебных умений на материале различных тем в рамках учебного предмета. Это также соответствует дидактическому принципу прочности результатов обучения, который требует правильной организации и периодичности упражнений. Кроме того, прочность освоения знаний и умений обеспечивается своевременной проверкой и оценкой правильности выполняемых учащимися учебных действий, что в полной мере обеспечивается режимом интерактивного взаимодействия учащегося с компьютером. Получение различных комментариев и подсказок от компьютера в случае возникших затруднений при решении той или иной задачи, отсутствие боязни ошибиться и повышение активности действий в поиске правильного решения, – все это способствует развитию познавательных сил учащихся при работа с интерактивными заданиями [1].

Таблица 1

Подборки заданий из электронного издания [1] для формирования соответствующих умений

Умение	Параграф (номера заданий) электронном издании [1]
1. Перевод значений физических величин из одних единиц измерения в другие	§4 (3-10); §5(1-4); §6(3); §9 (4,5); §10 (1-3); §14 (5-7); §15(1-3); §16 (7); §17(6); §19 (4-6); §20 (2,4,7); §27(5); §31 (5); §32 (7); § 33 (2,4-7); §34 (8,10); §35 (1-3); §37(3); §38 (6,8); §39 (1,7); §40(4); §41(4,6,8); §43(3); §44 (5); §45 (5); §48(4); §49 (4,8); §50 (6-8); §51 (5); §52(4,5); §53 (7); §54(3,5-7,9)
2. Чтение и построение графиков и диаграмм	§6 (3), §10 (5–11), §11 (4–6), §20(6–8), §25(1), §36(3), §44(5,6), §48(7,8)
3. Считывание и использование показаний приборов	§5(1,2,4-11,13); §6(3); §8(1,5); §11(4); §16(6), §21(9), §33(6,7); §37(4); §38(8), §41(5-7), §44(5), §49(8), §50(6,7), §51(3), §53(9), §54(3)
4. Выполнение операций с векторными величинами	§16(3-5); §17(2,3,5); §18(2,4-6); §19(5); §21(3-8); §22(2-7); §23(2-5); §24(5); §25(2,4-6); §43 (1,2); §44 (1,2); §50 (1-3,5); §52 (2,4); §54 (4)
5. Работа с понятийным аппаратом физики в вербальной форме	§7 (1-2), §8(2), §9(1,3,6), §12(1), §13(1), §14(1), §16(1), §17(1,4), §18(1), §19(2), §20(1), §21(1), §22(1), §23(6,7), §24(3); §27(4), §30(1), §32(2); §33(1), §34(1), §35(5), §36(1,2), §48(1), §50(1), §51(2), §52(3), §53(1-4), §54(1)

Соблюдение принципа доступности при разработке структуры ЭИ [1], включающего правило «переходить от простого к сложному», проиллюстрировано на примере заданий, направленных на формирование умения «чтение и построение графиков» (рис. 7–11). Первые два задания (рис.7–8) учат сопоставлять положение объектов: показания часов и ячейки таблицы. Третье задание (рис. 9) направлено на развитие умения переводить информацию, представленную в графическом виде, в табличный вид: координаты цветных точек на графике заносятся в таблицу. При выполнении четвертого задания (рис. 10) цветные точки уже следует перемещать по вертикали, пока координата каждой из них не совпадет со значением, приведенным в таблице. Когда все точки будут установлены в нужных местах, ученик должен растянуть заготовку (в виде отрезка) для построения графика должным образом. На следующих этапах ученику даются еще более сложные задания. В электронном издании содержатся также и задания на анализ готовых графиков.

Рис.7 Рис. 8

Рис.9 Рис.10

Умение интерпретировать данные, представленные графическим образом, формируется и в простых заданиях (на воспроизведение), и в заданиях на высоком (творческом) уровне. Например, на рис.11 представлено задание, для выполнения которого необходимо проанализировать представленное графически изменение удаленности бабочки от цветка с течением времени. Для выполнения задания необходимо уметь не только интерпретировать представленную графически информацию, но и иметь развитое пространственное воображение. Особенно трудной может оказаться задача найти правильный ответ для участка, соответствующего временному интервалу «6–8», так как для него верными являются сразу два ответа.

При выполнении интерактивных заданий варьируются формы подсказок. В задании, показанном на рис.11, неверные ответы выделяются красным цветом, и появляется возможность воспользоваться подсказкой, нажав мышкой на соответствующий значок «?» на экране компьютера. В качестве подсказок используется и текст, и динамическая иллюстрация, отражающая «рисование графика во времени».

Рис.11

В задании на рис. 12, с помощью которого представления о том, что такое «модель объекта», в текстах подсказок сформулирован авторский комментарий, дополняющий текст учебника, в котором данное понятие освещено в недостаточном объеме.

Рис.12

Мгновенная и разнообразная реакция на действия ученика роднит интерактивные задания с компьютерными играми. В составе ЭИ [1] содержатся и несколько заданий в виде дидактических игр (рис.13). Их возможное использование и роль может стать предметом отдельного обсуждения среди учителей и методистов. Однако ясно, что подобные дидактические материалы соответствуют принципам создания благоприятного климата и активности учащихся в обучении.

Рис.13

Принцип системности в обучении требует сохранения преемственности содержательной и процессуальной сторон обучения при разработке дополнительных дидактических материалов к определенному учебнику. Согласно этому принципу, исходные понятия изучаются раньше, а практические задания с использованием новых понятий следуют за изучением теории. При этом каждое отдельно взятое учебное занятие – это логическое продолжение предыдущего как по содержанию изучаемого учебного материала, так и по характеру, способам учебно-познавательной деятельности.

Структура ЭИ [1] и «Рабочей тетради» [2] привязаны к структуре учебника для 7-го класса (для каждого параграфа разработано 4-10 заданий). В табл. 2 показано, какие номера заданий из «Рабочей тетради» и какие подборки интерактивных компьютерных заданий из ЭИ [1] соответствуют различным параграфам учебника .

Использование дополнительных дидактических материалов [1,2] по схеме, отраженной в табл. 2, позволяет обеспечить систематичность и системность в процессе обучения физике в 7-м классе на основе учебника . Взаимосвязь содержания и иллюстративного ряда этого комплекта изданий (рис.14) обеспечивает удобство их использования в практике.

Таблица 2

Соответствие содержания дидактических материалов учебника А. В.  Перышкина «Физика. 7 класс», «Рабочей тетради. 7 класс» и электронного издания «1С: Школа. Физика. 7 кл.»

Учебник, §	Рабочая тетрадь, №№	ЭИ, §	Учебник §	Рабочая тетрадь, №№	ЭИ, §
1.1–1.4	1	33.1–33.7	34
2.1–2.5	2	34.1–34.4	35
3.1–3.5	3	35.1–35.4	36
4.1–4.10	4	36.1–36.4	37
5.1–5.5	5	37.1–37.3	38
6.1–6.3	6	38.1–38.6	38
7.1–7.4	26	39.1–39.5	39,40
8.1–8.4	27	40.1–40.4	41
9.1–9.4	28	41.1–41.3	41
10.1-–0.5	28	42.1–42.5	41
11.1–11.3	30	43.1–43.4	41
12.1–12.3	31	44.1–44.5	41
13.1–13.5	7	45.1–45.4	41
14.1–14.5	8	46.1–46.3	42
15.1–15.10	9,11	47.1–47.5	40
16.1–16.5	10	48.1–48.4	43
17.1–17.5	12	49.1–49.6	43
18.1–18.4	13	50.1–50.5	44
19.1–19.6	14	51.1–51.4	45
20.1–20.4	15	52.1–52.5	45
21.1–21.6	32	53.1–53.6	46
22.1–22.7	33	54.1–54.7	54
23.1–23.6	16	55.1–55.2	49
24.1–24.6	17	56.1–56.5	50
25.1–25.6	18,20	57.1–57.5	50
26.1–26.4	11	58.1–58.5	51
27.1–27.5	19	59.1–59.4	52
28.1–28.5	19	60.1–60.3	53
29.1–29.5	21	61.1–61.3	53
30.1–30.4	23	62.1–62.2	46
31.1–31.4	24	63.1–63.5	47,48
32.1–32.4	25	64.1–64.5	48

Частью учебного комплекта являются и контрольные материалы «Физика. Тесты. 7 класс» [8], так как учебный процесс естественно должен сопровождаться периодическим контролем уровня усвоения ЗУН. Тесты были созданы для контроля уровня сформированности определенных умений на продуктивном уровне. Эти задания проверяют способность учеников переносить умения из одного раздела курса в другой, соединять знания из разных параграфов одной темы, применять освоенные общеучебные и частнопредметные умения при решении задач в новых условиях. Кроме того, некоторые задачи носят практико-ориентированный характер и требуют умения использовать информацию, представленную в разнообразном виде (сопоставлять текст и таблицу, таблицу и рисунок и т. п.). Задания тематических и итоговых тестов сборника в значительной степени соответствуют заданиям ГИА и требованиям современного стандарта физического образования.

Рис.14

Важно отметить, что разработанные материалы способствуют достижению требований стандарта и по формированию информационных компетенций в ходе изучения физики. Этому способствует поиск информации в электронном издании [1], где имеется множество материалов, выходящих по содержанию за рамки учебника. Это материалы по истории физики и по описанию принципов работы современных технических устройств. Например, материалы по изобретению поршневого насоса О. Герике, принципов работы старинной пожарной помпы и устройству центробежного и иных современных насосов может служить подспорьем для подготовки интересных докладов. Развитию информационных компетенций должны способствовать и задания из «Рабочей тетради» [2], направленные на работу с моделями, размещенными в электронных изданиях.

Модели организации учебной деятельности с использованием интерактивных заданий. При разработке методики использования интерактивных заданий электронного издания можно использовать различные методические модели (рис.15), в зависимости от состава учеников в классе, обеспеченности школы компьютерной техникой и стоящими методическими задачами.