Применение компьютера на уроках физики
“Для решения задачи развития творческих способностей школьников при обучении физике необходимо, прежде всего, знать особенности творческого процесса в развитии этой науки и её технического применения”.
()
Важнейшей задачей школы, в том числе и преподавания физики, является формирование личности, способной ориентироваться в потоке информации в условиях непрерывного образования. Осознание общечеловеческих ценностей возможно только при соответствующем познавательном, нравственном, этическом и эстетическом воспитании личности. В связи с этим первую цель можно конкретизировать более частными целями: воспитание у школьников в процессе деятельности положительного отношения к науке вообще и к физике в частности; развитие интереса к физическим знаниям, научно - популярным статьям, жизненным проблемам. Физика является основой естествознания и современного научно - технического прогресса, что определяет следующие конкретные цели обучения: осознание учащимися роли физики в науке и производстве, воспитание экологической культуры, понимание нравственных и этических проблем, связанных с физикой.
Характерная черта народного образования в России - постоянное совершенствование учебно-воспитательного процесса вместе с развитием общества и созданием единой системы непрерывного образования. Реформация школы направлена на то, чтобы привести содержание образования в соответствие с современным уровнем научного знания, повысить эффективность всей учебно-воспитательной работы и подготовить учащихся к труду в условиях ускорения НТП, авангардные рубежи которого определены как электронизация народного хозяйства, комплексная автоматизация, ускоренное развитие атомной энергетики, безотходной технологии. Электроника и вычислительная техника становятся компонентами содержания обучения физике и математике, средствами оптимизации и повышения эффективности учебного процесса, а также способствуют реализации многих принципов развивающего обучения.
Нужен ли компьютер на уроках физики? Какова его роль на уроках физики? Его применение принесёт пользу или вред?
На эти вопросы продолжаются споры педагогов, психологов и медиков. Компьютеризация идёт такими темпами, что спустя несколько лет компьютеры будут в любой школе. Поэтому именно сейчас необходимо разрабатывать методические рекомендации по применению компьютера на уроках, обоснования по междисциплинарному взаимодействию. В первую очередь, необходимо создать электронные учебные программы, которые должны соответствовать школьной программе, и методические пособия по их использованию, электронные учебники, задачники, репетиторы с удобным и понятным для каждого интерфейсом. Многое из перечисленного уже издано и даже направлено в школы, теперь остаётся всё это освоить и научить педагогов разных предметов применять электронные учебные пособия на своих уроках.
ФИЗИКА - наука, в которой математическое моделирование является важным методом исследования.
Сегодня кроме теоретической и экспериментальной физики можно выделить третий раздел - вычислительную физику.
Одним из наиболее перспективных направлений использования информационных технологий в физическом образовании является компьютерное моделирование физических процессов и явлений, направленное на повышение эффективности обучения физике. Компьютерные модели легко вписываются в традиционный урок, позволяя учителю продемонстрировать на экране компьютера многие физические эффекты, а также позволяют организовать новые нетрадиционные виды учебной деятельности.
Основные задачи применения компьютера на уроках физики:
q Развитие творческих способностей школьников, умение анализировать, моделировать, прогнозировать, творчески мыслить.
q Повышение мотивации изучения физики.
q Совершенствование практических навыков учеников в работе на ПК.
q Формирование умений учащихся получать знания самостоятельно, работая с обучающими программами на компьютере.
q Формирование умений учащихся использовать пакет MS Office (Word, Excel, PowerPoint и др.) для моделирования, исследования физических процессов и оформления результатов работы.
q Осуществление дифференцированного подхода к учащимся при обучении физике, используя компьютер.
В настоящее время количество компьютерных программ, предназначенных для изучения физики, исчисляется десятками. Эти программы уже можно классифицировать в зависимости от вида их использования на уроках:
v обучающие программы;
v демонстрационные программы;
v компьютерные модели;
v компьютерные лаборатории;
v пакеты задач;
v контролирующие программы;
v компьютерные дидактические материалы.
Разумеется, приведённая классификация является достаточно условной, так как многие программы включают в себя элементы двух или более видов программных средств, тем не менее, она полезна тем, что помогает учителю понять, какой вид деятельности учащихся можно организовать, используя ту или иную программу.
Когда же следует использовать компьютерные программы на уроках физики? Прежде всего, необходимо осознавать, что применение компьютерных технологий в образовании оправдано только в тех случаях, в которых возникает существенное преимущество по сравнению с традиционными формами обучения. Одним из таких случаев является преподавание физики с использование компьютерных моделей.
Компьютерные модели позволяют получать в динамике наглядные запоминающиеся иллюстрации физических экспериментов и явлений, воспроизвести их тонкие детали, которые могут ускользать при наблюдении реальных экспериментов. Компьютерное моделирование позволяет изменять временной масштаб, варьировать в широких пределах параметры и условия экспериментов, а также моделировать ситуации, недоступные в реальных экспериментах. Некоторые модели позволяют выводить на экран графики временной зависимости величин, описывающих эксперименты, причём графики выводятся на экран одновременно с отображением самих экспериментов, что придаёт им особую наглядность и облегчает понимание общих закономерностей изучаемых процессов. В этом случае графический способ отображения результатов моделирования облегчает усвоение больших объёмов получаемой информации.
При использовании моделей компьютер предоставляет уникальную, не реализуемую в реальном физическом эксперименте, возможность визуализации не реального явления природы, а его упрощённой теоретической модели с поэтапным включением в рассмотрение дополнительных усложняющих факторов, постепенно приближающих эту модель к реальному явлению. Кроме того, не секрет, что возможности организации массового выполнения разнообразных лабораторных работ, причём на современном уровне, в средней школе весьма ограничены по причине слабой оснащённости кабинетов физики. В этом случае работа учащихся с компьютерными моделями также чрезвычайно полезна, так как компьютерное моделирование позволяет создать на экране компьютера живую, запоминающуюся динамическую картину физических опытов или явлений.
В то же время использование компьютерного моделирования не должно рассматриваться в качестве попытки подменить реальные физические эксперименты их симуляциями, так как число изучаемых в школе физических явлений, не охваченных реальными демонстрациями, даже при блестящем оснащении кабинета физики, очень велико. Несколько условный характер отображения результатов компьютерного моделирования можно компенсировать демонстрацией видеозаписей реальных экспериментов, которые дают адекватное представление о реальном протекании физических явлений.
При грамотном использовании компьютерных моделей физических явлений можно достигнуть многого из того, что требуется для неформального усвоения курса физики и для формирования физической картины мира.
Компьютер помогает сделать это и в неблагоприятных условиях, таких как:
q отсутствие интереса к предмету у ученика, когда он считает, что физика в дальнейшем ему не будет нужна;
q отсутствие способностей к изучению точных наук;
q нехватка лабораторного оборудования в школе для демонстрации эксперимента.
Для эффективного вовлечения учащихся в учебную деятельность с использованием компьютерных моделей необходимы индивидуальные раздаточные материалы с заданиями и вопросами различного уровня сложности.
Эти материалы могут содержать следующие виды заданий:
q Ознакомительное задание. (Назначение модели, управление экспериментом, задания и вопросы по управлению моделью).
q Компьютерные эксперименты. (Провести простые эксперименты по данной модели по предложенному плану, вопросы к ним и результаты измерений).
q Экспериментальное задание. (Спланировать и провести ряд компьютерных экспериментов).
q Тестовые задания. (Выбрать правильный ответ, используя модель)
q Исследовательское задание. (Провести эксперимент, доказывающий некоторую предложенную закономерность, или опровергающий её; самостоятельно сформулировать ряд закономерностей и подтвердить их экспериментом.
q Творческое задание. (Придумать задачу, решить её, поставить эксперимент для проверки полученных ответов).
Значительное число компьютерных моделей, охватывающих почти весь школьный курс физики, содержится в учебных электронных изданиях: “Физика в картинках”, “Открытая физика”, “Живая физика” и др.
Существуют большие возможности моделирования физических задач в среде MS Excel. Программной средой компьютерного моделирования являются и языки программирования.
Принципы применения компьютерной модели на уроке:
q Модель явления необходимо использовать лишь в том случае, когда невозможно провести эксперимент, или когда это явление протекает очень быстро и за ним невозможно проследить детально.
q Компьютерная модель должна помогать разбираться в деталях изучаемого явления или служить иллюстрацией условия решаемой задачи.
q В результате работы с моделью ученики должны выявить как качественные, так и количественные зависимости между величинами, характеризующими явление.
q При работе с моделью необходимо предлагать ученикам задания разного уровня сложности, содержащие элементы самостоятельного творчества.
Планирование уроков физики с применением компьютера нужно начинать с тщательного изучения возможностей программных учебных продуктов. Компьютер может быть применён на любом уроке, поэтому необходимо спланировать, что и когда применить для более эффективного результата.
Формы проведения урока, как урок - лекция, урок - зачёт, обобщающий урок, урок - исследование, урок - деловая игра, интегрированный урок, урок - семинар, урок решения задач в среде MS Excel, с помощью языков программирования и в обучающих программах.
Применение компьютерных программ, проведение перечисленных уроков позволяют успешно сочетать уроки на компьютерах с обычными уроками физики, что обеспечивает своевременное выполнение учебного плана.
Можно выделить принципы компьютерной поддержки уроков физики:
q Компьютер не может полностью заменить учителя. Только учитель имеет возможность заинтересовать учеников, пробудить в них любознательность, завоевать их доверие, он может направить их внимание на те или иные аспекты изучаемого предмета, вознаградить их усилия и заставить учиться.
q Методика проведения урока физики с использованием компьютера зависит от подготовленности учителя и от программ, обеспечивающих компьютерную поддержку.
q Реальный эксперимент необходимо проводить всегда, когда это возможно, а компьютерную модель следует использовать, если нет возможности показать данное явление.
Невозможно использовать компьютер на каждом уроке, т. к. это приведёт к нарушению санитарных норм и повлечёт ухудшение здоровья школьников.
Рекомендации по проведению уроков в компьютерном классе.
Следует особо отметить, что на первых уроках в компьютерном классе, желательно присутствие, особенно в течение первых 10-15 минут, учителя информатики или коллеги, знакомого со спецификой класса, так как наверняка будут возникать технические сбои и неполадки, даже если накануне вы всё проверили и убедились в полной исправности оборудования и программного обеспечения (испытано не один раз, особенно на открытых уроках).
В компьютерном классе с большой группой ребят лучше начинать с фрагмента урока длительностью не более 10-15 минут, причём обязательно следует учесть, что все правила работы, а также задания, которые учащиеся будут должны выполнить, необходимо разъяснить им до того, как они сели за компьютеры. Это даже лучше сделать не в компьютерном классе, а в кабинете физики. После того, как ваши ученики окажутся перед экранами компьютеров, общаться с ними будет возможно только индивидуально. Опыт показывает, что ребята так сильно увлекаются работой (не обязательно продуктивной), что учителя они просто не слышат, как бы громко он к ним ни обращался.
При разработке плана урока постарайтесь учесть, что длительность работы ребят за компьютерами не должна превышать 30 минут, так как они обязательно должны в конце урока оформить небольшой отчёт (можно в виде ответов на заготовленные вами вопросы) с осмыслением выполненной работы. Возможно, стоит обсудить всей группой основные трудности и обменяться мнениями о полученных результатах.
Цель обсуждения - показать, что поставить осмысленный опыт и получить результат совсем не просто и здесь есть чему поучиться.
Рассмотрим более подробно технологию проведения и анализа лабораторных работ по физике в среде табличного процессора MS Excel
Выполнение лабораторных работ можно осуществлять разными способами:
- предложить выполнить лабораторную работу на уроке физики, а оформить её на уроке информатики с помощью MS Word, используя MS Excel для обработки данных, построения графиков и диаграмм. В данном виде работы учащиеся проявляют знания и умения при работе с табличным процессором: заполнение ячеек таблицы, ввод расчётных формул, работа с абсолютной, относительной и смешанной адресацией, построение графиков и диаграмм и т. д. предложить выполнить лабораторную работу на уроке физики, а оформить её на уроке информатики с помощью MS Word, используя MS Excel для обработки данных, но табличный процессор использовать для исследования физической модели, т. е. связать с темой "Моделирование". Предложить учащимся в табличном процессоре изменять различные физические параметры, чего нельзя сделать за короткое время на уроке при выполнении лабораторной работы.
