розділи: фізика

1. Аналіз вихідної ситуації.

Важливе місце у формуванні практичних умінь і навичок в учнів на уроках фізики відводиться демонстраційного експерименту і фронтальній лабораторній роботі. Фізичний експеримент на уроках фізики формує в учнів накопичені раніше уявлення про фізичні явища і процеси, поповнює і розширює кругозір учнів. В ході експерименту, проведеного учнями самостійно під час лабораторних робіт, вони пізнають закономірності фізичних явищ, знайомляться з методами їх дослідження, вчаться працювати з фізичними приладами і установками, тобто вчаться самостійно здобувати знання на практиці.

Але для проведення повноцінного фізичного експерименту, як демонстраційного, так і фронтального необхідно в достатній кількості відповідне обладнання. В даний час шкільні лабораторії з фізики дуже слабо оснащені приладами з фізики та навчально-наочними посібниками для проведення демонстраційних і фронтальних лабораторних робіт. Наявне обладнання не тільки прийшло в непридатність, воно також морально застаріло і є в недостатній кількості.

В нашій школі на сьогоднішній день дуже мало обладнання для проведення фізичного експерименту, особливо для фронтальних лабораторних робіт. Про дорогому обладнанні для проведення експерименту з атомної та ядерної фізики в школі навіть мріяти не доводиться. Але навіть при повній укомплектованості лабораторії фізики необхідними приладами реальний експеримент вимагає дуже багато часу на підготовку і його проведення. При цьому через значні похибок вимірювань, тимчасових обмежень уроку реальний експеримент часто не може служити джерелом знань про фізичні закони, так як виявлені закономірності мають лише наближений характер, часто правильно розрахована похибка перевищує самі вимірювані величини. Таким чином, провести повноцінний лабораторний експеримент з фізики при наявних в школі ресурсах неможливо. Результатом цього є те, що:

1. Учні не можуть уявляти деякі явища макросвіту і мікросвіту, так як окремі явища, що вивчаються в курсі фізики середньої школи неможливо спостерігати в реальному житті і, тим більше, відтворити експериментальним шляхом у фізичній лабораторії, наприклад, явища атомної та ядерної фізики і т.д. Тому вчителю доводиться пояснювати їх суть чисто теоретично, чи не підкріплюючи експериментально, що позначається на рівні підготовки учнів з фізики.
2. Неможливо підкріпити теоретичні знання учнів практичними за допомогою фізичного експерименту, так як в лабораторії немає необхідного фізичного обладнання для його проведення.
3. Проведення окремих експериментальних робіт, навіть при наявності необхідного обладнання, пов'язане з небезпекою для життя і здоров'я учнів.
4. Виконання окремих експериментальних завдань в класі на наявному обладнанні відбувається при заданих параметрах, змінити які неможливо. У зв'язку з цим неможливо простежити всі закономірності досліджуваних явищ, що також позначається на рівні знань учнів.
5. І, нарешті, неможливо навчити учнів самостійно здобувати фізичні знання, тобто сформувати у них інформаційну компетентність, застосовуючи тільки традиційні технології навчання.

Застосування тільки традиційної методики проведення фізичного експерименту призводить до низького рівня умінь і практичних навичок учнів з фізики. Учні не вміють аналізувати, розуміти і інтерпретувати графіки і таблиці, отримані в ході експерименту, не вміють пояснювати суть фізичних явищ, не розуміють закономірності фізичних процесів, не вміють самостійно добувати потрібну інформацію з різних джерел, в тому числі електронних. Це впливає на формування інформаційної компетентності та рівень навченості учнів з фізики. У зв'язку з цим, з'являється ідея:

Якщо проводити фізичний експеримент і фронтальні лабораторні роботи, використовуючи віртуальні моделі за допомогою комп'ютера, то можна компенсувати нестачу устаткування у фізичній лабораторії школи і, таким чином, навчити учнів самостійно здобувати фізичні знання в ході фізичного експерименту на віртуальних моделях, тобто з'являється реальна можливість формування необхідної інформаційної компетентності у учнів і підвищення рівня знань учнів по фізиці.

Історично склалося так, що в першу чергу впровадження комп'ютерних технологій йшло в галузі природничих наук, зокрема на уроках фізики. Формування практичних навичок учнів з фізики можна ефективно здійснювати, якщо в навчальний процес включити віртуальні версії шкільного демонстраційного експерименту. Віртуальне середовище комп'ютера дозволяє оперативно видозмінити постановку досвіду, що забезпечує значну варіативність його результатів, а це суттєво збагачує практику виконання учнями логічних операцій аналізу і формулювання висновків в результаті експерименту.

Комп'ютерний експеримент здатний доповнити "експериментальну" частина курсу фізики і значно підвищити ефективність уроків. При його використанні можна виділити головне в явищі, відсікти другорядні чинники, виявити закономірності, багаторазово провести випробування із змінними параметрами, зберегти результати і повернутися до своїх досліджень у зручний час. До того ж, в комп'ютерному варіанті можна провести значно більшу кількість експериментів. Даний вид експерименту реалізується за допомогою комп'ютерної моделі того чи іншого закону, явища, процесу і т.д. Робота з цими моделями відкриває перед учнями величезні пізнавальні можливості, роблячи їх не тільки спостерігачами, але і активними учасниками експериментів.

У більшості інтерактивних моделей передбачені варіанти змін в широких межах початкових параметрів і умов дослідів, варіювання їх тимчасового масштабу, а також моделювання ситуацій, недоступних в реальних експериментах.

Ще один позитивний момент в тому, що комп'ютер надає унікальну, що не реалізовується в реальному фізичному експерименті, можливість візуалізації не реальну явища природи, а його спрощеної теоретичної моделі, що дозволяє швидко і ефективно знаходити головні фізичні закономірності спостережуваного явища. Крім того, учень може одночасно з ходом експерименту спостерігати побудова відповідних графічних закономірностей. Графічний спосіб відображення результатів моделювання полегшує учням засвоєння великих обсягів отриманої інформації. Подібні моделі представляють особливу цінність, так як учні, як правило, відчувають значні труднощі при побудові і читанні графіків. Також необхідно враховувати, що далеко не всі процеси, явища, історичні досліди з фізики учень здатний уявити собі без допомоги віртуальних моделей (наприклад, дифузію в газах, цикл Карно, явище фотоефекту, енергію зв'язку ядер і т.д.). Інтерактивні моделі дозволяють учневі побачити процеси в спрощеному вигляді, уявити собі схеми установок, поставити експерименти взагалі неможливі в реальному житті.

Для проведення комп'ютерного експерименту на уроках фізики в сучасній школі є необхідна матеріальна база, яка дозволяє широко використовувати можливості по впровадженню сучасних інформаційних технологій в освітній процес.

Застосування комп'ютерних технологій дозволяє вчителю не тільки застосовувати сучасні форми і методи навчання, а й допомагає підвищити швидкість і точність збору і обробки інформації про успішність навчання, завдяки комп'ютерного тестування і контролю знань, дозволяє вести екстрену корекцію.

Залучення учнів до комп'ютерних технологій полегшується тим, що сучасні учні до 10-го класу вже володіють призначеними для користувача навичками, так як більшість сімей мають комп'ютерну техніку, нерідко здійснюється вихід в Інтернет через домашню телефонну лінію. Застосування комп'ютерних технологій підвищує і стимулює інтерес учнів до отримання нових знань, активізує розумову діяльність, завдяки інтерактивності, дозволяє ефективно засвоювати навчальний матеріал. Учням надається можливість моделювати і візуалізувати процеси, складні для демонстрації в реальності, проводити самостійно дослідницький пошук матеріалів, опублікованих в Internet, для підготовки доповідей і рефератів, тим самим розвивати самостійність в учнів, навички самооцінки. Навчання учнів за допомогою комп'ютерних технологій можна організувати індивідуально, розділяти навчальний матеріал по темпу його вивчення, за логікою і типу його сприйняття учнями. На відміну від таких звичних пасивних форм як лекція, перегляд відео та кінофільмів учням, користувачам комп'ютера, пропонується постійна участь у цих заходах, відбувається залучення і привчання їх до пошукової творчої діяльності, розвивається уява і модельне бачення. Будь-яка навчальна комп'ютерна програма фактично є моделлю, що відображає реальність у віртуальному світі. Учень пізнає реальність за допомогою комп'ютера через умовні поняття і зображення, їх не можна помацати, але вони фактично двовимірні. Застосування електронних лабораторних робіт сприяє формуванню інформаційної компетентності в учнів, вони вчаться інтерпретувати, систематизувати, критично оцінювати і аналізувати отриману інформацію з позиції розв'язуваної їм завдання, робити аргументовані висновки, використовувати отриману інформацію при плануванні і реалізації своєї діяльності в тій чи іншій ситуації, структурувати наявну інформацію, представляти її в різних формах і на різних носіях, адекватних їх запитам.

2. Постановка проблеми і способи її вирішення.

На своїх уроках я використовую комп'ютерні моделі:

1. Для проведення уроків, що містять фізичний експеримент при вивченні, повторенні або закріпленні вивченого матеріалу в курсі фізики (із застосуванням мультимедійного відеопроектора);
2. Для проведення фронтальних лабораторних робіт і експериментальних завдань для учнів в комп'ютерному класі;
3. Для додаткових завдань "просунутим" учням з метою проведення додаткового експерименту по темах, що виходять за рамки програми шкільного курсу фізики.
4. Для контролю знань учнів з фізики з окремих тем (електронне тестування)
5. Для індивідуальних лабораторних робіт і експериментальних завдань учням, що пропустили заняття з тієї чи іншої причини.

В ході звичайного уроку фізики в класі при поясненні нового матеріалу я сама проводжу віртуальний експеримент із застосуванням мультимедійного відеопроектора, учні спостерігають за ходом фізичного процесу на екрані. Труднощі виникають при проведенні фронтального фізичного експерименту і лабораторної роботи в комп'ютерному класі, коли сам учень самостійно проводить експеримент. Справа в тому, що немає виданих друкованих або електронних посібників, що містять готові докладні інструкції для учнів по виконанню віртуальних лабораторних робіт. Учні не можуть самостійно проводити віртуальний експеримент по комп'ютерній моделі без докладної інструкції по його проведенню.

Для вирішення даної проблеми:

1. Необхідно проводити уроки фізики (хоча б 1 годину в тиждень) в комп'ютерному класі для проведення віртуальних лабораторних робіт.
2. Необхідно скласти для учнів збірник інструкцій по роботі з електронним підручником і виконанню лабораторних робіт за допомогою віртуальних моделей.

3. Мета проекту:

Формування в учнів за роки навчання в 10-11 класах інформаційні компетентності через виконання лабораторних робіт в комп'ютерному класі із застосуванням електронного підручника з фізики.

Завдання проекту:

1. Навчити учнів самостійно здобувати необхідні знання про фізичні явища і процеси в ході роботи з електронним підручником "Відкрита фізика"
2. Навчити учнів проводити самостійно віртуальний фізичний експеримент при виконанні електронної лабораторної роботи.
3. Підвищити рівень знань учнів з фізики до закінчення 11 класу до 100%.

4. Плановані освітні результати:

Застосування інформаційних технологій в процесі навчання дозволяє виділити дві групи планованих освітніх результатів:

Щодо учнів:

• Учням надається можливість індивідуальної дослідницької роботи з комп'ютерними моделями, в ході якої вони можуть самостійно ставити експерименти, швидко перевіряти свої гіпотези, встановлювати закономірності фізичних явищ і процесів.
• Здається індивідуальний темп навчання для кожного учня, з'являється можливість повторення експерименту в неурочний час, встановивши програму "Відкрита фізика" на домашньому комп'ютері.
• З'являється реальна можливість виконання комп'ютерної лабораторної роботи, яку неможливо виконати в умовах шкільної лабораторії.
• Учні набувають навичок оптимального використання персонального комп'ютера як навчального засобу.
• Учні отримують навички роботи з електронними ресурсами

Щодо вчителя:

• У вчителя вивільняється час для індивідуальної роботи з учнями (особливо з відстаючими)
• З'являється можливість проведення швидкої індивідуальної діагностики результатів процесу навчання.

5. Реалізація проекту.

Нами були розглянуті наявні в школі програмні засоби навчання з фізики, а також придбані самостійно. Заслуговують на увагу наступні електронні підручники:

1. Навчальний електронне видання "Фізика" - інтерактивний курс фізики для 7-11 класів, що дозволяє вивчити різні розділи фізики, практичний курс вирішення завдань по всіх розділах фізики.

2. Електронний підручник "Жива фізика", що включає віртуальні лабораторні роботи, для проведення яких легко і швидко "створюються" експериментальні установки з вивчення різних явищ і процесів.

3. Повний інтерактивний курс фізики "Відкрита фізика", що включає більше 80 комп'ютерних експериментів, навчальний посібник, відеозапису експериментів, звукові пояснення.

4. Використання Microsoft Office в школі. "Навчально-методичний посібник для вчителів фізики", що дозволяє вчителеві проводити не лише тестування учнів з основних розділів фізики, а й самостійно конструювати тести по всім необхідним розділах.

5. Електронний посібник "Здаємо Єдиний державний іспит", що включає в себе всі нормативні документи по ЄДІ, локальну версію порталу ege.edu.ru, контрольно-вимірювальні матеріали ЄДІ за 3 останні роки, що включають тести з фізики та програму перевірки тестів і виставлення балів за виконання тесту кожного учня.

Для вирішення проблеми виконання самостійного фізичного експерименту учнями з усіх вивчених мною програмних засобів навчання більше підходить навчальна програма "Повний інтерактивний курс фізики" Відкрита фізика "", що містить 82 інтерактивних комп'ютерних експерименту і лабораторних робіт, 19 тривимірних моделей і відеозаписів фізичних експериментів, більше 400 завдань за темами експерименту з можливістю самоперевірки, великий обсяг теоретичного матеріалу. Для виконання експериментального завдання і виконання необхідних розрахунків в даному підручнику передбачені інструменти: калькулятор і записна книжка.

Тематичне планування уроків фізики в 10-х і 11-х класах та патенти Скласти таким чином, щоб 1 годину в тиждень Проводити в комп'ютерному класі для роботи учнів з Електрон підручніком "Відкрита фізика". Зазвічай в класі 12 машин, за шкірних з якіх во время уроків можна найти по 2-3 учні, но так як подібні уроки проводяться Щотижня, то всі учні поступово набуваються навичок роботи з Електрон підручніком и не є просто пасивний глядач. Запуск програми "Відкрита фізика" можливий після встановлення програми в комп'ютері тільки при наявності диска в дисководі, то необхідно кількість дисків по числу комп'ютерів в класі. Для того, щоб провести повноцінні уроки із завантаженням всіх наявних машин, довелося придбати достатню кількість дисків з програмою "Відкрита фізика".

На уроці фізики в комп'ютерному класі створюється незвичайна обстановка. Оточення комп'ютерів дуже сильно відволікає учня і комп'ютер для нього спочатку є тільки засобом для проведення віртуальних ігор. Тому необхідно так проводити уроки і зацікавити учня, щоб він цілеспрямовано займався фізичним експериментом і був зацікавлений в отриманні результатів в ході експерименту.

Для цього необхідно чітко поставити мету експерименту і розробити критерії оцінки отриманих учнями результатів. Отримання високої оцінки по предмету є хорошим стимулом для сумлінної роботи учнів. Віртуальний лабораторний експеримент цікавий і виконання його посильно для будь-якого "слабкого" учня. Оформлення результатів експерименту здійснюється в звичайному зошиті для лабораторних робіт і оцінюється вчителем після закінчення роботи.

Для того, щоб експеримент пройшов успішно, необхідно спочатку навчити учня працювати з електронним підручником, цьому присвячується кілька перших уроків в комп'ютерному класі. Учні повинні навчитися вибирати потрібні віртуальні моделі, знаходити необхідний теоретичний матеріал, користуватися кнопками, вибирати і змінювати вихідні параметри віртуального експерименту, користуватися лінійкою вибору, використовуючи технологію Drag and Drop "схопив і потягнув", вміти переключати проведення даного же експерименту в інший режим, спостерігати за кресленням графіків, що описують процес експерименту, знаходити тексти завдань по даних моделях і проводити самоконтроль по її рішенню, користуватися калькулятором і за Пісний книжкою, вбудованими в даний електронний підручник. Всі ці навички відпрацьовуються на перших уроках. З практики застосування даної технології на уроках фізики протягом 3-х років, спостерігаючи за процесом пізнання, я зробила висновок, що формування даних інформаційних компетентностей здійснюється практично у всіх учнів значно швидше і легше, ніж інші навчальні навички, завдяки підвищеному інтересу у старших школярів до комп'ютерної техніки та можливості працювати самостійно з електронними програмами.

Для якісного виконання фізичного віртуального експерименту учневі необхідна інструкція по виконанню даного експерименту, що включає в себе навігацію по знаходженню необхідної моделі, покроковий план виконання експерименту по даній моделі, дається завдання з вивчення теоретичних питань за темою експерименту і вирішення завдання до даної моделі, пропонується учневі зробити висновок за підсумками виконаної роботи і своїм спостереженням. Тобто тим самим відпрацьовується і технологічна компетентність в учнів. Далі необхідно проводити цілеспрямоване навчання учнів роботі з електронними підручниками для формування навичок:

Проведення самостійного експерименту з фізики при різних вихідних даних;

• Аналізу результатів, отриманих в ході експерименту;
• Читання графіків і діаграм, що описують досліджувані фізичні явища і процеси;
• Пошуку необхідного теоретичного матеріалу, що міститься в електронному підручнику;
• Вирішення завдань з електронного підручника по темі експерименту;
• Користування інструментами електронного підручника (калькулятор, записна книжка)

6. Продукт проектної діяльності.

Продуктом проектної діяльності є збірник інструкцій для учнів по виконанню електронних лабораторних робіт з фізики в 10-11 класах. Даний збірник складався мною протягом 3-х років для роботи в комп'ютерному класі до кожної лабораторної роботи. В даний час всі ці інструкції зібрані в один збірник, що включає в себе інструкцію по роботі з електронним підручником "Відкрита фізика", інструкції до 14 лабораторних робіт в 10 класі та інструкції до 12 лабораторних робіт в 11 класі.

(Додаток)

19.12.2006