Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние проблемы использования информационных технологий в условиях уровневой дифференциации обучения физике 17
1.1. Уровневая дифференциация как форма дифференцированного обучения физике в общеобразовательной школе 17
1.2. Информационные технологии в школьном физическом образовании 42
1.3. Электронные образовательные ресурсы в обучении физике и анализ их возможностей для реализации уровневой дифференциации 61
1.4. Состояние применения информационных технологий в уровневом дифференцированном обучении физике в основной школе (констатирующий эксперимент) 71
Выводы по главе 1 79
Глава 2. Теоретические основы методики использования средств информационных технологий в уровневом обучении физике в основной школе 81
2.1. Психолого-педагогическое обоснование возможности применения информационных технологий в реализации уровневой дифференциации обучения физике 81
2.2. Требования к содержанию и конструированию электронных образовательных ресурсов, ориентированных на применение в условиях уровневого обучения физике 97
2.3. Учебные компьютерные модели и их использование в условиях уровневой дифференциации обучения физике в основной школе 105
2.4. Электронные образовательные ресурсы для реализации уровневой дифференциации обучения физике в основной школе 114
Выводы по главе 2 124
Глава 3. Методика использования средств информационных технологий с учётом уровневой дифференциации обучения физике в основной школе 126
3.1. Модель методики использования средств информационных технологий в уровневом обучении физике в основной школе и её основные положения 126
3.2. Разработка уроков физики при уровневой дифференциации с использованием электронных образовательных ресурсов 133
3.3. Методика использования средств информационных технологий при проведении уровневых уроков физики в основной школе 141
Выводы по главе 3 151
Глава 4. Экспериментальная проверка методики использования средств информационных технологий в условиях уровневой дифференциации обучения физике в основной школе 152
4.1. Организация педагогического эксперимента 152
4.2. Поисковый эксперимент 156
4.3. Обучающий эксперимент и анализ его результатов 160
Выводы по главе 4 168
Заключение 169
Библиография 171
Приложения 192
- Уровневая дифференциация как форма дифференцированного обучения физике в общеобразовательной школе
- Электронные образовательные ресурсы в обучении физике и анализ их возможностей для реализации уровневой дифференциации
- Модель методики использования средств информационных технологий в уровневом обучении физике в основной школе и её основные положения
- Обучающий эксперимент и анализ его результатов
Введение к работе
В последние два десятилетия отечественная общеобразовательная школа претерпела серьезные изменения, связанные, прежде всего, с внедрением в учебно-воспитательный процесс идей личностно-ориентированного образования. Это в свою очередь обуславливает необходимость создания максимально благоприятных условий для успешного обучения, воспитания и развития учащихся путём учёта их индивидуальных особенностей в учебном процессе, что достигается применением разнообразных технологий дифференцированного обучения. Поэтому в последние 10-15 лет отмечается повышенный интерес к проблеме реализации дифференцированного обучения физике со стороны учителей, родителей и ученых - педагогов, психологов, методистов. Различные аспекты, связанные с внедрением в практику работы общеобразовательной школы идей дифференцированного обучения, отражены в работах Ю.К. Бабанско-го, А.А. Бударного, А.А. Кирсанова, Н.С. Пурышевой, Е.С. Рабунского, И.Э.Унт, Н.М. Шахмаева, В.В. Фирсова и др. Разработкой вопросов, связанных с реализацией дифференцированного обучения физике в условиях общеобразовательной школы занимались B.C. Данюшенков, Е.А. Дьякова, И.А. Иродова, Т.Я. Мякишев, В.А. Орлов, Н.С. Пурышева, В.Б. Рукман, Г.Н. Степанова, Н.М.Шахмаев и др.
Одной из форм осуществления дифференцированного обучения физике является уровневая дифференциация - технология обучения, основанная на максимальном учёте наиболее значимых в обучении индивидуальных особенностей школьников, обучающихся в одном классе. Сущности понятия уровне-вой дифференциации в процессе обучения физике, её значению в повышении эффективности обучения посвящены работы B.C. Данюшенкова, М.И. Зайкина, П. Карпинчика, О.В. Коршуновой, A.M. Левашова, Н.В. Лёзиной, О.Б. Логиновой, Н.В. Первышиной, Н.С. Пурышевой, В.В. Фирсова, К.В. Шевяковой и др.
Построение методики обучения физике в условиях уровневой дифференциации затрудняется тем, что эта форма дифференцированного обучения как в теоретическом, так и в практическом плане наименее разработана в нашей стране, т.к. является наиболее сложной в организационном и диагностическом плане. Тем не менее, к настоящему времени учеными-методистами решён целый ряд задач, связанных с обучением физике (причём в основном для непрофильных классов старшей школы) в условиях уровневой дифференциации: определено понятие "уровень обучения"; разработаны критерии разделения учащихся класса на типологические группы в соответствии с выбранным уровнем обучения; выявлен состав целей обучения физике учащихся на различных уровнях; определены теоретические основы отбора содержания школьного курса физики средней школы и его структурирования с учётом уровневой дифференциации; обоснована трехуровневая модель обучения физике в старшей школе (Н.С. Пурышева, К.В. Шевякова); определены подходы к осуществлению уровневого обучения физике в сельских малокомплектных школах (B.C. Данюшенков, О.В. Коршунова, A.M. Левашов, Н.В Лёзина), в частности, разработана технология обучения учащихся малочисленных классов решению физических задач при уровневой дифференциации (А.М. Левашов, Н.В. Лёзина).
\ J '
Большинство существующих исследований посвящено реализации уровне-вого дифференцированного обучения в старших классах. Однако именно для основной школы уровневая дифференциация является ведущей формой дифференцированного обучения. В настоящее время существуют учебно-методические комплекты по физике для основной школы, в содержании которых реализована идея уровневой дифференциации (пример: комплект Н.С. Пу-рышевой и Н.Е. Важеевской). Однако возникает проблема организации обучения в условиях уровневой дифференциации, поскольку при коллективном характере обучения в рамках традиционной классно-урочной системы сложно организовать обучение в соответствии с индивидуальными особенностями учащихся.
Разработка процессуальной составляющей содержания школьного физического образования в контексте уровневой дифференциации требует поиска новых подходов и методических решений. И мы считаем, что одним из наиболее перспективных является подход, позволяющий реализовать уровневую дифференциацию с использованием средств информационных технологий (ИТ). Вопросам теории и методики использования ИТ в школьном физическом образовании посвящены исследования Н.Н. Гомулиной, И.Б. Горбуновой, В.А. Извоз-чикова, А.Ф. Кавтрева, А.С. Кондратьева, В.В. Лаптева, Н.С. Пурышевой, А.В. Смирнова и др. В этих работах убедительно доказано, что компьютерные технологии позволяют индивидуализировать процесс обучения (особенно благодаря интерактивности и использованию средств мультимедиа), т.к. учащийся, общаясь с компьютером в диалоговом режиме, имеет возможность выбрать собственную траекторию обучения при работе с различными электронными образовательными ресурсами (ЭОР).
Таким образом, ЭОР оказываются весьма эффективным средством реализации уровневого обучения. Однако, как показывают результаты проведенного нами констатирующего эксперимента и данные других исследований, эти ресурсы учителями практически не используются; лишь в некоторых случаях учителя применяют тестовые программные средства для осуществления разноуровневого контроля. Кроме того, анализ научно-методической литературы показал, что вопрос об использовании ИТ в уровневом дифференцированном обучении физике до настоящего времени в педагогической и методической науке не рассматривался и специальные исследования, посвященные использованию ЭОР для организации уровневой дифференциации, отсутствуют. Также отметим, что большинство существующих программных продуктов, предназначенных для изучения физики в школе, специально не ориентированы на применение в условиях уровневой дифференциации.
Всё вышеизложенное позволяет сделать вывод о существовании противоречий:
- между задачей учёта индивидуальных особенностей учащихся при обучении физике и в связи с этим необходимостью осуществления уровневой дифференциации в основной школе и существующей методикой её реализации, которая недостаточно эффективно решает эту задачу;
- между возможностями средств ИТ для индивидуализации и дифференциации процесса обучения и существующими ЭОР, которые не учитывают специфику их использования для реализации уровневой дифференциации при обучении физике, и соответственно, существующей методикой использования ЭОР, не предусматривающей решение задачи осуществления уровневой дифференциации.
Эти противоречия определяют актуальность диссертационного исследования, проблемой которого являлся поиск ответа на вопрос: "Какой должна быть методика использования средств ИТ для эффективного осуществления уровневой дифференциации при обучении физике в основной школе?"
Объектом диссертационного исследования является процесс дифференцированного обучения физике в основной школе.
В качестве средства реализации уровневой дифференциации мы предлагаем использовать ЭОР как составляющую ИТ.
Предмет исследования: методика применения ЭОР для осуществления уровневой дифференциации при обучении физике в 7-9 классах общеобразовательных учебных заведений.
Цель диссертационного исследования: обосновать и разработать методику использования ЭОР для реализации уровневой дифференциации в процессе обучения физике в основной школе.
В основу исследования положена следующая рабочая гипотеза: реализация уровневой дифференциации обучения физике в основной школе будет эффективной, если учебный процесс будет организован с использованием электронных образовательных ресурсов, которые будут способствовать выбору учащимися индивидуальной образовательной траектории.
В данном случае под эффективностью мы понимаем: повышение уровня знаний и умений учащихся, прочность знаний, влияние ЭОР на самостоятельный выбор учащимися индивидуальной образовательной траектории и как следствие динамику наполняемости типологических групп.
В соответствии с поставленной целью и выдвинутой гипотезой были поставлены следующие задачи исследования:
Выявить состояние проблемы осуществления уровневой дифференциации обучения физике на современном этапе, проанализировать существующие подходы к понятию уровневой дифференциации, степень их разработанности применительно к обучению физике; изучить опыт осуществления уровневой дифференциации в процессе обучения физике в школе.
Проанализировать состояние проблемы применения ИТ в дифференцированном обучении физике, в частности, выявить возможности существующих ЭОР для реализации уровневой дифференциации, а также обосновать возможность и целесообразность использования средств ИТ при уровневом обучении физике.
Разработать систему требований к ЭОР, ориентированным на использование в условиях уровневого дифференцированного обучения физике; подготовить рекомендации разработчикам подобных ЭОР по физике.
Создать программные продукты, применение которых на уровневых уроках физики в основной школе способствует решению задач уровневой дифференциации.
Разработать модель методики использования ЭОР при реализации уровневой дифференциации обучения физике в основной школе.
Разработать методику использования ЭОР при осуществлении уровневой дифференциации обучения физике в основной школе.
В ходе педагогического эксперимента проверить эффективность разработанной методики.
Для решения поставленных задач и проверки гипотезы исследования использовались следующие методы исследования:
теоретический анализ проблемы использования ИТ на уроках физики в школе в контексте уровневой дифференциации на основе изучения и анализа научно-методической, педагогической, психологической и учебной литературы по теме исследования;
получение и анализ информации по проблеме исследования в сети Internet (в т.ч. демонстрационных и рабочих версий ЭОР, предназначенных для обучения физике);
изучение и обобщение инновационного опыта осуществления уровневой дифференциации и применения ЭОР, накопленного учителями в практике преподавания физики; систематическое наблюдение учебного процесса; беседы с учителями физики и учащимися общеобразовательных школ; анкетирование и интервьюирование учителей и учащихся 7-9 классов; тестирование школьников;
анализ существующих ЭОР по физике на предмет использования в условиях уровневого дифференцированного обучения;
моделирование урока физики с использованием ЭОР в условиях уровневой дифференциации;
организация и проведение опытно-экспериментальной работы, направленной на проверку правильности гипотезы исследования; опытное преподавание с целью выявления эффективности разработанной методики;
статистические методы обработки результатов педагогического эксперимента.
Методологическую основу диссертационного исследования составляют фундаментальные работы по проблемам дифференцированного обучения (Н.С.Пурышева, Е.С. Рабунский, И.Э. Унт, В.В. Фирсов, Н.М. Шахмаев и др.), уровневой дифференциации при обучении физике в школе (B.C. Данюшенков, ПКарпинчик, О.В. Коршунова, A.M. Левашов, Н.В. Лёзина, Н.С. Пурышева, К.В. Шевякова и др.), а также труды, посвященные вопросам информатизации образования и использования ИТ в учебном процессе (Н.Н. Гомулина, А.П.Ершов, В.А. Извозчиков, А.Ф. Кавтрев, А.С. Кондратьев, В.В. Лаптев, Е.И.Машбиц, Е.С. Полат, И.В. Роберт и др.); современные теории личности и деятельности (Л. С. Выготский, А.Н. Леонтьев и др.); теория развивающего обучения (В.В. Давыдов, Д.Б. Эльконин и др.); теория программированного обучения (Н. Краудер, Б.Ф. Скиннер, Н.Ф. Талызина и др.), идеи личностно-
ориентированного подхода к организации учебного процесса (В.В. Сериков, В.А. Сластенин, И.С. Якиманская и др.).
Научная новизна исследования состоит в следующем:
обосновано положение о целесообразности и эффективности использования ЭОР при организации уровневой дифференциации на уроках физики в основной школе;
определены теоретические основы и разработана модель методики использования электронных образовательных ресурсов в уровневом обучении физике в основной школе;
разработана методика использования ЭОР в условиях уровневой дифференциации, которая предполагает: 1). введение двух уровней обучения; 2). использование специально созданных ЭОР; 3). рациональное сочетание средств ИТ и традиционных средств обучения;
конкретизированы общие и разработаны специфические требования к содержанию и конструированию ЭОР, предназначенных для реализации уровневой дифференциации;
созданы ЭОР, способствующие решению задач уровневой дифференциации.
Теоретическая значимость работы заключается в развитии теоретических аспектов идеи уровневой дифференциации применительно к обучению школьников физике с использованием средств ИТ, а именно:
обоснована возможность и целесообразность использования ЭОР в условиях уровневого обучения физике;
выявлено влияние ЭОР на выбор учащимися их индивидуальной траектории обучения;
определены этапы разработки уровневых уроков физики в основной школе с использованием ЭОР.
Практическая значимость работы состоит в доведении результатов диссертационного исследования до конкретных методических разработок, а именно:
- с учётом обоснованных в работе требований созданы следующие ЭОР:
уровневые электронные дидактические материалы по темам: "Импульс. Закон сохранения импульса", "Механические колебания", "Диффузия", "Тепловое расширение жидкостей и твердых тел", "Электрический заряд. Закон Кулона", "Закон Ома", "Магнитные явления", "Электромагнитная индукция", "Законы геометрической оптики", "Тонкие линзы", "Вселенная";
13 учебных компьютерных моделей и система заданий к ним для применения в уровневом обучении физике;
- разработаны методические рекомендации для учащихся и учителей по
использованию подобных ЭОР, позволяющие осуществлять уровневое обуче
ние на различных уроках физики: при изучении нового материала, проведении
лабораторных работ, решении задач.
На защиту выносятся:
Обоснование возможности и целесообразности реализации уровневой дифференциации при обучении физике учащихся основной школы с использованием средств ИТ.
Модель методики использования ЭОР в уровневом обучении физике в основной школе, включающей цели, содержание, формы, средства и результат обучения. Данная методика предполагает: введение двух уровней обучения; разработку и использование специальных ЭОР; рациональное сочетание средств ИТ и традиционных средств обучения.
Методика использования ЭОР в реализации уровневой дифференциации обучения физике в основной школе.
Комплекс требований к содержанию и структуре ЭОР для использования на уроках физики с учётом уровневой дифференциации.
Апробация результатов исследования осуществлялась в процессе экспериментальной работы в Ново-Горкинской общеобразовательной школе Леж-невского района Ивановской области. По теме диссертации сделаны доклады на различных международных, Всероссийских и региональных научных конференциях, в т.ч. на IV международной научно-методической конференции "Новые технологии в преподавании физики. Школа и вуз" (НТПФ-IV, г. Москва, март 2005 г.); VII международной научно-методической конференции "Физическое образование: проблемы и перспективы развития" (г. Москва, 2008 г.); VIII, IX и X международных конференциях "Физика в системе современного образования" (ФССО-05, ФССО-07, ФССО-09, г. Санкт-Петербург), на секции теории и методики обучения физике в рамках ежегодной научной сессии МПГУ (2003-2005 гг.); на специализированных научно-методических семинарах кафедры физики и методики обучения ГОУ ВПО "ШГПУ" (2001-2009 гг.). Разработки по теме исследования были представлены на I и II выставках научных достижений Ивановской области - Ивановском инновационном салоне "Инновации-2004" и "Инновации-2005", где в 2005 г. были отмечены дипломом лауреата в номинации "Научные разработки молодых ученых". Созданные компьютерные программы презентовались на экспозиции ШГПУ на Всероссийских форумах "Образовательная среда-2005" и "Образовательная среда-2008" (г. Москва, ВВЦ), которые в настоящее время используются в школах Ивановской области и Забайкальского края.
Уровневая дифференциация как форма дифференцированного обучения физике в общеобразовательной школе
Преобразования, охватившие все сферы жизни нашего общества в 90-х годах XX века, повлекли за собой кардинальные изменения в системе образования. Уже второе десятилетие в России идет становление новой системы образования, ориентированной на вхождение в мировое образовательное пространство. Этот процесс сопровождается существенными изменениями как в педагогической теории, так и в практике. Одной из основных его причин явился тот факт, что сложившаяся к тому времени массовая общеобразовательная школа с её репродуктивными методами обучения уже не удовлетворяла растущие образовательные потребности общества.
Пересмотр приоритетов в развитии российского образования привел к изменению его парадигмы и, в частности, к активному внедрению в учебно-воспитательный процесс школы идей личностно-ориентированного образования. Личностно-ориентированный подход означает ориентацию при осуществлении образовательного процесса на личность как цель, субъект, результат и главный критерий его эффективности. При таком подходе на первый план выходят требования сохранения и развития личностных качеств каждого учащегося, развитие его познавательных возможностей (общих и специальных способностей, задатков и т.д.), поднятие его творческого потенциала, ценностных ориентации, учёт его интересов и профессиональных намерений. В.А. Петровский в основу личностно-ориентированного подхода положил несколько принципов, к числу которых он отнёс принцип вариативности, характеризующийся "использованием в процессе обучения не однотипных, равных для всех, а различных, зависящих от индивидуальных особенностей детей, ... моделей обучения" [165, с. 208].
Согласно "Закону РФ об образовании" (ред. Федерального закона от 13.01.96 № 12-ФЗ) [68] адаптивность системы образования к уровням и особенностям развития и подготовки обучающихся является одним из основных принципов государственной политики в образовательной сфере (статья 2, п.З). Эта тенденция нашла своё отражение и в Концепции модернизации российского образования на период до 2010 года, в которой указывается необходимость ориентации образования не только на усвоение учащимися определённой суммы знаний, но и на развитие его личности, его познавательных и созидательных способностей [89, с. 257]. Это в свою очередь означает необходимость создания максимально благоприятных условий для успешного обучения, воспитания и развития учащихся путём учёта их типичных индивидуальных особенностей в учебно-воспитательном процессе. Такой процесс принято называть дифференцированным, а обучение в условиях этого процесса - дифференцированным обучением [138; 172]. В педагогике учёт типичных индивидуальных особенностей находит своё отражение в дидактическом принципе дифференцированного подхода, а его реализация на практике называется дифференциацией (от лат. "difference" — разделение, расслоение целого на различные части, формы и ступени) [138, с. 11]. В литературе существует много трактовок понятия "дифференцированное обучение".
По И.Д. Бутузову дифференцированное обучение - "это система образования, обеспечивающая развитие личности каждого школьника с учётом его возможностей, интересов, склонностей и способностей" [16, с. 5].
А.А. Кирсанов трактует дифференцированное обучение как "особый подход учителя к различным группам учеников, заключающийся в организации учебной работы, различной по содержанию, объёму, сложности, методам, приёмам" [83, с. 35].
Энциклопедия образовательных технологий (автор — Г.К. Селевко) [151] даёт два определения. Дифференцированное обучение - это:
1) форма организации учебного процесса, при которой учитель работает с группой учащихся, составленной с учётом наличия у них каких-либо значимых для учебного процесса общих качеств (гомогенная группа);
2) часть общей дидактической системы, которая обеспечивает специализацию учебного процесса для различных групп обучаемых [151, с. 316].
Организация учебного процесса с использованием различных форм дифференцированного обучения рассматривается в качестве одной их важнейших проблем современного школьного образования, что подтверждает повышенный интерес к этим вопросам со стороны учителей, родителей и учёных - педагогов, психологов, методистов. Об этом свидетельствует тенденция усиления внимания в научно-методической литературе к вопросам осуществления дифференцированного обучения в последние 15-20 лет. К показателям результативности дифференцированного обучения относятся:
- удовлетворённость учащихся и родителей процессом обучения (т.к. дифференциация адаптирует учебный процесс к особенностям ученика: темпу его продвижения, особенностям развития его высших психических функций, учитывает интересы и познавательные потребности);
- психологическая комфортность обучения;
- развитие общих и специальных способностей учащихся;
- уровень усвоения учебного материала;
- уровень мотивации учения [122, с. 116-124].
Значительное количество опубликованных работ по проблемам осуществления дифференцированного обучения посвящено вопросам изучения физики в школе, т.к. большинство родителей и учеников считает физику одним из самых трудных предметов всего школьного курса. Многие школьники испытывают ряд затруднений в понимании и осмыслении физических идей, законов, теорий, принципов. С другой стороны, практически всегда есть способные учащиеся, для которых обычный уровень изложения учебного материала не является достаточным [98]. Поэтому от учителя физики требуется организация учебного процесса с учётом как познавательных возможностей (задатков, общих и специальных способностей), так и познавательных потребностей школьников (интересов, выбора будущей профессии для старшеклассников или выбор будущего профиля обучения для учащихся основной школы), и такой подход способен обеспечить оптимальное развитие личности каждого ребёнка. Для этого необходимо использовать различные формы дифференцированного обучения, что является одним из наиболее действенных путей повышения уровня знаний и умений учеников. Разработкой вопросов, связанных с реализацией дифференцированного обучения физике в условиях общеобразовательной школы занимались B.C. Данюшенков, Е.А.Дьякова, И.А.Иродова, О.В. Коршунова, Г.Я. Мякишев, В.А. Орлов, Н.С.Пурышева, В.Б. Рукман, Г.Н. Степанова, Н.М. Шахмаев и др.
Несмотря на огромный интерес к данной тематике, в современной педагогической литературе нет единого взгляда на проблемы, связанные с дифференциацией обучения, и различные авторы по-разному их трактуют и разрешают, например, вопрос о соотношении понятий дифференциации и индивидуализации [93; 115; 138;178]. Достаточно подробный анализ существующих подходов в определении и соотношении дифференциации и индивидуализации обучения проведён в монографии Н.С. Пурышевой [138, с. 7-10]. Согласно подходу Н.С. Пурышевой в вопросе о соотношении индивидуализации и дифференциации родовым является понятие дифференциации, а индивидуализация — подчинённым к нему, т.е. видовым. При этом различают внешнюю и внутреннюю дифференциацию. Внутренняя дифференциация как раз и понимается как "индивидуализация обучения в рамках стабильных в целом учебных групп" [138, с. 9]. К её формам относятся:
- индивидуальный подход к учащимся (традиционная форма учёта индивидуальных особенностей учеников);
- уровневая дифференциация (относительно новая форма на основе планирования результатов обучения) [34, с. 12; 138, с. 12].
Для традиционной классно-урочной системы наибольшей разработки требуют проблемы, связанные с осуществлением профильной и уровневой дифференциации обучения. Этот факт отмечается в "Концепции физического образования" ИОСО РАО (ныне ИСМО РАО) [90], что повышает степень значимости проблемы реализации уровневой дифференциации в условиях современной школы при обучении физике.
Профильная дифференциация является самой массовой формой дифференцированного обучения физике в полной средней школе [138]. Но профильное обучение не может охватить основную школу (т.к. к 7 классу у большинства учащихся еще нет стойкой мотивации и профессиональной ориентации). Даже в старшей школе не всегда удаётся организовать полноценное профильное обучение (например, в условиях сельской малокомплектной школы). Поэтому "в настоящее время учителя школ, в которых нет возможности реализовать профильное обучение, широко используют в учебном процессе технологию уровневой дифференциации" [101, с. 5].
Электронные образовательные ресурсы в обучении физике и анализ их возможностей для реализации уровневой дифференциации
Проанализируем возможности некоторых наиболее распространённых и популярных в России ЭОР по физике для реализации с их помощью УД при обучении физике в основной школе.
1. "Открытая физика" (компания-разработчик: ООО "Физикон" (Competentum Group)) [124-126]. Версия 1.0/1.1 [124] программного продукта фактически представляет собой пакет УКМ. К каждой модели прилагается краткий теоретический конспект и задача с возможностью её компьютерной проверки и просмотра варианта правильного решения. Версии 2.0/2.5/2.6 [125; 126] представляют собой мультимедийный курс, который помимо УКМ включает электронный учебник с системой вопросов и задач с компьютерной проверкой. В состав курса также входят лабораторные работы, предметный указатель и система поиска, справочные материалы (сборник формул и таблиц, краткие биографические справки, путеводитель по Интернет-ресурсам), журнал учёта работы ученика, методические материалы для учителя.
Текст электронного учебника содержит гиперссылки, что обеспечивает возможность нелинейного изучения материала курса, однако представленный учебный материал рассчитан для старшеклассников, причём в большей степени на учащихся профильных классов и абитуриентов. Отметим, что теоретический материал курса включает целый ряд вопросов, которые могут изучаться школьниками на разных уровнях, но, к сожалению, материал повышенного уровня в тексте специально не выделен, что ограничивает возможности самостоятельной работы учащихся с курсом при разноуровневом обучении. Уровень многих рассмотренных в курсе вопросов весьма высок для учеников 7-9 классов. Однако ряд тем учитель может рекомендовать учащимся, имеющим способности к физике, и планирующим в будущем обучатся в классах физико-математического профиля или других профилей, где физика изучается не менее пяти часов в неделю.
В последних версиях также добавлены интерактивные лабораторные работы, ориентированные на исследование интегрированных в ЭОР компьютерных моделей, однако и в них также принцип дифференциации не нашёл своего отражения.
2. "Физика, 7-11 классы": Мультимедийный курс (компания-разработчик: ООО "Физикон" (Competentum Group)) [184].
Интерактивный мультимедийный курс содержательно разделён на две части, соответствующие курсу физики основной школы (7-9 классы) и курсу физики полной средней школы (10-11 классы). Также ЭОР содержит более 100 видеофрагментов, более 150 интерактивных УКМ (включая все модели "Открытой физики" и сокращённую offline-версию лаборатории "Физикона", на базе которой построены некоторые УКМ курса, например, "Полное внутреннее отражение от поверхности воды", "Уголковый отражатель" и др.).
В отличие от других ЭОР здесь теоретический материал организован в виде кратких и лаконичных иллюстрированных конспектов. Отрадно, что довольно много включённых в состав курса конспектов адресованы учащимся 7-9 классов. Помимо материала по физике диск содержит и информацию по астрономии, что очень важно, т.к. в настоящее время элементы астрономических знаний изучаются в рамках курса физики основной школы [123; 143 и др.]. Ещё одной отличительной особенностью курса является обширный материал, предназначенный для учителя, причём как по работе с данным ЭОР, так и с другими программными продуктами компании "Физикон" [79]. В тексте конспектов материал по уровням обучения не разбит. Несмотря на большое количество моделей, заданий к ним в ЭОР вообще нет, за исключением приведённых в методических материалах для учителя.
Программных средств, в которых содержатся элементы моделирования физических экспериментов, достаточно, но наибольшей вариативностью среди них обладают компьютерные моделирующие среды. К их числу относится проектная среда - лаборатория по механике "Живая Физика".
3. "Живая Физика " (Interactive Physics 2000) (компания-разработчик: MSC. Software - Education Group; русская локализация - ИНТ) [65].
Одной из лучших сред компьютерного моделирования, пригодных для использования общеобразовательных школах, является "Живая Физика". В рамках Федеральной программы информатизации учебных заведений "Живой Физикой" версии 5.2.1.1 были оснащены все российские школы и педагогические вузы. Данное программное средство является русскоязычной локализацией очень популярной во всем мире среды двумерного моделирования механических процессов Interactive Physics для платформ Windows и MacOS. К ЭОР прилагается подробное руководство пользователя в виде документа формата PDF [40]. Основу ЭОР составляет ядро, моделирующее закономерности классической механики, однако проектная среда "Живая Физика" позволяет разработать ряд компьютерных экспериментов из других разделов физики (по электродинамике, оптике, молекулярной физике и термодинамике, атомной физике). Реализация компьютерного моделирования происходит путём численного эксперимента и визуализации его результатов в виде анимации при движении объектов и разного рода графиков и диаграмм.
К настоящему времени уже разработано достаточно большое количество компьютерных моделей, которые размещены на сайте Института новых технологий (ИНТ) и распространяются с демонстрационной версией продукта. Авторы русскоязычной версии называют "Живую Физику" учебно-методическим комплексом, с чем нельзя не согласиться, учитывая, с одной стороны, большое разнообразие уже готовых моделей, а с другой — возможность разработки новых компьютерных экспериментов учителями и учащимися, т.к. для работы с компьютерной моделирующей средой не требуется никаких специальных знаний в области программирования, а схемы опытов, модели физических объектов, силовые поля создаются самим пользователем, что делает этот программный продукт доступным в освоении широкому кругу пользователей [40]. Таким образом, "Живая Физика" сочетает в себе относительную простоту использования и большой набор функций, обладает большим набором программных и дидактических возможностей по моделированию физических явлений на уроках и во внеурочное время [26; 40]. Большая вариативность в создании моделей, которую обеспечивает программная среда, возможность использования в различных ситуациях на уроке, где моделирование способствуют усвоению учащимися понятий физики, составляют базу для использования ЭОР в уровневом обучении физике в основной школе [50], что более подробно рассмотрено в главе 2.
4. "1С: Репетитор. Физика 1.5" (компания-разработчик: ЗАО"1С") [1].
Этот программный продукт относится к числу наиболее известных на российском рынке ЭОР по физике. Программа имеет привлекательный интерфейс, содержит текстовый материал с гиперссылками, рисунки и графики, включающие элементы анимации, короткие видеофрагменты натурных опытов, интерактивные УКМ, компьютерные тесты и задачи, проверяющие уровень усвоения материала темы, а также обширный дополнительный материал (биографии учёных-физиков, справочные данные и др.). Но, как замечает Н.К. Ханнанов, приведённые в ЭОР "исторические сведения о выдающихся физиках являются скорее послужными списками учёных и очень малопривлекательны для современного школьника, поскольку эмоционально не окрашены. Мало внимания в них уделено логике рассуждений, приведших к становлению тех или иных выводов на основании экспериментов или теоретических рассуждений" [190, с. 279], поэтому маловероятно, что такой материал вызовет интерес школьников, особенно основной школы.
Для осуществления УД в условиях основной школы ЭОР практически не пригоден: использовать некоторые из интерактивных моделей при уровневом обучении можно лишь фрагментарно. Теоретический материал в большей степени ориентирован на старшеклассников и абитуриентов. Распределения учебного материала в представленном на диске тексте по уровням обучения также нет. Правда, контрольные тесты и задачи по каждому из разделов курса физики представлены на трёх уровнях сложности, но ориентированы, прежде всего, на поступающих в вузы.
5. "Уроки физики Кирилла и Мефодия" (компания-разработчик: ООО "Кирилл и Мефодий") [180].
В рамках "Виртуальной школы Кирилла и Мефодия" были разработаны диски для каждого класса, они включают электронные уроки по всем темам школьного курса физики (соответственно три их них охватывают курс физики основной школы). Уроки представлены в виде совокупности информационных кадров по изучаемой теме, содержащих краткий, тщательно отобранный текстовый материал и сопровождающие его мультимедиа-объекты: рисунки, в т.ч. интерактивные, модели, видеофрагменты. На информационных кадрах некоторых уроков приводятся примеры решения задач. Представляют интерес интерактивные тренажёры, направленные на первичное закрепление полученных знаний. В конце каждого урока учащимся предлагается проверить свои знания, ответив на вопросы итогового теста.
Данный ЭОР следует признать одним из наиболее удачных на отечественном рынке программного обеспечения, однако обширный учебный материал на уровни обучения не разделяется. В тесты включены вопросы различной степени трудности, но и тут дифференциация не отражена явно.
Модель методики использования средств информационных технологий в уровневом обучении физике в основной школе и её основные положения
Учитывая выявленные нами возможности, которые предоставляют средства ИТ для осуществления УД в основной школе, и отсутствие реализации этих возможностей, возникает необходимость создания методики средств ИТ в уровневом обучении физике в 7-9 классах [51].
В главе 2 нами предложен способ разработки специальных ЭОР, ориентированных на использование в условиях УД, однако только наличие их не гарантирует повышение эффективности обучения, поэтому необходимо определить возможные подходы к уровневому обучению в основной школе с применением этих и других программных средств. Констатирующий этап педагогического эксперимента (параграф 1.4 главы 1) также показал заинтересованность учителей в данной методике. По мнению Н.В. Шароновой, "при исследовании существующих и разработке новых методических систем естественно поставить задачу моделирования системы, а затем уже наполнять элементы модели конкретным содержанием" [94]. Таким образом, прежде чем разрабатывать саму методику использования средств ИТ для реализации УД, необходимо построить её модель.
Модель методики, которую мы предлагаем, включает в себя цели, содержание, формы и методы, средства и результат обучения. Она представлена на схеме 3.1.1.
Как следует из схемы, цели обучения дифференцируются и для каждого уровня обучения задаются операционально, т.е. через конечные, заранее запланированные результаты обучения, причём цели уровня I отражают ОРО, а достижение учащимися целей уровня II позволяет им получить повышенный уровень подготовки по физике.
Соответственно дифференцируется на два уровня и содержание. При этом механизм достижения целей в нашей методике основан на рациональном применении средств ИТ в процессе обучения. Для этого используются различные ЭОР, и прежде всего УДЭМ, т.к. они обеспечивают учащимся при работе с ними выбор ИОТ. Рациональность в данном случае означает, во-первых, целесообразность использования в конкретной ситуации, во-вторых, подбор ЭОР, которые дадут максимальный педагогический эффект, в-третьих, ЭОР являются основными, ведущими в рамках разрабатываемой методики, но не единственными; они должны сочетаться с другими средствами обучения, в частности, со средствами учебного физического эксперимента. УДЭМ является основным ЭОР, который управляет деятельностью учащихся при работе с компьютером, однако, также не единственным. УДЭМ может содержать не только внутренние гиперссылки, т.е. те, что соединяют его составные части (блоки и модули) друг с другом, но и внешние, которые обеспечивают связь программы, как с другими ЭОР, установленными на компьютерах, так и с Интернет-ресурсами, что делает интерактивную среду, в которой работают учащиеся, открытой. Например, процессуальный блок может содержать не саму компьютерную модель, а ссылку на неё (сама УКМ может быть составной частью другого ЭОР, например, мультимедийного курса "Открытая физика" или виртуальной on-line-лаборатории "Физи-кона"). Таким образом, УДЭМ в этом случае может выступать не только в виде отдельного ЭОР, но и в виде открытой интерактивной гипермедиа-среды, обеспечивающей интеграцию всех ЭОР, которые могут быть использованы для изучения определённой темы курса физики в условиях УД.
Модель методики использования ИТ предполагает различные формы организации учебного процесса в условиях УД. К их числу можно отнести следующие:
- уровневые уроки различных типов (уроки изучения нового материала, уроки решения задач, уроки - лабораторные работы, комбинированные уроки и т.д.);
- самостоятельная работа учащихся с УДЭМ во внеурочное время (в школе или дома), т.к. зачастую вопросы уровня II могут быть достаточно обширными и даже превышать по объёму обязательный для изучения материал (пример: УДЭМ по теме "Тонкие линзы", рассмотренный нами в параграфе 2.4 главы 2); в этом случае даже школьники, работающие в быстром темпе, могут не успеть освоить весь материал, поэтому изучение части необязательного материала повышенного уровня в некоторых случаях целесообразно вынести на самостоятельное изучение вне рамок школьного урока;
- уровневые домашние работы с ЭОР.
Если ученик не имеет доступа к компьютеру дома или в других местах, такой доступ обязательно должен быть организован в школе в определённое время, что обеспечит возможность ученикам выполнять как уровневые домашние задания, так и, не торопясь, самостоятельно работать с УДЭМ при освоении некоторых вопросов уровня П.
На основании вышесказанного сформулируем основные положения методики:
1. В основной школе изучение курса физики ведётся на двух уровнях обучения: базовом (уровень I), реализующем ОРО, обязательном для всех без исключения учащихся, и повышенном (уровень II).
В общем случае это означает дифференцированность целей, содержания, системы требований, отраженных в уровневых заданиях, которые могут быть одноуровневыми и многоуровневыми. В случае разрабатываемой методики это означает, что дифференцированными должны быть сами ЭОР и в них также должны быть заложены два уровня обучения.
Однако анализ современных ЭОР по физике, представленных на рынке программного обеспечения учебного назначения (параграф 1.3), свидетельствует об отсутствии таких ЭОР, т.к. в лучшем случае дифференцированными оказываются либо только содержание, либо только, тесты. Отсюда вытекает следующее положение:
2. Для решения задач уроенееой дифференциации необходгьмо использовать специальные ЭОР—УДЭМ.
В соответствии с предыдущим положением в ЭОР должньгбыть заложены два уровня обучения; Это относится к:
- содержанию учебного материала, изложенного в модулях информационного блока программы (одноуровневых и двухуровневых);
- системе вопросов.и заданий (например, заданий к УКМ, включённым в состав процессуального блока); ,
- итоговому тесту, образующего контролирующий блок УДЭМ.
Использование: программного продукта в обучении (как на; школьных уроках, так и при самостоятельной работе во внеурочное время) должно обеспечивать ученикам свободный выбор уровня обучения (что, /в частности, реализуется заданием перечня элементов знаний, которые должны быть усвоены учащимися на каждом уровне) и возможность перехода учащихся с одного уровня на другой (в случае двух уровней в основной школе — переход с базового на повышенный).
Уровень обучения задаёт основное направление, некий "коридор" при работе с:ЭОР, а ученик в его рамках выбирает свой индивидуальный маршрут освоения учебного материала, постоянно может варьировать своё продвижение: индивидуальный темп, последовательность изучения, количество заданий на повышенном уровне. При этом на любом этапе школьник может , рассчитывать на помощь учителя.. Т.е. индивидуализация здесь осуществляется в полной мере, т.к. при этом сочетаются обе её формы: как уровневая дифференциация, так и традиционный индивидуальный подход к учащимся.
Кратко опишем один из механизмов перехода учащихся на более высокий уровень при работе с УДЭМ.
Т.к. работа с компьютером интенсифицирует учебный процесс, то это приводит к некоторому ускорению в освоении материала. Как показывают наблюдения за учебным процессом, оставшееся время учащиеся сначала тратят на ознакомление с материалом раздела "Это интересно", в котором имеются ссылки на материал повышенного уровня. Чтобы разобраться в причинах того или иного явления, ученики "вынуждены" освоить некоторые вопросы уровня II, а также выполнить задания, соответствующие этому уровню, которые, в основном, носят творческий характер и направлены на применение знаний, в т.ч. и в незнакомой ситуации. Так учащиеся постепенно вовлекаются в творческую деятельность. Приобретая такой опыт работы с ЭОР, они и многие последующие темы начинают изучать таким же образом. А далее, выполняя текущий тест, проверочную или контрольную работу в рамках зачётного занятия, они обнаруживают, что могут справиться и с заданиями повышенного уровня. В целом это приводит к увеличению количества набранных учащимся баллов при выполнении зачётных работ и, соответственно, к повышению итоговой оценки, что также является сильным мотивационным фактором к изучению физики.
Обучающий эксперимент и анализ его результатов
Заключительный этап педагогического эксперимента проводился в 2006-2008 гг. на базе средних общеобразовательных школ № 2, 7, 8 г. Шуя Ивановской области; средней школы посёлка Новые Горки Лежневского района Ивановской области и средней школы № 4 г. Краснокаменска Забайкальского края.
Обучающий этап педагогического эксперимента является наиболее насыщенным из всех этапов. В обучающем эксперименте в общей сложности приняло участие 8 учителей, регулярно работающие по технологии УД, и 242 учащихся.
Задачами данного этапа эксперимента являлись следующие:
1. Апробация методики использования ЭОР в обучении физике в основной школе в условиях уровневой дифференциации.
2. Оценка эффективности разработанной методики по всем выдвинутым критериям и, соответственно, проверка гипотезы исследования.
К числу методов, которые были использованы в обучающем эксперименте, относятся следующие:
Экспериментальное обучение.
Индивидуальные и коллективные беседы с учащимися и учителями.
Анкетирование и проведение проверочных работ (в контрольных и экспериментальных классах).
Статистическая обработка результатов проверочных работ.
Статистические методы применялись в процессе сравнения результатов обучения, показанных учащимися контрольной и экспериментальной групп [31; 66; 119].
Контрольную группу составляла совокупность контрольных классов, которые работали по традиционной методике реализации УД, т.е. без привлечения средств ИТ. Экспериментальная группа формировалась как совокупность экспериментальных классов, в которых обучение проводилось по разработанной нами методике, т.е. в учебном процессе целенаправленно использовались УДЭМ, специально созданные для осуществления уровневого подхода, в комплексе с другими ЭОР в качестве средства реализации уд.
Для оценивания уровня знаний мы использовали проверочные работы, структура которых описана в параграфе 4.1. За выполнение работ учащиеся могут получить до 12 баллов, причём 4 из них выставляются за овладение повышенным уровнем. В соответствии с результатами проверочной работы мы предлагаем формировать четыре интервала набранных в ходе работы баллов:
интервал 0-5 баллов — этот интервал соответствует ситуации, когда школьник фактически не усваивает материал даже обязательного уровня;
интервал 6-8 баллов означает, что в целом учащийся справился с заданиями базового уровня, но с повышенным уровнем не справился или вообще не приступал к нему;
интервал 9-10 баллов соответствует случаю, когда школьник справился с заданиями уровня I и выполнил некоторую часть работы уровня II, но не полностью;
интервал 11-12 баллов — учащийся успешно справился с заданиями обоих уровней (либо полностью, либо всего с одной незначительной ошибкой).
В совокупности они образуют порядковую шкалу (не интервальную!) и поэтому для статистической обработки результатов педагогического эксперимента мы выбрали критерий однородности %2 (критерий Пирсона).
Таким образом, доказано, что использование ЭОР в уровневом обучении физике учащихся основной школы влияет на эффективность обучения в плане объёма усвоенных знаний в экспериментальных группах по сравнению с контрольными.
Теперь проверим влияние методики на прочность знаний. С одной стороны, существует эффект забывания. Однако, проверка, которая проводится через три месяца, производится по аналогичным вариантам.
Рассмотрим на примере темы "Световые явления". Учитывая изначально разный уровень знаний, который мы получили при оценке предыдущего критерия, необходимо из экспериментальной и контрольной групп сделать новую выборку, при которой исключается статистическое расхождение. Кроме того, желательно объём выборок сделать наибольшим, чтобы уровень достоверности экспериментального исследования оказался выше. Из анализа таблиц 4.3.1 и 4.3.2 следует, что выборки каждых групп должны содержать следующее количество учеников: "0-5 баллов" - по 3 человека; "6-8 баллов" - по 42 школьника; "9-10 баллов" - по 20 человек; "11-12 баллов" - по 7 учащихся.
Т.к. вначале в каждый интервал попадает одинаковое число учащихся как контрольной, так и экспериментальной групп, что значение статистического критерия 2=0.
Расчёт критерия в этом случае 2 =7,978, что превышает критическое значение. Это означает наличие статистически значимых различий (которые за три месяца до этого отсутствовали) с вероятностью 95%. Причём из анализа диаграммы, представленной на рисунке 4.3.4, видно, что уровень знаний оказался выше в экспериментальных группах, что свидетельствует о большей прочности полученных знаний с использованием нашей методики (во многом это достигается благодаря мультимедийности и интерактивности разработанных нами ЭОР).
Для оценки динамики наполняемости типологических групп мы изучали численность контингента учащихся на каждом из двух уровней обучения в начале и в конце учебного года. Главным для нас показателем в этом плане являлось количество учащихся, выбравших повышенный уровень изучения физики, в контрольных и экспериментальных группах (8 и 9 классы). Как видно из рисунков 4.3.5 и 4.3.6 доля учеников, обучающихся на II уровне, в течение учебного года возросла и в контрольных и в экспериментальных группах, однако в экспериментальных классах темп прироста оказался значительно выше (с 28 % до 49 %, в то время как в контрольных классах этот показатель вырос с 31 % до 35%).
