Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Теоретические основы использования интерактивных средств в процессе развития исследовательских умений учащихся 13
1.1. Интерактивные средства обучения и их дидактические возможности. 13
1.2. Развитие исследовательских умений в процессе обучения физике 29
1.3. Модель развития исследовательских умений учащихся с применением интерактивных средств в обучении физике 44
ГЛАВА 2. Методика использования интерактивных средств в процессе развития исследовательских умений учащихся при обучении физике 61
2.1. Комплексное использование интерактивных средств в обучении физике 61
2.2. Этапы развития исследовательских умений учащихся при использовании интерактивных средств обучения 83
ГЛАВА 3. Эксперимент и его результаты 127
3.1. Организация и проведение педагогического эксперимента 127
3.2. Формирующий этап педагогического эксперимента и обсуждение его результатов 137
Заключение 151
Библиографический список 153
- Развитие исследовательских умений в процессе обучения физике
- Модель развития исследовательских умений учащихся с применением интерактивных средств в обучении физике
- Этапы развития исследовательских умений учащихся при использовании интерактивных средств обучения
- Формирующий этап педагогического эксперимента и обсуждение его результатов
Введение к работе
Актуальность исследования. Согласно требованиям Федерального государственного образовательного стандарта основного общего образования одним из приоритетных направлений учебного процесса становится развитие у школьников умений осуществлять исследовательскую деятельность. В процессе этой деятельности школьники учатся применять полученные знания на практике и реализовывать результаты своих исследований.
Проблеме развития исследовательских умений учащихся посвящены многие психолого-педагогические исследования. В работах В.И. Андреева, А.И. Савенкова, M.B. Степановой, А.В. Усовой раскрыты теоретические и методические основы формирования исследовательских умений учащихся, определены роль и место учебно-познавательной деятельности в развитии этих умений. Формирование творческих способностей личности в процессе исследовательской деятельности, решении экспериментальных и изобретательских задач рассматривались в исследованиях В.Е Алексеева, , С.А. Новоселова. Методика развития исследовательских умений учащихся разрабатывалась В.Н. Векленко, У.Ю. Кукар, А.В. Макаровым, А.Б. Мухамбетовой, Н.А. Семеновой.
Физика традиционно считается важнейшим средством формирования исследовательских умений школьников. Именно школьный предмет «Физика» среди других учебных предметов занимает ведущее место по возможностям организации исследовательской деятельности и развитию исследовательских умений учащихся. Различные аспекты проблемы развития исследовательских умений школьников в процессе обучения физике рассматривались в работах А.А. Боброва, М.И. Старовикова, А.В. Усовой (методы формирования исследовательских умений при обучении физике), В.В. Майера, В.Г. Разумовского (развитие познавательных способностей школьников в процессе исследовательской деятельности), Т.Н. Шамало (использование учебного физического эксперимента в творческой деятельности учащихся).
Учеными отмечается, что для формирования исследовательских умений необходимо создавать условия для интерактивного взаимодействия. Кроме того, подчеркивается, что формирование исследовательских умений в процессе обучения физике не может происходить без применения учебного физического эксперимента (А.Е. Бойкова, Е.С. Дементьева), позволяющего осуществлять интерактивное взаимодействие субъектов информационно-образовательной среды. Но при этом указывается, что наряду с демонстрационным, лабораторным физическим экспериментом и экспериментальными задачами значительный потенциал для формирования исследовательских умений имеют компьютерные и мультимедийные средства, при использовании которых также возможно осуществление интерактивного взаимодействия (А.В. Смирнов, Т.И. Долгая, М.А. Петрова).
Применение интерактивных средств обучения (ИСО) в образовательном процессе позволяет организовать интерактивный диалог с учащимися, активизировать их мыслительную и познавательную деятельность. Вопросам использования интерактивных средств при обучении посвящены исследования Е.А. Бондаренко, А.А. Журина, Г.М. Коджаспировой, И.В. Роберт. Отмечается, что применение этих средств позволяет интенсифицировать учебный процесс, использовать разнообразные способы предъявления учебной информации, создать атмосферу заинтересованности.
Значительный вклад в развитие теоретических основ использования интерактивных средств в учебном процессе по физике внесли работы Ю.А. Воронина, Р.В. Майера, Е.В. Оспенниковой, A.B. Смирнова, Н.К. Ханнанова. В этих исследованиях раскрывались возможности ИСО при организации диалогового управления познавательной деятельностью учащихся при обучении. Рассматривались также вопросы использования компьютерной техники для моделирования физических явлений и процессов, проведения экспериментальных работ, исследований на основе применения виртуальных моделей.
Применение компьютерных интерактивных средств в комплексе с учебным физическим экспериментом позволяет на более высоком уровне реализовать исследовательскую деятельность учащихся. Кроме того, их комплексное использование дает возможность расширить представления учащихся о современных методах научного исследования, чему посвящены работы Е.Ю. Левченко, О.Е. Данилова, Н.А. Оспенникова. На современном этапе развития науки и техники школы стали оснащаться такими техническими средствами обучения, как интерактивная доска, фото- видеокамера, цифровые лаборатории и др. Совместное использование этих технических средств в комплексе с демонстрационным и лабораторным оборудованием школьного кабинета предоставляет для развития исследовательских умений учащихся новые дидактические возможности, которые в настоящее время раскрыты недостаточно.
Обобщение результатов анализа психолого-педагогической и методической литературы диссертационных исследований позволил выявить следующие противоречия:
– на социально-педагогическом уровне – между требованием общества к выпускникам школ, готовым целенаправленно взаимодействовать с информационно-коммуникационной средой для осуществления исследовательской деятельности, и практикой формирования исследовательских умений учащихся общеобразовательных школ;
– на научно-педагогическом уровне – между развитием технических интерактивных средств обучения и недостаточной разработкой теоретических и методических основ их использования в процессе обучения;
– на научно-методическом уровне – между дидактическими возможностями комплексного использования в процессе обучения физике интерактивных средств, в том числе и учебного физического эксперимента, и недостаточной разработкой методики их применения для развития исследовательских умений школьников.
Необходимость разрешения перечисленных противоречий обусловливает актуальность настоящего исследования и определяет его проблему: как использовать интерактивные средства в процессе обучения физике с целью развития исследовательских умений учащихся? Актуальность, недостаточная теоретическая и методическая разработанность сформулированной проблемы обусловили выбор темы диссертационного исследования – «Использование интерактивных средств в процессе развития исследовательских умений учащихся при обучении физике».
Объект исследования: процесс обучения физике в средней общеобразовательной школе.
Предмет исследования: использование интерактивных средств обучения физике для развития исследовательских умений учащихся.
Цель исследования: разработать и научно обосновать методику использования интерактивных средств с целью развития исследовательских умений учащихся в процессе обучения физике.
Для достижения поставленной цели исследования мы руководствовались следующей гипотезой: развитие исследовательских умений учащихся при обучении физике будет эффективным, если:
– осуществлять этот процесс с широким использованием интерактивных средств обучения поэтапно: на начальном этапе применять оперативную обратную связь для развития экспериментальных умений школьников; на последующем этапе развивать интеллектуальные умения учащихся с помощью интерактивного взаимодействия субъектов обучения; на заключительном этапе интерактивные средства должны обеспечить интенсивное творческое взаимодействие между всеми субъектами информационно-образовательной среды для формирования рефлексивных умений и умения осуществлять исследовательскую деятельность в целом;
– в качестве интерактивного средства организации взаимодействия субъектов образовательного процесса применять комплексное использование учебного физического эксперимента и современных технических средств.
В соответствии с предметом, целью и гипотезой были определены следующие задачи:
-
Выполнить анализ психолого-педагогической литературы, особенностей использования интерактивных технических средств в учебном процессе при развитии исследовательских умений учащихся. Обосновать необходимость совершенствования методики развития исследовательских умений обучаемых в процессе применения интерактивных средств при обучении физике.
-
Создать структурно-функциональную модель развития исследовательских умений учащихся на основе комплексного использования интерактивных средств обучения.
-
Разработать комплекс интерактивных средств на основе использования учебного физического эксперимента и современных технических средств обучения.
-
Разработать и научно обосновать методику комплексного использования интерактивных средств обучения для развития исследовательских умений учащихся в процессе обучения физике.
-
Осуществить опытно-поисковую работу по проверке эффективности разработанной методики использования интерактивных средств обучения в процессе развития исследовательских умений учащихся.
Методологическую основу исследования составляют работы в области теории научного познания и его методологии (Х.Г. Гадамер, Л.А. Маркова); теории личностно-деятельностного подхода (В.В. Давыдов, А.H. Леонтьев, С.Л. Рубинштейн); статистических методов обработки результатов исследования (М.И. Грабарь, К.А. Краснянская, А.А. Кыверялг, Б.Е. Стариченко).
Теоретическую основу исследования составляют:
– теоретические и методические аспекты использования интерактивных средств в процессе обучения (Е.А. Бондаренко, Е.В. Оспенникова, И.В. Роберт, Ф.А. Сидоренко, A.B. Смирнов);
– психолого-педагогические подходы к развитию умений учащихся, в том числе и исследовательских умений (П.Ю. Романов, А. И. Савенков, M.B. Степанова, А.В. Усова);
– методические основы развития исследовательских умений учащихся в процессе обучения физике (А.А. Бобров, М.И. Старовиков, М.Н. Тушев);
– исследования в области использования технических средств обучения в учебном физическом эксперименте (С.Е. Каменецкий, Н.К. Ханнанов, Т.Н. Шамало, Н.М. Шахмаев).
Для решения поставленных задач были использованы следующие методы исследования: теоретический анализ проблемы, изучение философской, психолого-педагогической и методической литературы; анализ учебных пособий и методических материалов; педагогическое проектирование и моделирование; наблюдение за деятельностью учащихся в процессе изучения физики и выполнения ими работ экспериментального характера; анкетирование; методы педагогических измерений и диагностики, адекватные задачам исследования; метод экспертных оценок; методы математической статистики.
Логика и этапы исследования:
Педагогический эксперимент проводился в течение семи лет в период с 2005 по 2012 годы и включал констатирующий, поисковый и формирующий этапы.
Во время констатирующего этапа (2005 – 2006 гг.) был осуществлен анализ проблемы на основе изучения научной, учебно-методической литературы и анкетирования учителей школ города Екатеринбурга и Свердловской области с целью определения актуальности исследования и выявления особенностей проблемы развития исследовательских умений учащихся при обучении физике. Анализ показал недостаточность реализации потенциала современных интерактивных технических средств в процессе развития исследовательских умений учащихся и необходимость разработки методики применения интерактивных средств обучения для развития исследовательских умений учащихся.
На поисковом этапе (2007 – 2009 гг.) создана структурно-функциональная модель развития исследовательских умений учащихся с применением интерактивных средств обучения, содержащая теоретико-методологический, содержательно-деятельностный и оценочно-результативный компоненты. На основе этой модели была разработана методика поэтапного развития исследовательских умений учащихся в процессе обучения физике с применением интерактивных средств, специфичных для каждого этапа (этапы репродуктивно-алгоритмической, частично-поисковой и творческой деятельности).
На формирующем этапе (2010 – 2012 гг.) была организована работа по реализации методики использования интерактивных средств обучения при развитии исследовательских умений учащихся в контрольных и экспериментальных группах. В ходе проведения формирующего этапа педагогического исследования проводилась проверка эффективности предложенной методики с применением различных методов диагностики уровней развития исследовательских умений учащихся.
Научная новизна результатов исследования:
-
В отличие от ранее выполненных исследований, посвященных развитию исследовательских умений учащихся при обучении физике (А.Е. Бойкова, Е.С. Дементьева), проблему развития исследовательских умений школьников впервые предлагается решать с применением интерактивных средств в учебном процессе по физике, которые созданы на основе комплексного использования учебного физического эксперимента и технических средств обучения.
-
Разработана структурно-функциональная модель развития исследовательских умений учащихся при использовании интерактивных средств обучения, включающая следующие компоненты: теоретико-методологический (уточнение понятийного аппарата, классификация исследовательских умений, выделение принципов и условий развития исследовательских умений); содержательно-деятельностный (содержание обучения, методы и интерактивные средства, необходимые для развития исследовательских умений учащихся); оценочно-результативный (критерии уровней развития исследовательских умений; методы, формы и средства контрольно-оценочной деятельности).
-
Созданы комплексы, включающие учебный физический эксперимент (по кинематике, динамике, термодинамике, электродинамике) и технические средства (интерактивная доска, цифровые фото- видеокамеры, цифровые лаборатории), использование которых позволяет осуществить интерактивное взаимодействие субъектов образовательного процесса при обучении физике.
-
На основе модели развития исследовательских умений учащихся предложена методика, предусматривающая использовании интерактивных средств обучения и реализацию трех этапов (репродуктивно-алгоритмической, частично-поисковой и творческой деятельности), осуществление которых обеспечивает формирование исследовательских умений учащихся в процессе обучения физике.
Теоретическая значимость:
-
Предложен комплекс дидактических принципов использования интерактивных средств при обучении физике с целью развития исследовательских умений учащихся (принципы научности, интерактивности, индивидуального подхода, ведущей роли самостоятельной деятельности, опережающего обучения, связи теории с практикой, рефлексивности, полифункциональности интерактивных средств обучения).
-
Определены критерии (мотивированность, самостоятельность, сформированность экспериментальных, интеллектуальных и рефлексивных умений) и уровни развития исследовательских умений учащихся при обучении физике (низкий, средний, высокий).
-
Определены необходимые условия эффективного развития исследовательских умений учащихся при использовании интерактивных средств в процессе обучения физике (наличие мотивации, интерактивное взаимодействие субъектов обучения).
Практическая значимость исследования:
Разработан комплекс интерактивных средств на основе использования учебного физического эксперимента и современных технических средств обучения в процессе развития исследовательских умений учащихся:
– использование интерактивной доски и программного обеспечения для решения экспериментальных задач и постановки виртуального физического эксперимента;
– применение цифрового фотоаппарата, персонального компьютера и учебного оборудования при постановке учебного физического эксперимента
(в демонстрационном эксперименте, при выполнении лабораторных работ, в процессе создания фото- видеозадач по разделу «Механика»);
– использование цифровых лабораторий «Архимед» с оборудованием школьного кабинета физики при проведении демонстрационных опытов по разделу «Электродинамика».
Положения, выносимые на защиту:
-
-
В соответствии с новыми требованиями образовательного стандарта школа должна подготовить учащихся к жизни в современном обществе, которое бурно развивается и требует от его граждан готовности осуществлять не только исполнительскую, но и исследовательскую деятельность. Содержание учебного предмета «Физика» и ее научные методы позволяют целенаправленно формировать исследовательские умения. В настоящее время школа оснащена новыми техническими средствами, которые в комплексе с учебным физическим экспериментом позволяют существенно изменить подходы к процессу развития исследовательских умений и повысить его эффективность.
-
Использование современной цифровой техники (интерактивная доска, цифровая фото- видеокамера, цифровая лаборатория) в комплексе с учебным физическим экспериментом может и должно носить интерактивный характер, что предоставляет возможность не только интенсифицировать развитие исследовательских умений, но и осуществлять этот процесс целенаправленно и системно.
-
Структурно-функциональная модель развития исследовательских умений при обучении физике может быть представлена следующими компонентами: теоретико-методологическим, содержательно-деятельностным, оценочно-результативным. Методика, созданная в соответствии с этой моделью, предполагает поэтапную реализацию процесса развития исследовательских умений (этапы репродуктивно-алгоритмической, частично-поисковой и творческой деятельности) с применением интерактивных средств, специфичных для каждого этапа. На первом этапе обеспечивается освоение экспериментальных умений при широком использовании оперативной обратной связи с помощью указанных комплексов. На втором этапе целью интерактивного взаимодействия является преимущественное формирование интеллектуальных умений. На третьем этапе интерактивное взаимодействие субъектов информационно-образовательной среды в творческой исследовательской деятельности обеспечивает развитие рефлексивных умений и умения осуществлять исследовательскую деятельность в целом.
-
Для эффективности развития исследовательских умений учащихся (экспериментальных, интеллектуальных, рефлексивных) при использовании интерактивных средств обучения необходимы следующие условия: наличие у учащихся и учителя физики мотивации к исследовательской деятельности, обеспечение интерактивного взаимодействие субъектов информационно-образовательной среды.
Развитие исследовательских умений в процессе обучения физике
Современные технические аудиовизуальные средства обучения (ТАСО) становятся всё более востребованными в образовательном процессе и активно используются субъектами этого процесса. Благодаря функциональным возможностям новых технических средств расширяется область их применения и пользовательская аудитория. Персональный компьютер, цифровая фото-видеотехника, интерактивная доска и др. позволяют разнообразно и активно реагировать учителю на действия учащихся. Используя эти качества технических средств, педагог может создать уникальную учебную среду для решения различных дидактических задач. Перед учащимися открываются возможности, позволяющие им не только быть наблюдателями, но и активными участниками образовательного процесса.
Современные технические средства обучения обладают высокой степенью интерактивности, то есть могут осуществлять обратную связь между учителем и учащимися. При этом у педагога появляется возможность активно взаимодействовать не только с учащимися, но с носителем информации, по своему усмотрению осуществлять ее отбор, менять темп подачи материала.
Следовательно, проблема эффективного применения интерактивных возможностей технических средств становится актуальной в современном образовании. При проведении исследований по этой проблеме необходимо уточнить содержание понятия «интерактивность». Проанализируем понятие «интерактивность» с различных точек зрения.
В теории информации используются следующее содержание понятия интерактивности: 1) способность информационно-коммуникационной системы активно и разнообразно реагировать на действия пользователя; 2) характеристика протекания процесса коммуникации, определяемая отношением друг к другу коммуникационных сообщений [14]. В психологии интерактивность рассматривается как функция общения, которая заключается в организации взаимодействия между общающимися индивидами, т.е. в обмене не только знаниями, идеями, но и действиями. [146].
Интерактивная функция общения связана с выработкой стратегии, тактики и техники взаимодействия людей, организацией их совместной деятельности для достижения определенных целей. Такое общение предполагает достижение взаимопонимания, приложение совместных усилий для дальнейшей организации деятельности, в конечных результатах которой заинтересованы общающиеся. Специфика интерактивности в том, что она фиксирует не только обмен информацией, но и организацию совместных действий.
В образовательной практике понятие «интерактивность» получило распространение при описании различных способов и средств взаимодействия участников педагогического процесса и информационной образовательной среды или ее отдельных элементов. В частности, А.А. Журин под интерактивностью понимает возможность пользователя активно взаимодействовать с носителем информации [54].
Е.О. Иванова и И.М. Осмоловская [56] в своей работе выделяют понятие «интерактивность» в информационной образовательной среде (ИОС), рассматривая это качество как возможность ученика взаимодействовать с элементами среды для достижения своих познавательных целей. При этом и сама среда является активной, поскольку может откликаться на запросы пользователя. Таким образом, в процессе обучения, помимо двух действующих субъектов - учителя и ученика, появляется еще один элемент, который может оказать существенное влияние на ход и результаты обучения. По мнению А.В. Осина, интерактивность - это бинарное взаимодействие по типу поочередного высказывания (в широком смысле слова, то есть от представления информации до осуществления действия) каждой из сторон общения [94].
Очень часто понятие «интерактивность» упоминается в связи с информационными технологиями. Современные технические средства обучения, такие как персональный компьютер, обладают свойством интерактивности, под которым рассматривается возможность этих средств «откликаться» на действия учителя и учащихся и вступать с ними в диалог. Такой диалог называется интерактивным диалогом. Под интерактивным диалогом будем понимать: взаимодействие пользователя с системой, которая позволяет осуществлять обмен текстовыми командами и ответами, или более развитые средства ведения диалога; при этом обеспечивается возможность выбора вариантов содержания учебного материала, режима работы [104, с. 107].
Т.И. Долгая так же подчеркивает, что современные технические средства позволяют обеспечивать не только аудиовизуальное представление учебного материала, но и интерактивное взаимодействие участников образовательного процесса с информацией [50].
Т.В. Ильясова указывает, что интерактивность как обязательное свойство современного технического средства, которое может изменить дидактическую цель использования виртуальной наглядности: взамен иллюстративности как чувственной опоры мысли учащегося - выделение через чувственное начало теоретической сущности изучаемого [55, с. 30].
Кроме того, интерактивность рассматривают как требование к современным цифровым образовательным ресурсам (ЦОР), таким как электронный учебник, интерактивная презентация, образовательный сайт и др. В этом случае под интерактивностью, как требованию к электронным дидактическим средствам, понимают взаимодействие учащегося и электронного ресурса с элементом обратной связи, проявляющееся в виде «обучающего воздействия» (объяснение, подсказка, новый вопрос, новое задание). Такое взаимо действие представляет собой не что иное, как учебный интерактивный диалог учащегося с ЦОРом [140, с. 62].
Использование электронных ресурсов позволяет обучаемым работать с учебными материалами по-разному - школьник сам решает, как изучать материалы как применять интерактивные возможности средств информатизации и как реализовать совместную работу со своими соучениками. Таким образом, учащиеся становятся активными участниками образовательного процесса [124].
Интерактивность часто рассматривается как функция технического устройства. Эта функция проявляется в оперативной обратной связи между пользователем и техническим устройством. В результате у субъекта взаимодействия имеется возможность управлять объектами этой среды.
Например, функцией интерактивности обладает интерактивная доска с установленным программным обеспечением. Благодаря интерактивности этого технического средства учитель может: 1) включать в учебный процесс различные электронные образовательные ресурсы (образовательные сайты, электронные учебники и др.), используя гипертекстовые документы; 2) изменять параметры виртуальной модели процесса или явления и демонстрировать на экране доски результаты этих действий (например, при моделировании движения автомобиля задавать равномерное, равноускоренное или равнозамедленное движение); 3) вносить изменения в имеющейся презентации во время объяснения учебного материала на уроке, адаптируя его под конкретный класс.
Модель развития исследовательских умений учащихся с применением интерактивных средств в обучении физике
Технический прогресс оказывает значительное влияние на развитие сферы образования, что подтверждается целенаправленным оснащением общеобразовательных учреждений страны в различные годы новым учебным оборудованием и технические средства.
Учителя физики давно оценили преимущества технических средств обучения (кодоскоп, кинопроектор, видеомагнитофон и др.) для реализации принципа наглядности в обучении физике, показа видео экспериментов, которые невозможно провести в условиях школьного кабинета физики, формирования познавательного интереса учащихся. Ученые-методисты (СЕ. Каменецкий, А.А. Покровский, Т.Н. Шамало, В.Ф. Шилов и др.) выделяли основных направления применения технических средств в обучении физике: - предъявление аудиовизуальной информации, связанной с физическим содержанием урока; - контроль знаний и умений учащихся по предмету; - использование этих средств в учебном физическом эксперименте [60, 95, 116, 129, 154, 155, 161, 164]. Современные средства, такие как персональный компьютер, интерактивная доска, цифровые лаборатории и др., имеют бесспорные преимущества перед техническими средствами предыдущего поколения, особенно в качестве и динамике передачи изображения и звука, в скорости осуществления обратной связи между субъектами обучения. Обоснованное использование их дидактических возможностей повышает эффективность уроков физики при условии, если учитель обладает соответствующими знаниями и профессиональной подготовкой по применению этих технических средств.
По данным анкетирования учителей физики Свердловской области (в течении 2005-2012 гг.) установлено, что вопросу использования интерактивных средств в учебной литературе уделяется недостаточное внимание, а рекомендации по использованию современных технических средств обучения (кроме персонального компьютера) до сих пор носят общий характер и больше относятся к организации деятельности учителя и учащегося, чем к содержанию учебного предмета. Кроме того, подчеркивается, что предлагаемые в литературе приемы и формы применения современных средств обучения не отличаются разнообразием и слабо отражают специфику процесса обучения физике.
В настоящее время обучающие возможности технических средств (ТС) значительно возросли благодаря появлению интерактивных досок, компьютерной и цифровой техники, развитию сети Интернет. Внедрение ТС в учебный процесс способствует совершенствованию организации педагогической деятельности и процесса обучения.
Значительную долю от всех технических средств составляет комплекс аудиовизуальной аппаратуры, обеспечивающий предоставление учебного материала в форме наиболее доступной для восприятия и запоминания учащимся. В состав современного комплекса ТС могут входить: персональный компьютер (ПК), с помощью которого можно представлять материал, используемый в процесс обучения; мультимедийный проектор, предназначенный для вывода учебной информации на экран; сенсорная панель, являющаяся средством управления компьютерными программами и выполняющая роль экрана. К таким комплексам относят и интерактивную доску (ИД). Для функционирования ИД используется специальное программное обеспечение, позволяющее работать с текстами и объектами, аудио- и видеоматериалами, интернет-ресурсами, делать записи от руки прямо поверх открытых докумен тов и сохранять информацию. В подобные комплексы также можно включить цифровую видеокамеру (веб-камеру), комплект из ноутбуков, акустические колонки и др.
Комплексное использование современных технических средств обучения (цифровые фото- видеокамеры, цифровые лаборатории) при постановке учебного физического эксперимента (УФЭ) на уроках физики позволило также разнообразить демонстрационные опыты, практические работы. Например, технические возможности цифрового фотоаппарата позволяют учителю использовать его при исследовании перемещения быстро движущихся объектов, для детального изучения траектории свободно падающего тела. С помощью цифровой видеокамеры, подключенной к персональному компьютеру с мультимедийным проектором, можно показывать на большом экране силовые линии электрического поля и линии магнитной индукции, броуновское движение и т.п.
Применение персонального компьютера (ПК) с установленными специализированными программами позволяет моделировать физические явления (например, деление ядер урана), которые невозможно пронаблюдать в условиях кабинета физики. Кроме того, ПК в комплексе с цифровой лабораторией и различными датчиками (температуры, времени, силы и др.) при проведении учебных исследований позволяют преподавателю и учащимся на уроке измерять физические величины и фиксировать их изменения в реальном времени.
В научной литературе особое внимание ученых, методистов посвящено комплексному использованию технических средств в учебном процессе [24, 24, 58, 69, 86, 127 и др.]. Они отмечают, что применение ТС, в том числе и интерактивных средств обучения, в комплексе обеспечивает возможность разнообразить способы подачи учебной информации и создает атмосферу заинтересованности, активизирует познавательную деятельность.
А.В. Смирнов утверждает, что ни одно из технических средств обучения, какой бы универсальностью оно не обладало, не способно со всей пол нотой раскрыть изучаемые физические явления и процессы. И только комплекс средств обучения в сочетании со словом педагога может обеспечить исчерпывающую учебную информацию, активное, глубокое и эмоциональное восприятие учебного материала [128, с. 68].
В исследованиях В.А. Извозчикова выделяется значимость использования компьютерной техники на уроках и во внеклассной роботе в комплексе с различными техническими средствами в зависимости от целей и содержания урока (занятия) и его этапов [58]. Автор отмечает, что подобные комплексы позволяют организовать в учебном процессе диалоговое управление познавательной деятельностью учащихся, осуществлять индивидуализацию обучения, повышать объективность оценки его результатов.
Анализ и обобщение опыта ученых [24, 54, 50, 69, 105 и др.] позволили нам сделать следующий вывод: комплексное использование интерактивных средств обучения способствует одновременному выполнению нескольких дидактические функций - информационной, интерактивной, управленческой.
Реализация информационной функции обеспечивает передачу учебной информации в аудиовизуальной форме, позволяет формировать наглядное представление о явлении или процессе, повышает информационную плотность учебных занятий, активизирует процесс восприятия материала учащимися, их внимание, создает эмоциональное отношение к учебной информации. Это, в свою очередь, способствует развитию у обучаемых познавательного интереса к исследовательской деятельности.
Этапы развития исследовательских умений учащихся при использовании интерактивных средств обучения
Отмечаем, что значения величины ускорения, полученное разными способами, одинаковы в пределах погрешности.
Приведем пример, в котором рассмотрим взаимодействие учителя и учащихся в процессе исследовательской деятельности.
Ученикам 8 класса НОУ СОШ «Индра» (г. Екатеринбург) Нежданову А. и Несмеянову А. в рамках учебно-исследовательской деятельности был предложен проект «Изучение явления относительности механического движения с использованием цифрового фотоаппарата».
Цель проектной работы - исследовать движения тела относительно подвижной и неподвижно системы отсчёта с применением фотографического метода. Перед учащимися были поставлены следующие задачи: 1. Изучить: а) теоретический материал по физике: основные понятия кинематики, относительность движения (система отсчета, система координат, тело отсче та, перемещение, траектория, путь, скорость); б) цифровой фотоаппарат: устройство фотоаппарата, его функции, ре жимы работы. 2. Сконструировать самодельный физический прибор для наблюдения явления относительности механического движения. 3. Выявить особенности постановки физического опыта с этим прибором. 4. Научиться осуществлять фотосъемку физического опыта с помощью цифровой фотокамеры. » 5. Провести анализ физических явлений по фотоматериалу.
Совместно с учителем учащиеся Нежданов А. и Несмеянов А. сформулировали гипотезу: если при изучении траектории движения тела в различных системах отчета использовать цифровую технику, то это позволит наблюдать относительность траектории движения тела в различных системах отсчёта.
При изучении устройства цифрового фотоаппарата, его функциональных возможностей и режимов работы учащиеся познакомились и освоили одно из направлений в фотоискусстве.
В фотоискусстве имеется такое направление, как фризлайт - фотографирование в затемненном помещении на длинной выдержке, осмысленно нарисованных светом объектов и абстракций. Это направление в фотоискусстве еще имеет называние фотографическая светопись. Для создания световых рисунков применяют различные источники света (однодиодный фонарик, лампа накаливания, люминесцентная лампа, светодиодный шест и др.)
Увлеченность фризлайтом помогло им понять принцип работы фотоаппарата, изучить такие термины как экспозиция, выдержка, диафрагма, чув-ствительность. Для получения изображения светящихся объектов и узоров Нежданов А. и Несмеянов А. научились настраивать цифровой фотоаппарат в режиме приоритета выдержки, устанавливать необходимое время экспозиции и чувствительность матрицы.
В процессе деятельности школьниками было изучено свойство движения - относительность. Ими были рассмотрены основные понятия кинематики: система отсчета, система координат, тело отсчета, траектория, скорость, относительность физических величин и др. Учащимся были предложены следующие задачи на использование знаний об относительности движения: 1. Два поезда движутся навстречу друг другу со скоростями 72 и 54 км/ч. Пассажир, находящийся в первом поезде, замечает, что второй поезд проходит мимо него в течение 14 с. Какова длина второго поезда? 115 2. Эскалатор метро поднимает неподвижно стоящего на нем пассажира в течение 1 мин. По неподвижному эскалатору пассажир поднимается за 3 мин. Сколько времени блюдет подниматься идущий вверх пассажир по движущемуся эскалатору? [122, с. 11].
Параллельно с освоением цифрового фотоаппарата, теоретического материала по кинематике движения тел учитель знакомил школьников с фотографическим, стробоскопическим и видеографический методами, в основе которых используется фото- и видеотехника для исследования быстро или медленно протекающих процессов.
Суть фотографического метода исследования, который применяется в астрономии при фотографировании звездного неба неподвижным фотоаппаратом, заключается в следующем: объектив фотоаппарата, который располагается на штативе, направляют на небо, устанавливают фокус на «бесконечность», выбирают режим приоритета выдержки с максимальным временем экспозиции. Вследствие вращения Земли на фотографиях получаются не точечные изображения звезд, а концентрические дуги (рис. 33).
Выполнение учащимися эксперимента с использованием фотографического метода будет способствовать формированию таких понятий как «экспозиция», «выдержка», «диафрагма», «светочувствительность» и развитию практических умений настраивать цифровой фотоаппарат в режиме приоритета выдержки, устанавливать необходимое время экспозиции и светочувствительность матрицы. При этом учащиеся знакомятся с одним из распро-страненных экспериментальных методов физики.
В основе стробоскопического метода лежит фиксирование положений движущегося тела при многократном фотографировании на один и тот же кадр (рис. 34). Адаптированный метод получения стробоскопической фотографии в школьных услоіиях был предложен Т.Н. Шамало [161] Для создания такого эффекта используется механический стробоскоп, который состоит из диска-обтюратора, насаженного на вал универсального школьного двигателя. При применении механического стробоскопа необходимо дополнительное яркое освещение, а фотоаппарат располагают так, чтобы свет от объекта попадал через щель в объектив.
При вращении диска на фотографии получается прерывистое изображение, размытость которого зависит от частоты вращения вала электродвигателя и размеров прорези в диске или частоты мерцания осветителя, а также от скорости движения объекта и его удаленности от объекта.
Этот метод в основном применялся в опытах по кинематике и динамике, в которых необходимо фиксировать положения тела в разный момент времени. В настоящее время учитель совместно с учащимися может организовать исследование падения капли с использованием цифрового фотоаппарата и школьного стробоскопа.
Формирующий этап педагогического эксперимента и обсуждение его результатов
Уровень развития исследовательских умений школьников определяется по худшим показателям оценивания соответствующей группы умений.
В итоге экспертная оценка исследовательских умений обучаемых позволили нам убедиться, что на начало эксперимента контрольная и экспериментальная группы находятся примерно на одном уровне развития этих умений (таблица 11).
Распределение учащихся по уровням развития исследовательских умений в начале формирующего этапа экспериментальных и контрольных групп Таблица 11 Тип группы Количество учащихся Уровни развития исследовательских умений учащихся на начало эксперимента низкий средний высокий Экспериментальная группа 60 68% 24% 8%
Оценка значимости различий в распределении учащихся экспериментальных и контрольных групп по уровням развития исследовательских умений учащихся на начало формирующего эксперимента производилась с по-мощью критерия Пирсона % . Выбор данного критерия обосновывается тем, что он состоятелен для проверки нулевой гипотезы при самых общих альтернативных гипотезах, допускает использование данных, измеренных с помощью шкалы наименований и с любым числом категорий. Для его применения должны выполняться следующие требования: 1) обе выборки случайные; 2) члены каждой выборки и сами выборки независимы друг от друга; 3) измерения проводятся по шкале наименований [42]. Нижней границей применимости стандартного статистического метода Пирсона х является выборка в 30 человек; в нашем случае выборка позволяет применить указанный метод. Для проверки нулевой гипотезы необходимо выбрать уровень значимости, то есть решить вопрос о том, будет ли гипотеза принята или она будет отвергнута. Задача проверки гипотезы сводится к построению критической области для данного уровня значимости.
На основании большого опыта во многих областях научного исследования установлены различные уровни значимости. Среди них широкое использование имеет 5%-ный уровень значимости, при котором величина вероятности /7=0,05. Выбор 5%-ного уровня значимости базируется исключительно на его пригодности в практике: этот уровень, с одной стороны, достаточно велик для отбрасывания ложных гипотез, а с другой стороны, он достаточно мал, так что приводит к отбрасыванию лишь немногих верных гипотез [87].
Значение критерия % жсп вычисляется по формуле: где пі - количество учащихся экспериментальной группы, П2 - количество учащихся контрольной группы, g - число градаций признака (уровней развития исследовательских умений учащихся), пь и пь (/=l,...,g) - число объектов первой и второй выборки, попавших в /-тую категорию по состоянию изучаемого свойства.
Критическое значение критерия Пирсона для уровня значимости /? 0,05 равно х крМт=5,991 npHg=3 (число степеней свободы v= g-\=2). 1 В соответствии с особенностями данного метода, если х жсп % кРит принимается нулевая гипотеза; если у?эксп у?Крит, то принимается альтернативная гипотеза (для/? 0,05) [42]. В качестве нулевой гипотезы была сформулирована следующая: Н0 - на начало формирующего этапа эксперимента не обнаруживается существенных различий в распределении учащихся экспериментальной и контрольной группы по уровням развития исследовательских умений при обучении физике.
Приведем результаты проверки состоятельности сформулированной гипотезы: Расчеты показывают, что % жсп меньше % крит, в связи, с чем принимается нулевая гипотеза: на начало формирующего этапа эксперимента не обнаруживается существенных различий в распределении учащихся экспериментальных и контрольных групп по уровням развития исследовательских умений при обучении физике.
Анализ тест-опросника по мотивации школьников к исследовательской деятельности в начале педагогического эксперимента привел к следующим результатам (см. таблица 12): Распределение учащихся по мотивации к исследовательской деятельности в начале формирующего этапа экспериментальных и контрольных групп Таблица Мотивация учащихся к осуществлению исследования Процентное кол-во учащихся Контрольный класс Экспериментальный класс отсутствует 87% 87% имеется 13% 13% 1) у школьников, участвующих в педагогическом исследовании, вызывает интерес учебный физический эксперимент, но при этом отсутствует желание участвовать в учебно-познавательной деятельности; наличие мотивации к осуществлению исследования (написание реферата, конструирования прибора) наблюдается у небольшого числа учащихся;
2) небольшая группа учащихся проявляют желание поучаствовать в подготовке и проведении физических опытов, узнать что-либо об особенностях подготовки эксперимента, попробовать самостоятельно подготовить и провести какой-либо эксперимент.
В начале данного этапа эксперимента автором исследования была проведена консультация для учителей физики по реализации предложенной ме 145 то дики: до их сведения была доведена сущность методики; разъяснены ее основные положения; дана характеристика форм, методов и средств обучения, использование которых в процессе обучения физике способствует развитию исследовательских умений учащихся.
На протяжении всего периода реализации методики учащиеся экспериментальной группы были полностью вовлеченными в деятельность по выполнению исследовательской работы посредством использования в учебном процессе интерактивных средств обучения (ИСО).
Проверка результативности разработанной методики осуществлялась на каждом из трех этапов развития исследовательских умений учащихся по средствам наблюдения и экспертной оценки. В процессе обучения и по его окончанию были получены экспертные оценки, в соответствии со следующим экспертным листом (Приложение 5): Экспертный лист Оцените развитие исследовательских умений учащихся по следующим критериям (учитывая показатели критериев развития исследовательских умений): сформированностъ экспериментальных умений, сформированностъ интеллектуальных умений, сформированностъ рефлексивных умений.
Похожие диссертации на Использование интерактивных средств в процессе развития исследовательских умений учащихся при обучении физике
-
