Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВАI МОДЕЛИРОВАНИЕ И НАБЛЮДЕНИЕ В ПРЕПОДАВАНИИ АСТРОНОМИИ
1. Анализ современного состояния школьного астрономического образования 17
2. МОДЕЛЬ и МОДЕЛИРОВАНИЕ в НАУКЕ и ОБУЧЕНИИ 34
2.1. Модель и моделирование в науке 34
2.2. Функции учебных моделей и цели их применения в учебном процессе 38
2.3. Учет возрастных особенностей учащихся при обучении с помощью моделей 41
2.4. Освоение различных языков моделирования в обучении 42
3. ПСИХОЛОГО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ МОДЕЛЕЙ В ПРЕПОДАВАНИИ АСТРОНОМИИ 46
3.1. Общие вопросы применения компьютера в преподавании астрономии 46
3.2. Комплексный характер применения компьютерных моделей в преподавании астрономии 60
3.3. Требования к содержанию и структуре пакета программ, моделирующих астрономические явления 94
ГЛАВА II. МЕТОДИКА ПРИМЕНЕНИЯ ПАКЕТА ПРОГРАММ «АСТРОНОМИЯ» В СРЕДНЕЙ ШКОЛЕ 107
1 Содержание и дидактические возможности пакета программ «астрономия» 107
1.1. Общее описание пакета программ «АСТРОНОМИЯ». Состав пакета, 108
1.2. Программы "Планеты земной группы" и "Планеты гиганты"... 109
1.3. Программа "Звездная карта" 114
1.4. Программа "Небо Земли" и 'Небо и Атмосфера" 116
1.5. Программа "Небо Солнца" 120
2. КОМПЛЕКСНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ПАКЕТА ПРОГРАММ «АСТРОНОМИЯ» 122
2.1. Уроки природоведения в начальной школе. 122
2.2. Уроки естествознания и географии в 5-6 классах 125
2.3. Уроки физики в средней школе s 129
2.4. Уроки математики и информатики , 132
2.5. Уроки астрономии в школе 142
3. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕТОДИКИ КОМПЛЕКСНОГО ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНОГО ПАКЕТА ПРОГРАММ «АСТРОНОМИЯ» 164
ГЛАВА III ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДИКИ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ В ПРЕПОДАВАНИИ АСТРОНОМИИ 177
1. Общая характеристика экспериментального аспекта исследования 177
2. КОНСТАТИРУЮЩИЙ ЭТАП 187
3. Поисковый ЭТАП 194
4. ОБУЧАЮЩИЙ ЭТАП 205
4.1. Влияние пакета программ на развитие у школьников интереса к астрономии 208
4.2. Создание условий для самореализации учащихся 209
4.3. Практическое применение пакета программ «АСТРОНОМИЯ» в различных организационных формах учебного процесса 211
4.4. Эффективность влияния пакета на учебно-познавательную деятельность учащихся 212
4.5. Возможность сокращения учебного времени за счет использования пакета программ «АСТРОНОМИЯ» 218
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 223
ЛИТЕРАТУРА 228
Приложение № 1. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ АНКЕТИРОВАНИЯ УЧИТЕЛЕЙ И УЧАЩИХСЯ 243
Приложение № 2. МАТЕРИАЛЫ ОЛИМПИАД ПО АСТРОНОМИИ ЗА 1997 - 2000 ГГ 249
Приложение № 3. НАЗНАЧЕНИЕ И ВОЗМОЖНОСТИ ПАКЕТА ПРОГРАММ «АСТРОНОМИЯ», ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАДАНИЯ 256
Приложение № 4. ОПИСАНИЕ ПАКЕТА ПРОГРАММ «АСТРОНОМИЯ» 270
Приложение № 5. ИНСТРУКЦИЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ ДЛЯ РАБОТЫ С ПАКЕТОМ ПРОГРАММ «АСТРОНОМИЯ»... 276
- Анализ современного состояния школьного астрономического образования
- Содержание и дидактические возможности пакета программ «астрономия»
- Общая характеристика экспериментального аспекта исследования
Введение к работе
В современных условиях развития информационного общества сама жизнь ставит перед педагогами новые цели и задачи. Акценты в современном образовании смещаются, вместо передачи готовых знаний школа должна развивать у ученика способности, существенно значимые для самостоятельной интеллектуальной деятельности. Для развития таких умений важно формирование информационной культуры, совершенствование пользовательских навыков учителей и учащихся, то есть набора знаний и умений, необходимых для использования новых компьютерных технологий в учебном процессе.
Вопрос повышения уровня информационной культуры современного учителя является одним из важнейших в совершенствовании современной методики преподавания. Залогом успешной работы в этом направлении является подготовленность педагогов и методистов к применению новых информационных технологий. Однако, современная практика школьного астрономического образования не отвечает требованиям информационного общества ввиду отсутствия соответствующих ППС и компьютерной грамотности учителя.
В наше время усиления антинаучных тенденций в средствах массовой информации особо важным становится формирование у учащихся не только информационной, но и астрономической культуры как совокупности представлений о строении и свойствах Вселенной и месте Человека в ней. Ослабление внимания в обучении сферической астрономии в этих условиях нельзя признать обоснованным. Ситуация с формированием астрономической культуры осложняется тем, что астрономическое образование в школе должно реализовываться не только и не столько в рамках отдельного учебного предмета, сколько через всю систему естественных дисциплин с 1-го по 11-й класс. Кроме того, еще одним осложняющим обстоятельством выступает специфика предмета и методов астрономической науки, не позволяющая в любое время, в необходимой последовательности и многократно реализовать
даже простейшие астрономические наблюдения учащихся. А это, несомненно, негативно сказывается на формировании у учащихся представлений об опыте в широком смысле слова как изначальном источнике знаний человека. В этих условиях в реализации астрономического образования должаое внимание следует уделить не только современным астрономическим вопросам, но и сферической астрономии. В программе отсутствует раздел «Сферическая астрономия» [176] . Однако, значительное число людей по окончании школы столкнется со сферической и практической астрономией, поскольку они связаны с математикой, геодезией, географией, навигацией, картографией, военно-прикладными задачами и т. д.
Как известно, внедрение элементов компьютеризации в учебный процесс обогащает методику преподавания дисциплин. Поэтому в решении проблем школьной астрономии определенную роль может сыграть применение компьютерных средств обучения, поскольку они выступают, в частности, универсальным способом моделирования изучаемых объектов и явлений и обладают сильным мотивирующим воздействием на современных учащихся. Использование ЭВМ при изучении школьного курса астрономии только начинается, поэтому проблема разработки прикладных программ и методики их использования на уроках астрономии актуальна для современной школы. Конкретных методических разработок по этому направлению очень мало.
Анализ современного состояния школьного астрономического образования и научно-методических исследований позволяет говорить о существовании целого комплекса противоречий:
между возможной и действительной ролью школьного астрономического образования в развитии личности учащихся;
между значением сферической астрономии в школьном преподавании и вниманием к ней в методической литературе и практике работы школы;
между необходимостью обеспечить эмпирические основы изучения астрономии и возможностями школьной методики преподавания ас-
трономии в этом вопросе; между практикой современной школы и требованиями информационного общества.
Есть основания полагать, что на разрешение этих противоречий может повлиять применение не отдельных, а объединенных в некий комплекс компьютерных средств, позволяющих учесть необходимость и одновременно сложность астрономических наблюдений с помощью различного вида моделирования астрономических явлений.
Это делает актуальным тему исследования «Комплексное применение компьютерного моделирования в школьном астрономическом образовании».
Проблема исследования состоит в решении вопроса о том, каким должно быть программное педагогическое средство, которое явилось бы дополнением к реальным наблюдениям астрономических объектов и явлений и обеспечило бы повышение качества астрономического образования.
Объектом исследования является процесс обучения астрономии в средней школе.
В качестве предмета исследования в данной работе выступает применение средств новых компьютерных технологий, в частности компьютерных моделей, в обучении астрономии в школе.
Целью исследования является разработка комплекса программно-педагогических средств (ППС) и методики их применения в реализации школьного астрономического образования.
Гипотеза исследования состоит в том, что если разработать ППС, моделирующее астрономические наблюдения, и методику его применения, основанную на идеях комплексного подхода к обучению, то это позволит повысить интерес учащихся к изучению астрономии, будет способствовать самореализации учащихся и успешному приобретению знаний и умений по астрономии на различных этапах школьного астрономического образования.
Для достижения цели и проверки гипотезы необходимо было решить следующие задачи исследования:
проведение анализа психолого-педагогической и методической литературы, посвященной проблеме использования новых компьютерных технологий в образовании в целом, а также вопросам применения компьютерных программных средств в преподавании астрономии;
анализ передового педагогического опыта в данной области;
выявление в ходе констатирующего эксперимента особенностей современного этапа школьного астрономического образования;
изучение литературы и методических исследований по проблеме применения учебных моделей и формулировка на этой основе требований к ППС, предназначенным для моделирования астрономических явлений;
создание сценариев и собственно компьютерных программ, отвечающих этим требованиям;
определение наиболее целесообразных методов применения моделирующих компьютерных программ в школьном преподавании астрономии;
разработка учебно-методических материалов по использованию созданных компьютерных программ;
осуществление экспериментальной проверки возможности и результативности применения разработанной методики применения созданных компьютерных программ на различных этапах школьного астрономического образования.
Методологической основой исследования стали философские представления о сущности современного информационного общества, об изменениях в образовательной политике в условиях информационного общества, а также работы, посвященные теории, методологии и практике астрономического образования, разработке и использованию новых программных средств обучения, концепции информатизации образования в школе XXI века.
- 9 -Для решения поставленных задач использовались следующие методы и виды деятельности:
изучение и анализ философской, психолого-педагогической я методической литературы, научно-методических исследований^ посвященных исследуемой проблеме, изучение передового педагогического опыта;
научно-методический анализ содержания школьного астрономического образования;
конструирование дидактических средств - компьютерных программ, обладающих запланированными свойствами;
моделирование методики применения компьютерных дидактических средств;
наблюдение, беседы, анкетирование, экспертная оценка;
экспериментальное преподавание с использованием разработанного комплекса компьютерных программ.
Базой исследования являлись Борисоглебская средняя школа № 10, Бу-турлиновская средняя школа № 1, московские школы №№ 1567, 1543, 1012, а также Борисоглебский государственный педагогический институт.
Научная новизна и теоретическая значимость исследования определяются тем, что:
обоснована идея продуктивности комплексного применения моделирующих компьютерных ППС в школьном астрономическом образовании в рамках различных учебных предметов для успешного овладения астрономическими знаниями и умениями и поддержания интереса к астрономии с 1-го по 11-й класс;
показано, что комплексный характер применения компьютерных моделирующих программ целесообразно понимать в трех аспектах, а именно
а) через объединение разных компьютерных программ в единый комплекс;
б) через применение этих программ на всех этапах школьного
астрономического образования в рамках различных учебных
предметов, изучаемых в начальной, основной и старшей шко
ле, с учетом межпредметной координации;
в) через применение моделирующих компьютерных средств в
сочетании с другими методами, формами и средствами обу
чения астрономии для достижения различных дидактических
целей;
создано дидактическое средство - комплекс компьютерных программ и предложен вариант методики его применения, обеспечивающий возможность включения учащихся в различные виды познавательной деятельности - от восприятия иллюстративной информации через выполнение учебных заданий к самостоятельной исследовательской работе.
Практическое значение исследования состоит в том, что разработаны пакет компьютерных программ «АСТРОНОМИЯ» и методические рекомендации по его применению на всех этапах реализации школьного астрономического образования с 1 по 11 классы.
Апробация исследования. Основные положения и результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались:
На итоговой конференции в Липецком государственном педагогическом институте, апрель 1994 г.
На XII Республиканской научно-практической конференции в Магнитогорске, апрель 1995 г .
На третьем Всероссийском (с участием стран СНГ) совещании-семинаре в Ульяновском государственном техническом университете, сентябрь 1995 г.
На II Всероссийской научно-практической конференции "Черноземье-95" в Воронежском педагогическом университете, ноябрь 1995 г.
На 25-й студенческой научной конференции в Уральском государст-
венном университете. Екатеринбург, январь-февраль 1996 г .
На VI Международной конференции "Использование новых технологий в образовании". Троицк, июнь 1995 г .
На VII Международной конференции "Применение новых технологий в образовании". Троицк, июнь 1996 г .
На IX Международной конференции. "Применение новых технологий в образовании". Троицк, июнь-июль 1998 г .
На П Всероссийской научно-практической конференции в РГПУ им. АИ.Герцена. Санкт-Петербург, март 1998 г .
На VIII Международной конференции-выставке, МИФИ. Москва, ноябрь 1998 г.
На заседании кафедры теории и методики обучения физике МПГУ, 1999, 2000 гг.
На международной совместной конференции Европейского и национального обществ "JENAM-2000". Москва, 29 мая- 3 июня 2000 г.
На научно-практической конференции по итогам научно-исследовательской работы в 1999 г. в МПГУ, март 2000 г.
На научно-практической конференции по итогам научно-исследовательской работы в 2000 г. в МПГУ, март 2001 г.
Основное содержание диссертации и промежуточные результаты и исследования отражены в следующих публикациях: [17; 18; 66; 67; 73; 74; 75; 100; 247; 157; 161; 162; 163; 160; 168; 70; 76; 158; 159].
На защиту выносятся следующие положения:
моделирующие компьютерные программы по сферической и практической астрономии должны представлять собой единый комплекс и применяться на всех этапах школьного астрономического образования с 1 по 11 класс с учетом межпредметной координации в сочетании с другими методами, формами и средствами обучения астрономии;
комплекс моделирующих компьютерных средств по астрономии
должен удовлетворять требованиям: 1) максимально полного отражения содержания учебного материала, 2) разнообразия моделей, 3) обеспечения возможности активного взаимодействия учащегося с моделями, 4) единого интерфейса, 5) необходимости и достаточности различного вида информации;
в состав пакета моделирующих компьютерных программ «АСТРОНОМИЯ» по сферической и практической астрономии целесообразно включить программы по таким темам, как "Небесная сфера и ее значение для практики", "Небесная сфера и Земля", "Геоцентрическая и гелиоцентрическая системы мира", "Истинное движение планет и законы Кеплера", "Форма и движение Земли", "Определение расстояний до небесных тел и их размеров", "Закон всемирного тяготения и его следствия", "Видимое годовое движение Солнца и его объяснение";
в начальной школе должны, в основном, использоваться иллюстративные возможности комплекса компьютерных программ; в основной школе в 5-6 классах возможно в дополнение к демонстрациям астрономических явлений включать в учебный процесс простейшие вопросы по материалу, отраженному в программах, а в 7-9 классах -практические задания на применение астрономических знаний; в старшей школе преобладающими должны стать задания исследовательского характера, формулировку и выполнение которых обеспечивает пакет компьютерных программ, моделирующих астрономические явления.
Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и приложений. Объем диссертации 312 страниц, в том числе 192 страницы основного текста. Диссертация включает 7 рисунков, 3 схемы, 16 таблиц, 1 диаграмму. Список литературы насчитывает 271 наименование.
В первой главе "Моделирование и наблюдение в преподавании астрономии" проводится анализ современного состояния школьного астрономиче-
ского образования, анализ диссертационных исследований и методической литературы, публикаций и научных исследований по рассматриваемой проблеме. Анализируются психолого-педагогические и методические основы применения компьютерных моделей в преподавании астрономии, их комплексный характер. Описывается и анализируется экспериментальный опыт, накопленный в данной области. В этой главе представлены теоретические основы методики комплексного применения компьютерных моделирующих программ в реализации школьного астрономического образования: рассмотрены специфика комплексного решения задач обучения астрономии и общие вопросы компьютеризации школьного астрономического образования, сформулированы требования к моделирующим компьютерным средствам по астрономии .
Во второй главе - "Методика применения пакета программ «АСТРОНОМИЯ» в средней школе", дано общее описание и показаны возможности комплексного использования пакета программ «АСТРОНОМИЯ» на уроках природоведения в 1-3 (4) классах, на уроках естествознания в 5-6 классах, в курсе физики основной школы при изучении некоторых вопросов механики в 7 - 9 классах, на уроках астрономии в 11 классе для демонстрации явлений при объяснении нового материала, в процессе решения задач, а также в исследовательской работе учащихся. Определены наиболее целесообразные направления использования пакета программ «АСТРОНОМИЯ» на уроках информатики, географии, математики в средней школе и в процессе подготовки учителя физики в педагогическом вузе. Рассмотрены основные формы учебной работы с использованием пакета программ «АСТРОНОМИЯ».
В диссертации представлена подробная таблица, отражающая возможности применения всех фрагментов пакета программ на различных уроках с 1 по 11 классы. Например, в начальной школе на уроках природоведения, астрономии, информатики целесообразно использовать пакет «АСТРОНОМИЯ» при объяснении нового материала и при закреплении для
демонстраций астрономических явлений (Солнечная система. Вращение Земли вокруг своей оси. и т.п.). В 5 -9 классах на уроках естествознания, географии, физики, математики, информатики, кружковых занятиях компьютерные программы рекомендуется применять еще и при проверке знаний (Поиск созвездий. Оценка скорости движения планет, и т.п.), использовать справочную функцию пакета (Определение соотношения сил тяжести на разных планетах, и т.п.), проводить модельный демонстрационный эксперимент (Механическое движение. Основы кинематики и динамики. Законы сохранения, и т.п.), применять программы для выполнения заданий исследовательского характера (Что произойдет с планетной системой если Солнце исчезнет? и т.п.). В 10 - 11 классах на уроках астрономии, физики, математики, информатики при проведении всех видов занятий разработанные ППС помогают формировать умения учащихся решать астрономические задач (Из наблюдений определите линейный радиус планеты Марс. Из наблюдений определите звездный (сидерический) период обращения Марса вокруг Солнца, и т.п.), проводить астрономические наблюдения (Суточное движение звезд и созвездий. Вид звездного неба на полюсах и на экваторе, и т.п.), контролировать знания учащихся по астрономии, организовывать самостоятельную исследовательскую деятельность учащихся по различным темам (Ориентировка на небе. Изучение контуров основных созвездий и их расположение относительно горизонта, и т.п.).
В завершении главы сформулированы основные положения методики
комплексного применения разработанных программных средств:
Пакет компьютерных программ «АСТРОНОМИЯ» предназначен для повышения наглядности в преподавании астрономии с помощью демонстраций моделей астрономических объектов и явлений и для организации познавательной деятельности учащихся по выполнению различных заданий.
Программы пакета программ «АСТРОНОМИЯ» представляют собой единый комплекс, который можно применять на всех ступенях астро-
номического образования, в разных формах обучения при формировании астрономических знаний на занятиях по астрономии и другим естественнонаучным дисциплинам и в этом смысле может рассматриваться как универсальное средство обучения астрономии.
3) Комплексный характер применения компьютерных моделирующих
программ целесообразно понимать в трех аспектах, а именно
а) через объединение разных компьютерных программ в единый
комплекс;
б) через применение этих программ на всех этапах школьного астро
номического образования в рамках различных учебных предметов,
изучаемых в начальной, основной и старшей школе, с учетом
межпредметной координации;
в) через применение моделирующих компьютерных средств в соче
тании с другими методами, формами и средствами обучения ас
трономии для достижения различных дидактических целей.
Пакет программ «АСТРОНОМИЯ» целесообразно применять на уроках природоведения, естествознания, математики, информатики, географии, физики и астрономии.
Пакет программ «АСТРОНОМИЯ» можно использовать для достижения разных дидактических целей (при изучении нового материала, при формировании умений по решению астрономических задач, проведению астрономических наблюдений, при контроле знаний учащихся по астрономии и для организации самостоятельной исследовательской деятельности учащихся). При этом обеспечивается повышение уровня продуктивности познавательной деятельности учащихся от класса к классу.
Комплекс программ, моделирующих астрономические явления, не исключает основных средств и методов обучения астрономии и должен использоваться в единстве с ними.
Основная роль комплекса пакета программ «АСТРОНОМИЯ» в реали-
зации школьного астрономического образования состоит в обеспечении единства подходов к изучению сферической и практической астрономии на разных его этапах. 8) Работа учащихся с пакетом программ «АСТРОНОМИЯ» преследует цель не только способствовать решению задач астрономического образования, но и формирования умений работы с компьютером, повышает информационную культуру учащихся.
В третьей главе "Экспериментальное обоснование методики применения компьютерного моделирования в преподавании астрономии" представлены результаты проведенного педагогического эксперимента, дана оценка предложенной методики применения пакета программ «АСТРОНОМИЯ», сделан вывод о подтверждении гипотезы исследования разработанного комплекса программ на формирование интереса учащихся к астрономическим знаниям и умениям.
В "приложениях" представлены:
материалы для анкетирования учителей и учащихся;
материалы олимпиад по астрономии за 1997 - 2000 гг.;
назначение и возможности пакета программ «АСТРОНОМИЯ», практические задания;
описание пакета программ «АСТРОНОМИЯ»;
инструкция пользователя для работы с пакетом программ «АСТРОНОМИЯ».
Анализ современного состояния школьного астрономического образования
Особого внимания в учебном процессе заслуживает совершенствование естественнонаучного образования. Считается, что только на его основе можно дать специальные знания в соответствующих областях техники и технологии, сформировать определенную культуру научного мышления.
Знания об окружающем мире, о Вселенной были всегда неотъемлемой частью общечеловеческой культуры. Успехи в исследовании Солнечной системы позволяют более глубоко и полно изучить вопросы возникновения и развития Солнечной системы, прошлого и будущего Земли. С развитием внеатмосферных методов наблюдения появилась возможность заглянуть в мир высоких энергий, изучать процессы, происходящие в звездах и галактиках. С помощью межпланетных станций ученые непосредственно изучают небесные тела: Луну, Марс, Венеру и другие планеты Солнечной системы, комету Галлея, астероиды [142]. "... мировая астрономическая наука успешно развивается. Новые гигантские телескопы, наземные телескопы новых технологий и космические телескопы непрерывно расширяют возможности наблюдателей. Это приводит к интереснейшим открытиям в разных областях науки о Вселенной" [118, с. 77].
Результаты астрономических исследований значительно расширяют и изменяют современную научную картину мира. Красное смещение, черные дыры, космические миры и многие другие научные открытия коренным образом меняют представление человека о Вселенной. Поэтому естественный интерес к астрономам и астрономическим явлениям в наше время приобрел устойчивый характер [142].
Серьезной методической проблемой в современной школе выступает место астрономических знаний в естественнонаучном образовании. Из всех предметов естественнонаучного цикла астрономия является особым в связи с тем, что образовательное, мировоззренческое и развивающее значение ее находится в огромном контрасте с состоянием преподавания и уровнем знаний учащихся. "А отсутствие «астрономического иммунитета» - благодатная почва для быстрого роста оккультных «семян»" [118, с.76].
Кроме того, "По словам классика астрономического просвещения Ка-миля Фламмариона. «Астрономия - это основа общего образования. Изучение ее не только не предоставляет никаких трудностей, но наоборот, доставляет удовольствие, которое все увеличивается, по мере того как мы ближе знакомимся с чудесами мировоззрения ...
Наука о звездах и планетах ... воочию показывает, что без нее человек никогда не знал бы, какое место он занимает во Вселенной; поэтому изучение ее, даже в элементарном виде, необходимо для каждого, кто хочет стать образованным человеком» " [118, с.80].
По результатам констатирующего эксперимента можно утверждать, что в настоящее время роль и место астрономии в школьном образовании не соответствуют в полной мере роли и месту астрономической науки в общечеловеческой культуре, поскольку познавательные, мотивационные и мировоззренческие функции изучения астрономии реализуются в процессе обучения в школе недостаточно эффективно. К тому же, астрономии, как отдельной дисциплины, в современном школьном образовании нет, ее элементы присутствуют в природоведении, естествознании, географии, физике.
Школьники знакомятся с астрономическими понятиями (планета, звезда, Солнечная система и др.) и явлениями (смена дня и ночи, фазы Луны, затмения и т.п.) в начальной школе. Знакомство с Вселенной начинается с первых дней пребывания ребенка в школе. Учебник для первого класса "Мир вокруг нас" [166] открывается схематичным изображением Солнечной системы, нашей планеты, изображением нашей страны на глобусе. Уже на. первых уроках природоведения в 1-ом классе предполагается проведение беседы о шарообразности Земли, ее вращении вокруг Солнца и вокруг своей оси. Для того чтобы учащиеся лучше усвоили изучаемый материал, учителя начальной школы обычно используют рисунки учебника или учебные таблицы. «Можно сказать, что делается попытка доступно и увлекательно объяснить ребятам, как астрономы открыли Солнечную систему, Галактику, Метагалактику ... В значительной мере это страницы истории открытия Вселенной» [118, с.78].
В пятом классе программа курса естествознания предполагает усвоение школьниками целой системы знаний по астрономии, в этом курсе уже вводится понятие астрономической науки [80]. Школьники знакомятся с основными типами небесных тел, их особенностями и ролью для жизни на Земле. Даются предварительные знания о таких физических понятиях, как скорость света, отражение света, прямолинейное распространение света. В пятом классе школьники должны иметь реальные представления о расстояниях в космосе, сравнительной величине различных небесных тел, знать главные события из истории астрономии и космонавтики, познакомиться с основными созвездиями. Цель занятий по астрономии в пятом классе - дать самые общие представления о космосе. Однако в силу недостаточности определенных знаний учащихся не предоставляется возможным дать им достаточно глубокого объяснения физической сущности процессов и явлений в природе, в результате чего полученные астрономические знания на этих уровнях обучения носят во многом формальный характер. Поэтому в школьном образовании не планируется расширять астрономические знания в последующие годы обучения до изучения астрономии как отдельного учебного предмета.
Содержание и дидактические возможности пакета программ «астрономия»
Программы PLANETA0.EXE и PLANETA1.EXE рассчитывают видимое и истинное движение всех планет Солнечной системы (кроме Плутона). Расчеты, заложенные в программу, основаны на точных вычислениях эфемерид с учетом планетных возмущений. На экране монитора можно смоделировать движения планет в гелиоцентрической системе, а также есть возможность показать движение Солнца и планет по звездному небу (геоцентричеекая система). Возможности, заложенные в эти программы, позволяют демонстрировать конфигурации планет, сидерические и синодические периоды планет, производить их расчет, показывать фазы планет, сравнивать угловой диаметр, определять линейный радиус, а также устанавливать условия видимости небесных объектов.
В программах предусмотрена достаточно богатая графика. Так, например, карта звездного неба на экране монитора разбита на три части - на три карты, одна из которых постоянно находится на экране, а вид двух других участков звездного неба может изменяться на экране по желанию пользователя в соответствии с особенностями выполняемой работы. В нижней части экрана постоянно выводится таблица текущих гелиоцентрических и экваториальных координат планет (Рисунок 1).
По желанию пользователи программы могут установить дату и время наступления основных конфигураций для верхних и нижних планет (для этого проверяется разность геоцентрических долгот планеты и Солнца), а воз можности программы также позволяют произвести оценку изменения параметров орбиты любой планеты Солнечной системы в течение столетий (для этого нужно сначала ввести дату, начиная с которой интересующая йас планета описывала свою орбиту, а затем другую дату, отличающуюся от прежней на несколько столетий).
Работа с этим пакетом программ позволяет знакомить учащихся с основными сведениями о физической природе планет и ярких звезд зодиакальных созвездий. Также существует возможность сравнить угловые скорости движения дальних и ближних планет относительно Солнца. В сервис программ входит возможность демонстрации пошагового движения планет (с точностью до одной секунды), позволяющая наблюдать их движение как "вперед", так и "назад", что дает возможность точного изучения траекторий планет в любой промежуток времени, заданный данным пользователем. С помощью отображения на экране треков движения планет можно наглядно представить петлеобразный характер движения планет, показать различие между орбитами по Копернику и Кеплеру, показать перемещение орбит в пространстве под влиянием планет-гигантов в течение 100-1000 лет.
По желанию пользователя карты звездного неба могут переключаться автоматически для проведения постоянного наблюдения за движением выбранной планеты. Если какие-то планеты или их траектории в данный момент мешают наблюдениям пользователя, он может "отключить" их, и они не будут отображаться на карте звездного неба.
К числу астрономических наблюдений, сыгравших важную роль в формировании научной картины мира, относятся наблюдения за сменой фаз планет Солнечной системы. Как известно, наличие фаз у планет Солнечной системы было предсказано еще Коперником на основе допущения о том, что все планеты, подобно Земле, представляют собой несамосветящиеся тела. С изобретением телескопа систематические наблюдения за сменой фаз у нижних и верхних планет
Общая характеристика экспериментального аспекта исследования
Основной целью педагогического эксперимента являлась проверка возможности применения пакета компьютерных программ «АСТРОНОМИЯ», разработанного коллективом преподавателей и сотрудников БГПИ, одним из которых является диссертант, а также проверка предположения о результативности методики комплексного применения пакета программ «АСТРОНОМИЯ» в решении обучающих, воспитательных и развивающих задач школьного астрономического образования.
В основу исследования было положено предположение о том, что именно комплексное применение пакета программ «АСТРОНОМИЯ» с использованием методических рекомендаций, сопровождающих программное средство, усилит эффективность традиционных методов обучения, повысит качество знаний по астрономии, будет способствовать комплексному решению ряда задач обучения, в том числе и развитию интереса к астрономическим явлениям и к новым компьютерным технологиям. При этом термин комплексное применение понимается достаточно широко, так как совокупность компьютерных программ рассматривается как целостный комплекс и предполагается комплексное применение этих программ в разных формах и на разных этапах обучения. Таким образом, целями педагогического эксперимента выступает выявление возможностей созданного пакета программ «АСТРОНОМИЯ» для реализации следующих задач обучения астрономии:
а) повышение и развитие мотивации учащихся, в том числе учебной мотивации, основанной на формировании интереса к астрономическим явлениям и к самому изучаемому предмету;
б) предоставление условий для самореализации учеников, обеспечения опыта успешной деятельности каждого из них;
в) повышение эффективности учебно-познавательной деятельности учащихся в целенаправленном приобретении знаний, развитии умений самостоятельной работы;
г) формирование мировоззрения учащихся.
Задачами констатирующего этапа эксперимента являлись:
а) выявление современного состояния астрономического образования в школах и актуальных проблем его развития;
б) выявление опыта внедрения компьютерных технологий в учебный процесс и, в частности, в обучение астрономии;
в) изучение степени адаптированности существующего программного обеспечения к образовательным задачам современной школы;
г) выявление условий эффективного использования ППС и наиболее эффективных форм учебных занятий с использованием технологии компьютерного моделирования на уроках астрономии;
д) выяснение отношения учителей к данной проблеме и основных трудностей, препятствующих внедрению компьютерного моделирования в учебный процесс по астрономии.
Задачами поискового этапа эксперимента являлись:
а) выявление дидактических задач и поиск различных организационных форм, методических приемов обучения при комплексном применении пакета компьютерных программ в процессе астрономического образования;
б) анализ результатов практического применения пакета компьютерных программ «АСТРОНОМИЯ» при обучении различным предметам есте ственнонаучного цикла;
в) сравнение расхода учебного времени, необходимого для получения, упорядочивания и систематизации знаний, для закрепления получен ных знаний на практике при традиционной методики обучения и при комплексном применении пакета компьютерных программ «АСТРОНОМИЯ» в учебном процессе.
