Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние обучения оптике в средней школе Вьетнама 15
1.1. Оптика в средней школе России и Вьетнама 15
1.1.1. Научно-методический анализ раздела «Оптика» 15
1.1.2. Физический эксперимент по оптике на современном этапе школьного обучения 21
1.2. Анализ исследований по использованию НИТ в обучении физике 35
Выводы по первой главе 46
Глава 2. Теоретическое обоснование методики применения НИТ при обучении оптике 48
2.1. Психолого-педагогические основы использования НИТ в обучении физике 48
2.2. Требования к электронным образовательным ресурсам по оптике 64
2.3. Требования к методике использования НИТ при обучении физике 77
Выводы по второй главе 79
Глава 3. Методика применения НИТ в обучении оптике в средней школе Вьетнама 80
3.1. Компьютерные демонстрационные эксперименты по оптике и методика их проведения в школах Вьетнама 83
3.2. Компьютерный лабораторный практикум по оптике и методика его проведения в школах Вьетнама
3.3. Модели уроков по оптике с использованием компьютерного эксперимента Выводы по третьей главе 128
Глава 4. Организация и результаты педагогического эксперимента 129
4.1. Организация педагогического эксперимента 129
4.2. Результаты педагогического эксперимента 132
Выводы по четвертой главе 143
Заключение 144
Список литературы
- Научно-методический анализ раздела «Оптика»
- Требования к методике использования НИТ при обучении физике
- Компьютерный лабораторный практикум по оптике и методика его проведения в школах Вьетнама
- Результаты педагогического эксперимента
Введение к работе
Оптика в результате своего длительного непрерывного развития получила широкое применение в человеческой жизни Область явлений, изучаемых физической оптикой, постепенно расширялась, и фактически оптика оказала влияние на развитие многих фундаментальных исследований, а также основных физических воззрений и, особенно, основных физических открытий XIX-XX вв
В средней школе изучение оптики имеет большое значение для формирования у учащихся методологических знаний, развития их научного мировоззрения и мышления.
Однако педагогическая практика и результаты нашего исследования показали, что изучение и восприятие учащимися основ оптики в школах Вьетнама сопровождается рядом трудностей, обусловленных как абстрактностью оптических понятий, ппотиво^ечивыми свойствами света и малой НЭГЧЯДНОСТЫО квантовых объектов, так и
а) несовершенством содержания данного раздела в существующих
программах по физике во Вьетнаме,
б) применением учителями на уроках физики словесного метода
обучения в качестве основного,
в) недостаточной экспериментальной поддержкой процесса обучения
оптике, связанной как с ограниченными возможностями самого натурного
эксперимента, так и с отсутствием необходимых материальных условий для его
проведения в школах Вьетнама
Все это приводит к тому, что у выпускников вьетнамских школ не сформированы на требуемом уровне основные знания по оптике и экспериментальные умения Из 120 школьников, участвовавших в проведенном нами в 2005 г тестировании, только 24% правильно ответили больше, чем на десять вопросов из 17, ни один из участников правильно не ответил больше, чем на 15 из указанных 17 вопросов Ученики не имеют необходимых знаний о таких оптических явлениях, как интерференция света, полное внутреннее отражение света, о понятии когерентности и т п, поэтому и не смогли использовать полученные знания при объяснении физических явлений и решении конкретных физических задач.
Повышению уровня знаний учащихся по оптике, на наш взгляд, способствуют.
1 Совершенствование учебной программы по оптике отбор учебного
материала и его переструктурирование
Усиление и совершенствование традиционного эксперимента по оптике
Совершенствование экспериментальной поддержки обучения оптике путем использования новых информационных технологий в сочетании с реальным экспериментом
В нашем исследовании мы избрали третий путь Выбирая его, мы учитывали и еще один важный фактор в современных социально-экономических условиях развития общества одной из актуальных задач обучения является развитие личностных качеств ученика, развитие его мышления, творческого потенциала, ценностных ориентации Мы полагаем, что перспективным для
решения указанных проблем является использование новых информационных технологий в обучении физике, в частности, в обучении оптике в школах Вьетнама Моделирование с использованием компьютерной техники позволяет получить наглядные динамические иллюстрации не только реально наблюдаемых физических процессов и явлений, но и явлений, недоступных для наблюдения в реальном эксперименте, и позволяет также обеспечить большую точность при проведении вычислительных физических экспериментов и решении различных экспериментальных задач. А компьютер с помощью сопряженного с ним современного вспомогательного оборудования позволяет проводить на высоком уровне исследование различных изучаемых процессов Соответственно, применение новых компьютерных экспериментов в обучении оптике позволяет преодолеть указанные, связанные с экспериментом проблемы, и дает
ВОЗМОЖНОСТЬ ОрГаНКЗОБаТЬ ПрОДуКТйВКОс ОиуЧсНйс, спосооствующее рсиВИШЮ
личности учащихся, ставить и решать, наряду с традиционными, новые образовательные задачи формирование модельных представлений, информационных, коммуникативных и других умений учащихся
В последнее время, проблеме использования новых информационных технологий (НИТ) в обучении физике посвящено большое число исследований Так-
общие вопросы теории и методики создания и использования НИТ в обучении физике рассмотрены в работах Л И Анциферова, А.С. Кондратьева, А. А. Кузнецова, В В Лаптева, И В Роберт, А В Смирнова, А И. Ходановича, идр,
разные конкретные аспекты использования компьютера и электронных образовательных ресурсов (ЭОР) при обучении физике в средней школе исследовались в работах П В Абросимова, А А Ездова, Ю Б Икрениковой, В В. Клевицкого, С Л Светлицкого, Л.Х Умаровой, А В Эльцова и др. В этом же направлении развивались и некоторые вьетнамские исследования Ле Конг Чьема, Май Ван Чинга, Нгуен Суан Тханха
Однако вопросы методики использования НИТ на уроках физики исследованы еще недостаточно полно, особенно вьетнамскими методистами, в этом направлении сделаны только первые шаги, остаются открытыми вопросы комплексного использования НИТ, возможностей и направлений сочетания компьютерного и реального физического эксперимента при изучении оптики в средней школе
Таким образом, существует противоречие между задачами повышения уровня знаний учащихся школ Вьетнама по оптике и формирования у них экспериментальных умений, развития их мышления, творческих способностей и возможностями их решения при использовании НИТ в обучении физике, с одной стороны, и современной методикой изучения оптики в школах Вьетнама, не позволяющей в полной мере решить эти задачи, с другой стороны
Это противоречие определило актуальность проведенного исследования
Объектом исследования является процесс обучения оптике учащихся средней школы Вьетнама
Предметом исследования является методика применения новых
информационных технологий при обучении оптике в средней школе Вьетнама
Цель исследования заключается в теоретическом обосновании и разработке методики применения новых информационных технологий в обучении оптике в средней школе Вьетнама
Гипотеза исследования заключается в том, что если использовать компьютерные демонстрационные эксперименты и компьютерные лабораторные работы в сочетании с реальным экспериментом при обучении оптике в средней школе Вьетнама, то можно повысить качество знаний учащихся, развить их мышление, творческие способности и экспериментальные умения, повысить их интерес к предмету В конечном счете это позволит в значительной степени возместить отсутствие традиционных средств обучения физике и будет способствовать процессу информатизации образования во Вьетнаме
ТТргп. м гнпптмч г\^л\/лттппмгттд т/*тт\пг\ттпяр топоии НГІЧЙПЛОвииа'
*_«,«..*# ж. » *.»*w * v.*.. ~w^ v-.иж.*.*..» n>v^iV14tiw -лм^н »aa «ж»*..» «.** чгьгмджавла
проанализировать состояние методики обучения оптике в средней школе Вьетнама и выделить специфические условия вьетнамских школ, проанализировать состояние проблемы применения НИТ в процессе обучения физике в средней школе Вьетнама,
провести обзор опыта применения НИТ в обучении физике в средней школе в России и во Вьетнаме,
3) проанализировать возможности экспериментальной поддержки
процесса обучения физике и развития мышления, творческих способностей,
экспериментальных умений учащихся при использовании НИТ в процессе
обучения физике в средней школе, выявить основные требования к методике
использования НИТ при обучении физике,
4) сконструировать модели методик проведения компьютерных демонстра
ционных экспериментов и компьютерного лабораторного практикума с учетом
выявленных требований и специфики вьетнамских школ, разработать соответст
вующие методики и модели уроков по изучению оптики в средней школе,
5) проверить гипотезу исследования в ходе педагогического эксперимента.
Для решения поставленных задач использованы следующие методы
исследования'
теоретический анализ проблемы на основе изучения психолого-педагогической, методической и научной литературы,
обобщение передового педагогического опыта внедрения НИТ в учебный процесс,
беседы, опрос, тестирование учащихся, анкетирование учащихся и учителей;
моделирование методики использования компьютерных моделей в демонстрационном эксперименте и лабораторном практикуме,
- проведение педагогического эксперимента и статистической обработки
его результатов
Научная новизна исследования состоит в следующем1 1. Обоснована особая роль, которую играют компьютерные модели при изучении оптики, связанная с абстрактным характером учебного материала, противоречивыми свойствами света, малой наглядностью (иногда и ее отсутст-
виєм) объектов исследования, трудностями в проведении реального эксперимента 2 Обоснована возможность и целесообразность использования НИТ при
обучении оптике во вьетнамских школах
3. Сформулированы основные требования к методике использования НИТ
при обучении физике
- процесс обучения в школе должен быть организован таким образом,
чтобы обучение при испопьзовании компьютерного моделирования носило
развивающий характер,
- следует использовать продуктивные методы обучения, которые
способствуют усвоению знаний и умений учащихся на уровне их творческого
применения, обеспечивать при этом деятельностный подход к обучению,
- следует стремиться к рациональному сочетанию различных традицио
нных средств обучения с компьютером и соответствующими ЭОР, учитывая, что
формы применения НИТ зависят от поставленных целей и содержания обучения
Выявлены основные направления использования компьютерных моделей для поддержки эксперимента по физике в школах Вьетнама (компьютерные демонстрации, фронтальные лабораторные работы и компьютерный практикум)
Разработаны модели методик и методики использования компьютерного демонстрационного эксперимента и компьютерного лабораторного практикума в сочетании с натурным экспериментом при изучении оптики в средней школе Вьетнама
На основе существующих ЭОР разработаны учебно-методические материалы по применению компьютерных моделей при изучении раздела «Оптика» в средней школе Вьетнама, включающие компьютерные модельные лабораторные работы, модели уроков и методические рекомендации по их проведению
Теоретическая значимость исследования определяется тем, что получили дальнейшее развитие теоретические основы методики применения НИТ в обучении оптике, а именно
обосновано место НИТ в обучении физике в школах Вьетнама,
обоснована целесообразность и возможность организации исследовательской деятельности учащихся при проведении компьютерного демонстрационного эксперимента по оптике,
- выявлено влияние реализации указанных идей на развитие мышления,
творческих способностей, экспериментальных умений учащихся
Практическая значимость заключается в разработке лабораторных работ по оптике, моделей уроков и методических рекомендаций по их проведению в условиях Вьетнама, во внедрении результатов исследования в практику обучения оптике в школе «Вьетбак», города «Лангшон» Вьетнама.
Внедрение результатов исследования в обучение физике в школах Вьетнама повышает уровень знаний и умений, мышления и способностей учащихся, а также их интерес к изучению физики С другой стороны, такое внедрение позволяет возместить недостаточное количество приборов для проведения эксперимента, являясь целесообразным промежуточным решением для вьетнамских школ в этот переходный период, и способствует процессу информатизации образования во Вьетнаме
На защиту выносятся:
1. Обоснование особой роли и целесообразности использования компьютерных моделей для изучения оптики в средней школе Вьетнама
Модели методики использования компьютерного демонстрационного эксперимента и методики проведения компьютерного лабораторного практикума в сочетании с натурным экспериментом при обучении оптике в средней школе Вьетнама
Методики использования компьютерного демонстрационного эксперимента и проведения компьютерного лабораторного практикума в сочетании с натурным экспериментом при обучении оптике в средней школе Вьетнама
Апробация исследования
Основные результаты исследования докладывались, обсуждались и получили одобрение на семинарах кафедры теории и методики обучения физике Московского педагогического государственного университета (2004-2008 гг), на научной конференции «НИТ в системе современного образования» (в педагогическом институте города Лангшона Вьетнама, май 2007г), на V и VI международных научных конференциях «Физическое образование, проблемы и перспективы развития» (в Ml 11У 2006, 2007 гт) Экспериментальная проверка эффективности разработанной методики проходила в течение 2004 - 2007 гт. в лангшонском округе Вьетнама Основные результаты исследования были апробированы и внедрены в учебный процесс школы «Вьетбак» г Лангшона Вьетнама
Струтура и содержание диссертации: диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 170 страниц, из них 146 страниц основного теста В тексте диссертации 13 рисунков, 11 таблиц, 3 схемы, 3 приложения. В списке литературы 167 наименований
Научно-методический анализ раздела «Оптика»
Оптика - раздел физики, изучающий свойства и физическую природу света, а также его взаимодействие с веществом. Под светом понимают не только видимый свет, но и примыкающие к нему инфракрасную и ультрафиолетовую области [131].
В результате своего длительного непрерывного развития оптика получила широкое применение в человеческой жизни. Область явлений, изучаемых физической оптикой, постепенно расширялась и фактически оптика оказала влияние на развитие многих фундаментальных исследований, а таюке основных физических воззрений и, особенно, основных физических открытий ХГХ-ХХ вв. Так что оптика стала одним из важнейших разделов курса физики. Обучение оптике в средней школе имеет большое значение для политехнического образования; формирования диалектико-материалистичеЪкого мировоззрения, методологических знаний, логического и теоретичного мышления школьников; ознакомления их с жизнью и деятельностью выдающихся прогрессивных ученых, внесших своими работами вклад в раскрытие сложной природы света и закономерностей, которым подчиняются световые явления.
В настоящее время в российских школах материал по оптике изучается на обеих ступенях школьного курса физики. В основной школе рассматривается в основном геометрическая оптика и частично физическая оптика. Это обусловлено тем, что учащиеся имеют недостаточные подготовку по математике и познавательные возможности для изучения более сложных вопросов и теорий, например, таких, как электродинамика. В средней полной школе эти темы изучаются повторно, но в более полном их объеме.
Существуют разные факторы, влияющие на логику изложения материала по оптике в средней школе, главными из них являются следующие:
1. Геометрическая оптика, как известно, изучает распространение оптического излучения на основе представления о световых лучах и не рассматривает его природу. Для её изучения существуют два подхода. При индуктивном подходе основные законы, которые составляют геометрическую оптику, рассматриваются опытным путем на основе понятий «световой пучок» и «световой луч». С использованием этих законов затем изучаются получение оптических изображений и оптические приборы. Данный подход является эффектным для обучения физике учащихся основной школы.
При дедуктивном подходе формулы геометрической оптики рассматриваются с позиции волновой природы света на основе уравнений Максвелла как предельный случай, соответствующий переходу к исчезающе малой длине волны. При условии недостаточной математической подготовки учащихся вывод законов отражения и преломления света может осуществляться с привлечением принципа Гюйгенса.
Этот дедуктивный подход к изучению геометрической оптики позволяет учащимся глубоко понять природу света и переход от волновой к геометрической оптике, но такой подход требует определенного уровня теоретического мышления и математической подготовки учащихся. Поэтому, на наш взгляд, он является эффективным для учащихся старших классов (особенно для профильных),
2. В настоящее время при построении программы физики полной средней школы методисты предпочитают выделить в ней основные, ведущие физические теории, идеи и группировать материал курса вокруг них. Целесообразность такой тенденции заключается в том, что, включая в себя ряд положений, понятий и законов, физическая теория позволяет не только объяснять явления и процессы, но и предсказывать ход явлений, устанавливать новые закономерности. Причем, группировка материала вокруг теории позволяет передать учащимся в обобщенном виде определенную сумму знаний, использовать ее для объяснения и предсказания явлений природы, научить учащихся определенному способу мышления. Она позволяет также укрупнить разделы и темы курса, представить в единстве классическую и современную физику, отобрать основной материал, освободить курс от второстепенных вопросов, а учащихся - от необходимости запоминать, слишком большое количество фактов. На современном этапе к главным теориям физики средней школы относятся: механика; молекулярно-кинетическая теория; электродинамика; квантовая теория. Поскольку свет проявляет и волновые, и корпускулярные свойства, т.е. он обладает дуализмом свойств, то некоторые оптические явления и законы изучаются в электродинамике, а другие - в квантовой физике.
Учитывая вышесказанные обстоятельства, материал оптики в программах физики основной школы российских авторов: А. В. Перышкина и Е. М. Гутник; Н. С. Пурышевой и Н. Е. Важеевской; Н. М. Шахмаева излагается в исторической последовательности [109]. Начинается изучение с геометрической оптики на основе представления о световом луче, затем изучается материал волновой и квантовой оптики.
Наиболее ярким примером реализации этого подхода изучения оптики являются пособия авторов Н. С. Пурышевой и Н. Е. Важеевской [115, 117]. Геометрическая оптика изучается в 7 классе, а некоторые начальные представления о волновой и квантовой оптике (например: электромагнитная природа света, скорость света, дисперсия, волновые свойства света, шкала электромагнитных волн, влияние электромагнитных излучений на живые организмы) рассматриваются в 9 классе. Для учета недостаточной математической подготовки и невысоких познавательных возможностей учащихся в пособиях уделено большое внимание демонстрационному эксперименту и практическим работам. С целью реализации уровневой дифференциации в пособиях заложены два уровня изучения материала. К материалу более высокого уровня относят дополнительные вопросы истории физики, прикладной материал и материал, изучение которого требует хорошей подготовки и развитого абстрактного мышления, например: диффузное отражение, многократное отражение, волоконная оптика, уравнение Эйнштейна для фотоэффекта, постулаты Бора и др.
В примерных программах по физике средней полной школы и федеральном компоненте государственного образовательного стандарта оптика не выделяется как самостоятельный раздел. Световые волны изучаются как частный случай электромагнитных волн в разделе «Электродинамика», квантовые свойства света - в разделе «Квантовая физика», а геометрическая оптика изучается после волновой оптики, т.е. материал оптики излагается в соответствии с современным пониманием природы света. Идеи этой программы отражены в методическом пособии С. Е.Каменецкого, Н. С. Пурышевой, Т.;.И.. Носовой и др. [138], где сразу после изучения электромагнитных волн радиодиапазона предлагают рассмотреть полностью волновую оптику. Потом явления отражения, преломления света изучаются как проявления волновых свойств света при взаимодействии света с веществом. Вывод соответствующих законов геометрической оптики осуществляют с привлечением принципа Гюйгенса. Изучение электродинамики завершается темой «Теория относительности», а за ней следует «Квантовая оптика».
Требования к методике использования НИТ при обучении физике
С другой стороны, как известно из анализа психолого-педагогической литературы, для развития мышления и творческих способностей учащихся при обучении физике целесообразно организовать учебный процесс таким образом, чтобы учащиеся активно участвовали в исследовательской деятельности, т.е. целесообразно увеличить самостоятельную деятельность учащихся в процессе приобретения ими знания, чтобы при этом они смогли осуществить часть или все этапы процесса исследования. Таким образом, для решения новой познавательной проблемы учащимся нужно предоставить возможность самостоятельно формулировать познавательные задачи; преобразовывать основную проблему в ряд частных проблем; разрабатывать метод и план их решения; формировать гипотезы; решать задач и проверять истинность полученных результатов теоретически и экспериментально. Деятельность учителя состоит в: составлении или отборе заданий в соответствии с подготовкой учащихся и их познавательными возможностями; в организации работы учащихся и их консультировании; в организации обсуждения хода и итогов работы [61, 137]. Такая технология часто используется в педагогике при обучении физике и называют её исследовательской деятельностью. . ,
Для успешной реализации данной технологии требуются соответствующие эффективные средства обучения. К ним относятся компьютер и ЭОР. Указанные их потенциальные возможности позволяют осуществлять все продуктивные методы обучения, при этом и компьютерный, и компьютеризированный эксперименты могут быть использованы почти на всех этапах исследования: создание проблемной ситуации, выдвижение проблемы, формулировка гипотезы, а также экспериментальная проверка решения.
Таким образом, при реализации технологии исследовательской деятельности в обучении физике учащиеся решают проблемы, уже решенные обществом, наукой и новые только для них; а учитель им по этапам предъявляет ту или иную проблему для самостоятельного исследования, зная предварительно результаты, ход решения, и черты мышления, творческой деятельности, проявляющиеся в ходе решения. Такая организация обучения позволяет учить школьников применять известные им знания для решения проблемных задач и добывания новых знаний, а учащиеся постепенно овладевают методами научного познания в процессе деятельности по поиску этих методов. Безусловно, все это способствует формированию прочных, осознанных знаний учащихся; повышению их интереса к предмету; максимальной активизации их познавательной деятельности и побуждению к творческой деятельности. Применение исследовательского метода в обучении позволяет формировать и развивать у учащихся ряд личностных качеств: научное, диалектическое мышления; творческие способности, исследовательские умения и др. Причем, использование компьютерного исследовательского эксперимента при обучении физике позволяет получать наряду с традиционными новые образовательные результаты. К ним относятся [55, с 293-294]:
Таким образом, использование в учебно-воспитательном процессе возможностей НИТ позволяет изменить характер взаимоотношений между субъектами образовательного процесса - учителем и учеником. При этом, ученик учится, учитель создает условия для учения, и по сути образовательная технология действительно превращается в личностно ориентированную.
В настоящее время развитие личности обучаемых, прежде всего развитие их мышления, способностей, является одной из главных целей обучения в школе. Анализ психолого-педагогической литературы показывает, что это можно осуществлять через процесс формирования у обучаемых умений и способностей выполнять самые различные исследовательские деятельности при изучении физики. А последнее может осуществляться через реализацию развивающего обучения и технологию исследовательской деятельности с помощью НИТ обучения физике.
Внедрение компьютера и ЭОР в процесс обучения физике обогащает арсенал технических средств обучения. Использование их при постановке эксперимента позволяет сделать процесс обучения личностно ориентированным и решить наряду с традиционными ряд новых образовательных задач. Однако следует учитывать, что эффективность этого процесса в значительной мере зависит от качества используемых ЭОР. Поэтому для грамотного и эффективного их использования следует обсудить требования, предъявляемые к ним, нужно учитывать и каким образом это применение может быть оптимальным с точки зрения целей обучения физике.
Средства обучения - это источники информации, с помощью которых учитель учит, а ученик учится [137]. Условно их разделяют на средства преподавания и средства учения. Средствами преподавания пользуется в основном учитель для объяснения и закрепления учебного материала, а средствами учения - учащиеся для его усвоения, в зависимости от этапа обучения, часть средств обучения может быть и тем и другим.
Средства преподавания имеют существенное значение для реализации информационной и управляющей функций учителя. Они помогают возбудить и поддерживать познавательные интересы учащихся, повышают наглядность учебного материала, делают его наиболее доступным, обеспечивают более точную информацию об изучаемом явлении, интенсифицируют самостоятельную работу и позволяют вести её в индивидуальном темпе. Кроме обеспечения наглядности обучения, они играют особую роль в развитии воображения и мышления учащихся, в формировании умений, закреплении знаний и их практическом использовании.
В процессе обучения, для решения определенной педагогической задачи учитель может использовать специфические средства обучения, каждое из которых имеет свои характерные особенности, дидактические функции. Но одно пособие не всегда может дать полную информацию об изучаемом объекте, раскрыть все содержание изучаемого материала. Только совместное использование разных пособий соответствует особенностям восприятия и усвоения знаний школьников. Иногда одновременное воздействие на органы чувств (зрительные, слуховые и т.д.) обеспечивает разностороннее, полное формирование какого-либо образа, понятия и тем самым способствует более прочному усвоению знаний, пониманию связи научных знаний с жизнью. Поэтому средства обучения на уроке рекомендуют использовать комплексно, иногда и одновременно.
Компьютерный лабораторный практикум по оптике и методика его проведения в школах Вьетнама
Реализуя указанные в начале главы принципы, мы предполагаем, что изучение физических явлений, процессов, опытов, приборов и др. по оптике с использованием компьютерного демонстрационного эксперимента в средней школе Вьетнама может быть организовано в три этапа. Первый этап: Учитель демонстрирует натурный эксперимент (опыты, видео- и диафильмы) с изучаемым объектом и проводит с учащимися его обсуждение с целью создания у учащихся первых представлений об объекте изучения (явлении, процессе, опыте, приборе и т.п.); получения первых выводов об объекте вследствие наблюдения и анализа эксперимента; создания проблемных ситуаций, требующих дальнейшего решения, выдвижения гипотез для их решения. Так как школьные натурные средства обучения оптике не всегда позволяют учителю продемонстрировать все явления и процессы и наглядно представлять их, то натурный эксперимент проводится главным образом для создания проблемных ситуаций и выдвижения гипотез, а закономерности явления изучаются с помощью компьютерного эксперимента.
Второй этап: Учитель демонстрирует компьютерный эксперимент. В отличие от предыдущего эксперимента специфические и потенциальные достоинства компьютерных моделей (наглядные динамические иллюстрации как реально наблюдаемых, так и недоступных для наблюдения в реальном школьном эксперименте физических явлений, включающих изучение волновых и квантовых свойств света; обеспечение большой гибкости, согласующейся с темпом восприятия, возрастными и психологическими особенностями учащихся, при проведении вычислительных физических экспериментов и вместе с тем решения различных экспериментальных задач и др.) позволяют учащимся и учителю после совместного обсуждения выполнить экспериментальное исследование для проверки гипотез, выдвинутых раньше при проведении натурного эксперимента, и тем самым расширить и дополнить новые представления об объекте изучения. Компьютерный модельный эксперимент позволяет также создать новые проблемные ситуации, экспериментально их исследовать и представить, проанализировать полученные результаты в различных наглядных формах.
Рассмотрим более подробно деятельность учащихся и учителя на данном этапе. Для увеличения самостоятельности и активности учащихся в процессе приобретения знаний и умений, которые способствуют развитию их мышления, способностей, экспериментальных умений, необходимо оптимально организовать выполнение учащимися лабораторной работы с демонстрационной компьютерной моделью. Содержание лабораторной работы соответствует цели и содержанию обучения.
Проблема или гипотеза исследования и план выполнения того или иного компьютерного эксперимента разработаются в результате эвристической беседы учителя с учащимися.
Перед выполнением лабораторной работы, вследствие того, что для демонстраций используются готовые компьютерные модели, которые не дают возможности проследить весь процесс моделирования, учитель должен подробно пояснить и указать параметры реального объекта, от которых абстрагируются, и параметры, свойства модели, на которые нужно обратить внимание. Это дает учащимся правильное понимание модели, об отражении в ней нужной информации для правильного дальнейшего использования модели. В сущности, это этап ознакомления учащихся с компьютерной моделью, а основные необходимые знания об объекте исследования учащиеся присваивают при взаимодействии с моделью на следующем этапе - выполнении эксперимента.
Эксперимент выполняет один из учащихся (по этапам в письменном руководстве лабораторной работы), а другие учащиеся наблюдают эксперимент, фиксируют экспериментальные данные, обрабатывают их и формулируют выводы. На основе полученных результатов учащиеся устанавливают новые взаимосвязи, закономерности. На различных уроках эксперимент выполняют разные учащиеся. В зависимости от уровня подготовки учащихся данный вид работы может осуществляться частично с помощью учителя или самими учащимися. Таким образом, учитель руководит практическими действиями учащихся, направляет их мыслительную деятельность на анализ и синтез полученных из эксперимента результатов и на формирование нового, ранее неизвестного знания.
При проведении компьютерного демонстрационного эксперимента возможны две основные формы организации обучения: коллективная и групповая. При последней форме организации учащиеся работают по группам из 7, 8 человек. Такая форма является предпочтительной, так как при возникновении новой проблемы учащимся предоставляется возможность обсуждать её с другими учащимися в своей группе, а разные группы потом (на третьем этапе изучения) смогут сравнивать полученные результаты и участвовать в дискуссии и отстаивать свою точку зрения.
В зависимости от состояния натурных экспериментальных приборов, целей и содержания обучения указанные лабораторные работы могут быть проведены учащимися параллельно с помощью компьютера и с помощью натурных экспериментальных средств - фронтальные лабораторные работы. Можно также повторно демонстрировать натурный эксперимент. Результаты компьютерного и натурного эксперимента затем сравниваются. Все это позволяет учащимся более полно понять сущность исследуемого объекта, также и роль компьютерного, реального экспериментов в физическом познании.
Третий этап: Учитель организует обсуждение результатов эксперимента с учащимися для получения необходимого вывода об объекте изучения, и тем самым достигает цель обучения. Важно, что в результате обсуждения представления школьников об объекте должны быть доведены до обобщений.
В конце работы с компьютерной моделью учитель должен обсудить с учащимися также границы применимости компьютерных моделей, соотношение между моделью и физическим явлением, процессом, прибором, причины различия результатов компьютерного и натурного эксперимента, а также смысл моделирования и значение самого эксперимента.
Контроль достижения учащимися целей обучения можно осуществлять как в конце урока, так и по ходу урока. Он может быть проведен с использованием традиционной методики или с помощью компьютера. Важно, что в содержание контроля, кроме традиционных вопросов, включаются новые компоненты, соответствующие новым дидактическим целям, связанным с применением компьютера в обучении, например: знания о компьютерных моделях, умения экспериментировать с компьютерными моделями и т.д..
Учащиеся выполняют лабораторную работу с компьютерной моделью по этапам, используя письменное руководство к лабораторной работе. Эксперимент выполняется одним учеником, другие учащиеся наблюдают эксперимент; фиксируют, обрабатывают экспериментальные данные и формулируют выводы, обсуждая их в группе (учащиеся работают по группам из 7, 8 человек).
В зависимости от состояния натурных экспериментальных приборов лабораторная работа может быть выполнена учащимися с помощью натурных экспериментальных средств как фронтальная лабораторная работа, или при сочетании компьютерной модели с натурными средствами.
Результаты педагогического эксперимента
На основе анализа научно-методической литературы, диссертационных исследований и результатов констатирующего этапа эксперимента была сформирована цель проводимого диссертационного исследования, которая заключается в теоретическом обосновании и разработке методики применения новых информационных технологий в обучении оптике в средней школе Вьетнама.
В соответствии с целью исследования была выдвинута гипотеза: если использовать компьютерные демонстрационные эксперименты и компьютерные лабораторные работы в сочетании с реальным экспериментом при обучении оптике в средней школе Вьетнама, то можно повысить качество знаний учащихся; развить их мышление, творческие способности и экспериментальные умения; повысить их интерес к предмету. В конечном счете это позволяет в значительной степени возместить отсутствие традиционных средств обучения физике и будет способствовать процессу информатизации образования во Вьетнаме.
Исходя из цели и гипотезы исследования, был поставлен ряд задач, которые потом были решены в ходе исследования. На основе анализа научно-методической литературы были выявлены значение изучения оптических явлений, процессов и применений законов оптики для учащихся, также и типичные подходы к их изложению и изучению в средней школе России и Вьетнама.
Анализ программы по физике для средних школ и некоторых исследований по проблеме обучения оптике в средней школе, а также и результаты констатирующего этапа эксперимента позволили выяснить типичные трудности, с которыми столкнулись учащиеся при изучении и восприятии основ оптики в средней школе Вьетнама. К ним относятся как трудности, обусловленные абстрактностью оптических понятий, противоречивыми свойствами света и малой наглядностью квантовых объектов изучения, так и: несовершенством содержания данного раздела в существующих программах по физике во Вьетнаме; использованием учителями на уроках физики в качестве основного словесного метода обучения; недостаточной экспериментальной поддержкой процесса обучения оптике, связанной с ограниченными возможностями самого натурного эксперимента и с отсутствием необходимых материальных условий для его проведения в школах Вьетнама.
На основе концепции всестороннего развития учащихся при обучении физике, анализа научной литературы и диссертационных исследований по проблеме применения НИТ в обучении физике, а также данных констатирующего этапа эксперимента была сформирована проблема исследования.
На основе концепции развивающего обучения, деятельностного подхода и технологии исследовательской деятельности были выявлены основные доводы, которые показывают не только продуктивность в компьютерном обучении физике таких целей обучения, как: повышения качества знаний учащихся; развития их мышления, творческих способностей и исследовательских умений; повышения их интереса к предмету, но и доказывают, что именно применение новых информационных технологий позволит более полно добиться их реализации. Полученные выводы вместе с результатами анализа значения различных средств обучения в процессе приобретения знаний учащихся позволили определить основные требования к методике использования НИТ в обучении физике: - процесс обучения в школе должен быть организован таким образом, чтобы обучение при использовании компьютерного моделирования носило развивающий характер; - следует использовать продуктивные методы обучения; обеспечивать при этом и деятельностный подход к обучению; - следует стремиться к рациональному сочетанию различных традиционных средств обучения с компьютером и соответствующими ЭОР.
Методики проведения компьютерных демонстрационных экспериментов и компьютерного лабораторного практикума по оптике были разработаны с учетом указанных требований и специфики вьетнамских школ. Для развития мышления, творческих способностей и формирования экспериментальных умений учащихся компьютерные демонстрационные эксперименты нужно организовать таким образом, чтобы включилась лабораторная работа в виде демонстрации; осуществлялся единый подход к работе с компьютерной моделью, позволяющий учащимся активно выполнять этапы физического исследования: постановка задачи или проблемы, выдвижение гипотез, разработка плана исследования, осуществление эксперимента, анализ, синтез, обсуждение данных эксперимента, формулирование выводов. А к числу работ в лабораторном практикуме целесообразно дополнять новые компьютерные лабораторные работы творческого и исследовательского характера.
Результаты проведенного обучающего эксперимента подтвердили гипотезу исследования. Результаты исследования могут быть использованы для обучения других разделов физики в средней школе Вьетнама, поскольку разработанная нами методика базируется на общих психолого-педагогических концепциях обучения, учитывая специфические особенности вьетнамских школ.
Дальнейшее исследование может быть связано с исследованием влияния на учебный процесс таких информационных технологий, которые позволяют учащимся самостоятельно конструировать физические явления и процессы, проводить их исследование, и созданием методики использования этих технологий в процессе обучения.
Похожие диссертации на Методика применения новых информационных технологий в обучении оптике в средней школе Вьетнама
