ИКТ

Тип статьи:
Авторская

Антощук Лариса Георгиевна

учитель физики
методический проект
«компьютерное моделирование на уроках физики»
Актуальность проблемы проекта «Компьютерное
моделирование
Использование современных информационно-
коммуникационных технологий в школе позволяет решить ряд фундаментальных задач:
§ Внедрить проектные формы и модели учебного процесса,
предусматривающих активную интеллектуально- практическую деятельность учащихся, самостоятельное осмысление целей своей работы
и планирование путей их достижения, групповую и коммуникативную деятельность,
новую роль учителя в качестве консультанта и партнера;
§ Обновить содержание образования, повысить роли
фундаментальных современных знаний и умений междисциплинарного характера,
увеличить степень интегрированности различных учебных предметов и дисциплин.
§ Формирование и развитие способностей к
самостоятельному поиску, сбору анализу и представлению информации, решению
нестандартных творческих задач, моделированию и проектированию предметов и
явлений окружающей действительности и своей деятельности.
В основе программы обучения лежит
социальный заказ, отражающий общественные и индивидуальные потребности и
служащий основой для формирования системы целей образования. В этой системе
можно выделить ряд компонентов:
·
готовность к
деятельности в быстро меняющемся мире, способность к самостоятельному принятию
и реализации решений;
· умение пользоваться средствами новых информационных
технологий для решения конкретных задач, взаимодействия с информационными
потоками, информационная культура;
Применение информационно- компьютерных технологий
позволяет наиболее эффективно реализовать следующие функции урока:
·
Вооружение
учащихся глубокими и осознанными знаниями;
·
Обучение учащихся
самостоятельной деятельности по овладению знаниями;
·
Формирование
прочных мотивов учения, самосовершенствования, самообучения, самовоспитания;
·
Формирование
нравственных основ личности, ориентированных на общечеловеческие ценности;
Компьютер на уроках физики прежде всего
позволяет выдвинуть на первый план экспериментальную, исследовательскую
деятельность учащихся. Замечательным средством для организации такой
деятельности являются компьютерные модели.
Компьютерное моделирование позволяет
создать на экране компьютера живую, запоминающуюся динамическую картину
физических опытов и явлений и открывает для учителя широкие возможности по
совершенствованию уроков.
Создание компьютерных моделей физических
явлений и процессов является одной из эффективных форм реализации практической
и исследовательской деятельности учащихся.
Компьютерные
модели легко вписываются в традиционный урок, позволяя учителю
продемонстрировать почти «живьем» многие физические эффекты. Кроме того компьютерные
модели позволяют учителю организовывать новые, нетрадиционные виды учебной
деятельности.
Учитель,
ведущий занятие с использованием мультимедиа- проектора, электронной доски и
компьютера, обеспечивающим выход в Интернет эффективно использует возможности
информационно- образовательной среды, что способствует решению вышеуказанных
задач.
Цель данного проекта- разработка методической
системы по использованию компьютерного моделирования на уроках физики для
организации экспериментально- исследовательской деятельности учащихся.
Задачи проекта:
Ø Формирование у школьников системного
естественнонаучного мировоззрения на основе создания опорных образовательных
образов;
Ø Применение виртуальных лабораторных практикумов на
уроках физики;
Ø Изучение природы микро- и макромиров, окружающих
человечество, которое с помощью физического лабораторного оборудования школы
практически невозможно;
Ø Глубокий анализа физических процессов и явлений за
счет имитации и учета существенно большего количества параметров и факторов по
сравнению с возможностями физического лабораторного оборудования;
Ø Изучение и овладение навыками способов разработки и
создания компьютерных моделей;
Ø Фиксация результатов работы;
Методы
Существует два способа разработки компьютерных
моделей: с помощью специализированных программных средств и программирования.
Специализированные программные средства позволяют быстро и удобно создать компьютерную модель,
которая ограничена набором объектов и методов существующих в программных
средах.
Среда содержит два основных
«пласта» материала:
интерактивные модели
(демонстрации, имитационные работы, конструкторы);
интерактивные задачи
и тренажеры (плюс составленные из них контрольные работы и тесты).
Кроме того, имеются обучающие
сценарии, видеозаписи демонстрационного эксперимента и ряд вспомогательных
каталогов.
Моделирующая среда позволяет решать
широкий круг физических задач путем их визуального проектирования на основе
моделей объектов, явлений, эффектов и свойств, содержащихся в тематических
библиотеках (допускают их неограниченное пополнение самим пользователем), с
последующим управлением моделями и наглядным представлением результатов
расчета. В основе интерактивных задач и тренажеров также лежат модели.
Интерактивные задачи и тренажеры:
Демонстрация — модель, имеющая
небольшое число доступных пользователю степеней свободы и, соответственно,
рычагов управления. Основное ее назначение — наглядно проиллюстрировать явление
или поведение объекта в определенных условиях и акцентировать внимание учащегося
на важнейших, выделенных моментах, свойствах, чертах поведения.
Демонстрация обычно сопровождается
встроенным комментарием, который появляется во всплывающем окне при нажатии
соответствующей кнопки.
Лабораторная
работа — модель, имеющая значительное число степеней свободы. Соответственно,
пользователю доступны для исследования и анализа различные стороны явления,
черты поведения объекта. Лабораторная работа требует больших по сравнению с
демонстрацией затрат времени, большего внимания и более творческого подхода.
Подобно своему аналогу в традиционном обучении, обычно предваряется краткими
теоретическими сведениями, описанием ситуации, методическими указаниями по
выполнению.
Может требовать составления таблиц и
(или) построения графиков, на основе анализа которых следует сделать вывод.
Модельная лабораторная работа не имеет заданного сценария, но возможности ее
схемы ограничены заранее поставленной задачей и предоставленными органами
управления. Жесткой границы между демонстрациями и лабораторными работами нет.
Более того, на одном и том же модельном материале можно зачастую поставить
работу как демонстрационного, так и исследовательского характера.
Конструктор -
набор элементов, позволяющих пользователю собрать, спроектировать на экране
фактически новую систему, а затем исследовать ее. В этом состоит отличие
конструктора от лабораторной работы, где модель предоставляется готовой.
Конструктор, таким образом, дает
пользователю большую степень свободы, чем демонстрация и лабораторная работа.
Высшая степень свободы достигается в открытых системах моделирования и
проектирования, например, при использовании полной версии системы Stratum 2000.
При ее помощи пользователь, не будучи программистом, может создавать новые
модели и проекты, либо модифицировать имеющиеся.
Интерактивные
задачи имеют манипуляционно-графический интерфейс. Они позволяют производить
всевозможные перемещения и трансформации графических объектов, содержат
инструментарий для различного рода построений, в том числе графиков, картин
векторов, содержат серьезные экспертные системы для диагностики и оценки
действий пользователя.
В лучших образцах интерактивных
задач, удается достичь отслеживания хода мысли учащегося и возможности
вмешательства в решение для улучшения результата, получить реальный обучающий
эффект.
Интерактивные тренажеры
Интерактивные тренажеры, как и
интерактивные задачи имеют манипуляционно-графический интерфейс.
Главное достоинство таких систем
состоит в том, что они позволяют отрабатывать ключевые, можно сказать,
технологические навыки, необходимые для решения более сложных, комбинированных
задач в традиционной форме, на бумаге. При этом обеспечивается активная
умственная и манипуляционная деятельность учащихся.
Контрольные работы, тесты
Тест, в нашем понимании, -
последовательность заданий, предназначенная для оценки уровня знаний учащегося
по некоторому относительно узкому кругу вопросов. Тест не содержит сложных и
глобальных заданий, проверяется, по преимуществу, знание фактов, высокой может
быть доля заданий с выбором ответа. Тест имеет также обучающую функцию,
например, может способствовать систематизации информации.
Контрольная работа — также
последовательность заданий для оценки уровня знаний учащегося, но по более
широкому кругу вопросов, содержащая задания более серьезные, преимущественно
манипуляционного и расчетного характера. Однако задачи, требующие пространных
аналитических расчетов на бумаге и последующего ввода числового ответа, на наш
взгляд, использовать в компьютерных контрольных работах нецелесообразно,
поскольку при этом теряется интерактивность, и компьютер заменяет обычный
задачник с ответами.
Обучающий
сценарий (ОС) — синтетическая, комбинированная форма организации учебного
материала. ОС может содержать теоретические сведения с иллюстрациями, модельный
эксперимент демонстрационного или исследовательского характера, а также
работающую в режиме вопрос-ответ экспертную систему, предназначенную для
контроля хода обучения и его корректировки (выбора следующих заданий, выдачи
подсказок).
Степень свободы учащегося в ОС
ограничивается внутренним маршрутом, призванным обеспечить достижение
поставленной цели обучения. Методика обучения заложена и не подлежит
обжалованию. Однако недостаток свободы компенсируется тем, что ОС доступны в
использовании для начинающего преподавателя и, что важно, психологически
комфортны для учащихся.
При значительном объеме целесообразно
снабжение ОС системой навигации.
Видеодемонстрации,
используемые в электронных учебных пособиях, не требуют специальных
комментариев. Отметим лишь, что их характерная особенность — лаконичность,
заданная прежде всего предельным объемом информации, помещающимся на CD ROM.
Поэтому видеодемонстрации — своего рода квинтэссенция учебных видеофильмов. В
физике и других существенно экспериментальных учебных дисциплинах они должны
отражать не просто интересные факты, а ключевые эксперименты, не увидев которые
учащийся может «не поверить» компьютерной модели соответствующего
явления (прецессия гироскопа, парение проводящего кольца в переменном магнитном
поле и так далее).
Справочная система — своего рода
теоретическое приложение к основной, интерактивной части системы. Оформлена в
виде алфавитного каталога понятий, явлений, законов. Содержит несколько сотен
блоков. Справочная система не навязывает пользователю материал, как это делают
компьютерные учебники, а позволяет его использовать по мере необходимости.
Одновременно справочная система является наполнением структурной модели
дисциплины.
Хронологический
каталог — справочная информация по истории развития физики на основе материала
книги Ю.А.Храмова «Физики». Объекты, содержащие фактическую
информацию, расположены вдоль «оси времени» и сгруппированы по
разделам дисциплины (механика, молекулярная физика и так далее). Первый уровень
хронологического каталога иллюстрирует периодизацию развития физики (по
Храмову). Второй уровень (точнее, система подуровней по разделам) информирует
об исторической последовательности различных открытий и изобретений. При
нажатии на объектах левой кнопки «мыши» возникают всплывающие окна,
содержащие более подробную информацию и гиперссылки на справочную систему и
персоналии.
Каталог
персоналий содержит информацию о более чем 100 выдающихся ученых-физиках
(используется материал справочника Ю.А.Храмова «Физики»).
При отборе персон разработчики ориентировались на базовый курс средней школы и
технического вуза, поэтому список ученых, с точки зрения овременной физической
науки, далеко не полный и несколько однобокий. Биографические статьи связаны
гиперссылками со справочной системой и модельным материалом — демонстрациями,
лабораторными работами, конструкторами, иллюстрирующими работы соответствующих
ученых.
Структурная
модель — система графов, отображающих базовые понятия, явления и законы
изучаемой дисциплины, вместе с их взаимосвязями — «генеалогическими»,
смысловыми, формальными. Структурная модель позволяет увязать фундаментальные
принципы с их проявлениями — фундаментальными явлениями и общими законами мира,
а эти последние, в свою очередь, с частными законами, конкретными свойствами,
процессами, эффектами — проявлениями общих законов.
Геометрические фигуры, изображающие
понятия, явления, законы, свойства представляют собой «кнопки»,
нажимая на которые пользователь попадает в справочную систему, а из нее далее -
на Первый ярус (этаж) структурной модели модельный материал.
Для создания компьютерных моделей на
лабораторных занятий и на уроках решений
задач более всего подходит табличный процессор
Excel .
С помощью этого табличного процессора возможно создание лабораторных журналов,
в том числе связанных с задачами моделирования физических процессов.
Ехсеl
представляет собой мощную систему создания и использования электронных
таблиц. Однако реальные возможности этой системы гораздо шире, чем
вычислительный потенциал электронной таблицы.
Следует обозначить основные положения, соответствующие
группам возможностей:

Создание электронных таблиц,
использующих, наряду с
арифметическими действиями библиотеку
встроенных функций:
математических, статистических, логических, финансовых
и пр. Работа
со специализированными форматами значений: датами, денежными
единицами.

Создание баз
данных и наиболее простые функции управления ими: сортировка ифильтрация
данных, ввод и поиск данных с помощью формы.

Возможности
обработки численных и иных данных: подбор значения параметра
или нескольких параметров, подготовка сводных таблиц.

Построение диаграмм
и графиков любых видов на основе данных, представленных
в таблице. Различные
варианты внешнего оформления
диаграмм (с указанием масштаба осей и без, с легендой и
без и пр.). Расчет таблицы значений функции от одной или
двух переменных
и построение графика
на основе таблицы подстановки.
Электронная таблица представляет собой объект
принципиально иной природы, нежели электронный документ, создаваемый и
редактируемый с помощью текстового процессора, или графический образ,
обрабатываемый графическим редактором, или презентация. Все перечисленные
объекты имеют прототипы или по крайней
мере, аналоги в реальном, «некомпьютерном» мире. Так, электронному документу
предшествует документ бумажный, компьютерной графике — обычная, презентации—
набор слайдов, показом которых докладчик сопровождает выступление. Электронная
таблица не имеет подобных аналогов; она создается, существует и функционирует
только в среде определенной программы или программного комплекса. Однако именно
с помощью электронных таблиц учитель может радикально облегчить себе решение
многих задач прикладного, главным образом вычислительного характера.
Идея электронной таблицы вытекает из опыта
использования обычных таблиц в прикладных областях человеческой деятельности.
Именно благодаря этим преимуществам над данными в таблице особенно удобно
производить, разного рода вычисления и расчеты: данные постоянно находятся
перед глазами, причем каждое их значение занесено в специально отведенную для
него ячейку таблицы. Таким образом, условие задачи предстает в наглядной форме.
Результаты вычислений также помещаются в таблицу.
На практике часто приходится сталкиваться с
ситуациями, когда одну и ту же расчетную задачу приходится решать для разных
значений исходных данных.
Главным свойством электронной таблицы является
следующее: всякий раз, когда вводятся в ячейки данных новые значения, в каждой
ячейке формулы обновляется содержимое и отображается результат подстановки в
формулу новых значений.
С помощью прямого программирования можно
создавать любые отношения между объектами. Этот способ является трудоемким и
требует хорошего знания программирования. Среди средств разработки компьютерных
моделей можно выделить Macromedia Flash. Этот продукт позволяет
разработчику совмещать встроенный инструментарий для рисования графических
объектов и описывать отношения между ними с помощью встроенного объектно-
ориентированного языка программирования Action Script.
Графический редактор среды Macromedia Flash
является простым средством для рисования внешнего вида объектов и создания
анимации, а Action Script описывает
связи между этими объектами. Этот способ
является наиболее удобным, так как позволяет разработчику сократить время,
требующее для разработки модели.
Компьютерные модели можно использовать как в
дистанционном обучении, так и в традиционном обучении, в том числе и с сетевой
поддержкой. Кроме того, для обучения с использованием компьютерных моделей
важно организовать взаимодействие учащегося с моделью для вовлечения его в
активную исследовательскую деятельность, поэтому эффективным является
использование интерактивных компьютерных моделей.
Большие возможности представляют среды
программирования для решения задач по физике,
а следовательно для создания компьютерных моделей.
Ожидаемый результат.
·
Создать
компьютерную лабораторию в рамках которой можно провести демонстрацию любого
эксперимента из курса физики или проиллюстрировать любую задачу из школьного
сборника задач.
·
Создать задачник
с вопросами и задачами, условие которых будет согласовано с функциональными
возможностями компьютерных моделей, а также рабочие тетради для учащихся с
бланками компьютерных лабораторных работ
·
Вовлечение
учащихся в активную экспериментально- исследовательскую деятельность по созданию
компьютерных моделей физических процессов и явлений.
Этапы
реализации проекта
Этап
Деятельность
учителя
Деятельность
учеников
Подготовительный
этап
1. Анкетирование учащихся с целью выявления уровня
компьютерной грамотности
2. Создание модифицированной программы по физике (3
часа в неделю) для 7 класса
3. Организация внеклассной работы кружка «Компьютерная
физика», разработка программы.
1.
1.Занятие в
кружке «Компьютерная физика», изучение основ компьютерной грамотности.
2. Изучение целей, задач планируемой деятельности.
3. Изучение правил работы с интерактивной доской.
Основной
этап
1. Организация работы учащихся по изучению
табличного процессора Excel, языка
программирования Бейсик, Macromedia Flash по созданию компьютерных моделей.
2.Обучение практическим умениям и навыкам обработки
данных компьютерной модели.
3.Организация и управление исследовательской
деятельности учащихся.
3. Анализ деятельности учащихся.
4. Проведение уроков и лабораторных работ с
применением компьютерных моделей.
3.
1.Создание
компьютерных моделей, экспериментально-исследовательская деятельность при
работе с компьютерными моделями.
4.
2. Отчеты
учащихся о проделанной работе.
Заключительный
этап
1.
Руководство
деятельностью учащихся по созданию компьютерных моделей.
2.
Создание
компьютерной лаборатории для курса физики.
3.
Создание
задачника с вопросами и задачами, условие которых согласовано с
функциональными возможностями компьютерных моделей.
4.
Обобщение опыта.
5.
1. Создание
компьютерных моделей, экспериментально-исследовательская деятельность при
работе с компьютерными моделями.
6.
2. Написание
исследовательских работ по созданию компьютерных моделей.
7.
Список литературы:
1. Варламов С.Д., Эминов П.А..
Сурков В.А.Использование Microsoft Office в школе. Учебно-методическое
пособие для учителей. Физика. М: ИМА-пресс, 2003. – 112 с ил.
2. Громов С.В.Физика: Оптика.
Тепловые явления. Строение вещества: Учеб. для 11 кл. общкобразоват.
Учреждений/С.В.Громов; Под ред. Н.В. Шароновой.-3-е изд.-М.; Просвещение, 2002.-287с.
3. Дьячук П.П., Лариков Е.В.
Применение компьютерных технологий обучения в средней школе. Красноярск: Изд-во
КГПУ, 1996. С.167.
4. Лабораторный практикум по
теории и методике обучения физике в школе: Учеб. пособие для студ. Высш. Пед. учеб.
заведений/С.Е. Каменецкий, С.В. Степанов, Е.Б. Петрова и др.; Под ред. С.Е.
Каменецкого и С.В.Степанова. – М.: Издательский центр «Академия», 2002. –
304с.
5. Мастропас З.П., Синдеев
Ю.Г. Физика: Методика и практика преподавания/ Серия «Книга для учителя».-
Ростов н/Д: Феникс, 2002. — 288с.
6. Усова А.В., Бобров
А.А.Формирование учебных навыков на уроках физики. – М.: Просвещение, 1988. –
112.: ил.- (Б-ка учителя физики).
7. Хорошавин С.А.Физический
эксперимент в средней школе: 6-7 кл.-ил.: Просвещение. 1988. -175 с.: ил. –
(Б-ка учителя физики).
8. Виртуальная школа Кирилла и
Мефодия. Сетевая версия 2003. Медиатека по физике.
9.Рекомендации
научно- методического симпозиума «Компьютерное моделирование в обучении точным
наукам» // Педагогическая информатика 2004, №1
10.
Бутиков Е.И. Интерактивные компьютерные модели в преподавании физики//
«Компьютерное моделирование 2003»: Труды 4-й Международной научно- технической
конференции.СП6: Нестор, 2003.

Нет комментариев. Ваш будет первым!