Изучение физики с помощью компьютерных технологий реферат
Обновлено: 30.06.2024
Компьютерные технологии обучения – это такая система обучения, одним из технических средств, которой является компьютер. Реализовать компьютерную технологию обучения возможно лишь при наличии соответствующего учебно-методического комплекса, а также компьютерной грамотности учителя и его учеников.
Основными педагогическими целями использования компьютерных технологий в обучении физике являются следующие:
1. Развитие творческого потенциала обучаемого, его способностей к коммуникативным действиям, умений экспериментально-исследовательской деятельности, культуры учебной деятельности; повышение мотивации обучения.
2. Интенсификация всех уровней учебно-воспитательного процесса, повышение его эффективности и качества.
3. Реализация социального заказа, обусловленного информатизацией современного общества (подготовка пользователя средствами компьютерных технологий).
Социально-психологические характеристики стиля обучения в условиях функционирования компьютерных технологий является развитие и саморазвитие потенциальных возможностей обучаемого и его творческой инициативы. Это обеспечивается предоставлением возможности для самостоятельного извлечения знаний и информации; самостоятельного выбора режима учебной деятельности.
Рассмотрим применительно к школьному курсу физики, какими средствами могут быть реализованы изложенные выше современные подходы к обучению.
Использование такой лаборатории в учебном процессе основано на интеграции возможностей сенсорики (техники конструирования и использования датчиков физических величин) и учебного оборудования, сопрягаемого с компьютером. Использование датчиков и устройств для регистрации и измерения физических величин (например, светового потока, температуры, давления, влажности и др.) и устройств, обеспечивающих ввод и вывод аналоговых и дискретных сигналов, для связи с комплектом оборудования, подключенного к компьютеру, позволяет визуализировать на экране различные физические закономерности в виде моделей, графиков, диаграмм, динамически изменяющихся в зависимости от изменения входных параметров. При этом средства информационных технологий предоставляют возможность проведения десятков экспериментальных срезов за сравнительно небольшой отрезок времени при незамедлительной обратной связи и визуализации результатов экспериментов на экране.
Использование этого оборудования позволяет организовать самостоятельную познавательную работу учащихся по изучению явлений окружающей действительности. Возможны разные варианты организации работы учащихся: выполнение исследования под руководством и инструкции учителя; можно предложить учащимся самостоятельно выдвигать гипотезы, а исследование проводить по плану, предложенному учителем. Возможен вариант, при котором учащиеся сами составляют план исследования, выполняют его и делают выводы. В этом случае репродуктивный метод обучения заменяется самостоятельным приобретением знаний на основе осуществления экспериментально-исследовательской деятельности, подводящей обучаемого (при соответствующей методике) к самостоятельному открытию изучаемой закономерности.
При обучении физике широко используются моделирующие компьютерные программы, так как многие фундаментальные физические эксперименты и некоторые процессы не могут быть продемонстрированы в средней школе из-за их сложности и отсутствия соответствующих специальных учебных приборов. Эффективным приемом в этом случае является компьютерное моделирование, при котором отражаются реальные данные, соответствующие иллюстрациям результатов работ ученых по изучению того или иного физического процесса или фундаментального эксперимента.
При разработке или анализе моделирующей программы следует придерживаться следующих принципов:
- моделирующая программа должна соответствовать принципу научности содержания материала;
- моделирующая программа должна быть по содержанию доступной для обучающихся средней школы;
- моделирующая программа должна быть по содержанию составлена с учетом психолого-педагогических особенностей восприятия информации.
Моделирующие программы на занятиях по физике в средней школе рекомендуется использовать лишь в тех случаях, когда они являются дополнением к реальным экспериментам, поскольку только работа с приборами дает учащимся необходимые умения и навыки. Моделировать физические процессы целесообразно, если эксперименты нельзя провести с оборудованием кабинета физики или их запрещают правила безопасного труда.
Использование возможностей компьютерных технологий в учебно-воспитательном процессе активизирует процессы развития компонентов операционального, наглядно-образного, теоретического типов мышления; способствует развитию творческого, интеллектуального потенциала обучаемых.
При этом возможности компьютерных технологий используется не столько для поддержки традиционных форм и методов обучения, сколько для реализации идей развивающего обучения, интенсификации всех уровней учебно-воспитательного процесса, подготовки подрастающего поколения к условиям жизни в информационном обществе.
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Озерова Вера Владимировна,
учитель физики и математики
Глава 1. Основные понятия, составляющие теоретическую основу 5
Глава 2. Роль и место компьютера в обучении физике 10
Глава 3. Использование информационно – коммуникационных технологий в обучении физике 15
3.1. Компьютерный эксперимент, как средство исследовательской деятельности учащихся.
3.2. Роль компьютера на разных этапах урока.
3.3. Компьютерное тестирование – эффективный способ контроля знаний
3.4. Использование компьютера во внеклассной работе
Развитие социально-экономической ситуации в мире в целом и в России в частности качественно меняют требования, предъявляемые обществом к личности. От современного выпускника школы требуется высокий уровень самостоятельности, развитое продуктивное мышление и относительная сформированность таких ключевых компетентностей, как межличностная, социальная, информационная. С изменением социальных требований к человеку меняется содержание, методы и формы образовательного процесса, который подготавливает будущих выпускников школ к взрослой жизни и трудовой деятельности.
Одна из ведущих доминирующих тенденций XXI века – это глобальная информатизация общества. Современное образовательное пространство предусматривает широкое применение новых информационных технологий и использование Интернет-ресурсов для формирования информационной компетентности учащихся и учителей.
Важнейшей задачей школы, в том числе, и преподавания физики, является формирование личности, способной ориентироваться в потоке информации в условиях непрерывного образования. Осознание общечеловеческих ценностей возможно только при соответствующем познавательном, нравственном, этическом и эстетическом воспитании школьника. В связи с этим главную цель обучения можно конкретизировать более частными целями: воспитание у школьников в процессе деятельности положительного отношения к науке вообще и к физике в частности; развитие интереса к физическим знаниям, научно - популярным статьям, жизненным проблемам. Физика является основой естествознания и современного научно - технического прогресса, что определяет следующие конкретные цели обучения: осознание учащимися роли физики в науке и производстве, воспитание экологической культуры, понимание нравственных и этических проблем, связанных с физикой[14].
На современном этапе развития школы выдвигается задача преобразования традиционной системы обучения в качественно новую систему образования – задача воспитания грамотного, продуктивно мыслящего человека, адаптированного к новым условиям жизни в обществе. Естественной в учебно-воспитательном процессе становится установка на самостоятельное получение знания обучаемыми, на их самообразование и на самопознание [1].
В связи с этим в настоящее время особое внимание уделяется индивидуальному (ориентированному на личность) подходу при обучении учащихся, созданию условий, для того чтобы ребёнок овладел многообразными способами самостоятельного получения и усвоения знаний, развивал свой творческий потенциал. Одним из важнейших направлений, решающих эту задачу является внедрение информационных средств, в процесс обучения.
Целью данной работы является обобщение опыта по использованию информационно – коммуникационных технологий на уроках физики. Свою задачу вижу в том, чтобы помочь учащимся через использование информационно – коммуникационных технологий создать условия для овладения общеучебными навыками, знаниями по предмету и для формирования интереса к физике. Конечным результатом организации данной деятельности предполагаю повышение качества обучения по предмету физика как одного из приоритетных направлений Концепции модернизации российского образования.
Глава 1. Основные понятия, составляющие теоретическую основу
Понятие информационных и коммуникационных технологий
Информатизация современного общества и, в частности, образовательной деятельности характеризуются процессами совершенствования и массового распространения современных информационных и коммуникационных технологий (ИКТ). В сфере образования эти технологии активно применяются для передачи информации и обеспечения взаимодействия учителя и обучаемого в современных системах открытого и дистанционного образования. Современный учитель должен не только обладать знаниями в области своего предмета, но и уметь применять ИКТ в своей профессиональной деятельности.
Слово " технология " (от греч.) в самом общем понимании означает науку, совокупность методов и приемов обработки или переработки сырья, материалов, полуфабрикатов, изделий и преобразования их в предметы потребления. В более узком смысле технология - это комплекс научных и инженерных знаний, реализованных в приемах труда, наборах материальных, технических, энергетических, трудовых факторов производства, способах их соединения для создания продукта или услуги, отвечающих определенным требованиям. Современное понимание этого слова включает применение научных и инженерных знаний для решения практических задач. В таком случае информационными и телекоммуникационными технологиями можно считать технологии, направленные на обработку и преобразование информации.
Информационные и коммуникационные технологии (ИКТ) – это обобщающее понятие, описывающее различные устройства, механизмы, способы и алгоритмы обработки информации. Важнейшим современным устройствами ИКТ являются компьютер, снабженный соответствующим программным обеспечением, и средства телекоммуникаций вместе с размещенной на них информацией. С использованием ИКТ в обучении во всем мире связаны надежды повысить эффективность учебного процесса, уменьшить разрыв между требованиями, которые общество предъявляет подрастающему поколению, и тем, что действительно дает школа. Эффективность применения ИКТ для решения этих задач обусловлена следующими факторами:
разнообразие форм представления информации;
высокая степень наглядности;
возможность моделирования разнообразных процессов;
освобождение от рутинной работы, отвлекающей от усвоения основного содержания;
хорошая приспособленность для организации коллективной исследовательской работы;
возможность дифференцированного подхода к работе учащихся в зависимости от уровня подготовки, познавательных интересов и т.д.;
организация оперативного контроля и помощи со стороны учителя
Информационные технологии все глубже проникают в жизнь человека, а информационная компетентность все более определяет уровень его образованности. Не вызывает сомнения тот факт, что сегодня без широкого использования ИКТ построить учебный процесс очень сложно. Ученики, владея широким кругом компьютерных навыков, хотят и могут их использовать в освоении целого ряда предметов. Не исключение и мой предмет – физика. В условиях современного общества информационно-коммуникационная компетентность педагога, его способность решать профессиональные педагогические задачи с привлечением ИКТ, становится важной составляющей его профессионализма. Для реализации этих задач в своей педагогической деятельности я использую следующие компьютерные программы: Microsoft Word, Microsoft Power Point.
Цель мультимедийной презентации – донести информацию в наглядной, легко воспринимаемой форме. Мультимедийные презентации могут использоваться для:
объяснения новой темы;
создания проблемной ситуации.
При использовании презентации в программе PowerPoint тема урока представляется на слайдах. Возможности программы позволяют вывести на слайд эпиграф урока, задающий общую направленность урока. Рассказ учителя сопровождается видеорядом, который может быть представлен анимацией, рисунками, фотографиями, необходимыми схемами. Данный вид оформления учебного материала помогает учащимся ощутить реальность происходившего, существенно влияет на их заинтересованность, повышает учебную мотивацию. Изложение учебного материала строится в соответствии с планом расположения его на слайдах и их содержанием. При этом возможности программы PowerPoint позволяют приостановить рассказ и обратить внимание на наиболее сложные для восприятия учащихся вопросы.
При использовании PowerPoint у учителя есть возможность использовать большое количество цифровых данных, анимированных карт. Это позволяет использовать их в нужный момент, не затрачивая времени на их написание или чтение, нет необходимости писать на доске, передавать по рядам иллюстрации, поэтому уроки проходят более организованно, рационально распределяется время.
Исследователи утверждают, что рассеянные ученики лучше всего воспринимают информацию, размещённую на большом экране, это активизирует их воображение. Материалы в форме взаимосвязанных картинок и объектов, видеофрагменты, возможность выделения текста рамками любого цвета и формы позволяют удерживать внимание учащихся.
Классификация средств ИКТ по области методического назначения
Как уже было упомянуто, образовательная сфера подвержена влиянию современных информационных и коммуникационных технологий. В настоящее время они в разной степени используются на всех уровнях обучения, поскольку позволяют решить следующие дидактические задачи :
улучшить качество и организацию процесса преподавания, повысить уровень индивидуализации обучения;
повысить качество и продуктивность самостоятельной работы учащихся;
индивидуализировать работу педагога;
обеспечить более свободный доступ к материалам и разработкам, подготовленным учителем;
повысить мотивацию к обучению;
активизировать процесс обучения, привлечь учащихся к исследовательской деятельности;
обеспечить гибкость процесса обучения.
Применение компьютеров на уроках и внеклассной деятельности являлось одним из средств повышения интереса к обучению. Это вызывает личную заинтересованность при изучении предмета и является важным фактором успешности в обучении на любом этапе.
Применение ИКТ стимулирует творческую активность, снимает у ребенка страх самовыражения, расширяются возможности представления учениками результатов учебной деятельности. У учащихся проявляется интерес к предмету, они стремятся получать только хорошие оценки, а это значит, повышается качество обучения, то к чему мы все стремимся.
Глава 2. Роль и место компьютера в обучении физике
Наиболее ценными результатами образования считается гибкость и широта мышления, способность и стремление учиться. Но на практике школьное обучение дает в основном некоторую сумму знаний, интересы учащихся при этом развиваются недостаточно. Это связано в первую очередь с преобладанием пока в большинстве школ объяснительно-иллюстративного метода обучения.
В настоящее время актуальной проблемой образования является творческое усвоение знаний школьниками. Именно оно может обеспечить развитие и саморазвитие личности ученика исходя из его индивидуальных особенностей. Основная задача педагога при этом заключается в том, чтобы сделать приобретаемые знания личностно значимыми для учащегося. Это можно достичь формированием у школьников положительного отношения к учению, организацией обучения таким образом, чтобы оно максимально способствовало развитию у них активности, самостоятельного творческого мышления, но для этого необходимо сделать акцент в организации учебного процесса на увеличение самостоятельной работы учащихся[11].
Решение возникших трудностей, возможно, многими путями, остановимся на одном из них. Преодолеть существующие трудности учителю во многом может помочь компьютер, операционные возможности которого несут огромный дидактический потенциал. Поэтому многие педагоги и возлагают на электронно-вычислительные машины большие надежды, полагая, что их применение может сократить разрыв между знаниями, которые действительно сейчас дает школа и которых требует от подрастающего поколения современное общество[4].
Быстрое развитие вычислительной техники и расширение её функциональных возможностей позволяет широко использовать компьютеры на всех этапах учебного процесса: во время лекций, практических и лабораторных занятий, при самоподготовке и для контроля и самоконтроля степени усвоения учебного материала. Использование компьютерных технологий значительно расширило возможности лекционного эксперимента, позволяя моделировать различные процессы и явления, натурная демонстрация которых в лабораторных условиях технически очень сложна либо просто невозможна.
Большие возможности содержатся в использовании компьютеров при обучении физике. Эффективность применения компьютеров в учебном процессе зависит от многих факторов, в том числе, и от уровня самой техники, и от качества используемых обучающих программ, и от методики обучения, применяемой учителем[5].
Физика - наука экспериментальная, её всегда преподают, сопровождая демонстрационным экспериментом. В современном кабинете физики (как, впрочем, и в любом другом кабинете естественно-научной специализации) должны использоваться не только различные установки и приборы для проведения демонстрационных экспериментов, но и вычислительная техника с мультимедиа проектором или демонстрационным экраном[15].
Разнообразный иллюстративный материал, мультимедийные и интерактивные модели поднимают процесс обучения на качественно новый уровень. Нельзя сбрасывать со счетов и психологический фактор: современному ребенку намного интереснее воспринимать информацию именно в такой форме, нежели при помощи устаревших схем и таблиц. При использовании компьютера на уроке информация представляется не статичной неозвученной картинкой, а динамичными видео- и звукорядом, что значительно повышает эффективность усвоения материала[16].
Интерактивные же элементы обучающих программ позволяют перейти от пассивного усвоения к активному, так как учащиеся получают возможность самостоятельно моделировать явления и процессы, воспринимать информацию не линейно, с возвратом, при необходимости, к какому-либо фрагменту, с повторением виртуального эксперимента с теми же, или другими начальными параметрами.
В качестве одной из форм обучения, стимулирующих учащихся к творческой деятельности, можно предложить создание одним учеником или группой учеников мультимедийной презентации, сопровождающей изучение какой-либо темы курса. Здесь каждый из учащихся имеет возможность самостоятельного выбора формы представления материала, компоновки и дизайна слайдов. Кроме того, он имеет возможность использовать все доступные средства мультимедиа для того, чтобы сделать материал наиболее зрелищным[13].
Рассмотрим некоторые способы применения информационно-коммуникационных технологий на уроках физики:
· лабораторно – компьютерный практикум;
В учебном процессе тестирование в той или иной форме используется давно. В традиционной форме тестирование - это чрезвычайно трудоемкий процесс, который требует больших временных вложений. Использование компьютеров делает процесс тестирования настолько технологичным, что в ближайшем будущем, возможно, он станет основным элементом контроля уровня знаний учащихся[10].
Эта технология более трудоемка для учителя и требует специальной подготовки. Необходимо наличие компьютерного класса и деление класса на подгруппы. Так как изначально в технологии заложена активная роль ученика, этот вид занятий необычайно эффективен для его творческого развития. Компьютер здесь рассматривается как средство для решения тех или иных задач физики. Но, применяя компьютерный практикум, учителю не следует отказываться и от традиционной формы проведения лабораторной работы, а лучше умело сочетать эти формы на практических уроках. Например, пока одна подгруппа выполняет практикум с использованием виртуальной лаборатории, другая делает такой же практикум, но с использованием традиционного физического оборудования. Затем можно подгруппы поменять местами.
1. Роль ИТ в познании окружающего мира. Цель естественнонаучного образования состоит в познании учащимися явлений окружающей действительности, построении ее теоретической модели –– научной картины мира. Часть объективной реальности, взаимодействующая с субъектом познания (человеком) и противостоящая ему в его предметно–практической и познавательной деятельности, называется объектом познания. В силу раздвоения мира на внешнюю (открытую) и внутреннюю (сокрытую) стороны, в теории познания выделяют внешний аспект объекта познания –– явление, и его внутренний аспект –– сущность.
Формирование научной картины мира осуществляется следующими способами: 1) умозрительное изучение результатов исследований ученых, осуществляемое по книгам, изложению учителя и т.п.; 2) выполнение реальных учебных наблюдений и экспериментов; 3) вычислительный эксперимент, использование ИТ с целью создания виртуальной модели изучаемых явлений. Выделим основные структурные элементы рассматриваемой дидактической системы и связи между ними: учащийся, на которого оказывают влияние среда, учитель, учебные опыты и наблюдения, информационные технологии (рис.1). Среда, то есть совокупность окружающих объектов и явлений, воздействует на учащегося и учителя, последний, учитывая ее влияние, выбирает такие методы обучения, при которых система научных знаний формируется оптимальным образом.
Исключение любого компонента из этой модели приводит к значительному ее огрублению. Самостоятельно, без посторонних источников информации (учителя, книги, электронной энциклопедии) учащийся не в состоянии построить научную картину мира, –– на это требуются поколения ученых. Без учителя нельзя получить систематичное образование. Учебные опыты и наблюдения являются эффективным средством формирования эмпирических знаний. Использование компьютерных технологий для решения учебных задач принципиально отличается от других методов обучения и на настоящем этапе является важным фактором, влияющим на учебный процесс. Естественные и социальные явления окружающей действительности определяют направление развития личности учителя и учащегося, цели, содержание и методы образования, применяемые средства обучения.
При использовании ПК в учебном процессе возникает информационная система, состоящая из двух (ученик и компьютер) либо трех элементов (ученик, учитель и компьютер), между которыми происходит информационный обмен. Эта дидактическая система, состоящая из учителя (эксперта), учащегося (обучаемого или тестируемого) и ЭВМ, используется для информационной поддержки принятия решений, осуществления обучения, формирования соответствующих умений и навыков, оценки и тестирования учащихся.
Традиционная методика использования ИТ предполагает, что учитель формулирует учебную задачу, которая может состоять в изучении того или иного вопроса, решении некоторой проблемы, написании компьютерной программы. Учащийся, используя ПК с соответствующим программным обеспечением, решает поставленную задачу. В ряде случаев компьютер оценивает работу учащихся.
Внедрение ПК в учебный процесс привело к изменению роли учителя. Возможность использования электронных источников информации превращает его в наставника, который не столько сообщает новую информацию, сколько управляет развитием учащегося, сотрудничает с ним при решении учебных задач.
2. Использование ИТ в образовании. Информатизация образования требует проведения соответствующих исследований и создания современных методов обучения, основанных на использовании информационных технологий, и приводящих к повышению качества учебного процесса до уровня требований постиндустриального общества. Это предусматривает приобщение учащихся к информационной культуре, построение в их сознании научной картины мира, овладение современными методами обработки информации.
1.1. Создание и обработка текстовых и графических файлов с помощью текстовых и графических редакторов.
2.1. Изучение языков программирования.
2.2. Решение математических, физических, экономических и других задач с помощью математических пакетов.
3.1. Получение информации с помощью электронных энциклопедий, словарей, учебников, переводчиков.
3.2. Использование обучающих программ и компьютерных игр для развития учащихся.
4.1. Получение информации из энциклопедий и словарей, информационно–поисковых систем Интернет.
4.2. Дистанционное обучение и тестирование в Интранет и Интернет.
5.1. Использование ПК как измерителя времени, напряжения, частоты сигнала.
5.2. Применение ПК в качестве источника сигналов заданной формы.
Основные направления применения компьютерной техники в физическом образовании представлены в таблице.
Изучение методов обработки информации на ПК предполагает знакомство учащихся с различными текстовыми и графическими редакторами, с базами данных и динамическими таблицами, а также создание и обработка видео-, аудио- и графических файлов. При изучении информатики учащиеся осваивают методы алгоритмизации и программирования, изучают языки Basic, Pascal, Visual Basic, Delphi и т.д., что позволяет им создавать несложные программы и решать соответствующие задачи.
Развитие мультимедиа технологии превратило персональный компьютер в эффективное средство для создания чувственно–наглядных образов изучаемых объектов и явлений, построения виртуальной модели реального мира. Интеграция современных средств информационных и коммуникационных технологий делают возможным дистанционное образование (предоставление образовательных услуг пользователям Интернета), получение доступа к информационным ресурсам глобальной сети.
При изучении естественнонаучных и технических дисциплин компьютер может эффективно использоваться как часть экспериментальной установки, учебной автоматизированной системы управления, а также в качестве программируемого источника сигналов и регистрирующего устройства. В приложении рассмотрена методика использования компьютера в учебных опытах по физике.
3. Мультимедиа технологии. Мультимедиа –– это компьютерная технология, обрабатывающая и сочетающая в себе текстовую, графическую, аудио- и видео- информацию, различные анимации и компьютерные модели. При этом используются гипермедиадокументы –– текстовые файлы, содержащие в себе связи с другими текстовыми, графическими, видео- или звуковыми файлами. Внутри гипертекстового документа некоторые фрагменты текста выделены. При их активизации можно перейти на другую часть этого же файла или запустить другой файл на этом или другом ПК.
В учебном процессе мультимедиа–технологии могут использоваться для обработки графических, видео– и аудиофайлов, для создания различных презентаций, обучающих, развивающих программ, компьютерных энциклопедий и гипермедиа- и телемедиа-книг. При этом достигается эффект виртуальной реальности –– некоторой модели реального мира, содержащей реально несуществующие объекты, с которыми взаимодействует пользователь. Преимущество мультимедийных продуктов: одновременное использование нескольких каналов восприятия, создание виртуальных моделей реальных ситуаций, явлений и экспериментов, визуализация абстрактной информации за счет динамического отображения процессов, установление ассоциативных связей между различными объектами.
Система виртуальной реальности погружает обучаемого в воображаемую трехмерную модель реального мира. Она обеспечивают "непосредственное" взаимодействие с различными объектами этого мира и манипулирование ими. Это качественно изменяет механизм восприятия и осмысления получаемой информации, способствует формированию чувственно-наглядного образа изучаемого явления. Мультимедийные средства обучения должны соответствовать дидактическим требованиям научности, доступности, проблемности, наглядности, сознательности, систематичности и последовательности обучения.
Современный электронный учебник является комплексом программного и педагогического обеспечения, в котором широко используются интерактивный текст, мультимедийные картинки, видеофрагменты, анимации, учебный материал разбит на систему модулей, связанных гиперссылками. Электронная учебная энциклопедия –– это упорядоченная система отдельных модулей, в каждом из которых представлена информация по соответствующему вопросу. Используется гипертекст, содержащий рисунки, фотографии, анимации, фильмы с аудиосопровождением. Иногда содержатся методические рекомендации и задания для учащихся.
Набор образовательных CD и DVD дисков, содержащих различные обучающие и тестирующие программы, электронные учебники и энциклопедии, учебные фильмы, тематический каталог предметных и методических пособий, позволяет создать электронную медиатеку, которую удобнее всего организовать на базе компьютерного класса, имеющего выход в Интернет.
В результате использования мультимедиа–технологии повышается интерес к физике, растет качество образования, активизируется познавательная деятельность, формируется научное мышление, осуществляется индивидуальный дифференцированный подход, творческое развитие личности, учащиеся глубже овладевают ИТ.
4. Использование сетевых технологий. Развитие компьютерной техники и средств связи обусловило появление и распространение вычислительных сетей. Школы и вузы имеют компьютерные классы и лаборатории, в которых ПК объединены в локальную сеть, допускающую выход в Интернет.
Совокупность ПК после их объединения в сеть приобретает качественно иные свойства, расширяя возможности пользователя. Использование общих информационных и аппаратных ресурсов позволяет изменить работу учителя и учащихся, применяемую методику. Учитель, сидя за головным компьютером, может обратиться по сети к другому ПК, за которым работает учащийся, скачать с него файлы, либо использовать его аппаратные ресурсы (накопитель, Web-камера, сканер, принтер и т.д.).
Интернет-технология –– автоматизированный способ хранения, передачи и получения требуемой информации, существующей в режиме постоянного обновления, с помощью глобальной телекоммуникационной сети. Всемирная Паутина (World Wide Web –– WWW) позволяет получать доступ к различным каталогам, базам данных, пользоваться электронной доской объявлений, проводить компьютерные конференции, общаться в реальном масштабе времени, то есть читать информацию по мере ее ввода другим пользователем. Это делает возможным дистанционное образование, предполагающее доступ обучаемых к информационным ресурсам по Интернет, использование электронной почты для рассылки учебных текстов и контрольных работ.
Полноценное информационное обеспечение учебного процесса предусматривает создание единого информационно-образовательного пространства. Для этого необходимо:
1. Объединить ПК одного или нескольких компьютерных классов в единую локальную вычислительную сеть (ЛВС), создать сервер, обеспечить авторизацию и регистрацию пользователей.
2. Организовать файл-сервер, обеспечивающий электронный документооборот, запись и чтение файлов, хранящихся на сервере, с любого ПК сети.
3. На сервере создать динамично развивающийся внутренний сайт, содержащий файлы с конспектами лекций, учебными программами, методическими рекомендациями и т.д. Файлы должны быть в формате html и содержать гипертекстовые ссылки на другие файлы.
4. Через модем подключить сервер к глобальной сети Интернет, установить программное обеспечение, позволяющее выйти в Интернет с любого ПК локальной сети.
5. Создать внешний сайт учебного учреждения или его подразделения, разместить его на сервере провайдера (организации, обеспечивающей подключение к Интернет).
Организация ЛВС и ее подключение к Интернет качественно изменяет работу учителя и учащихся, позволяя сделать следующее:
1. Создать на сервере базу данных, содержащую, например, информацию об учащихся, их оценки. Система позволяет обратиться к базе данных с запросом и выдать на ПК требуемую информацию. При наличии доступа авторизированный пользователь может с любого ПК изменить содержимое базы данных.
2. Обеспечить сохранение на сервере учебных и иных работ учащихся и учителя. Каждая группа пользователей может иметь свои имя и пароль, которые позволяют им считывать и записывать файлы в соответствующую папку сервера.
3. Просмотреть внутренний сайт образовательного учреждения (ее подразделения), скачать электронный вариант лекций, учебных заданий, методических рекомендаций, экзаменационных билетов, а также создать свою Web–страницу.
4. Организовать тестирование с помощью интерактивных Web–страниц, обрабатывающих данные по CGI–сценарию. Учащиеся со своих ПК вызывают форму с вопросами теста, в которой они выбирают правильные ответы или заполняют открытые поля. Результаты тестирования обрабатывает специальная программа, размещенная на сервере. Она ставит оценку, которая записывается в файл и/или выводится на экран соответствующего ПК.
5. Подключиться к Интернет, использовать электронную почту, скачивать полезную информацию, использовать различные справочные системы, дистанционное образование.
6. Развивать внешний сайт образовательного учреждения (вуза, школы) или его подразделения (факультета, кафедры), публиковать на нем информационные материалы о планируемых и прошедших мероприятиях (олимпиадах, конференциях), работы учащихся и учителей.
5. Связь между физикой и информатикой. Как уже отмечалось, преподавание физики, в первую очередь электродинамики, связано с изучением вычислительной техники и современных технологий сбора, хранения, обработки и передачи информации. Это обусловлено объективными причинами: развитие компьютерной техники и средств телекоммуникации стало возможным благодаря достижениям микроэлектроники, развитие которой опирается на физические законы. На примере этих устройств может быть показано значение физики для современной техники, ее роль в практической деятельности.
Рассмотрение различных вопросов школьного курса физики может сопровождаться ссылками на использование изучаемых явлений в устройствах сбора и обработки информации [1]. Так, при изучении протекания электрического тока в различных средах учащиеся знакомятся с полупроводниковыми приборами: диодами и транзисторами. Учителю следует сообщить о возможности построения различных электронных устройств: логических элементов, выполняющих операции И, ИЛИ, НЕ, генератора импульсов, вырабатывающего прямоугольные импульсы, триггера, способного находиться в двух устойчивых состояниях и запоминать 1 бит информации и т.д. Учащиеся должны понимать, что на их основе могут быть созданы такие узлы ЭВМ, как регистр памяти, сумматор, арифметико–логическое устройство, оперативная память, шифратор и дешифратор и т.д.
На уроке, посвященном принципу радиосвязи и передаче информации посредством электромагнитных волн, учитель может напомнить учащимся о современных достижениях в области телекоммуникации. Имеет смысл рассмотреть или упомянуть амплитудную, частотную и фазовую модуляции, принцип частотного и временного разделения канала связи, применение оптоволоконного кабеля для одновременной коммутации нескольких источников и потребителей информации и т.д. Примерами использования внешнего и внутреннего фотоэффекта является работа лазерного принтера, сканера, фото- и видеокамеры, оптодатчиков. Изучение магнитных свойств вещества, явления остаточной намагниченности, электромагнитной индукции может сопровождаться рассмотрением работы магнитных запоминающих устройств.
Рассматривая технологии изготовления микросхем, учитель может напомнить, что большие и сверхбольшие интегральные схемы (БИС и СБИС) составляют элементную базу современных ЭВМ. Электронная промышленность продолжает развиваться в направлении уменьшения размеров транзисторов и увеличения плотности их размещения на кристалле. Это приводит к увеличению производительности процессора, росту тактовой частоты, снижению напряжения питания. Так, в 2003 г. был освоен 90–нм технологический процесс, в 2005 осуществлен переход на 65-нм технологию, в 2007 планируется внедрение 45-нм технологии.
На уроке физики могут быть обсуждены перспективные направления развития компьютерной техники, некоторые из которых перечислены ниже:
1. Молекулярные компьютеры. Компания IBM получила ротаксан –– вещество, молекула которого обладает свойствами диода (1974 г.). Из нее можно сделать аналог транзистора, а из двух --- аналог триггера. Переключения молекулы ротаксана из одного состояния в другое осуществляется с помощью света или слабого электрического поля. Тактовая частота процессора возрастет до 1 ТГц.
2. Биокомпьютеры. Примером биокомпьютера является мозг человека. Применение в вычислительной технике биологических материалов делает возможным построение белковой памяти, создание биокомпьютера на ДНК. Он будет иметь малые размеры, высокое быстродействие, потреблять мало энергии и может служить частью живого организма.
3. Нейрокомпьютеры. Это вычислительная система, созданная на базе нейронных систем живого мира. Примером искусственной нейронной сети является перцептрон Розенблата. Нейрокомпьютерам присущи параллельность обработки информации, способность к обучению, распознаванию образов, установлению ассоциативных связей, высокая надежность.
4. Оптические компьютеры. Логические операции могут быть реализованы с помощью оптических элементов, что позволяет упростить работу оптических повторителей и усилителей оптоволоконных линий дальней связи. При этом используется явление оптической бистабильности: за счет нелинейности оптической среды возможны два стационарных состояния прошедшей световой волны, отличающихся интенсивностью и поляризацией. ЭВМ, используемые для передачи информации через оптоволокно, перейдут на оптическую основу, это позволит сохранять сигнал в световой форме и существенно повысить быстродействие.
5. Квантовые компьютеры. Квантовые вычислительные системы состоят из совокупности микрочастиц (атомов), способных переходить из одного энергетического состояния в другое. Это осуществляется за счет вынужденных переходов атомов под действием световых волн (фотонов) определенной частоты. Спонтанные переходы должны быть исключены. При этом могут быть реализованы все логические операции: И, ИЛИ, НЕ. Единицей информации является кубит (qubit, Quantum Bit). Двум значениям кубита 0 и 1 могут соответствовать основное и возбужденное состояния атома, различная ориентация спина атомного ядра, направление тока в сверхпроводящем кольце и т.д.
Литература
В приложении рассмотрена методика использования компьютера в учебном физическом эксперименте (файл prilogenie.htm).
1. Извозчиков В.А., Ревунов А.Д. Электронно–вычислительная техника на уроке физики в средней школе. –– М.: Просвещение, 1988. –– 239 с.
2. Майер Р.В. Информационные технологии и физическое образование. –– Глазов: ГГПИ, 2006. –– 64 с.
Физика - один из наиболее интересных, увлекательных, доступных и в то же время достаточно сложных учебных предметов в школьной программе. Физика – это фундаментальная наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности явлений природы, свойства и строение материи и законы ее движения .
С годами наблюдается понижение интереса к предмету, а вместе с этим понижение уровня знаний. Эта проблема объясняется сложностью предмета, недостаточностью наглядного материала, отсутствием оборудования, дефицитом научной и дополнительной литературы. По сложности материала в старшем звене физика опережает даже математику и химию в результате значительная часть учащиеся испытывают затруднения и теряют интерес к предмету, не реализуют свой творческий потенциал в полной мере. Современного ученика сегодня очень трудно чем-либо удивить. Стандартный комбинированный урок для них скучен, неинтересен.
А день сегодняшний требует от выпускника не столько умений выполнять указания, сколько решать проблемы жизни самостоятельно, проводить исследования, давать экспертные заключения, создавать проекты. Изменившееся качество жизни диктует дать школьникам такое образование, которое подготовит их к жизни динамичного общества, меняющегося мира, причем это касается и личной и профессиональной сфер..
Столкнувшись с такой проблемой на своих уроках, я пришла к выводу, что применение ИКТ на уроках физики является эффективным фактором для развития мотивации учащихся, активизации их познавательной деятельности, позволяет сделать физические явления доступнее и понятнее.
Средства ИКТ позволяют учителю значительно расширить возможности предъявления разного типа информации. При дидактически правильном подходе компьютер активизирует внимание учащихся, усиливает их мотивацию, развивает познавательные процессы, мышление, внимание, развивает воображение и фантазию, проводит моделирование сложных физических процессов и объектов; осуществляет автоматизированный контроль качества полученных знаний; реализует технологию дистанционного и личностно-ориентированного обучения. Компьютер может использоваться на всех этапах процесса обучения: при объяснении нового материала, закреплении, повторении, контроле ЗУН. Использование компьютера на уроках дополняет учебный процесс, является неотъемлемой его частью, повышает активность учащихся, развивает их способности, побуждает к получению знаний, расширяет кругозор, повышает качество образования. Современный урок физики сегодня уже нельзя представить без использования на уроке компьютера, который не дает учителю забывать о том, что физика - наука экспериментальная и изучение физики трудно представить без лабораторных работ. Оснащение физического кабинета не всегда позволяет провести программные лабораторные работы, не позволяет вовсе ввести новые работы, требующие более сложного оборудования. На помощь учителю приходит компьютер, который позволяет проводить более сложные лабораторные работы. В них ученик может по своему усмотрению изменить исходные параметры опытов, наблюдать, как изменяется в результате само явление, анализировать увиденное, делать соответствующие выводы.
Эффективность применения компьютеров в учебном процессе зависит от многих факторов. Физика - наука экспериментальная, её всегда преподают, сопровождая демонстрационным экспериментом .
I. Компьютерные модели
Компьютер на уроках физики, прежде всего, позволяет выдвинуть на первый план экспериментальную, исследовательскую деятельность учащихся. Замечательным средством для организации подобной деятельности являются компьютерные модели .
Компьютерное моделирование позволяет создать на экране компьютера живую, запоминающуюся динамическую картину физических опытов или явлений и открывает для учителя широкие возможности по совершенствованию уроков.
Компьютерные модели - компьютерные программы, имитирующие физические опыты, явления или идеализированные модельные ситуации, встречающиеся в физических задачах.
.. Наибольший интерес у учащихся вызывают компьютерные модели, в рамках которых можно управлять поведением объектов на экране компьютера, изменяя величины числовых параметров, заложенных в основу соответствующей математической модели. Некоторые модели позволяют одновременно с ходом эксперимента наблюдать в динамическом режиме построение графических зависимостей от времени ряда физических величин, описывающих эксперимент. Подобные модели представляют особую ценность, так как учащиеся, как правило, испытывают значительные трудности при построении и чтении графиков.
Компьютерные интерактивные модели , представляющие собой схемы, графики, имитации процессов и экспериментов, задания, игры. Модели размещены по разделам: Механика , Молекулярная физика , Электродинамика , Оптика , Атомная физика , Астрономия ,Есть интерактивный цифровой учебник по физике. Пока доступны и активны не все параграфы, так как учебник находится в разработке, представлены интерактивные плакаты по физике. Их можно использовать на интерактивной доске при объяснении нового материала. Что же такое интерактивный плакат ? Для этого нужно вспомним полиграфические учебные плакаты, которые когда-то были неотъемлемым атрибутом каждого урока. Учебный полиграфический плакат – это наглядно-дидактическое пособие. Иногда они были просто незаменимы при проведении уроков. Яркие, красочные изображения с кратким описанием помогали закрепить полученные знания. Интерактивный плакат – это электронный учебный плакат, имеющий интерактивную навигацию.
Использование интерактивных плакатов почти ничем не отличается от использования полиграфических плакатов. Поэтому методики использования учебных полиграфических плакатов на уроках подойдут и для использования интерактивных плакатов. Все, кто когда-то использовали на уроках обычные полиграфические плакаты, легко смогут заменить их интерактивными плакатами. Есть также интерактивные игры , например: Квест-игра "По страницам старого учебника" может быть использована для повторения и обобщения темы "Первоначальные сведения о строении вещества". Игра имеет 7 уровней. В каждом уровне нужно выполнить одно задание. Каждый последующий уровень открывается только при прохождении текущего уровня .
Компьютерные модели легко вписываются в традиционный урок , позволяя учителю продемонстрировать почти живьём многие физические эффекты, которые обычно мучительно и долго объясняются на пальцах. Кроме того, компьютерные модели позволяют учителю организовывать новые, нетрадиционные виды учебной деятельности. На основе моделей можно вести изложение материала, составлять задания для тренинга по усвоению понятий и физических законов.
Однако перед каждым уроком, проводимым с использованием компьютера, учителю необходимо продумать, какие модели физических явлений, наблюдаемых на экране компьютера, наилучшим образом позволят добиться главной цели: понимания основных физических законов и умения применять их для анализа физических ситуаций.
Все модели в зависимости от использования на уроке можно разделить на несколько групп:
1 . Модели – конструкторы
Например, модель электрической цепи (Цепи постоянного тока - Открытая физика) . Модель представляет собой набор элементов цепи, с помощью которых на экране можно моделировать электрическую цепь. С использованием данной модели предлагаются ученикам следующие задания: найти ошибки в изображенной цепи, собрать цепь по образцу, по словесному описанию. Без мела и тряпки можно по щелчку мыши внести изменения в схему электрической цепи, кроме того, модель позволяет рассчитать значение силы тока и напряжения.
2. Модели опытов.
Например, опыты Фарадея (Открытая физика) по электромагнитной индукции.
3. Модели установок
Например, модель ядерного реактора ( Открытая физика ) не только заменяет старую таблицу, где указаны рабочие элементы установки, но и позволяет продемонстрировать принцип действия ядерного реактора, что невозможно сделать никаким другим способом.
4. Модели различных физических явлений.
Например, анимация – ядерные превращения ( Открытая физика ). Ученики 9 класса при изучении темы “Атомное ядро” учатся правильно находить неизвестный продукт ядерной реакции, но не всегда верно определяют: реакция синтеза или деления произошла в данном случае. Эта проблема разрешима с помощью данной модели.
Компьютерное моделирование эксперимента позволяет каждому ученику выполнять задание в удобном для него ритме, по-своему менять условия эксперимента, исследовать процесс независимо от других учащихся. Это также способствует выработке исследовательских навыков, побуждает к творческому поиску закономерностей в каком-либо процессе или явлении.
Чрезвычайно удобно использовать компьютерные модели, анимации и видеофрагменты в качестве демонстраций при объяснении нового материала. Согласитесь, гораздо проще и нагляднее показать, как электрон в соответствии с постулатами Бора ( Открытая физика ) перескакивает в атоме с орбиты на орбиту, что сопровождается поглощением или испусканием кванта, используя компьютерную модель, чем объяснять это при помощи доски и мела. А если учесть, что данная модель позволяет одновременно с переходом электрона на другую орбиту показать в динамическом режиме соответствующий переход на диаграмме электронных уровней, а также вид соответствующей спектральной линии, то становится ясно, что данную демонстрацию невозможно обеспечить другими средствами.
II. Компьютерные лабораторные работы
Считаю вполне обоснованным выполнение компьютерных лабораторных работ. Их несомненные преимущества:
не надо тратить время на раздачу и сбор многочисленного оборудования, следить за его сохранностью (тем более что его часто катастрофически не хватает);
возможность выполнения необходимого опыта нужное количество раз с точно заданными параметрами (хоть медленно, хоть быстро, в любой последовательности);
возможность изменения любого параметра в компьютерном эксперименте;
построение графиков и диаграмм, изменение направлений движения объектов;
выполнение экспериментальных задач, демонстрируемых как учителем, так и выполняемых самими учащимися;
удобные вопросы-тесты с моментальной проверкой результатов учителем и возможностью самопроверки, составленные так, что могут использоваться с технологией уровневой дифференциации;
дополнительные вопросы повышенного уровня сложности, которые можно использовать для индивидуальных заданий;
Практически каждый интерактивный эксперимент можно превратить в компьютерную лабораторную работу. Надо так составить задания творческого характера, изменяя параметры интерактивной модели, чтобы их решение можно было проверить компьютерным экспериментом. Поскольку данных заданий и тестов нет в мультимедийном курсе, то перед началом работы распечатанные задания раздаются учащимся. Фактически они являются нетрадиционным дидактическим материалом для организации и проведения лабораторных работ.
Виртуальная физика (или физика онлайн ) это новое уникальное направление в системе образования. Ни для кого не секрет, что 90% информация поступают к нам в мозг через зрительный нерв. И не удивительно, что пока человек сам не увидит, он не сможет четко уяснить природу тех или иных физических явлений. Поэтому процесс обучения обязательно должен подкрепляться наглядными материалами. И просто замечательно, когда можно не только увидеть статичную картинку изображающую какое-либо физическое явление, но и посмотреть на это явление в движении. Данный ресурс позволяет педагогам в легкой и непринужденной форме, наглядно показать не только действия основных законов физики, но и поможет провести онлайн лабораторные работы по физике по большинству разделов общеобразовательной программы. Так например, как можно на словах объяснить принцип действия p-n перехода? Только показав анимацию этого процесса учащемуся, ему сразу всё становится понятным. Или можно наглядно показать процесс перехода электронов при трении стекла о шелк и после этого у учащегося уже будет меньше вопросов о природе этого явления. Помимо этого, наглядные пособия охватывают практически все разделы физики. Так например, хотите объяснить механику? Пожалуйста, тут вам анимации показывающие второй закон Ньютона, закон сохранения импульса при соударении тел, движение тел по окружности под действием сил тяжести и упругости и т.д. Хотите изучать раздел оптики, нет ничего проще! Наглядно показаны опыты по измерению длины световой волны с помощью дифракционной решетки, наблюдение сплошного и линейчатых спектров испускания, наблюдение интерференции и дифракции света и многие другие опыты. А как же электричество? И этому разделу уделено не мало наглядных пособий, так например есть опыты по изучению закона Ома для полной цепи, исследованию смешанного соединения проводников, электромагнитная индукция и т.д.
II I Компьютерное тестирование
Компьютерное тестирование дает возможность индивидуализировать и дифференцировать задания путем подбора разноуровневых вопросов, позволяет варьировать формы организации учащихся в группы. Так, например, в то время, когда более сильные ученики выполняют свои задания на компьютерах, остальные работают над простейшими письменными заданиями или отвечают устно.
Кроме того, можно ограничить время выполнения теста.
К тому же тесты на компьютере часто позволяют вернуться к неотработанным заданиям и сделать “работу над ошибками”.
Тестирование с помощью компьютера гораздо более привлекательно для ученика, нежели традиционная контрольная работа или тест на бумаге. Во-первых, ученик не связан напрямую с учителем , он общается в первую очередь с машиной. Во-вторых, тесты могут быть представлены в игровой форме . При неправильном ответе школьник может услышать смешной звук или увидеть неодобрительное покачивание головы какого-нибудь забавного героя. А если тест успешно пройден – ученику вручат виртуальный лавровый венок, в его честь зазвучат фанфары и в небе вспыхнет салют. Естественно, что такое тестирование не вызовет у ученика стресса или отрицательных эмоций.
Применение на уроках мультимедийных презентаций
Еще одно направление использования компьютера – это создание презентаций учителем к своим урокам.
Создавая презентацию, учитель на экран ПК выносит основные понятия, формулы, выводы по данному уроку, рисунки, таблицы, схемы, различные видеофрагменты физических явлений и демонстраций, необходимых для восприятия темы урока. В презентацию можно включить вопросы и задания на повторение и закрепление учебного материала, а так же осуществить быстрый контроль уровня усвоения учебного материала. Учитель создает презентацию в соответствии с собственным видением темы урока.
Опыт показывает, что использование презентаций на уроках способствует лучшему усвоению учебного материала, повышается активность учеников на уроке. Учащиеся имеют возможность не только услышать формулировку нового понятия, но и прочитать ее на экране, то есть мы задействуем для восприятия нового не только слух, но и зрение ребенка. Лучше один раз увидеть, чем 100 раз услышать!
Презентации Power Point позволяют полностью разработать сценарий урока. Дополнительные возможности данного редактора при настройке анимации позволяют двигаться словам, буквам и объектам; вставлять в презентации звуковые файлы, фрагменты фильмов. Проведение уроков-презентаций возможно для любого типа уроков. Будь то урок-лекция, урок решения задач, или обобщающий урок.
В учебные презентации очень удобно включать решения задач. В этом случае задачи разбираются устно, что развивает речь учащихся и формирует сосредоточенность и внимание на уроке.
Правда использование презентаций требует не только наличия ПК в кабинете физики, но и мультимедийного проектора.
Наличие компьютера в кабинете позволяет разнообразить урок, сделать его более динамичным и интересным, продемонстрировать те явления и процессы, которые представить ребятам сложно, компьютерные демонстрации могут заменить недостающие опыты для правильного восприятия учениками темы. Компьютер позволяет не только моделировать явления, но и изменять условия протекания процессов, что позволяет детально понять и изучить явления.
Результат – растет интерес к физике, ребята учатся работать в группе, развиваются ораторские способности, навыки работы с дополнительной литературой.
Хочется сказать, что компьютер стал верным помощником в подготовке и проведении уроков физики, отрыл новые возможности в преподавании.
Перечень сайтов, которые я часто использую:
иллюстрированный материал в виде учебников по физике для 7, 8 и 9-го классов. Много качественных и расчетных задач, а также примеров разобранных решений задач для 7 и 8 классов.
6. 900 игр компьютерные модели.
Это лишь небольшой список всех ресурсов глобальной сети. Интернет сегодня переполнен информацией, но для того чтобы найти нужный ресурс иногда требуется затратить много времени. Что бы облегчить труд учителя при подготовке уроков с использованием ИКТ я разрабатываю электронное учебное издание, где будут включены разделы: Занимательная физика, готовимся к ГИА и ЭГЭ, виртуальный опыт, анимации и иллюстрации, таблицы и графики по различным разделам физики, перечень ссылок на полезные сайты .
Читайте также: