КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ИНДИВИДУАЛЬНЫХ МОДЕЛЯХ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ УЧАЩИХСЯ ПО ФИЗИКЕ

Слепцов Афанасий Иванович

канд. пед. наук, Якутский колледж связи и энергетики, г. Якутск

E-mail: amsai@mail.ru

Проблема информатизации и непосредственно связанной с ней компьютеризации всех сфер человеческой деятельности является одной из глобальных проблем современного мира. Поэтому внедрение компьютерных технологий в образование можно охарактеризовать как логичный и необходимый шаг в развитии современного информационного мира в целом.

Обучение учащихся исследовательской деятельности по физике с применением компьютера обеспечивает самостоятельную творческую деятельность обучаемых в процессе проведения научно-технических исследований в рамках определенной тематики. При использовании исследовательского метода обучение является результатом активного исследования, открытия, вследствие чего, как правило, бывает более успешным, чем при использовании других методов.

Учитывая, что любой ученик способен найти, создать или предложить свой вариант решения любой задачи, относящейся к собственному обучению,нами выявлено, что при обучении исследовательской деятельности учащихся по физике возможна одновременная разработка и реализация индивидуальных моделей исследовательской деятельности учащихся по физике, каждая из которых по своему уникальна и отнесена к личностному потенциалу каждого отдельно взятого ученика. При этом процесс разработки и реализации отдельных моделей для конкретного ученика может выступать, во-первых, как обеспечение личностного содержания образования ученика, во-вторых, может являться и содержанием обучения исследовательской деятельности учащегося по физике. Это обусловлено тем, что обучение исследовательской деятельности нами рассматривается как совместный творческий процесс учащегося и учителя, что предполагаетвзаимообогащение, взаимодополнение, взаимоприращение содержания личностного образования ученика и процесса обучения учащегося исследовательской деятельности по физике.

Системообразующим фактором разработанных нами 7 индивидуальных моделей исследовательской деятельности учащихся («Проблема-модель (схема)-расчет», «Физика объекта (явления)», «Теория-задача-эксперимент», «Эксперимент-самодельный прибор», «Задача (проблема)-эксперимент», «Эксперимент-видеосъемка-анализ», «Компьютерная модель объекта (явления)») выступает структура исследовательской деятельности: исследовательская задача, исследовательские действия и операции, действия оценки и контроля.

Модель «Компьютерная модель объекта (явления)»

Многие исследователи отмечают, что развитие исследователь­ских умений учащихся в процессе обучения физике должно осуществляться при обязательном использовании компьютерных технологий. При этом важное место должно отводиться компьютерному моделированию. Сущность компьютерного моделирования заключается в получении количественных и качественных характеристик объекта познания по имеющейся модели. Компьютерное моделирование можно представить как совокупность математического и структурно-функционального моделирования [1].

К преимуществам компьютерного моделирования можно отнести: сокращение объема однообразных измерительных операций и математических вычислений; исследование разнообразных процессов, протекающих в реальном масштабе времени; высокую точность виртуальных измерений; возможность постановки виртуальных демонстрационных и лабораторных экспериментов практически по всем разделам физики.

Создание компьютерной модели исследуемого явления, проблемы или описанной в задаче физической ситуации, приближенной к реальным явлениям —это один из основных методов при обучении физике. При создании компьютерных моделей мы в основном пользуемся программой «Живая физика». Суть модели «Компьютерная модель объекта (явления)»заключается в применении этого метода в обучении учащихся исследовательской деятельности по физике.

Структуру исследовательской деятельности учащегося в данной модели можно представить так:

Исследовательская задача:смоделировать физическую ситуацию, описанную в условии задачи, или создать компьютерную модель натурного эксперимента;

Исследовательские действия и операции:

· моделируется физическая ситуация, описанная в условии задачи (или натурный эксперимент воссоздается с помощью компьютерной модели);

· проводится сравнение теоретического решения задачи и результатов моделирования на компьютере (или сравнение результатов натурного и компьютерного экспериментов);

Действия оценки и контроля: проводится оценка соответствия результатов теоретического решения задачи и компьютерного эксперимента (или соответствия результатов натурного и компьютерного экспериментов).

В исследовательской работе «Создание моделей физических ситуаций в условиях стандартных задач по механике» рассматриваются физические задачи по механике, которые сначала решаются теоретически. Затем создаются компьютерные модели ситуаций, представленных в условиях этих задач, с целью более четкого понимания задачи.

Модель «Эксперимент —видеосъемка —анализ»

Познание чаще всего начинается с чувственного восприятия окружающей действительности посредством органов чувств при активной мыслительной деятельности человека, т.е. начинается с наблюдения.

«Наблюдение —длительное, целенаправленное и планомерное восприятие предметов и явлений окружающей действительности. Оно является одним из методов исследования в научном познании, источником научного знания и может проводиться в естественных и искусственных (экспериментальных) условиях. Наблюдение является не только простейшим, элементарным способом познания, но и составной частью эксперимента, который без наблюдения лишен всякого смысла. Кроме эксперимента, наблюдение связано с такими методами познания, как сравнение и измерение» [3, с. 51—53].

В современной теории познания одной из основных функций наблюдения в научном исследовании является осуществление сопоставления результатов, полученных в ходе теоретического исследования, проверка их адекватности и истинности.

По А. В. Усовой, по роли в учебном процессе наблюдения делятся на предварительные, иллюстративные и исследовательские. Результаты наблюдения могут быть выражены с помощью словесной и знаковой записи с помощью чисел, схем, рисунков.

Высокий, научно-исследовательский уровень (этап) в формировании умения наблюдать характеризуется предоставлением учащимся полной самостоятельности в выполнении всех операций, из которых слагается наблюдение в лабораторных условиях, и способов записи его результатов.

Формирование умения наблюдать чрезвычайно важно для включения учащихся в исследовательскую деятельность, выполнению экспериментальных работ. Умение кратко, логично, грамотно зафиксировать результаты наблюдения является одним из необходимых элементов ведения научных исследований.

Но наблюдение некоторых физических явлений может стать невозможным из-за их быстротечности. Для исследования таких быстропротекающих явлений и законов движения можно использовать видеосъемку с последующим анализом полученных изображений с помощью графического метода представления и обработки данных с использованием компьютера [2].

Прежде всего, учащимся следует показать значимость графического способа представления и обработки информации в научном познании физики. Таблицы позволяют записать результаты компактно, что облегчает их анализ и дальнейшую обработку. Графическая форма представления данных, кроме того, делает их наглядными и легко обозримыми. С помощью графиков легко обнаруживается линейный или нелинейный характер связи величин, периодический или апериодический характер процессов, выявляются аномалии, нерегулярности и другие характерные черты наблюдаемой зависимости, ошибки в проведении экспериментов и т. п. [2, с. 190].

Согласно предлагаемой нами модели «Эксперимент —видеосъемка —анализ»видеозапись вводится в компьютер. Измеренные координаты и время заносятся в электронную таблицу Excel. После обработки данных учащиеся получают в электронной таблице графики изменения данных величин в процессе движения тела. Фотографии, полученные путем ввода видеосигнала в компьютер, используются для оформления стендов.

На основании вышеизложенного структуру исследовательской деятельности учащегося в данной модели можно представить так:

Исследовательская задача: исследовать законы движения и различных быстропротекающих явлений, используя видеосъемку;

Исследовательские действия и операции:

· проводится видеосъемка явления;

· данные вводятся в компьютер;

· строятся графики изменения величины в процессе движения тела;

· проводится анализ полученного изображения или графика.

Действия оценки и контроля: проводится оценка соответствия теоретических выводов результатам видеосъемки.

Эту модель «Эксперимент-видеосъемка-анализ» мы использовали на втором этапе работы «Исследование колебаний тела переменной массы». На фоне миллиметровой бумаги с нанесенными координатами совершаются колебания сосуда цилиндрической формы с нанесенными делениями (самодельной шкалой). В сосуде содержится окрашенная вода, которая вытекает из отверстия внизу сосуда. Колебания тела фиксируются с помощью цифровой видеокамеры и вводятся в компьютер.

По результатам видеозаписи проводится обработка данных и строится график зависимости координаты маятника и высоты уровня жидкости от времени. Время фиксируется электронным секундомером.

Далее по координатам можно рассчитать скорость и ускорение тела переменной массы.Из полученного графика становится видно, что период колебаний маятника в середине опыта увеличивается.

Итак, нами описаны содержания двух индивидуальных моделей исследовательской деятельности учащихся по физике с использованием компьютерных технологий.

Резюмируя вышесказанное, отметим, что по аналогии с предлагаемыми моделями любой ученик совместно с учителем может провести исследование физических явлений, познавая окружающий мир, открывая для себя новые грани неизведанного. Цель учителя — создать условия для реализации индивидуальной модели исследовательской деятельности учащегося по физике.

Список литературы

1.Кощеева Е. С. Развитие исследовательских умений учащихся на основе использования схемотехнического моделирования в процессе обучения физике: автореф. дис. … канд. пед. наук. Екатеринбург, 2003. 22 с.

2.Старовиков М. И. Становление исследовательской деятельности школьников в курсе физики в условиях информатизации обучения. Федер. Агентство по образованию, Барнаул. гос. пед. университет. Барнаул: БГПУ, 2006. 318 с.

3.Усова А. В. Формирование у школьников научных понятий в процессе обучения. М.: Педагогика, 1986. 176 с.