Информационные технологии в подготовке будущих инженеров-физиков

Бурное развитие информационных технологий в последние годы дало в руки педагогам мощное средство интенсификации умственной деятельности учащихся, увеличения числа каналов поступления информации и способов ее обработки. Однако, сколько бы учитель не говорил об «основах научного мировоззрения» на уроках информатики, как бы не пытался связать информацию с понятием вещества и энергии, сколько бы не говорил о «роли новых информационных технологий в развитии общества» [1], курс будет схоластическим, если не показать на практике связь знаний, полученных при изучении курса «Информатика» с другими предметами. С другой стороны, и в массовом и в элитарном образовании вопрос о компьютерной грамотности, о компьютере, следует ставить как о средстве решения конкретных задач в конкретных областях.
Если говорить о реальных учебных предметах, таких как, например, «Физика», «Математика», «Экология» или «Иностранный язык» то использование информационных технологий на уроках и в неурочное время дает следующие возможности:

1. Компьютерные учебники (учебник I и II в терминологии В.П.Беспалько) [2].
2. Компьютерные обучающие системы с обратной связью (учебник III и IV). [2].
3. Мощное аудиовизуальное средство компьютерного моделирования, позволяющее ставить эксперименты, недоступные школьной лаборатории.[3].
4. Контрольно-измерительные программы, позволяющие объективно оценить уровень знания учащихся.
5. Средство интенсификации познавательной и учебной деятельности, связанной с поиском и обработкой информации.
6. Современное средство решения прикладных задач соответствующего учебного предмета, в т. ч. и задач лингвистики и моделирования биологических процессов, доступные ученикам старших классов.
7. Средство, позволяющее учится ставить новые задачи и искать новые области, где компьютеры и информационные технологии в целом могут быть эффективно использованы.

На этом пути и педагогов и учащихся подстерегает ряд трудностей, некоторые из которых рассмотрены в работе [4].

Во-первых, избавляя нас от рутинных вычислений, компьютер высвобождает время и силы для другой деятельности. Но при этом возникает психологическая и физическая зависимость от средств вычисления – если калькулятор под рукой, то сто на двадцать пять мы разделим на нем, а если его нет, то двадцать шесть в квадрат вообще возвести не сможем. Действительно, многие старшеклассники и даже студенты совершенно не чувствуют числа – для них пример «найти , если sin = 0,7» невероятно сложен.

Выход из такой ситуации представляется следующим – в процессе обучения в школе, когда закладываются чувства числа, навыки устного и «ручного», если можно так выразиться, счета, когда учат работе с цепочками алгебраических преобразований ограничить применение микрокалькуляторов, особенно на уроках математики и физики.

Во-вторых – применение специальных программ обработки данных типа MATLAB или MATCAD сильно увеличивает производительность обработки информации в расчете на одного человека, облегчает построение графиков, выбор масштаба, расчет и нанесение погрешности и т.д. Однако при этом не только теряется связь между экспериментальными данными и результатами обработки этих данных, но и полностью отсутствует возможность научиться самостоятельной, осмысленной обработке результатов эксперимента и представлению этих результатов в том или ином виде (график, таблица, диаграмма и т.п.). На наш взгляд применение математических и статистических программ не только допустимо на лабораторных работах по физике, но и необходимо, однако их применение должно быть крайне ограниченно – одна-две работы в курсе. Тогда одновременно с приобретением навыков современной научной деятельности, учащиеся будут подходить к этой деятельности осмысленно.
Эти два вопроса по сути близки друг к другу , поэтому подчеркнем: и  школьнику и студенту и инженеру недостаточно знать начало и конец пути с черным ящиком в виде компьютера между ними, но и необходимо уметь самостоятельно пройти этот путь. Не важно, что это за путь – умножение в столбик, решение системы уравнений или обработка результатов эксперимента. Необходимо собственноручно, с помощью калькулятора (но не специальных программ) уметь вычислить, допустим, ускорение свободного падения. И пусть оно окажется равным 11. Зная путь, мы можем найти ошибку, или понять, что к ней привело.

Третья проблема, связанная с применением компьютера, не столь естественнонаучная, сколь философски-гуманитарная.
Современные компьютерные программы все более и более способны заменить учителя – они расскажут, покажут, разберут задачу и проверят результат обучения. Фактически каждый может получить своего персонального электронного репетитора. Проблема в том, что теряется один из основных моментов – роль Человека, Учителя с большой буквы, теряется преемственность научного образования, его воспитательная функция.
На наш взгляд, единственный способ решить эту проблему – осознать, что она если не возникла сейчас, то возникнет в будущем.

Четвертая проблема снова касается физического образования. Это – виртуальное экспериментирование. Виртуальный эксперимент позволяет сделать легким и дешевым путь из учебной лаборатории в научную. Хотите иметь излучение с длиной волны 630 нм? – Пожалуйста. Хотите – 250? Пожалуйста – еще хотите температуру 5 К? – Опять пожалуйста.
Проблемы здесь те же, что и с полетом на луну – все вроде знают, что летали, но флаг-то развивается!? Трудно отличить, где кончаются звездные войны, и начинается хроника.
Так и в виртуальном лабораторном эксперименте трудно отличить, где граница между собственно моделированием и мультипликацией.
Выход видится нам в обязательном совмещении виртуальных компонент с реальными лабораторными работами, что описано более подробно в работе [3].

И, наконец, пятый вопрос снова уводит нас от физических проблем к проблемам общепедагогическим. И проблема эта носит название ИНТЕРНЕТ.
К сожалению, в сети помимо нужной информации по любому вопросу есть уже кем-то и как-то обработанная информация в виде рефератов, обзоров и т.п.
Соблазн выдать чей-то труд за свой практически непреодолим. У многих выпускников школы навыки сбора информации, ее конспектирования, и вообще любые навыки работы с литературой – учебником, справочником, энциклопедией отсутствует полностью. Старшеклассник не умеет пользоваться каталогом в библиотеке и алфавитным указателем в справочнике. Некоторые с трудом пользуются оглавлением. Выход из этого, как нам кажется, в следующем. И в школе, и в ВУЗе представляя работу (доклад, реферат или курсовую), учащийся должен обязательно выступить устно, кроме того, работа должна содержать ссылки на источники, в том числе и на Интернет ресурсы.

Однако надо понимать, что за компьютерами будущее. Наша цель – минимизировать вред и максимально использовать преимущества, которые они нам представляют. Один из эффективных путей преодоления этих и других проблем на наш взгляд заключается в активизации межпредметных связей, в согласованном действии учителей, предметы которых задействованы в этих связях и в расширении числа таких предметов. И, конечно, максимальное прикладное использование информационных технологий – от редактирования текстов до компьютерного моделирования.

1. Учебные стандарты школ России.//Москва, 1988 с.149
2. В.П.Беспалько. Слагаемые педагогической технологии. Москва, Педагогика, 1989, с.124
3. В.Б. Гундырев, В.В. Лосев, Т.В. Морозова //Виртуальный лабораторный эксперимент с реальными компонентами (на примере лаборатории оптики). Тезисы конференции «Школа и вуз: достижения и проблемы непрерывного физического образования», Екатеренбург 2002 г., с 69.
4. В.Б. Гундырев, В.В. Лосев, О.О. Моисеенко.// О прогрессивных технологиях в физическом образовании. Тезисы конференции «Физика в системе инженерного образования России». М.:2004 г. с.79.