Школьник понимает физический опыт только тогда хорошо, когда он его делает сам. Но eщe лучше понимает его, если он сам делает какой-либо прибор или его модель для проведения эксперимента. (П.Л. Капица)
Проблема использования информационных технологий
Сравнительно недавно можно было услышать мнение о том, что использование компьютера в качестве технического средства на своих уроках возможно лишь для учителя информатики и что другим преподавателям он, вроде бы, и не нужен.
Но сегодня уже становится понятным, что информационные технологии открывают большие возможности в различных отраслях профессиональной деятельности, они предлагают современные и удобные средства для решения многих задач, в том числе и образовательных.
Только 45 минут длится урок, а учителю сделать нужно многое: провести опрос, проверить домашнее задание, показать опыты, разобрать новый материал, закрепить его. Словом, урок должен проходить в напряженном ритме. Как здесь можно обойтись без электронного помощника, который при умелом использовании может взять на себя значительную часть этой работы? А интерактивность в сочетании с наглядностью и оперативностью дает возможность стать непосредственным участником событий и позволяет управлять его развитием.
Итак, у нас есть компьютер, можно изучать его, а можно с его помощью познавать различные процессы, происходящие в природе или в обществе. Но сам по себе компьютер без соответствующего программного обеспечения годится только для интерьера или, в лучшем случае, будет использоваться в качестве большого калькулятора в сочетании с пишущей машинкой для распечатки дидактического материала. К сожалению, существующие образовательные ресурсы еще не реализуют всех потребностей учебно-воспитательного процесса, а лицензионное программное обеспечение, используемое для разработки электронных материалов учебного назначения, недоступно для многих образовательных учреждений из-за высокой цены.
Выбор среды разработки
А не попробовать ли нам, педагогам, в содружестве с учениками самим начать писать программы, используя доступные среды разработки, позволяющие решать на первых порах какие-либо локальные образовательные задачи? Не будем останавливаться на презентациях, созданных в Microsoft PowerPoint, поскольку они с успехом освоены и используются во многих образовательных учреждениях, но этого еще недостаточно для решения всего спектра образовательных задач.
Давайте подумаем, какие возможности нам потребуются от программного обеспечения, которое мы будем использовать при создании демонстрационных программ. Очевидно, что они должны предоставлять возможность создания рисунка, несущего учебную нагрузку-идею, его мультипликацию и управлять его поведением.
В последнее время появилось множество относительно простых программ как отдельно взятых, так и их совокупности, предоставляющих эти возможности. Так, например, рисунки, созданные с помощью самой простой программы Paint, дети могут анимировать уже на первом занятии с помощью специально разработанной нами программы-аниматора, а программа Adobe ImageReady, входящая в пакет графического редактора Adobe Photoshop, позволяет овладеть навыками создания анимированных рисунков учащимся средних классов после трех - пяти занятий. Еще один час, и мы имеем не просто динамический рисунок, но еще и озвученный с помощью стандартной программы, входящей в пакет Windows. Добавь такой рисунок в презентацию, и она значительно преобразится. Кроме того, эти навыки позволяют легко перейти к освоению Flash-технологий, возможности которых могут быть ограничены только нашей фантазией. Твори сам и развивай творческие способности своих воспитанников!
Разработка моделирующих программ во Flash
Предположим, что вы изучаете тему: “Поршневой жидкостный насос”. При этом можно объяснять принцип его работы по рисунку из учебника, на доске или на плакате, а также поместив его в PowerPoint. Если есть механическая модель и оптическая скамья, то можно попробовать продемонстрировать ее через проекцию или просто пустить по рядам. Мы не будем останавливаться на методической стороне этого вопроса, а предлагаем посмотреть нашу модель поршневого насоса, изготовленную с помощью Flash.
Запустите <Приложение1> и сравните, что удобнее.
Предвидим возражения, что механическая модель реальна и, следовательно, более доступна для понимания. Может быть и так. Но модель насоса разрабатывалась нами не как сама цель. Создавая ее, мы пытались понять принцип построения динамических моделей, так как всем понятно, что динамика несет в себе больше информации, чем статичный рисунок.
Возможно, что механическая модель поршневого жидкостного насоса есть во многих школах, а если мы начали изучать радио Попова, вряд ли у кого-то найдется действующая модель данного прибора, тем более способная показать взаимодействие отдельных его частей. А как насчет того, чтоб заглянуть внутрь работающего когерера с целью иллюстрации процессов, происходящих в нем в момент прихода электромагнитной волны?
Конечно, и это можно изобразить в виде последовательных рисунков, но лучше один раз увидеть своими глазами, как все это происходит в режиме реального времени на примере модели радио Попова, чем сто раз об этом услышать.
Запустить модель можно, щелкнув мышкой по кнопке, расположенной в левом нижнем углу. <Приложение 2>
Обратите внимание на то, что сама схема приемника приведена в измененном виде, способствующем большему пониманию назначения и взаимодействия отдельных частей, чем схема, приведенная в параграфе учебника.
К сожалению, мы были вынуждены обрезать возможность пошагового отслеживания принципа работы данного прибора, начиная от излучения электромагнитной волны, испускаемой вибратором до прохода его через когерер и т.д., с целью уменьшения размера файла.Примечание:
Разработка обучающих программ в Excel
Посмотрим, какие возможности скрываются в табличном редакторе Microsoft Excel. Он представляет собой творческую, научно-исследовательскую лабораторию и позволяет не только исследовать различные процессы, но и потренироваться в составлении электрических цепей, решении различных задач, провести практическую работу, сделать срез знаний и подготовить отчет о результатах освоения подопечными вашего предмета.
Рассмотрим обучающую программу, выполненную нами с использованием макросов Excel и позволяющую подготовить учащихся к проведению практической работы “Определение цены деления измерительного прибора”.
От того, насколько хорошо будет усвоен данный материал, будет зависеть успешность работы с мензуркой, а в дальнейшем и с другими измерительными приборами.
Запустите программу <Приложение 3>, и она проведет вас по всем этапам произвольно сгенерированной шкалы, отслеживая неточные действия и предлагая выполнить их повторно с целью исправления допущенной ошибки.
Примечание:
- Данная программа использует макросы, поэтому работоспособна только в том случае, если их включить.
- Это усеченная версия, и для уменьшения ее размера мы были вынуждены отключить так называемую функцию проверки на “обман”. Если на запрос “ввести два ближайших числа”, вы выберете 1 и 3, в то время как показаны цифры 1, 2, 3 - она не заметит подвоха. Но если вы неправильно найдете разность между ближайшими числами или совершите другую ошибку, будет замечено и выдано сообщение “ПЛОХО” или “Вы допустили ошибку”. По этой же причине была потеряна способность отслеживания правильного введения разделителя десятичных знаков, которым в данной программе служит точка и отключена функция генерирования случайным образом шкалы.
- Для того, чтобы исправить неправильно введенное число в усеченной демоверсии, необходимо его выделить с помощью мыши и затем ввести новое значение.
Виртуальный практикум
Следующая программа позволяет отслеживать зависимость силы тока от емкости конденсатора, включенного в сеть переменного тока. Для установления такой зависимости запустите <Приложение 4> и щелкните мышью “Begin”. На появившейся панели введите произвольное значение емкости и щелкните мышью “заменить”, проделайте это несколько раз, варьируя значения и наблюдая за изменениями осциллограмм. Остается сделать самостоятельно вывод и, если потребуется, то записать его.
Примечание: при уменьшении размеров данная программа потеряла способность одновременной работы с тремя конденсаторами. Оригинальная версия программы дает более наглядную картину, позволяя одновременно увидеть и сравнить между собой сразу три осциллограммы, раскрашенные в цвета, соответствующие цвету емкостей на экспериментальной панели инструментов.
Разработка тренирующих программ в Excel
Настало время познакомиться с тренирующими программами, позволяющими создавать электрические схемы и быстро модифицировать их для использования рисунков в раздаточном материале и даже потренировать учащихся в виртуальной сборке электрических цепей.
Запустите <Приложение 5>.
На рабочем столе вы видите ряд кнопок с надписями различных элементов электрической цепи. Предположим, нам необходимо изобразить схему, состоящую из сопротивления, ключа и батареи. Последовательно нажимая на соответствующие кнопки, генерируем необходимые изображения, которые можно перемещать мышью. Расположив их определенным образом, нажимаем кнопку с надписью “Проводник”.
Соединение проводника с прибором производим следующим образом: захватив мышью зеленый кружок на одном из концов проводника, переносим его к выводу прибора (рис.1), в момент “подключения” контакт выделяется синими точками, как бы подтверждая соединение. Последовательно проделав эти шаги с другим концом проводника, выбираем и подключаем еще два. В результате у нас получается цепь, показанная на рис.2.
Рис.1
Рис.2
Для выпрямления проводника его необходимо выделить, а затем щелкнуть правой кнопкой мыши, при этом появится всплывающее меню, в котором выбираем вид необходимой нам линии (рис.3).
Рис.3
В результате манипуляций с отдельными элементами вы должны получить изображение, похожее на рис.4.
Рис.4
На первый взгляд, все это может показаться очень сложным для учащихся, но уже со второго занятия они с удовольствием составляют различные схемы.
Кроме того, данная программа позволяет составлять разного рода виртуальные головоломки. Например, посмотрите рис.5 и попробуйте сказать, какое это соединение и найдите ошибку в данном соединении.
Рис.5
По предложенному рисунку это сделать очень сложно. Но, выделяя и перемещая отдельные элементы, трансформируем схему, приводя к изображению, показанному на рис.6, которое позволяет ответить на оба ранее поставленных вопроса. Обратите внимание на то, что ошибка заключается не только в типе подключения вольтметра к цепи, но и его полярности. Можно усложнить задание, предложив найти возможные способы устранения ошибок. Желательно при этом обратить внимание учащихся на то, что в технике, чаще всего, выключатель ставят в разрыв проводника, идущего от положительного полюса источника тока.
Примечание: Excel из офисной программы XP позволяет не только перемещать в произвольном порядке отдельно взятые элементы, но и вращать их. Данная программа так-же использует макросы и теряет свою работоспособность, если их отключить.
Примечание 1: рис.5 и рис.6 построены в оригинальной версии программы “Конструктор”, которую вы сможете найти на страницах нашего сайта.
Рис.6
Решение прикладных задач с помощью Excel
Опыт использования компьютера на уроках физики при решении задач указывает на необходимость учета некоторых специальных положений, определяющих методику организации учебной работы данного вида в школе. В существующих задачниках по физике они пока не встречаются или встречаются крайне редко. Обойти возникшие трудности можно за счет добавления учителем к существующей задаче (назовем ее задачей “А”) новой задачи “В”, четко сориентированной на ее решение с помощью компьютера.
Кроме того, содержание условия задачи желательно подобрать таким, чтобы оно отражало практико-ориентированный характер обсуждаемых в ней вопросов. Это способствует появлению у школьников интереса к решению задачи и создает положительную мотивацию, направленную на использование компьютера при решении прикладных задач.
Пусть имеется задача “А”: Штепсельный школьный реостат со стандартными спиралями, рассчитанными на 1, 2, 2 и 5 Ом, включен в цепь с источником. Какая мощность выделяется на нагрузке R=1 Ом, если внутреннее сопротивление источника тока r = 3 Ом, а ЭДС = 9 В?
Конечно, при решении данной задачи можно обойтись и без компьютера - вычисления выполняются легко. Но если предложить ученикам задачу “Б”: “Какими станут значения мощности (по условию задачи “А”), если сопротивления реостата последовательно меняют от выключенного состояния до максимально возможного?”. Здесь уже преимущества компьютера, способного работать в режиме программирования, становятся заметными. Потому что существенно сокращаются затраты учебного времени на выполнение вычислений и даже обобщение полученного результата в виде построенного графика, что на себя полностью берет программа.
Допустимо сразу же использование и варианта “В” (“В” = “А” + “Б”): “Построить графики зависимости P от R, I от R и выяснить зависимость силы тока в цепи от внутреннего сопротивления источника тока при коротком замыкании”.
Такие преобразования условия исходной задачи “А” придают процессу нахождения искомого динамичный характер, обеспечивают возможность использования абстрактно-логической наглядности (в форме чертежей, таблиц, графиков, диаграмм и пр.).
При решении данной задачи учащимся можно предложить ответить на следующие вопросы:
1. Каковы должны быть показания амперметра и вольтметра при внешнем сопротивлении, стремящимся к плюс бесконечности?
2. Какое собственное название имеет случай, при котором R = 0?
3. Какое назначение в схеме элемента FU (плавкого предохранителя)?
4. На какой ток должен быть рассчитан предохранитель в нашем случае?
5. При каких условиях выделяемая мощность может быть равна нулю?
6. Определите по графику, при каком значении сопротивления мощность имеет максимальное значение?
Мы начали разработку методического пакета, указывающего учителю и ученику путь создания такого рода задач и методов их решения с помощью встроенных функций Excel.
Запустите программу <Приложение 6>. В левом верхнем углу краткая запись условия данной задачи. Ученик может изменять значения ячеек, выделенных голубым цветом. Все остальные ячейки блокированы от случайного изменения. Меняя значения, можно наблюдать соответствующие изменения графиков. Данная программа использует стандартные функции Excel, но если вы испытываете затруднения с их использованием, а желание создать подобную программу самостоятельно есть, то на страницах нашего сайта вы сможете найти подробную и пошаговую инструкцию по созданию различных программ такого рода.
Организация дифференцированного подхода при тестировании
Большинство существующих тестирующих программ строится по принципу выбора одного верного ответа из нескольких предложенных, при этом возможность угадывания правильного ответа достаточно велика. Тесты, созданные в подобных программах, направлены лишь на частичный контроль знаний учащихся и не дают обучающего воздействия.
Нами разработаны тестирующие программы, лишенные выше перечисленных недостатков. Они позволяют ученику не только выбрать сложность вопросов, понимая, чем ниже она будет, тем ниже будет и оценка, но и полностью исключает возможность получения отрицательной отметки, поскольку, опираясь на интерактивный справочный материал, сопровождающий тест, всегда можно найти правильные ответы на поставленные вопросы. Применение таких программ на занятиях упрощает реализацию дифференцированного подхода и саморефлексию учащихся.
Для промежуточного контроля можем предложить программы, способные создавать не только текстовые вопросы, но и с графическим изображением. Особо стоит отметить их способность накапливать результаты ответов учащихся для последующего анализа и выявления пробелов в усвоенном материале. Накопление и электронная статистическая обработка результатов тестирования существенно облегчает работу учителя и способствуют проведению им глубокого детального анализа изучения учащимися той или иной темы учебного курса.
Мультимедиа-приложения для организации методической помощи учителю
В настоящее время ведем разработку мультимедийных программных пакетов, позволяющих учителю подготовиться к уроку за считанные минуты. Такими мультимедийными приложениями удобно пользоваться начинающим педагогам, поскольку можно просмотреть видеоверсию проведения урока по готовому и проверенному практикой сценарию. А педагоги со стажем смогут взять для себя мультимедийные материалы, различные тестовые и демонстрационные программы, использование которых разнообразит урок, придаст ему динамичность и повысит интерес к предмету.
Программное обеспечение для учебно-воспитательного процесса
Сейчас почти в каждой школе имеется психолог, который проводит с ребятами всевозможные тесты. Возникает идея проведения анализа успеваемости, а его результаты перевести в шкалу, используемую психологом. Тогда появится дополнительная возможность сравнить результаты психологических тестов с успеваемостью и сделать соответствующие выводы. Именно это и делает программа, названная нами “Анализ”.
А если ваш ребенок жалуется на память, то самое время проверить и потренировать ее. Известно, что кратковременная визуальная память нормального человека способна на воспроизведение семи - девяти единиц. Поработав с нашей программой, которую мы так и назвали “Память”, большинство детей начинает запоминать до 15 знаков. Был и своего рода рекорд - 18 знаков из 20 предложенных.
Предположим, вы начали самостоятельно изучать английский, но не можете запомнить правильное произношение отдельных букв, цифр и целых предложений, а может быть, вам срочно нужно узнать, как читается число, состоящее из 11 знаков. Попробуйте произнести такое вот, к примеру, число 67 676 767 687 или такое: 123 456 789 012 333. Затрудняетесь? В обоих случаях вам поможет разработанная нами программа “Болталка”.
Представляя данную работу на фестиваль, мы были ограничены размером приложений объемом в 200 КБ, поэтому нам пришлось сократить не только количество, но и размер отдельно взятых сопровождающих и иллюстрирующих программ, теряя при этом многие их функциональные возможности. Но, несмотря на это, надеемся, что основную идею использования информационных технологий в учебно-воспитательном процессе нам удалось показать.
Мы убеждены, что проектирование мультимедийных пособий и их использование на уроках и факультативных занятиях способствует развитию творческих способностей ученика и повышению эффективности образовательного процесса.
Полноценные версии рассмотренного выше программного обеспечения и другие мультимедийные разработки можно найти на страницах сайта школы №11, г. Северобайкальска по адресу: www.s11baikal.narod.ru
На этих же страницах опубликовано программное обеспечение, помогающее в игровой форме провести различные эксперименты, лабораторные работы или просто получить необходимые навыки при решении задач с использованием компьютера.