Методический проект "Физика – компьютерное моделирование – экспериментально-исследовательская деятельность учащихся"

Использование современных информационно-коммуникационных технологий в школе позволяет решить ряд фундаментальных задач:

• Внедрить проектные формы и модели учебного процесса, предусматривающих активную интеллектуально-практическую деятельность учащихся, самостоятельное осмысление целей своей работы и планирование путей их достижения, групповую и коммуникативную деятельность, новую роль учителя в качестве консультанта и партнера.
• Обновить содержание образования, повысить роли фундаментальных современных знаний и умений междисциплинарного характера, увеличить степень интегрированности различных учебных предметов и дисциплин.
• Формирование и развитие способностей к самостоятельному поиску, сбору анализу и представлению информации, решению нестандартных творческих задач, моделированию и проектированию предметов и явлений окружающей действительности и своей деятельности.

В основе программы обучения лежит социальный заказ, отражающий общественные и индивидуальные потребности и служащий основой для формирования системы целей образования. В этой системе можно выделить ряд компонентов:

• готовность к деятельности в быстро меняющемся мире, способность к самостоятельному принятию и реализации решений;
• умение пользоваться средствами новых информационных технологий для решения конкретных задач, взаимодействия с информационными потоками, информационная культура;

Применение информационно-компьютерных технологий позволяет наиболее эффективно реализовать следующие функции урока:

• Вооружение учащихся глубокими и осознанными знаниями;
• Обучение учащихся самостоятельной деятельности по овладению знаниями;
• Формирование прочных мотивов учения, самосовершенствования, самообучения, самовоспитания;
• Формирование нравственных основ личности, ориентированных на общечеловеческие ценности;

Компьютер на уроках физики прежде всего позволяет выдвинуть на первый план экспериментальную, исследовательскую деятельность учащихся. Замечательным средством для организации такой деятельности являются компьютерные модели.

Компьютерное моделирование позволяет создать на экране компьютера живую, запоминающуюся динамическую картину физических опытов и явлений и открывает для учителя широкие возможности по совершенствованию уроков.

Создание компьютерных моделей физических явлений и процессов является одной из эффективных форм реализации практической и исследовательской деятельности учащихся.

Компьютерные модели легко вписываются в традиционный урок, позволяя учителю продемонстрировать почти “живьем” многие физические эффекты. Кроме того компьютерные модели позволяют учителю организовывать новые, нетрадиционные виды учебной деятельности.

Учитель, ведущий занятие с использованием мультимедиа-проектора, электронной доски и компьютера, обеспечивающим выход в Интернет эффективно использует возможности информационно-образовательной среды, что способствует решению вышеуказанных задач.

Цель данного проекта: разработка методической системы по использованию компьютерного моделирования на уроках физики для организации экспериментально-исследовательской деятельности учащихся.

Задачи проекта:

• Формирование у школьников системного естественнонаучного мировоззрения на основе создания опорных образовательных образов.
• Применение виртуальных лабораторных практикумов на уроках физики.
• Изучение природы микро- и макромиров, окружающих человечество, которое с помощью физического лабораторного оборудования школы практически невозможно.
• Глубокий анализа физических процессов и явлений за счет имитации и учета существенно большего количества параметров и факторов по сравнению с возможностями физического лабораторного оборудования.
• Изучение и овладение навыками способов разработки и создания компьютерных моделей.
• Фиксация результатов работы.

Методы

Существует два способа разработки компьютерных моделей с помощью специализированных программных средств и программирования.

Специализированные программные средства позволяют быстро и удобно создать компьютерную модель, которая ограничена набором объектов и методов существующих в программных средах.

Моделирующая среда позволяет решать широкий круг физических задач путем их визуального проектирования на основе моделей объектов, явлений, эффектов и свойств, содержащихся в тематических библиотеках (допускают их неограниченное пополнение самим пользователем), с последующим управлением моделями и наглядным представлением результатов расчета. В основе интерактивных задач и тренажеров также лежат модели.

Лабораторная работа – модель, имеющая значительное число степеней свободы. Соответственно, ученику доступны для исследования и анализа различные стороны явления, черты поведения объекта.
Лабораторная работа требует больших по сравнению с демонстрацией затрат времени, большего внимания и более творческого подхода.
Подобно своему аналогу в традиционном обучении, обычно предваряется краткими теоретическими сведениями, описанием ситуации, методическими указаниями по выполнению.

Жесткой границы между демонстрациями и лабораторными работами нет. Более того, на одном и том же модельном материале можно зачастую поставить работу как демонстрационного, так и исследовательского характера.

Ехсеl 2000–2003 представляет собой мощную систему создания и использования электронных таблиц. Однако реальные возможности этой системы гораздо шире, чем вычислительный потенциал электронной таблицы.

Идея электронной таблицы вытекает из опыта использования обычных таблиц в прикладных областях человеческой деятельности. Именно благодаря этим преимуществам над данными в таблице особенно удобно производить, разного рода вычисления и расчеты: данные постоянно находятся перед глазами, причем каждое их значение занесено в специально отведенную для него ячейку таблицы. Таким образом, условие задачи предстает в наглядной форме. Результаты вычислений также помещаются в таблицу.

На практике часто приходится сталкиваться с ситуациями, когда одну и ту же расчетную задачу приходится решать для разных значений исходных данных.

Главным свойством электронной таблицы является следующее: всякий раз, когда вводятся в ячейки данных новые значения, в каждой ячейке формулы обновляется содержимое и отображается результат подстановки в формулу новых значений.

С помощью прямого программирования можно создавать любые отношения между объектами. Этот способ является трудоемким и требует хорошего знания программирования. Среди средств разработки компьютерных моделей можно выделить Macromedia Flash. Этот продукт позволяет разработчику совмещать встроенный инструментарий для рисования графических объектов и описывать отношения между ними с помощью встроенного объектно-ориентированного языка программирования Action Script. Графический редактор среды Macromedia Flash является простым средством для рисования внешнего вида объектов и создания анимации, а Action Script описывает связи между этими объектами. Этот способ является наиболее удобным, так как позволяет разработчику сократить время, требующее для разработки модели.

Компьютерные модели можно использовать как в дистанционном обучении, так и в традиционном обучении, в том числе и с сетевой поддержкой. Кроме того, для обучения с использованием компьютерных моделей важно организовать взаимодействие учащегося с моделью для вовлечения его в активную исследовательскую деятельность, поэтому эффективным является использование интерактивных компьютерных моделей.

Большие возможности представляют среды программирования для решения задач по физике, а следовательно для создания компьютерных моделей.

Ожидаемый результат методического проекта “Физика – компьютерное моделирование – экспериментально-исследовательская деятельность учащихся”:

• Создать компьютерную лабораторию в рамках которой можно провести демонстрацию любого эксперимента из курса физики или проиллюстрировать любую задачу из школьного сборника задач.
• Создать задачник с вопросами и задачами, условие которых будет согласовано с функциональными возможностями компьютерных моделей, а также рабочие тетради для учащихся с бланками компьютерных лабораторных работ.
• Вовлечение учащихся в активную экспериментально-исследовательскую деятельность по созданию компьютерных моделей физических процессов и явлений.

Этапы реализации проекта

Приложение 1

Приложение 2

Список литературы:

1.     Варламов С.Д., Эминов П.А.. Сурков В.А. Использование Microsoft Office в школе. Учебно-методическое пособие для учителей. Физика. М: ИМА-пресс, 2003. – 112 с ил.

2.     Громов С.В. Физика: Оптика. Тепловые явления. Строение вещества: Учеб. для 11 кл. общкобразоват. Учреждений/С.В.Громов; Под ред. Н.В. Шароновой.– 3-е изд. – М.; Просвещение, 2002. – 287 с.

3.     Дьячук П.П., Лариков Е.В. Применение компьютерных технологий обучения в средней школе. Красноярск: Изд-во КГПУ, 1996. С.167.

4.     Лабораторный практикум по теории и методике обучения физике в школе: Учеб. пособие для студ. Высш. Пед. учеб. заведений/С.Е. Каменецкий, С.В. Степанов, Е.Б. Петрова и др.; Под ред. С.Е. Каменецкого и  С.В.Степанова. – М.: Издательский центр “Академия”, 2002. – 304 с.

5.     Мастропас З.П., Синдеев Ю.Г. Физика: Методика и практика преподавания/ Серия “Книга для учителя”.– Ростов н/Д: Феникс, 2002. – 288 с.

6.     Усова А.В., Бобров А.А.Формирование учебных навыков на уроках физики. – М.: Просвещение, 1988. – 112.: ил.– (Б-ка учителя физики).

7.     Хорошавин С.А.Физический эксперимент в средней школе: 6–7 кл.– ил.: Просвещение. 1988. – 175 с.: ил. – (Б-ка учителя физики).

8.     Виртуальная школа Кирилла и Мефодия. Сетевая версия 2003. Медиатека по физике.

9.     Рекомендации научно-методического симпозиума “Компьютерное моделирование в обучении точным наукам” // Педагогическая информатика 2004, № 1

10.  Бутиков Е.И. Интерактивные компьютерные модели в преподавании физики// “Компьютерное моделирование 2003” : Труды 4-й Международной научно-технической конференции.СП6: Нестор, 2003.