Применение ИКТ как нового средства изучения физики в основной школе

I. Введение

Моя педагогическая работа связана с преподаванием физики, одного 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. За этот промежуток времени многое изменилось в образовательном процессе, он изменился качественно, произошел переход от доски, простых диапроекторов и проигрывателей, заданий и карточек, написанных от руки, к персональным компьютерам, мультимедийным проекторам, принтерам, ксероксам, интерактивным доскам, цифровым школам с мобильными классами, поливалентными залами, цифровым оборудованием. И учителю теперь легче создавать новые условия для усвоения учебного материала.

Среди всех учебных дисциплин физика – наиболее поддающийся компьютеризации предмет. Уже давно компьютер здесь успешно применяется для облегчения рутинной работы по выполнению расчетов. Но информационные технологии можно использовать и для изучения теоретического материала, тренинга, в качестве средства моделирования и визуализации и т.д. Выбор зависит от целей, задач и этапа урока (объяснение, закрепление, повторение материала, проверка знаний и др.).

Обучая детей физике, я стала наблюдать понижение интереса к предмету, а вместе с этим понижение уровня знаний. Эту проблему я объяснила недостаточностью наглядного материала, отсутствием оборудования, дефицитом научной и дополнительной литературы, сложностью самого предмета. Возникшие проблемы связаны и с бурно и непрерывно растущим объемом человеческих знаний. В условиях, когда каждые несколько лет объем информации удваивается, классический учебник и преподаватель неизбежно становятся поставщиками устаревших знаний. Но также я отметила и то, что число детей, умеющих пользоваться компьютером, стремительно растет, и эта тенденция будет ускоряться независимо от парадигмы школьного образования. Для меня встал вопрос, а почему бы не использовать новые педагогические возможности компьютера как средства обучения. Компьютер для учащихся – как источник получения новой информации и как инструмент интеллектуальной и в целом – познавательной деятельности. Работа на компьютере может (и должна) развивать также такие личностные качества, как рефлексивность, критичность к информации, ответственность, способность к принятию самостоятельных решений, наконец, толерантность и креативность, коммуникативные умения.

Компьютер для учителя – современное средство решения дидактических задач организации новых форм развивающего обучения.

Отметим общее значение компьютеров в учебно-воспитательном процессе. Они:

• Вписываются в рамки традиционного обучения.
• Используются с успехом на различных по содержанию и организации учебных и внеклассных занятиях.
• Способствуют активному включению обучаемого в учебно-воспитательный процесс, поддерживают интерес.

Дидактические особенности компьютера:

• Информационная насыщенность.
• Возможность преодолевать существующие временные и пространственные границы.
• Возможность глубокого проникновения в сущность изучаемых явлений и процессов.
• Показ изучаемых явлений в развитии, динамике.
• Реальность отображения действительности.
• Выразительность, богатство выразительных приемов, эмоциональная насыщенность.

Такое богатство возможностей компьютера позволяет внимательнее отнестись к изучению его в роли нового дидактического средства.

Целью моей работы стало обобщение личного опыта работы по применению ИКТ как нового средства изучения физики.

II. Методологическое обоснование применения ИКТ как средства изучения учебного предмета

Использование компьютерных технологий обеспечивает интенсификацию и актуализацию учебно-воспитательного процесса на основе решения таких основных задач:

• Выявление и использование стимулов активизации познавательной деятельности.
• Углубление межпредметных связей.
• Активное участие обучаемого в проектировании и дальнейшей актуализации его образовательной траектории.

Существуют традиционные средства обучения, которые служат достижению общеобразовательных и воспитательных целей воспитания. К ним относятся: учебники, средства наглядности, лабораторное оборудование, язык (устная речь), письмо (письменная речь), достижения культуры или произведения искусства и мн. др. Но эти средства обучения уступают место новым развивающим средствам обучения. Одним из них являются компьютерные технологии.

Компьютер по ряду показателей превосходит возможности других средств обучения. К основным преимуществам можно отнести:

мультимедийность; интерактивность; дружественный интерфейс; адаптивность к обучаемому; независимость содержания обучения; многотерминальность; доступность.

III. Теоретическое обоснование применения ИКТ как средства изучения предмета.

3.1. Возможности ИКТ как средства изучения физики.

Для поиска и получения знаний, их хранения и передачи человек искал и находил дополнительные средства, которые оказывали значительное, подчас революционное, влияние на жизнь общества. Письменность, печатный станок, телефон, телевидение и, наконец, сеть Internet – вот наиболее впечатляющие вехи в передаче знаний.

Образование – непрерывный и динамичный процесс, который должен продолжаться и за пределами урока. И не последнюю роль здесь играет способность учителя заинтересовать ученика, в том числе, и посредством применения современных технологий. Определимся в родственных понятиях, когда речь заходит о современных технологиях обучения:

• информационные технологии;
• медийные;
• мультимедийные технологии. [9]

По определению Селевко, под компьютерными технологиями обучения подразумеваются “процессы подготовки и передачи информации обучаемому, средством осуществления которых является компьютер”. [8]

Объективная необходимость использования наглядных средств и технических средств обучения (речь идет о компьютере) в процессе обучения заключается в их огромном влиянии на процесс понимания и запоминания. При опытной проверке эффективности запоминания текста установлено, что при слуховом восприятии усваивается 15% информации, при зрительном – 25, а в комплексе, т.е. при зрительном и слуховом одновременно, – 65%, а если человек вовлекался в активные действия в процессе изучения, то усвояемость материала повышалось до 75%.

В нашей школе первый компьютер появился в 2000 году. А в 2003г. – еще пять компьютеров. Появилась возможность использования их на уроках физики – это демонстрационные уроки, различного рода виртуальные эксперименты, которые невозможно произвести в условиях школы. Проблема нехватки демонстрационных средств стала разрешима – первоначально, подключение телевизора к компьютеру, далее – использование мультимедиа проектора.

Применение цвета, графики, звука, современных средств видеотехники позволяет моделировать различные ситуации и среды. Это позволяет усилить мотивацию учащихся к учебе.

3.2. Особенности психологического развития учащихся основной школы и применения ИКТ на уроке.

Ведущей деятельностью для всех школьных возрастов является учение. Ведущей деятельностью среднего школьного возраста является взаимодействие и общение школьника в ходе учения с другим человеком (взрослым, сверстником), что сближает учение в этом возрасте с разными видами общественно полезной деятельности. [4]

Увеличивается число учебных предметов, которые усваивает ученик; появляется несколько учителей; усложняется материал школьных программ и т.д.

Выделим благоприятные особенности мотивации в этом возрасте:

• общая активность подростка, его готовность включаться в разные виды деятельности со взрослыми и сверстниками;
• стремление подростка на основе мнения другого человека осознать себя как личность, оценить;
• стремление подростка к самостоятельности;
• увеличение широты и разнообразия интересов (расширение кругозора), сочетающееся с появлением большей их избирательности, дифференцированности;
• возрастание определенности и устойчивости интересов;
• развитие на основе этих качеств специальных способностей подростков.

Одна из потребностей подростка – познавательная.

При удовлетворении познавательной потребности у учащихся формируются устойчивые познавательные интересы, которые определяют его положительные отношения к учебным предметам. Подростков привлекает возможность расширить, обогатить свои знания, проникнуть в сущность изучаемых явлений, установить причинно-следственные связи: “Физика нравится мне потому, что интересно знать обо всем, что окружает меня. Мне интересно, почему, например, в одних предметах мы видим свое отражение, а в других нет”. Они испытывают эмоциональное удовлетворение от исследовательской деятельности. Им нравится делать самостоятельно открытия.

Использование презентаций на уроках способствует лучшему усвоению материала, повышает активность учащихся. А если ученик сам готовит презентацию к уроку, то он изучает дополнительную литературу; анализирует, систематизирует материал. Кроме этого, развивает общие интеллектуальные умения: грамотно излагать материал; аргументировать высказывания; умение слушать и слышать высказывания одноклассников.

У подростков возрастает способность к абстрактному мышлению, к анализу и обобщению фактов и явлений, т.е. к более современному способу познания действительности. В этот период подростки охотно принимают опосредованное руководство в виде совета или ненавязчивого предложения прийти на помощь.

Грамотное применение современных компьютерных технологий на уроках позволяет сделать их интересными и красочными, живыми и динамичными. Развитие абстрактного, логического мышления детей происходит через образное.

IV. Опыт применения ИКТ как средства изучения физики в основной школе

4.1. Использование ИКТ как средства наглядности.

Из психологии известно, что поисковая деятельность более продуктивна и целенаправленна, если учебная проблема визуализирована (“вижу и думаю”). Поэтому на начало изучения новой темы очень, полезно предъявлять кадры с четкой формулировкой учебной проблемы (этап мотивации и постановки учебной проблемы).

На этапе актуализации знаний, необходимых для усвоения нового материала кадры и работа с ними разнообразны. Это могут быть:

• диагностический безоценочный контроль, лучше взаимоконтроль;
• разноуровневые качественные, расчетные, графические задания;
• физический диктант, блиц-опрос;
• работа с систематизирующими, обобщающими таблицами, логическими схемами.

При изучении нового материала слайды совместно с натурным экспериментом создают единую активную познавательную среду, в которой учитель серией умело подобранных вопросов и заданий возбуждает и направляет мысль учащихся к новым теоретическим выводам. Далее в ходе закрепления уточняет, корректирует понимание учащимися нового знания, формирует первоначальные умения.

В ходе объяснения и закрепления нового материала кадры должны быть разнообразными, чтобы охватить все моменты познания: алгоритм поиска решения поставленной проблемы, оценивание альтернатив, обнаружение следствий и их значимости в теории и т.д.

Получаемый эффект:

• Значительно удобнее стало демонстрировать видеоматериалы. В любой момент можно остановить кадр высокого качества для зарисовки или комментария, что было бы затруднительно при использовании видеомагнитофона с низким качеством стоп-кадра. Или отключить звук и дать возможность проанализировать ситуацию ученику. А затем, включив звук, проверить истинность факта. (При изучении темы “Изменение агрегатного состояния вещества” в 8 классе, опираемся на молекулярное строение вещества, которое изучали в 7 классе).
• При невозможности проведения “живого” опыта (ввиду его опасности, отсутствия оборудования или специфики условий) появилась возможность осуществить виртуальный эксперимент на компьютерной модели.

Возможен просмотр полученных графиков. Графики, возникающие на экране при изучении тепловых явлений (зависимости Т от времени при фазовых переходах, при введении понятий количество теплоты, теплоёмкость и т.д.), позволяют лучше понять наблюдаемые явления.

4.2. Использование ИКТ как источника дополнительного материала.

Основным источником информации является учебная литература. Подбор дополнительной литературы по предмету является порой проблематичным, так как библиотечный фонд в школе не велик. Если заказывать литературу в областной библиотеке, то это займет много времени. Вот здесь компьютер и выступает как источник информации.

Ученик при подготовке к уроку может использовать компьютер как универсальный источник информации. Глобальная компьютерная информационная сеть Интернет, электронные энциклопедии и учебники, различные обучающие программы – вот лишь малая часть информационных источников. Для создания красочных и содержательных рефератов, оформления докладов, набора конспектов – для всего этого можно использовать компьютер

Огромное количество информации создано на электронных носителях, например, “Детская энциклопедия Кирилла и Мефодия” 2008г. Здесь находятся энциклопедические и справочные статьи, интерактивные приложения, иллюстрации, видеофрагменты, занимательные факты и мн. др.

4.3. Применение ИКТ как средства контроля результатов обучения.

Наряду с традиционным контролем, предназначенным для оценки конечных результатов обучения, компьютер позволяет организовать контроль самого процесса обучения, осуществить диагностику хода материала с целью коррекции дальнейшего процесса.

Закрепление пройденного изученного материала провожу с помощью того же персонального компьютера с программой “Уроки физики Кирилла и Мефодия”. Здесь же использую кроссворды.

Контроль знаний, точнее обратную связь, я устанавливаю на основе самоконтроля и самооценки знаний учащихся. Перед началом занятия, я даю листок и прошу выставить себе оценку за выполнение домашнего задания. Предлагаю сесть половине класса за компьютер и выполнить тесты. Это могут быть тесты, разработанные одним, двумя учащимися или тесты из компьютерной программы “Уроки физики Кирилла и Мефодия”.

Мы не в состоянии изменить содержание контроля знаний, но мы можем изменить форму ее проведения, сделать ее более привлекательной. В компьютерном виде тренировочное решение задач, тестов, непосредственно выполнение контрольной работы нравится учащимся по ряду причин: сразу получают результат; не теряют время на оформление, исправления и т.д.; можно воспользоваться справочным материалом, подсказками, калькулятором. Это самый объективный, справедливый для учащихся вид контроля.

4.4. Применение ИКТ как средства проведения лабораторных работ.

С помощью программ по физике можно делать и лабораторные работы. Работа получается более наглядная, эффективная. Лабораторные работы можно делать в классе, а также задать как домашнее задание. Изменяя каждому ученику параметры, можно получить большой результат в выполнении работ.

В кабинете физики можно проанализировать ход лабораторной работы по компьютерной модели перед выполнением работы или после выполнения реальной работы провести компьютерное исследование этой же зависимости. Всё это способствует выработке исследовательских навыков, побуждает к творческому поиску закономерностей в различных процессах и явлениях.

В 7-9 классах у учащихся возникают трудности при изучении движения тела, движущегося в подвижной системе отсчета относительно неподвижной. Здесь помогла моделирующая программа “Относительность движения” из пакета “Живая физика” – она позволяет моделировать все случаи относительного движения тела.

При изучении электромагнитного поля в 9 классе учащиеся изучают правило буравчика, правило правой руки для соленоида, правило левой руки.

На немецком сайте я нашла программу “Электродвигатель”. Слева на рисунке изображена рамка в магнитном поле, подключенная с помощью коллектора к источнику электрического тока. Линии магнитной индукции направлены сверху вниз, и при данной полярности включения источника тока рамка будет вращаться против часовой стрелки, что полностью согласуется с правилом левой руки. Панель управления позволяет менять направление электрического тока в рамке, линии магнитной индукции и направление силы Ампера. Эта программа позволяет не только продемонстрировать учащимся устройство и принцип действия электродвигателя постоянного тока, но и создавать на уроке интересные проблемные ситуации.

На этом же сайте находятся программы “Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания”, “Паровая машина”.

На диске “Виртуальная школа Кирилла и Мефодия. Физика” есть демонстрационная программа, которая помогает научиться определять цену и значение измеряемой величины. На этом же диске: демонстрационная программа “Импульс тела” и компьютерная программа “Движение молекул в газах, жидкостях и твердых телах”.

Компьютерный эксперимент вводит в урок деятельностные технологии активного, развивающего обучения. Тем самым эксперимент становится “универсальным дополнением практически к любой методике преподавания физики”.

4.5. Применение ИКТ как средства экономии времени.

При использовании наглядности в виде таблиц, плакатов, репродукций картин, портретов приходится одни убирать, другие прикреплять, да если еще при этом вести записи на доске, то это занимает много времени. Используя компьютер, появляется возможность экономии времени.

Уроки физики отличаются постоянным дефицитом времени и сложностью оборудования. Распространенный случай, когда использование компьютерной техники будет более чем оправдано – моделирование явлений микромира, процессов, имеющих колоссальные масштабы или протекающих за время, несоизмеримое с отпущенным на их изучение или скрытых от наблюдателя. Примерами могут служить явления в полупроводниках, взрыв, молекулярное взаимодействие, диффузия, изображения в электронно-лучевой трубке.

Какую часть времени учителя в ходе объяснения займет процесс черчения и вытирания доски?

Изучение ряда тем требует использования значительных объемов графического материала. Ограниченность пространства классной доски может привести к необходимости вытереть часть ранее сделанных построений, что создаст затруднения при необходимости возврата к ним в ходе закрепления изученного. Традиционная методика давно нашла выход из ситуации посредством использования обучающих плакатов и слайдов. Компьютер в данном случае не является альтернативой, но органично дополняет вышеназванные средства. Отдельным достоинством ЭВМ, применительно к воспроизведению учебной графики, является простота цветового выделения необходимых элементов и возможность воспроизведения динамики построений, аналогичной движению руки преподавателя.

Программы “Открытая физика” и электронная энциклопедия “Вся физика” могут дать эффективное графическое сопровождение при изучении кинематики колебательного движения.

Является ли использование компьютерной техники лучшим средством для решения поставленных задач? Компьютерные технологии не самоцель, а средство, способное обеспечить высокую эффективность работы учителя.

Заключение

Опыт работы по применению ИКТ как нового средства изучения физики убедил меня, что главная учебная цель: создание активной познавательной среды, необходимой для диалога учителя с учащимися, эвристической беседы. Чтобы через содержание компьютерных учебных материалов организовать понимающее (а не запоминающее) обучение. Все должно быть построено не на заучивании, а на активной самостоятельной практической деятельности, нестандартности решений. Применение ИКТ оживляет восприятие учащимися материала, прививает интерес к изучению предмета, совершенствует творческие способности учащихся. Компьютерные материалы – необходимая часть единого комплекса средств обучения, который учитель может дополнять, модернизировать, варьировать способы применения.

Преимущества включения ИКТ по сравнению с традиционными многообразны. К ним, кроме возможности более наглядного представления материала, что способствует развитию и образного, и логического мышления, кроме эффективной проверки знаний и т.д., можно отнести и многообразие организационных форм работы учащихся, методических приемов. Но при всем этом, здесь должен действовать и принцип необходимости и достаточности. Все пользователи (в том числе и дети) должны знать о вредных аспектах работы на компьютере и о некоторых мерах безопасности и профилактики – этому тоже надо обучать. Врачи прежде всего предупреждают о высокой зрительной нагрузке, поэтому на уроках необходимо делать специальную глазную гимнастику.

Использование ИКТ на уроках физики помогает достижению следующих целей:

• Активизация интереса учащегося к предмету и процессу учения.
• Развитие навыков самостоятельной работы по нахождению нужной информации.
• Экономия времени при обработке больших объёмов математической информации.
• Снятие конфликтной ситуации в случае неуспеха учащегося.
• Экономия времени преподавателя.

Интегрируя компьютерные технологии в образовательный процесс, можно обеспечить:

• развитие конструктивного, алгоритмического мышления благодаря особенностям общения с компьютером и работе со специализированными программами;
• развитие творческого мышления за счет изменения содержания репродуктивной деятельности, выполнения заданий эвристического, исследовательского характера в среде интеллектуальных обучающих систем и моделирующих программ;
• развитие коммуникативных способностей на основе выполнения совместных проектов, в ходе проведения компьютерных деловых игр;
• формирование умений в принятии оптимальных решений и адаптации в сложной ситуации (в ходе компьютерных экспериментов на основе моделирующих программ, при работе с программами-тренажерами);
• достижение уровня компетентности в области компьютерных технологий, необходимого для успешной социальной и профессиональной адаптации обучаемого.

Наука и техника не стоит на одном месте, необходимо в ногу идти с прогрессом, чтобы дети уверенно чувствовали себя в завтрашнем дне.

Приложение 1

Список литературы:

1. Возрастная психология: Детство, отрочество, юность: Хрестоматия: Учебное пособие для студентов пед. вузов / Составитель и научный редактор В.С. Мухина, А.А. Хвостов. – М.: Издательский центр “Академия”, 1999. – 624с.
2. Газета издательского дома “Первое сентября. Физика”. №10, 2006 г.
3. Газета издательского дома “Первое сентября. Физика”. 2004–2009гг.
4. Гамезо М.В., Петрова Е.А., Орлова Л.М. Возрастная и педагогическая психология: Учебное пособие для студентов всех специальностей педагогических вузов. – М.: Педагогическое общество России, 2003. – 512с.
5. Информационные технологии в образовании: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / И.Г.Захарова. – 4-е изд., стер. – М.: Издательский центр “Академия”, 2008. – 192с.
6. Концепция информатизации сферы образования Российской Федерации // Проблемы информатизации высшей школы. – М., 1998.
7. Коротков А.М. Компьютерное образование с позиций системно-деятельностного подхода. – Педагогика, 2004, №2.
8. Маркова А.К. Формирование мотивации учения в школьном возрасте: Пособие для учителя. М., Просвещение, 1983. – 96с.
9. Овчарова Р.В. Практическая психология образования: Учеб. пособие для студ. Психол. фак. университетов. – М.: Издательский центр “Академия”, 2003. – 448с.
10. Педагогика в схемах, таблицах и опорных конспектах / Г.М. Коджаспирова. – 3-е изд. – М.: Айрис-пресс, 2008. – 256с. – (Высшее образование).
11. Педагогика: педагогические теории, системы, технологии: Учеб. для студ. выс. и сред. пед. учеб. заведений / С.А. Смирнов,И.Б. Котова, Е.Н. Шиянов и др.; Под ред. С.А. Смирнова. – 5-е изд., стер. – М.: издательский центр “Академия”, 2004. – 512с.
12. Практическая психология образования: Учебное пособие н-е издание / Под редакцией И.В. Дубровиной. – СПб.: Питер, 2004. – 592с.: ил.
13. Педагогическая психология: Учеб. для студ. высш. учеб. заведений / Под ред. Н.В. Клюевой. – М.: изд-во ВЛАДОС – ПРЕСС, 2003г. – 400с.
14. Ресурсы Интернет: Единое окно доступа к образовательным ресурсам http://window.edu.ru/window/
15. Селевко Г.К. Современные образовательные технологии // М.: Народное образование – 1998.
16. Фридман Л.М. Психология детей и подростков: справочник для учителей и воспитателей. – М.: изд. Института Психотерапии, 2003. – 480с.