Підвищення ефективності формування понять з геометричної оптики засобами сучасних інформаційних технологій навчання

Перша проблема, яку потрібно вирішити, впроваджуючи елементи комп’ютерного моделювання при вивченні фізики – вибір інструментальних засобів його реалізації. У час зародження сучасних інформаційних технологій єдиним способом було використання мов програмування високого рівня. За останні десятиріччя опубліковано немало книг та статей, де розглядається розв’язання фізичних задач таким способом. Поява спеціалізованих програмних продуктів для автоматизації математичних обчислень суттєво змінює стан справ у галузі комп’ютерного моделювання. Використання комп’ютера на уроці фізики, яку вивчають усі без винятку школярі, не повинно вимагати від них спеціальних знань з програмування, а давати можливість працювати у простому, інтуїтивно зрозумілому для них середовищі. Це дасть змогу не витрачати зайвий час на непродуктивну діяльність по створенню та налагодженню програми (з таким самим успіхом можна будувати графіки на міліметровому папері, виконуючи обчислення за допомогою калькулятора), а зосереджуватися на аналізі фізичної суті тих процесів, які ховаються за побудованими комп’ютером графіками.

Впровадження нових технологій у навчальний процес сприяє всебічному розвитку й формуванню світогляду особистості. З розвитком інформаційних технологій стає можливим застосування їх не лише в дисциплінах, що традиційно базуються на застосування комп’ютерів, інформатиці, комп’ютерному моделюванні, чисельних методах тощо, а й у класичних навчальних курсах [3]. Наприклад, застосування персонального комп’ютера під час проведення занять з фізики можливе в таких випадках:

·        супровід демонстраційного експерименту на лекційних заняттях;

·        застосування комп’ютера в лабораторних роботах і комп’ютерному практикумі;

·        самостійна робота з використанням комп’ютера.

Досліджуючи переваги чи недоліки впровадження інформаційно-освітніх технологій, специфічним «барометром» їх застосування виявляється учнівська і студентська молодь. Педагогічний досвід засвідчує, що повноцінну освіту можна здобути лише в діалозі учня з учителем, студента з викладачем. Відтак і думка учня має багато важити в оцінці новітніх інформаційно-освітніх технологій. Комп’ютеризовані лабораторні заняття мають порівняну із звичайними заняттями ефективність лише за умови вивчення загальних розділів певної навчальної дисципліни. А ось під час вивчення специфічної часткової інформації ефективність комп’ютеризованих занять помітно знижується і одночасно підвищується навчальне значення лекцій. Отже, застосування сучасних методів не завжди поліпшує ефективність навчання при розподілі навчального часу між практичними комп’ютеризованими заняттями.

Та хоч би які неоднозначні оцінки давалися процесу впровадження інформаційно-освітніх технологій, позитивний вплив їх на стан сучасної освіти загальновизнаний. Багатьма сучасними дослідженнями обгрунтовано, що застосування інформаційних технологій в освіті сприяє підвищенню ефективності навчального процесу, оволодінню загальними методами знання і стратегією засвоєння навчального матеріалу, самостійному вибору режиму навчальної діяльності, організаційних форм і методів навчання. «Усе це, в свою чергу, сприяє формуванню умінь формалізувати знання про предметний світ, самостійно здобувати знання, прогнозувати закономірності, що вивчаються, робити «мікро-відкриття» закономірностей аналізованої предметної ділянки. Це дає змогу замінити ілюстративно-пояснювальні методи навчання широким спектром різних видів навчальної діяльності, орієнтованих на активне використання засобів інформаційних та комунікаційних технологій як інструментів пізнання і самопізнання, інструментів дослідження, конструювання, вимірювання і формалізації знань про предметний світ» [49]. Водночас застосування різних засобів інформаційно-освітніх технологій не тільки привчає користувачів до сучасних методів вивчення основ наук, а й готує їх до інтелектуальної діяльності в інформаційному суспільстві.

Загалом традиційні та інформаційні технології мають бути застосовані залежно від навчальних цілей і навчальних ситуацій, «коли в одних випадках необхідно глибше зрозуміти потреби того, хто навчається; в других – важливий аналіз знань у предметній галузі; у третіх – основну роль може відігравати врахування психологічних принципів навчання» [36].

1.3 Роль та функції фізичного експерименту в сучасному навчально-виховному процесі

Виходячи з концепції посилення ролі емпіризму у навчанні обґрунтовано функції навчального фізичного експерименту, показано їх значення для сучасного процесу навчання фізики.

Дати вичерпне і однозначне визначення навчального фізичного експерименту (НФЕ) через ближній рід та видові відмінності важко, але, вважаючи його деяким специфічним і обов’язковим елементом навчально-виховного процесу з фізики, то можна констатувати: – навчальний фізичний експеримент – це специфічна, певним чином організована невід’ємна складова навчального процесу з фізики, реалізація якої включає в себе одночасне поєднання як теоретичного осмислення змісту тих об’єктивних фізичних явищ, які є в структурі навчального матеріалу, що вивчається, так і практичного їх здійснення в умовах, найбільш зручних для їх чуттєвого сприйняття, для здійснення різнопланових і спостережень, для вимірювання притаманних їм фізичних величин та встановлення зв’язків з іншими, вже відомими учням фізичними явищами. В.Ф. Шилов пропонує, що: НФЕ – це відтворення, а далі спостереження та проведення вимірювань об’єктивних процесів і явищ природи в навчальних цілях, що пред’являють експерименту ряд додаткових вимог, основні з яких: – простота (у порівнянні з науковими дослідженнями), наочність, врахування інших психологічних законів сприйняття, а також методики навчання курсу фізики [63, с. 7]. А також, НФЕ – це такий організований учителем фізики вид навчальної діяльності, який запроваджується з метою забезпечення для учнів наукового пізнання, для організації «відкриття» ними об’єктивних закономірностей природи; він полягає у певному впливі на об’єкт, процес або явище, що саме вивчаються, за допомогою деяких спеціальних інструментів і приладів, завдяки чому вдасться: ізолювати те фізичне явище, яке вивчається, від різноманітних побічних, небажаних впливів, тобто вивчати його в «чистому» вигляді; багаторазово відтворювати хід явища в строго фіксованих, контрольованих умовах; планомірно змінювати, варіювати, комбінувати ці умови з метою отримання шуканого результату» [64, с. 5]. Надалі під НФЕ будемо розуміти чуттєво-предметну діяльність учителя фізики й учнів із натуральними, модельованими або вимишленими об’єктами в умовах, які дозволяють надійно слідкувати за протіканням фізичних явищ та процесів і багатократно їх відтворювати з метою вирішення деяких навчально-виховних задач. Враховуючи роль фізичного експерименту в науковому пізнанні реалій матеріального світу логічно запропонувати новий концептуальний підхід як до процесу емпіричного пізнання у навчанні фізики, так і до формування тематики НФЕ. В цьому підході передбачається, що кожне поняття, яке вводиться в шкільний курс фізики, набуває конкретного, образного змісту лише за умови, що з ним буде пов’язаний деякий певний прийом, спосіб, метод спостереження, експериментування, виконання практичних дій для отримання якісної оцінки, а то й проведення кількісного вимірювання; без цього введене поняття не зможе віднайти повнокровного використання у вивченні фізичних явищ або процесів, встановленні притаманних їм закономірностей і адекватного розуміння їх учнями [63, с. 5]. Спираючись на зазначений підхід можна для процесу навчання фізики акцентувати таку переважну його орієнтацію:

а) виокремлення тих фізичних об’єктів та процесів, які будуть вивчатися протягом певного (нетривалого) інтервалу часу, та забезпечення відносної їх ізоляції від великого масиву зв’язків із різноманітними іншими реальними об’єктами і процесами, що вже були вивченими або ще мають вивчатись;

б) проведення учителем чи учнями фізичних демонстрацій, спостережень, дослідів, експериментальних досліджень та виконання завчасно спланованих вимірювань на цих уособлених об’єктах або процесах із тим, щоб через відчуття і сприйняття надати учням можливість здійснити адекватні уявлення (створити уявний образ) про найбільш характерні й вагомі особливості, основні властивості кожного з них;

в) ідеалізація (створення моделі) безпосередньо того фізичного об’єкта або процесу, який саме в даний час вивчається (наприклад, введення поняття «ідеальний газ», «коливальний контур», «планетарна модель атома» і ін.), ототожнення ідеального і реального для конкретних, реально існуючих фізичних об’єктів чи процесів;

г) відображення фізичних властивостей і взаємозв’язків ідеальних об’єктів (моделей) в символах і позначеннях, тотожностях і рівняннях, діаграмах і графіках тощо (саме на даному етапі відбувається активний розвиток думки: – рух її від конкретного до абстрактного, – тобто розумова діяльність учня спрямована на узагальнення, на висунення гіпотез і спробу побудови теорій, на розуміння закономірностей, на формулювання законів і принципів);

д) виконання різноманітних математичних операцій, встановлення співвідношень, запис, аналіз та розв’язок рівнянь, побудова діаграм, графіків та їх інтерпретація і т. п. з метою отримання певних умовиводів, що власне є отримання нових знань (наприклад, з рівняння стану ідеального газу отримують газові закони; з теоретичних уявлень Резерфорда-Бора про будову атома пояснюють лінійчаті спектри атома водню);

е) здійснення на основі тієї чи іншої фізичної теорії інтерпретації результатів, отриманих з проведеного НФЕ;

є) встановлення діапазону (меж) дії формул і розкриття тих змістовних зв’язків, що існують поміж фізичними величинами, які входять до них;

ж) виконання експериментальної перевірки цих нових, «виведених учнями або вчителем разом з учнями» знань на реально існуючих об’єктах [57].

НФЕ володіє своїми, тільки йому притаманними особливостями, оскільки завдяки йому вирішуються виключно навчальні проблеми та й проводиться він, переважно, в середовищі навчальної лабораторії, в зоні функціональних дій учителя фізики та учнів, в умовах навчально-виховного процесу. Оскільки НФЕ органічно вплітається в навчальний процес, безпосередньо випливає із його задач, то з позицій дидактики доцільною і методично виправданою буде така організація процесу навчання, коли всі важливі специфічні сторони експерименту будуть поєднані та узгоджені зі структурою і змістом процесу навчання. НФЕ повинен так бути організованим, щоб в максимальній мірі звільнити від різних побічних впливів саме те фізичне явище чи процес, що вивчається, щоб його суттєві ознаки проявлялись найбільш переконливо і очевидно, щоб допускав багатократне його відтворення, щоб всі учні могли чітко усвідомити ці найбільш важливі ознаки, тобто хід експерименту повинен дозволяти планомірно змінювати, варіювати, комбінувати умови з метою отримання потрібного для навчання результату. Кожний вид НФЕ може бути розглянутий з різноманітних позицій, а саме:

1) як джерело фізичних фактів, нових знань про оточуючий, реально існуючий світ;

2) як один з методів пізнання і вивчення реалій дозвілля;

3) як дидактичний засіб, що забезпечує єдність абстрактного і конкретного у навчанні, завдяки якому навчальний матеріал стає більш наочним та доступним розумінню і усвідомленню учнями;

4) як спосіб організації самостійної експериментально-навчальної діяльності або конструкторської діяльності учнів;

5) як завершальний етап пізнання оточуючого що встановлює зв’язок між теоретичними та практичними аспектами у навчанні;

6) як спосіб діяльності, що розкриває цілі вивчення фізики і проведення фізичних досліджень;

7) як можливість надійно забезпечити формування наукового, діалектико-матеріалістичного світогляду школярів.

Глибина засвоєння учнями основ фізичної науки перебуває в прямій залежності від їх пізнавальної активності в навчанні, від того, наскільки свідомо і міцно вони оволодівають методами наукового пізнання, про роль і значимість яких вони ознайомлюються на прикладі з’ясування значення і місця того чи іншого експериментального методу в фізичних дослідженнях. Цим процесу навчання важливим є те, щоб учні не тільки знали експериментальний метод, але й оволоділи характерною для нього певною сукупністю умінь. Це передбачає організацію і розгортання навчальної експериментальної діяльності учнів, якій притаманними є наступні етапи:

1) формулювання пізнавальної задачі або мети у зв’язку із впровадженим у навчальне середовище даним експериментальним методом;

2) відбір необхідного обладнання та конструювання чи монтаж деякої експериментальної установки з’ясування фізичних принципів, на основі яких забезпечується використання даного експериментального методу;

4) виконання спостереження за реальним об’єктом, фізичним явищем, процесом;

5) проведення вимірювань зняття необхідних показів з приладів, визначення деяких експериментальних даних);

6) словесний опис, інтерпретація отриманих експериментальних їх та їх аналіз;

7) формулювання висновків, заключень, з’ясування практичної значимості отриманих результатів.

Будучи задіяними до виконання НФЕ, учні переконуються як в значенні експерименту для якісного дослідження фізичних явищ і процесів, для спостереження особливостей і суттєвих ознак цих явищ, так і в тому, що фізичний експеримент становить основу розкриття кількісних сторін у цих явищ, встановлення їх характеристик і закономірних зв’язків поміж ними. При цьому особливу цінність у навчанні набувають ті окремі досліди із всієї їх сукупності, які дають можливість здійснювати вимірювання, встановлювати кількісні співвідношення у вигляді доступних розумінню учнями функцій, рівнянь, графіків і т. п. поміж тими фізичними величинами, що в даний час вивчаються. При цьому в наш час в більшій мірі намагаються використовувати прямі вимірювання фізичних величин, що дозволяє швидко, без зайвих ускладнень і рутинних розрахунків знаходити значення конкретних фізичних величин. НФЕ у навчально-виховному процесі взагалі та у навчанні фізики, зокрема, виконує ряд важливих функцій.

1. Світоглядна функція. Завдяки наявності у навчальному процесі фізичного експерименту в різних його проявах вдається надійно забезпечити наукове, діалектико-матеріалістичне бачення учнями реалій оточуючого світу. Проведення фізичних дослідів з натуральними об’єктами, спостереження за реальними фізичними явищами і процесами, вимірювання, розрахунки та оцінка параметрів фізичних величин, поряд з вивченням теоретичного матеріалу, забезпечує надійне формування діалектико-матеріалістичний світогляд кожного учня. Причому, при проведенні НФЕ чітко віддзеркалюються всі основні закони діалектики. Учителі предметів суспільно-політичного циклу, при роз’ясненні основних законів розвитку, часто для прикладів самі використовують відомі учням зі шкільного курсу результати фізичних дослідів, спонукають учнів у відповідях спиратись на вивчені або проведені ними фізичні досліди і спостереження. І це закономірно, адже науковий світогляд не можна сформувати лише на підставі словесних описів і тлумачень, а навпаки, для його формування необхідно скористатись експериментальною діяльністю учнів з реальними об’єктами, розумінням об’єктивних закономірностей і законів оточуючого світу на основі вивчення їх з використанням наукових методів пізнання, проникненням в реальність існуючого і, що зовсім не маловажно, вільного оперування для пояснення об’єктивних подій сучасним науковим термінологічним апаратом.

2. Методологічна функція. Як неодноразово вже зазначалось, проведення в шкільних умовах різних видів НФЕ дозволяє чітко розмежувати основні етапи наукового пізнання. В ході проведення учителем або учнями фізичних дослідів акцентується їх увага на наявності реальних вихідних наукових фактів як первинного елементу, необхідного і достатнього для планування та розгортання фізичного експерименту. На необхідності висунення моделі-гіпотези. На створення адекватної ідеям гіпотези експериментальної установки і вивчення поведінки цієї, але вже матеріалізованої, моделі-гіпотези в різноманітних режимах функціонування та в змінюваних умовах зовнішнього впливу – як основного елементу експериментального пізнання. На тому, що тільки проведений експеримент може дати вичерпну відповідь про достовірність логічних наслідків, які витікають із запропонованої гіпотези – завершального етапу пізнання. Поряд з цим у НФЕ в достатній мірі віддзеркалюються структура, матеріальні засоби і основні методи, притаманні науковому фізичному експерименту. Учитель фізики, який в своїй професійній діяльності відводить належну роль різним видам навчального експерименту, постійно має можливість актуалізувати увагу учнів на узагальнених планах дій вченого-експериментатора і здійснювати їх перенос на учнів-дослідників, показувати спільне в їх експериментально-дослідній роботі.

3. Навчаюча функція. Проведення на уроках фізики різних видів навчального експерименту, особливо з використанням в його організації евристичного і дослідницького прийомів, дозволяє стверджувати, що в такому разі НФЕ виступає як один з практичних методів навчання. Він не тільки ілюструє вивчений матеріал, а й дозволяє створити ефективний супровід для оволодіння навчальним матеріалом, оптимально впроваджувати у навчання пошуково-дослідницьку діяльність учнів. Крім того, як це видно з сучасних навчальних програм та нових підручників фізики, часто сам зміст навчального фізичного експерименту стає предметом вивчення.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6