ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИКИ С ПОМОЩЬЮ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ - Студенческий научный форум

VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИКИ С ПОМОЩЬЮ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

 

Физика - это наука, активно развивающаяся по сей день. Поэтому отдельное внимание уделяется изучению физики как предмета, для дальнейших научных открытий и достижений. В последнее время в образовательном процессе многое изменилось. Вместо деревянной доски, все чаще стали использовать мультимедийные проекторы, и интерактивные доски , а вместо мела мультимедийные маркеры. Цифровое оборудование, мобильные гаджеты, ПК и многое другое упростило методику преподавания в образовательных учреждениях.

На мой взгляд преподавание физики не может обходиться без информационных технологий. В ней много вычислений, расчетов и графиков, поэтому компьютеры и различная мультимедия облегчает работу. Но нельзя ограничиваться только на замене рутинной работы интересными слайдами, ведь с помощью новых технологий можно также изучать теоретический материал, моделировать, составлять планы, проекты и многое другое. Вид работы зависит от поставленных педагогом задач ( проверка знаний, закрепление материала, объяснение новых тем и др.)

Учебный процесс, а конкретнее обучение физике стал сталкиваться с рядом проблем, а именно понижению интереса к предмету у обучающихся и вследствие этого снижения уровня знаний. Эти проблемы объясняются дефицитом научной литературы, малым количеством наглядных примеров, устаревшими учебниками и отсутствием нового оборудования. В современном мире количество информации увеличивается в разы и классические учебники уже не могут давать желаемого материала и поэтому все чаще используются электронные ресурсы. Также нельзя не заметить тот факт, что количество детей , умеющих и желающих пользоваться компьютером увеличивается в разы. Именно поэтому для меня интересна мысль об изучении физики с помощью компьютерных технологий.

Степень познавательной активности учащихся на уроках зависит от того, какими методами пользуется на уроке учитель. Проблемное обучение выступает как одна из важнейших педагогических технологий, обеспечивающих возникновение мотивационного компонента учебно-познавательной компетенции учащихся на уроках физики. Эта технология привлекает меня своей нестандартностью, открывает передо мной большие практические возможности, способствует развитию творчества, преодолению пассивности учащихся на уроке, повышению качества знаний по предмету.

При использовании данной технологии я реализую принцип коррекции знаний и их уровневой дифференциации, что дает возможность учащимся усваивать не только стандарт образования, но и продвигаться на более высокий уровень. Все уроки желательно выстраивать таким образом, чтобы усвоение материала шло на 3 уровнях: репродуктивном, конструктивном и творческом. И расширяя свою воспитательно-образовательную деятельность, применять в учебной и во внеурочной деятельности информационно-коммуникационные технологии.

Компьютерные технологии на уроках физики предполагает:

  • использование мультимедиа-технологий при изучении учебного материала;

  • интенсивное использование компьютеров как инструмент повседневной учебной работы учащихся и педагогов;

  • изменение содержания обучения физики;

  • реализация межпредметных связей физики с другими учебными предметами;

  • разработку методов самостоятельной поисковой и исследовательской работы учащихся в ходе выполнения учебных телекоммуникационных проектов;

  • обучения учащихся методом коллективного решения проблем;

  • поиск и обработка информации в рамках изучаемого материала с использованием Интернет;

  • использование электронных таблиц для решения задач;

  • проведение виртуальных практикумов и лабораторных работ;

  • подготовку учителей к работе с новым содержанием, новыми методами и организационными формами обучения.

Компьютерная коммуникация позволяет получить доступ к практически неограниченным массивам информации, хранящейся в централизованных банках данных. Это дает возможность при организации учебного процесса опираться на весь запас знаний, доступных жителю "информационного общества".

Известно, что в среднем с помощью органов слуха усваивается лишь 15% информации, с помощью органов зрения 25%. А если воздействовать на органы восприятия комбинированно, усвоенными окажутся около 65% информации.

Все уроки, на которых используется мультимедийный проектор, для проецирования содержания записей «на доске» учителем запоминаются проще и информация легче усваивается, а также всем в классе будет хорошо виден материал, отображенный более чётко, ясно и образцово.

Благодаря использованию информационных технологий на уроке можно показывать фрагменты видеофильмов, редкие фотографии, графики, формулы, анимацию изучаемых процессов и явлений, работу технических устройств и экспериментальных установок, послушать музыку и речь, обратиться к интерактивным лекциям.

С помощью компьютера можно показать такие явления и эксперименты, которые недоступны непосредственному наблюдению, например, эволюцию звезд, ядерные превращения, квантование электронных орбит и т.п. С помощью моделей из виртуальной лаборатории, созданной в проектной среде "Живая физика" можно смоделировать процессы, происходящие в циклотроне, масс-спектрометре, показать движение электронов в магнитном поле. Демонстрация опытов, микропроцессов, которые нельзя проделать в школе, возможна без показа реальных экспериментов.

К наиболее эффективным и инновационным формам представления материала следует отнести мультимедийные презентации. Использование мультимедийных презентаций целесообразно на любом этапе урока, что позволяет оперативно сочетать разнообразные средства обучения, способствующие более глубокому и осознанному усвоению изучаемого материала, экономии времени на уроке, насыщению его информацией.

Презентации дают возможность проявить творчество и индивидуальность. Дети и сами охотно составляют презентации и используют их в своих ответах на уроке. А умение работать самостоятельно это ценный навык обучающегося.

Еще одним важным пунктом преподавания и развития детей с помощью компьютерных технологий является проектная работа.

Проектную деятельность используется для того, чтобы научить учащихся самостоятельному, критическому мышлению, размышлять, опираясь на знание, факты, делать обоснованные выводы и принимать аргументированные решения, научить работать в команде.

Метод проектов позволяет школьникам овладеть умением построения цепочки: от идеи через цели, задачи, мозговой штурм до реализации и публичной защиты проекта. В основе проектной деятельности учащихся лежит развитие познавательных навыков учащихся, умений самостоятельно конструировать свои знания, ориентироваться в информационном пространстве, развитие их критического и творческого мышления, умение увидеть, сформулировать, найти пути решения и решить проблему.

Проектная деятельность учащихся – это новая технология обучения. В отличие от традиционной, она позволяет перейти от учения как процесса запоминания к самостоятельной познавательной деятельности; от ориентации на среднего ученика к дифференцированному, персонифицированному обучению; от неопределённости и размытости перспектив «дружбы» с физикой к серьёзной мотивации деятельности в области физики или инженерных наук.

А теперь нужно упомянуть непосредственно плюсы самих информационных компьютерных технологий (ИКТ).

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.

  1. 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.

Теоретическое обоснование применения ИКТ как средства изучения предмета

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. [1]

По определению Селевко, под компьютерными технологиями обучения подразумеваются «процессы подготовки и передачи информации обучаемому, средством осуществления которых является компьютер». [2]

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.

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. [3]

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.

Опыт применения ИКТ как средства изучения физики в основной школе:

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.

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.

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.

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».

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.

Вывод:

Использование ИКТ стало необходимостью для проведения уроков, для некоего диалога в стиле эвристической беседы. Чтобы создать для обучающегося все условия для понимания материала, а не простого заучивания. Внесение ИКТ в процесс обучения оживляет восприятие детей, вызывает интерес к изучению материала, тренирует не только творческие способности, но и познавательные.

Как уже было сказано выше, преимущества ИКТ по сравнению с традиционными методами огромно. К ним можно отнести преимущество более наглядного представления материала, многообразие организации проведения уроков и методических приемов.

Но не стоит забывать о вредных аспектах работы с компьютером. Здесь должен действовать принцип необходимости и достаточности. При такой деятельности обязательно должна быть введена глазная гимнастика, в соответствии с консультацией врача.

Подведем итоги использования ИКТ на уроках физики:

  • 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.

Хотелось бы закончить строчками Герберта Маршалла Маклюэна

Смена исторических эпох определяется

сменой коммуникационных технологий …

Ведь наука и техника с каждым днем развивается все сильнее и сильнее, и чтобы не отставать от прогресса нужно смело внедрять в свою жизнь новейшие технологи и изобретения, шагая в ногу со временем.

Литература:

1. Овчарова Р.В. Практическая психология образования: Учеб. пособие для студ. Психол. фак. университетов. – М.: Издательский центр «Академия», 2003. – 448с.

2. Маркова А.К. Формирование мотивации учения в школьном возрасте: Пособие для учителя. М., Просвещение, 1983. – 96с.

3. 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.

4. http://festival.1september.ru/articles/609257/

5. http://www.moluch.ru/conf/ped/archive/65/3119/

Просмотров работы: 11510