XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

С каждым годом цифровые технологии все более широко входят во все сферы человеческой жизни в том числе и в систему обучения на всех ее уровнях. С технической точки зрения цифровые технологии представляют собой систему кодирования, передачи и обработки информации, позволяющую совершать множество различных дискретных вычислительных действий за малые промежутки времени. Аппаратно такие системы строятся на основе микропроцессорной техники, которая поддерживается с помощью соответствующего программного обеспечения. Цифровые технологии в обучении в настоящее время реализуются разнообразными средствами. Чаще всего это средства поиска, создания и визуализации учебного информационного контента с соответствующим аудио сопровождением.

Цифровые средства обучения имеют важнейшее значение в системе обучения даже только потому, что создают предпосылки использовать скрытые интеллектуальные возможности учащихся, связанные с применением разнообразных технических устройств, позволяющих взаимодействовать с современным информационным пространством. Эта проблема требует глубокого осмысления, в том числе и с точки зрения теории обучения.

Развитие исследовательских умений учащихся является одной из важных задач современной теории и практики обучения, которая находит свое отражение в нормативных документах, регламентирующих организацию, методическое сопровождение и содержание обучения на уровне среднего общего образования. Разнообразным педагогическим подходам к решению данной задачи посвящено достаточно много научных работ.

Физика, как учебная дисциплина средней школы, имеет большие возможности для поиска современных подходов к решению этой задачи. Прежде всего, в силу своего содержания, в которое входят некоторые физические явления и процессы, с которыми учащийся сталкивается в повседневной жизни.

Одной, а возможно и главной, особенностью современного этапа развития общества являются процессы информатизации всех сторон жизни человека. Информатизация образования является неизбежным элементом этого процесса. Однако такое положение не означает, что внедрение современных цифровых технологий в процесс обучения в школе необходимо рассматривать односторонне. Проанализируем эти процессы на примере использования современных цифровых систем и технологий на лабораторных занятиях по физике с целью развития исследовательских умений учащихся.

Прежде всего следует отметить, что понятие «исследовательские умения учащихся» можно формулировать различными способами, опираясь на некую иногда интуитивно понимаемую их внутреннюю структуру. В некоторый ущерб общности многочисленных определений понятия «умение», можно сказать, что это понятие определяет готовность человека выполнять какое-либо действие. Для учащихся это действие относится к готовности выполнять учебные действия, которые сводятся к способности выполнять задания учебных занятий. Умение, доведенное до автоматизма выполнять некоторое действие, превращается в то, что называют навыком.

Однако, следует учитывать, что учебные действия могут иметь многокомпонентный характер. В этом случае трансформация такого действия в соответствующий навык не происходит. Вместе с тем, многокомпонентное учебное действие можно представить в виде совокупности более простых, для выполнения которых можно сформировать советующий навык. По своей природе исследовательские умения учащихся представляют собой готовность выполнять сложные учебные действия. Поэтому исследовательские умения учащихся можно понимать, как готовность осуществлять сложные действия на основе сформированных навыков выполнять отдельные его элементы.

В таком случае возникает естественный вопрос о том, какие навыки следует формировать у учащихся для развития их способности к выполнению достаточно сложных учебных действий. Ответ на этот вопрос получить достаточно непросто, но все же можно предположить, что в первую очередь следует развивать навыки методологического характера, которые прямо связаны с так называемыми универсальными учебными действиями (УУД), широко обсуждаемыми в современной педагогической литературе. Предметное содержание учебной дисциплины «Физика» позволяет наиболее отчетливо иллюстрировать универсальность научного метода исследования на явлениях, с которыми учащийся сталкивается в повседневной жизни и переносить их, как на область физических явлений, которые невозможно наблюдать в повседневной жизни, так и на иные области предметного знания.

Лабораторные работы по физике традиционно используются для формирования практических умений и навыков учащихся и могут иметь либо фронтальный характер, когда все учащиеся выполняют одно и тоже задание, либо быть лабораторными работами физического практикума, в котором группы учащихся по 2-3 человека выполняют различные по тематике задания.

Чаще всего в условиях отдельного образовательного учреждения применение цифровых средств при выполнении лабораторных работ по физике сводится к выполнению виртуальных лабораторных работ, которые проводятся на основе доступного программного обеспечения, например, виртуальная физическая лаборатория «Живая физика» и др. В ряде случаев это абсолютно оправдано и имеет положительный дидактический эффект потому, что в ряде случаев провести аналогичный реальный учебный физический эксперимент в условиях школы не представляется возможным по целому ряду причин. Однако при обсуждении вопроса о применении средств современных информационных технологий при обучении физике вообще и при проведении лабораторных работ в частности следует учитывать, что в этом случае необходимо преодолеть весьма вероятную возможность подмены в сознании учащихся реальных физических явлений и процессов виртуальными образами, математическими моделями этих явлений. Представляется, что этого делать принципиально недопустимо. Основной вывод из теоретического анализа проблемы состоит в том, что в процессе обучения необходимо сочетание реального и виртуального физического эксперимента.

Анкетирование группы учащихся десятых и одиннадцатых классов показало, что цифровые технологии при выполнении лабораторных работ по физике чаще всего применяются для моделирования и визуализации тех или иных физических явлений и процессов в учебных целях. В этом случае развиваются только отдельные компоненты способности находить решения задач исследовательского характера.

Как показало анкетирование, сочетание виртуального и реального учебного физического эксперимента осуществляется крайне редко. Цифровые средства управления, сбора, хранения и обработки информации с реальных физических установок, практически не реализуется. Имеют место лишь единичные попытки использовать компьютер как генератор или осциллограф электрических сигналов.

Вероятно, что цифровые средства при проведении лабораторных работ по физике будут дидактически более эффективными, если осуществить сочетание компьютерных технологий и реального физического эксперимента. Практическая реализация этой простой идеи затруднена высокой стоимостью устройств сопряжения реальных физических приборов (датчиков) и компьютера, а также стоимостью соответствующего программного обеспечения.

Учитывая выше сказанное, реализация цифровых технологий при обучении физике на лабораторных занятиях может быть в настоящее время осуществлена только при организации региональных ресурсных центров с возможностью дистанционного доступа для проведения лабораторных работ.