CC BY
84ПОДГОТОВКА ПЕДАГОГИЧЕСКИХ КАДРОВ К ПРИМЕНЕНИЮ ИКТ В ОБРАЗОВАНИИ
А.А. Оспенников
РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКТА УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ К УЧЕБНОМУ МОДУЛЮ "ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЦОР В ОБУЧЕНИИ УЧАЩИХСЯ РЕШЕНИЮ ФИЗИЧЕСКИХ ЗАДАЧ"
(для дисциплины ОПД.Ф.04 "Теория и методика обучения физике")
Общие положения
Освоение методов решения физических задач - важнейшее направление предметной подготовки учащихся средней общеобразовательной школы. Умения и навыки решения задач являются показателем полноты и глубины предметных знаний, их системности и прочности, демонстрируют уровень способностей учащихся к самостоятельному познанию и отражают степень их готовность к творческому поиску при изучении явлений природы.
Методы познания, в том числе и методы решения физических задач, находятся в постоянном развитии. В условиях внедрения в практику научных исследований компьютерных технологий организации научной деятельности технологический "инструментарий" познания существенно обновился. В настоящее время для объяснения и предсказания явлений природы (включая получение как качественных, так и количественных результатов) весьма эффективно используются стандартные и специальные компьютерные программы (Microsoft Excel, Mathcad, Maple, Grapher, MatLab, Mathematica и др.). Направления использования программного обеспечения к ЭВМ в решении задач разнообразны. Это:
I) применение программного обеспечения для выполнения расчетов и исследования результатов решения физических задач; 2) использование компьютерных сред для построения моделей физических объектов и изучения особенностей их поведения в различных условиях; 3) применение
телеметрических методов анализа физических ситуаций при решении экспериментальных задач; 4) использование в решении задач экспертных компьютерных систем. Все это не может не найти отражения в содержании школьного обучения. Очевидно, что наряду с классическими методами решения физических задач учащиеся средней школы должны осваивать новые технологические методы и приемы их решения. Необходимо продемонстрировать школьникам эффективность названных выше способов решения физических задач, познакомить с содержанием данных способов и обучить простейшим правилам и приемам применения.
Новые информационные технологии видоизменяют не только методы решения задач, но и оказывают существенное влияние на совершенствование системы средств обучения школьников этой деятельности. На образовательном рынке России появились разнообразные цифровые учебные материалы, ориентированные на формирование и отработку у учащихся умений и навыков решения физических задач. Данные средства обучения обладают по отношению к традиционным более высоким уровнем эффективности. Это обусловлено специфическими свойствами виртуальной среды, такими как: мультимедийность, моделинг, интерактивность, коммуникативность, интеллектуальность. Указанные свойства позволяют: I) повысить уровень наглядности и выразительности в демонстрации учащимся образцов выполнения основных
© Оспенников А.А., 2008
действий по решению задач (постановка задачи, ее анализ, поиск решения, исследование и проверка результата); увеличить число и разнообразие конкретных примеров выполнения данных действий; 2) продемонстрировать образцы применения новых технологий в выполнении ряда действий, входящих в состав решения задачи (расчеты, построение графиков, исследование результата решения с помощью компьютерных моделей) и наглядно показать эффективность применения этих технологий; 3) обеспечить необходимый уровень отработки учебных действий и операций по решению физических задач благодаря применению цифровых тренажеров, симуляторов, тестов;
4) создать необходимую для каждого учащегося содержательную базу для самостоятельной работы за счет формирования практически неограниченного банка учебных задач различных видов и разного уровня сложности; 5) обеспечить высокий уровень интерактивности учебной среды в организации самостоятельной работы учащихся по решению задач; 6) существенно повысить познавательную активность школьников за счет использования инновационных технологий организации их учебной работы и реализации деятельностного подхода к обучению в новой информационной среде; 7) создать необходимые условия для дифференциации и индивидуализации обучения и обеспечить в итоге индивидуальную траекторию познавательной деятельности для каждого учащегося; 8) оптимизировать самостоятельную работу учащихся по решению физических задач (в том числе в домашних условиях) за счет использования дистанционных форм поддержки учебного процесса; 9) обеспечить систематический контроль обучения (текущий, итоговый), оперативность обработки и наглядность представления результатов контроля учителю и учащимся.
В сложившихся условиях должны быть определены новые ориентиры подготовки будущих учителей физики. Является необходимым формирование у студентов педаго-
гических вузов специальной профессиональной компетентности, характеризующей их готовность к обучению школьников современным ИКТ-методам решения физических задач и эффективному применению наряду с традиционными средствами обучения новых информационных средств и технологий формирования у учащихся учебных умений и навыков. Важным является овладение будущими учителями новыми организационными формами построения учебного процесса. Конечная цель подготовки специалистов нового поколения - обеспечение устойчивых изменений в профессиональной деятельности педагогов, выраженных в систематическом и эффективном использовании средств ИКТ в обучающей практике.
1. Цели учебного модуля:
- содействие становлению специальной профессиональной компетентности будущих учителей физики в области методики обучения учащихся решению физических задач в условиях применения обновленной системы средств обучения - аппаратных средств ИКТ, источников информации и учебных инструментов виртуальной образовательной среды;
- формирование профессиональной компетентности будущих учителей в проектировании и проведении учебных занятий по решению физических с использованием средств ИКТ.
2. Задачи учебного модуля:
I. Формирование у студентов системы знаний:
- о целях и задачах использования средств ИКТ на учебных занятиях по решению физических задач;
- о составе и содержании компонентов предметных ЦОР, ориентированных на поддержку деятельности учащихся по решению физических задач;
- о направлениях использования средств ИКТ (информационных источников и инструментов познания) в обучении школьников решению физических задач;
- о методике формирования у учащихся обобщенных умений и навыков в решении
физических задач в условиях использования средств ИКТ;
- о составе дидактических материалов (в том числе цифровых), поддерживающих самостоятельную работу учащихся с компонентами виртуальной среды на занятиях по решению физических задач;
- о методике проектирования учебных занятий по решению физических задач с применением ЦОР.
2. Формирование практической готовности будущих учителей физики к решению специальных профессиональных задач:
- подготовка дидактических материалов (в том числе цифровых), поддерживающих самостоятельную работу учащихся по решению физических задач с использованием источников и инструментов виртуальной среды обучения;
- проектирование учебных занятий по решению физических задач с использованием новых информационных технологий обучения.
3. Формирование у студентов положительной мотивации профессиональной деятельности, связанной с проектированием учебных занятий, включающих использование средств ИКТ. Содействие становлению коммуникативной компетентности студентов в условиях групповой деятельности по разработке цифровых материалов учебного назначения и проектов учебных занятий физике с применением компонентов ЦОР, ИУМК, ИИСС и новых инструментов учебной деятельности.
3. Требования к обязательному минимуму содержания программы
Развитие системы методов научного познания в условиях становления новых информационных технологий организации исследовательской деятельности. Объяснение и предсказание явлений природы как этап исследования в структуре научного познания (эмпирический и теоретический
уровни), использование компьютерных технологий в решении научных проблем данного вида.
Цифровые образовательные ресурсы (ЦОР) для учебных занятий по решению физических задач: состав и содержание. Виды задач по физике и медиаформаты их представления в виртуальной учебной среде.
Обучение школьников использованию стандартных инструментов и моделирующих сред в учебной деятельности по решению физических задач на объяснение и предсказание явлений природы.
Использование объектов ЦОР при формировании у учащихся обобщенных умений и навыков решать физические задачи.
Цифровые дидактические материалы для самостоятельной работы учащихся на занятиях по решению физических задач.
Учебно-исследовательские задачи физике с использованием ИКТ.
Формы учебных занятий по решению задач в условиях развития новых информационных технологий обучения. Проектирование учебных занятий по решению физических задач с применением ЦОР и инструментов учебной деятельности.
4. Место модуля в учебном плане
Программа модуля отражает содержание части программы лекционного курса, семинарских и практических занятий по дисциплине "Теория и методика обучения физике" (см. Федеральный компонент ГОС ВПО ОПД.Ф.04. Дисциплина "Теория и методика обучения физике: общие вопросы, частные вопросы"). Модуль может быть также реализован в учебном курсе "Практикум по решению школьных физических задач" (ОПД.В.ОО - дисциплины и курсы по выбору студента).
На модуль по учебному плану отводится 24 часа (из них ауд. часов - 12). Семестр - 7.
В рамках модуля реализуются межпредметные связи (МПС) с дисциплинами:
ДПП.Ф.01 Общая физика
ЕН.Ф.02 Информатика
ОПД.Ф.08 Современные средства оценивания
ГОС ВПО ДС 06 Компьютерное моделирование
Выбор дисциплин для МПС
определяется: программой модуля; составом учебных тем, в рамках которых осуществляется разработка студентами учебных и творческих проектов; содержанием и методикой организации учебных занятий со студентами в рамках настоящего модуля.
5. Ожидаемые результаты освоения учебного модуля (в логике
компетентностного подхода):
В результате изучения модуля студент должен
а) решать задачи, соответствующие ключевой профессиональной компетентности:
- владеть практическими умениями и навыками в области использования аппаратной компьютерной техники;
- пользоваться традиционными и цифровыми (локальными и сетевыми) источниками информации, работать с поисковыми системами, отбирать и структурировать информацию;
- пользоваться стандартными офисными программами для обработки информации;
- владеть навыками решения профессиональных задач в условиях групповой и коллективной деятельности;
б) решать задачи, соответствующие базовой профессиональной компетентности:
- формулировать цели обучения и определять в соответствии с поставленными целями содержание и форму учебных занятий; отбирать рациональные методы и приемы обучения, выбирать или самостоятельно проектировать необходимые для учебного процесса средства обучения;
- владеть методикой организации самостоятельной работы учащихся, в том числе методикой организации их самостоятельной исследовательской деятельности; обеспе-
чивать необходимые условия для работы учащихся в парах и малых группах;
- строить учебный процесс с учетом индивидуальных особенностей учащихся (интересов, способностей и пр.);
В) решать задачи, соответствующие специальной профессиональной компетентности:
- осуществлять поиск, анализ и отбор ЦОР и инструментов учебной деятельности, которые могут быть использованы на аудиторных занятиях и при организации домашней самостоятельной работы учащихся по решению физических задач;
- определять методы и приемы рационального использования традиционных средств обучения и средств ИКТ на уроках решения задач;
- разрабатывать цифровые дидактические материалы для самостоятельной работы учащихся по решению физических задач с использованием различных компонентов ЦОР; учитывать при подготовке учебных материалов разнообразие видов учебных задач, уровни их сложности и специфику методов решения;
- проектировать учебные занятия по решению физических задач с использованием традиционных средств обучения и средств ИКТ, включая планирование содержания и отбор методов руководства самостоятельной работой учащихся с различными компонентами виртуальной предметной среды;
- осуществлять в условиях ИКТ-насыщен-ной предметной среды руководство учебноисследовательской деятельностью учащихся по решению олимпиадных задач по физике.
6. Ожидаемые результаты освоения модуля (в логике традиционного, действующего для нынешнего поколения ГОС ВПО, подхода).
В результате изучения модуля студент должен:
ЗНАТЬ:
- содержание и способы использования средств ИКТ в решении физических задач на объяснение и предсказания явлений природы;
- требования к уровню ИКТ-компетенций учащихся, необходимых для освоения методов и приемов решения физических задач с использованием ресурсов и инструментов виртуальной среды;
- виды учебных задач по физике, направления обновления их видового состава и методов решения в условиях ИКТ-насы-щенной среды (включая задачи на проектирование объектов и физических ситуаций с данными объектами в моделирующих виртуальных средах, видеозадачи и телеметрические способы исследования задачной ситуации и др.);
- состав и содержание ЦОР по физике, которые могут быть использованы на аудиторных занятиях по решению физических задач и при организации домашней самостоятельной работы учащихся;
- виды дидактических материалов для самостоятельной работы учащихся по решению физических задач с использованием различных компонентов ЦОР;
- методику использования учебных объектов виртуальной среды (текстов, рисунков, фотоиллюстраций, анимаций, моделей, видео, тренажеров, тестов и пр.) с целью предъявления задачных ситуаций и формирования у учащихся обобщенных умений и навыков в решении физических задач;
- формы учебных занятий по решению
физических задач с использованием средств ИКТ;
- методику проектирования и проведения учебных занятий по решению физических задач в условиях использования средств ИКТ;
УМЕТЬ:
- использовать простейшие инструменты виртуальной среды (стандартные программы МБ и специальные учебные инструменты) для решения физических задач по программе средней общеобразовательной школы;
- подбирать ЦОР, которые могут быть использованы на аудиторных занятиях по решению физических задач и при организации домашней самостоятельной работы учащихся;
- разрабатывать дидактические материалы (в том числе цифровые), необходимые для организации самостоятельной работы учащихся при решении физических задач;
- проектировать и проводить учебные занятия по решению задач с использованием компонентов ЦОР и новых инструментов учебной деятельности;
ВЛАДЕТЬ:
- технологией формирования у учащихся обобщенных умений в решении физических задач с применением средств ИКТ;
- методикой подготовки и проведения уроков решения задач по физике с применением ЦОР и новых инструментов учебной деятельности;
ИМЕТЬ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ: о современных методах решения физических задач с использованием компьютерных технологий познавательной деятельности.
7. Требования к обязательному уровню и объему подготовки по учебному модулю
Лекционные занятия
№ п/п Тема лекции Объем в часах по формам обучения
очная очно-заочная заочная
1. Использование новых информационных технологий при формировании у учащихся умений и навыков в решении физических задач 2
Всего 2
Семинары
№ п/п Наименование занятия темы лекции Объем в часах по формам обучения
очная очно- заочная заочная
1. Методика формирования у учащихся обобщенных умений в решении задач на основе использования ЦОР и новых инструментов учебной деятельности (на материале учебных разделов «Механика», «Молекулярная физика. Термодинамика», Электродинамика») 1 2
Всего 2
Лабораторные занятия
№ п/п Наименование занятия темы лекции Объем в часах по формам обучения
очная очно- заочная заочная
1. Разработка дидактических материалов для учебного занятия по решению физических задач 1 4
2. Проектирование учебного занятия по решению физических задач с применением ЦОР и инструментов учебной деятельности 1 4
Всего 8
Самостоятельная работа
№ Наименование расчетно-графической работы Номера тем Неделя семестра,
п/п (РГР), расчетно-графического задания (РГЗ), лекций (только на которой
курсового проекта (работы) для РГР и РГЗ) выдается задание
1. Иллюстрация различных медиаформатов 10 неделя
представления физических задач в (8 часов)
виртуальной образовательной среде.
2. Разработка цифровых учебных материалов для самостоятельной работы учащихся по решению физических задач «Учись решать задачи по физике (рекомендации для учащихся)».
3. Подбор ЦОР для отработки умений и навыков решения физических задач (см. обобщенный план)
4. Подбор объектов ЦОР для решения задач различного уровня сложности (задач-упражнении. типовых задач, нестандартных задач).
5. Подготовка учебно-методического комплекса занятия по решению физических задач с использованием ЦОР и инструментов учебной деятельности 13 неделя
Всего 12 часов
Примечание: Задания выполняются для одной из учебных тем школьного курса физики. Разделы для выбора учебной темы: "Механика", "Молекулярная физика. Термодинамика", Электродинамика".
Задание I. Иллюстрация различных медиаформатов представления физических задач в виртуальной образовательной среде.
№ п/п Вид задачи Фрагменты экранов ЦОР объекта) Название ЦОР, авторы, издательство, город, год. Директория поиска объекта в ЦОР
Задание 2. Разработка рекомендаций для учащихся "Учисьрешать задачи по физике".
Учебные материалы разрабатываются в цифровом формате (с использованием MS РР, Flesh и пр.). Структура материалов должна соответствовать обобщенному плану решения физической задачи на объяснение и предсказание явлений природы (см. ниже). В презентации следует раскрыть содержание каждого действия и привести примеры его выполнения. Образцы выполнения учебных действий необходимо представить на примерах решения задач по конкретной учебной теме. При отборе и подготовке иллюстративного материала следует использовать объекты ЦОР и инструменты виртуальной среды обучения [2].
Обобщенный план решения физических задач
(на объяснение и предсказание явлений природы)
1. Сформулировать (прочитать) задачу.
2. Выполнить анализ условия задачи.
3. Кратко записать условие задачи.
4. Определить физические законы, с помощью которых можно объяснить (предсказать) описанное в задаче явление, значение величин, его характеризующих.
5. Доказать, что данное явление или искомое значение характеризующей его величины выступает следствием указанного закона (законов):
- записать математическое выражение законов,
- выполнить анализ математических выражений, т.е установить, все ли физические величины, входящие в уравнения, представлены в условии задачи (если система уравнение оказывается неразрешимой, ввести дополнительные уравнения),
- решить систему уравнений в общем виде, получить математическое выражение для искомой величины,
- провести вычисление в удобной метрической системе (или в СИ).
6. Проверить решение задачи одним из способов [I, 4].
Задание 3. Подбор ЦОР для отработки умений и навыков решения физических задач по конкретной учебной теме
Тема учебного занятия:
№ п/п Учебное действие (см обобщенный Фрагменты экранов ЦОР Вопросы (задания) для организации работы с ЦОР Название ЦОР, авторы, издательство, город, год. Директория поиска объекта в
Задание 4. Подбор объектов ЦОР для решения задач различного уровня сложности Тема учебного занятия:_______________________________________________________
№ п/п Вид задачи Фрагменты экранов ЦОР Вопросы (задания) для организации работы с цифровым объектом ЦОР Название ЦОР, авторы, издательство, город, год. Директория поиска объекта в
1. Задачи-упражнения (5-8 задач)
2. Типовые задачи (3-4 задачи)
3. Нестандартные Задачи (2 задачи)
Задание 5. УМК занятия по решению задач.
Проект учебного занятия должен базироваться на видовом разнообразии физических задач (по содержанию, способам решения, форме представления условия задачи и т.п.). Рекомендуется использовать различные медиаформаты их предъявления учащимся. Особое внимание следует уделить работе учащихся над задачами различного уровня сложности (задачи-упражнения, типовые задачи, нестандартные задачи). К типовым и нестандартным учебным задачам должна быть разработана система
направляющих вопросов (СНВ), отражающая общую логику решения: анализ задачи, поиск решения, исследование и проверка полученного результата (см. обобщенный план). Содержание СНВ с образцами выполнения основных этапов решения для одной типовой и одной нестандартной задачи необходимо представить в формате МБ РР. УМК занятия должен включать полный состав элементов (см. ниже структуру УМК) и базировать на рациональном использовании ЦОР в системе средств обучения.
Учебно-методический комплекс (УМК) занятия
(инвариантная структура)
1. Тема учебного занятия.
2. Форма учебного занятия.
3. Класс, профиль, специфика обучения.
4. Цели: обучения, воспитания, развития.
5. Учебные задачи занятия.
6. Дидактическая структура занятия.
7. Диагностика результативности обучения на занятии.
8. Домашнее задание.
9. Проект содержания и оформления записей на доске (или презентация МБ РР к уроку) и в ученической тетради.
10. Дидактические средства:
- демонстрационный эксперимент (цель, оборудование, включая аппаратные средства к ЭВМ);
- фронтальный лабораторный эксперимент, фронтальные наблюдения (цель, оборудование, включая аппаратные средства к ЭВМ);
- модели технических приложений физической науки (машины, установки, инструменты и пр. или их модели, в том числе компьютерные);
- аудио- и видеозаписи (название записи или ее фрагмента);
- настенно-печатная наглядность (таблицы, схемы, графики, ОК и пр.);
- программное обеспечение к ЭВМ (предметные ЦОР, ИУМК, ИИСС, дистанционное);
- игровые объекты;
- дидактический раздаточный материал для самостоятельной работы учащихся;
- литература и цифровые источники информации для учащихся (основные, дополнительные);
- система средств ТСО.
11. Конспект занятия.
12. Литература и цифровые источники информации для учителя [1].
Темы учебных занятий для разработки УМК
Движение тела под действием силы тяжести. Законы динамики Ньютона. Законы сохранения в механике. Основы теории
идеально газа. Законы термодинамики. Законы электростатики. Законы постоянного тока. Свободные электромагнитные колебания. Вынужденные электромагнитные колебания.
8. Формы текущего, промежуточного и итогового контроля
1) тесты для промежуточного контроля знаний и умений студентов (см. например, контрольно-диагностические тесты по темам "Законы динамики", "Молекулярная физика и термодинамика", "Электростатика", "Законы постоянного тока", "Электромагнитные колебания" из ЦОР: Физика 10-11 классы. Подготовка к ЕГЭ. М.: Министерство образования РФ, ГУ ФЦ ЭМТО, ЗАО "1C", 2004);
2) итоговый тест по содержанию модуля;
3) зачет по базовым понятиям модуля;
4) выполнение творческих заданий для самостоятельной работы по содержанию модуля:
- разработка комплекта цифровых дидактических и учебно-методических материалов для учебного занятия по решению физических задач (см. задания для самостоятельной работы № 1-4);
- разработка учебно-методического комплекса (УМК) занятия по одной и учебных тем разделов "Механика", "Молекулярная физика. Термодинамика", "Электродинамика" (см. задание для самостоятельной работы № 5; УМК занятия должен быть ориентирован на использование учащимися фрагментов предметных ЦОР, ИУМК, ИИСС, ресурсов Интернет и инструментов виртуальной среды обучения, а также элементов комплекта авторских цифровых материалов, подготовленных студентами);
5) представление творческого проекта в системе ДО "Moodle" - учебно-методического комплекса учебного занятия по решению физических задач, включающего использование учащимися фрагментов ЦОР и инструментов виртуальной среды обучения" (в проект входят: сценарий занятия, комплект дидактических материалов к занятию, в том числе цифровых).
Программа учебного модуля
"Использование ЦОР в обучении учащихся экспериментальная работа по материалам решению физических задач" апробирована в модуля продемонстрировала достижение учебном процессе ПГПУ. Опытно- основных целей обучения.
Библиографический2список
1. Оспенникова Е.В. Развитие самостоятельности школьников в учении в условиях обновления информационной культуры общества. В 2 ч. Ч. I. Моделирование информационно-образовательной среды учения: монография/ Е.В. Оспенникова. Пермь: Перм. гос. пед. ун-т, 2003. 294 с.
2. Оспенникова Е. В. Обновление системы учебных объектов среды обучения в условиях информатизации образования и проблема организации познавательной деятельности
школьников в новой информационной среде / Е.В. Оспенникова и др. // Вестник ПГПУ. Серия "ИКТ в образовании". 2005. Вып. I. С. 50 - 67.
3. Талызина Н.Ф. Управление процессом усвоения знаний / Н.Ф. Талызина. М.: Изд-во Московского ун-та, 1975. 342 с.
4. Усова А.В. Формирование учебных умений и навыков учащихся на уроках физики / А.В. Усова, А.А. Бобров. М.: Просвещение, 1988. 112 с.
Статья подготовлена в рамках проекта «Информатизация системы образования», реализуемого Национальным фондом подготовки кадров по заказу Министерства образования и науки Российской Федерации.
Проект финансируется реконструкции и развития.
из средств Международного банка
