Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ состояния проблемы исследования 13
1.1 Значение задач и упражнений в обучении физике 13
1.2 Использование новых информационных технологий в обучении физике в школе 20
1.3 Анализ диссертационных работ по теме исследования 29
1.4 Программно-педагогические средства обучения физике в школе 37
1.5 Психолого-педагогические основы использования новых информационных технологий в школьном обучении 46
Выводы по первой главе. 52
Глава 2. Содержание и методика проведения упражнений, основанных на компьютерном модельном эксперименте. 53
2.1 Модели и моделирование в обучении. 53
2.2 Компьютерное моделирование в обучении. 58
2.3 Требования к упражнениям по физике, основанным на компьютерном модельном эксперименте .62
2.4 Общие вопросы методики проведения упражнений по физике на основе компьютерного модельного эксперимента 69
2.5 Комплексы упражнений по физике, основанных на компьютерном модельном эксперименте 81
2.6 Выборочное описание моделей уроков, с использованием комплексов упражнений по физике, основанных на компьютерном модельном эксперименте 101
Выводы по второй главе 115
Глава 3. Организация педагогического эксперимента 116
3.1 Организация педагогического эксперимента 116
3.2 Констатирующий педагогический эксперимент и его результаты 120
3.3 Содержание и результаты поискового и обучающего педагогического эксперимента 127
Выводы по третьей главе. 142
Заключение 143
Список литературы 145
- Значение задач и упражнений в обучении физике
- Модели и моделирование в обучении.
- Организация педагогического эксперимента
Введение к работе
В настоящее время в сфере образования находят все более широкое применение новые информационные технологии, опирающиеся на современную компьютерно-телекоммуникационную базу.
Информатизация современного общества ставит перед системой образования задачу формирования у учащихся общей информационной культуры. Существенным условием жизни и неотъемлемым показателем квалификации современного специалиста в любой отрасли знаний является компьютерная грамотность. Это означает, прежде всего, понимание того, как устроен и работает компьютер, в чем суть процессов алгоритмизации и программирования задач, какие возможности предоставляет использование компьютера, умение работать с основными пакетами программ общего назначения.
Успешность усвоения требуемого объема информации ограничивается временем, в связи с чем необходимо находить и реализовывать потенциальные возможности оптимизации процесса обучения в школе: интеграцию дисциплин, применение новых методов обучения, активизирующих познавательную деятельность учащихся и развивающих их интеллектуальные способности, необходимые для успешного приобретения знаний и умений.
Все указанное делает необходимым использование компьютера не только на уроках информатики в школе, но и на уроках различных предметов ив первую очередь на уроках физики.
Методическим основам использования компьютеров на уроках физики посвящены работы П.А. Абросимова, Л.И. Анциферова, Г.А. Бордовского, В. Бласиак, В. А. Извозчикова, В.А. Кондратьева, В.В. Лаптева, А.В. Смирнова, А. М. Слуцкого, О.Б. Медведевой, А. Д. Реву нова, и др.
Понятие компьютерного обучения является, как известно, достаточно емким. Это обучение учащихся построению алгоритмов, программированию, работе с вычислительной техникой и продуктивному ее использованию. Значительную роль в нем играет компьютерное моделирование с использованием учебных компьютерных моделей, которые представляют собой программ-
но - аппаратную учебную среду, позволяющую обучаемому осуществлять интерактивное воздействие на изучаемый объект и получать информацию о результатах данного воздействия.
В последнее время появилось большое количество работ, в которых исследуются вопросы использования компьютерных средств в обучении физике. Их авторы - О.Б. Гук, П.С. Дроздов, А.А. Ездов, А.В. Ельцов, В.П. Коновалов, П.М. Малюк, Е.Е. Манина, М.М. Нуркаева, ОТ. Смолянинова, Н. Н. Гомулина и др. Эти работы затрагивают отдельные направления методики обучения физике с использованием средств новых информационных технологий. Но все авторы отмечают, что сделаны только первые шаги на пути исследования данного направления.
Из всего многообразия применений средств новых информационных технологий в обучении особо выделяют использование программно -педагогических средств (ППС).
Существует ряд исследований по проблеме применения ППС при обучении физике в школе. Методическим основам использования ППС на уроках физики посвящены работы М.В. Додонова, А.С. Кондратьева, С.Л. Светлицкого, Р.Ю. Шукюрова, А.О. Чефрановой, Е.А. Маниной, О. Е. Макаровой и др. Много работ посвящено использованию компьютерных средств для выполнения компьютерных лабораторных работ и компьютерных демонстраций. Это работы В.И. Сельдяева, И.У. Бил олова, А.А. Ездова, В.В. Кле-вицкого, Г.Н. Юнусовой, А.А. Немцева, P.P. Сулейманова, Н.Ю. Королевой и
ДР-
Вместе с тем, не все потенциальные возможности новых информационных технологий используются в.обучении, в том числе физике. В частности, не исследованы возможности компьютера в организации упражнений учащихся по физике.
Традиционно обучение школьников физике подразумевает обучение их умению решать разнообразные задачи. Сформировать у учащихся умения
применять знания к решению задач можно в процессе выполнения упражнений.
Упражнения— это задачи на повторное выполнение какой-либо деятельности по известному образцу и способам действий, направленные на совершенствование у учащихся имеющихся умений и навыков с целью окончательного их закрепления или повышения качества [В.Е. Володарский].
Упражнения занимают важное место в обучении, так как лежат в основе овладения той или иной деятельностью, приобретения тех или иных умений. Эффективность упражнений во многом зависит от методики их организации. Положительные результаты могут быть достигнуты, если упражнения определенным образом организованы, т.е. образуют определенный комплекс.
Комплексы упражнений по физике могут быть построены на основе использования различных средств обучения. Существуют исследования, определяющие принципы построения и доказывающие эффективность комплексов упражнений; созданных на основе текстовых источников информации, на основе демонстрационного эксперимента (Ю. Пулатов, Э. Мамбетуканов, В. А. Черкасов, Н. Д. Черняева).
Однако исследования, посвященные созданию комплексов упражнений на основе компьютерного модельного эксперимента, отсутствуют. В то же время компьютерное моделирование позволяет учащемуся создать зрительные образы исследуемых объектов, задать их физические характеристики и следить за объектом в течение времени. Используя компьютерное моделирование, учащиеся лучше будут разбираться в задаче, вникать в ее физический смысл, получая более полное представление о физической картине решаемой задачи.
Таким образом, актуальность данного исследования обусловлена: противоречием между задачей формирования у учащихся умений решать задачи и возможностями, которые создает для ее решения применение компьютера в обучении физике, с одной стороны, и отсутствием методики соз-
дания и применения комплекса упражнений, направленного на формирование таких умений средствами компьютерного моделирования, с другой стороны.
Объектом исследования является процесс обучения учащихся решению задач по физике в основной школе.
Предметом исследования является методика разработки и использования комплекса упражнений, основанных на компьютерном модельном эксперименте, в процессе обучения физике в основной школе.
Цель исследования: обоснование и разработка упражнений, основанных на компьютерном модельном эксперименте, и методики их применения на уроках физики в основной школе. При этом мы исходили из дидактических возможностей компьютерного модельного эксперимента.
В ходе исследования была выдвинута и сформулирована гипотеза исследования, которая состоит в предположении о том, что если использовать компьютерный модельный эксперимент при организации выполнения учащимися упражнений по физике, то можно повысить эффективность их обучения; развивать познавательную активность и самостоятельность учащихся.
Исходя из сформулированной гипотезы, для достижения цели исследования были поставлены следующие задачи:
провести анализ научной, психолого-педагогической, методической литературы, диссертационных исследований, посвященных проблеме использования новых компьютерных технологий в обучении физике, а также вопросам применения компьютерных программ при выполнении задач и упражнений;
определить дидактические требования к программно-педагогическим средствам обучения физике;
сформулировать требования к упражнениям, основанным на компьютерном модельном эксперименте;
разработать комплексы упражнений, основанных на компьютерном модельном эксперименте;
разработать методику использования в учебном процессе комплекса упражнений, связанных с компьютерным модельным экспериментом;
выявить педагогическую эффективность разработанных комплексов упражнений и методики их использования в учебном процессе.
Методологической основой исследования служили
философские представления о современном информационном обществе (Л.И. Анциферов, Г.А. Бордовский, В.А. Извозчиков, В.А. Кондратьев, В.В. Лаптев, А.В. Смирнов, И. В. Роберт и др.);
основные положения парадигмы личностно-ориентированного обучения (В.В. Сериков, В.В Краевский, В. С. Леднев, В.М. Полонский, И. С. Якиманская, и др.)
вопросы теории, методологии и практики обучения физике (СЕ. Каме-нецкий, Н.С. Пурышева, Н. В. Шаронова, Л. С. Хижнякова, Л.Ф. Фридман, А. В. Усова и д.р.)
Для решения поставленных задач использовались следующие методы и виды деятельности:
изучение философской, психолого-педагогической и научно-методической литературы по исследуемой проблеме;
изучение и анализ передового педагогического опыта;
изучение содержания учебных планов, программ,.учебников, дидактических пособий по физике;
разработка упражнений, связанных с компьютерным модельным экспериментом;
разработка методики использования комплексов упражнений, связанных с компьютерным модельным экспериментом;
беседы, анкетирование, опрос;
экспериментальное преподавание с использованием разработанного комплекса упражнений, связанных с компьютерным модельным экспериментом;
педагогический эксперимент во всех его формах (констатирующий, поисковый, обучающий) с целью проверки гипотезы исследования и обоснование выводов;
Новизна исследования состоит в том, что
выдвинута и обоснована идея использования компьютерного модельного эксперимента в качестве основы для построения комплексов упражнений по физике;
определены требования к упражнениям, основанным на компьютерном модельном эксперименте:
упражнения должны соответствовать содержанию программы;
упражнения должны быть направлены на формирование у учащихся знаний и умений на требуемом уровне их усвоения;
в состав упражнений должны входить задания, требующие от учащихся деятельности разного характера и разного уровня;
- применять упражнения в учебном процессе следует в порядке их
усложнения;
содержание упражнений, их последовательность должны удовлетворять основным дидактическим принципам: научности и доступности, систематичности и последовательности, сознательности и творческой активности;
в упражнения должны входить задачи, которые можно выполнить с помощью компьютерной модели при выполнении компьютерного эксперимента.
разработаны конкретные комплексы упражнений на основе компьютерно
го модельного эксперимента: Диффузия. Агрегатные состояния вещества.
Гидравлическая машина. Движение тела, брошенного под углом к гори
зонту. Движение тела по наклонной плоскости. Взаимодействие зарядов.
Закон Кулона. Соединения проводников. Индукция магнитного поля. Линза. Изображения, даваемые линзой. разработана методика использования в учебном процессе комплексов упражнений, основанных на компьютерном модельном эксперименте для основной школы, включающая в себя, последовательность предъявления учащимся комплексов упражнений, деятельность учителя и учащихся, которая способствует повышению познавательной активности учащихся и уровню их знаний.
Теоретическая значимость исследования определяется тем, что внесен вклад в развитие теоретических основ обучения учащихся решению физических задач; в частности, определены возможности новых информационных технологий при выполнении ими комплексов упражнений.
Практическая значимость исследования заключается в разработке методических рекомендаций по использованию комплексов упражнений, основанных на компьютерном модельном эксперименте, для активизации познавательной деятельности учащихся на уроках физики в основной школе. Разработанные в ходе исследования методические рекомендации могут быть использованы при создании комплексов упражнений, связанных с компьютерным модельным экспериментом, для различных тем курса физики основной школы.
Обоснованность и достоверность полученных результатов обеспечивается опорой проведенного исследования на теоретические разработки в области педагогики, психологии, методики обучения физике, использования компьютерных средств в обучении физике; выбором методов исследования адекватных его содержанию; положительными результатами, полученными в ходе эксперимента.
На защиту выносятся : 1. Идея использования компьютерного модельного эксперимента в качестве основы для построения упражнений по физике.
Требования к упражнениям по физике, основанным на использовании компьютерного модельного эксперимента.
Конкретные комплексы упражнений на основе компьютерного модельного эксперимента.
Методика использования в учебном процессе комплексов упражнений, основанных на компьютерном модельном эксперименте.
Апробация исследования. Основные положения и результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на:
Научно-практическая конференция «Воспитание - стратегическая задача в системе образования», г. Грозный, 2002г.
Конференции по итогам научно-исследовательской работы МПГУ, 2003-2005гг.
Научно-методические, аспирантские семинары и заседания кафедры теории и методики преподавания физики МПГУ, 2004-2005гг.
Научно-методическая конференция «Новые информационные технологии в преподавании физики. Школа и вуз» в МПГУ, март 2004г, март 2005г.
Восьмая международная конференция «Физика в системе современного образования (ФССО-05)», СПб, июнь 2005 г.
Структура и содержание диссертации
Диссертационное исследование общим объемом 161 страница состоит из введения, трех глав, заключения и библиографии. Содержит 6 таблиц, 5 диаграмм, 14 рисунков.
Во введении обосновывается актуальность проблемы, формулируются основные идеи исследования, его объект, предмет, цель, гипотеза и задачи; указываются методы решения поставленных задач. Раскрываются новизна, теоретическая и практическая значимость, излагаются основные положения, выносимые на защиту. Кратко описано содержание работы. Приводятся сведения об апробации работы и имеющихся публикациях.
В первой главе проведен анализ научной литературы и диссертационных работ по теме исследования. Проанализированы программно-педагогические средства обучения физике в школе, определены дидактические требования, предъявляемые к программно-педагогическим средствам. Выявлены психолого-педагогические основы использования новых информационных технологий в обучении физике: концепция развивающего обучения, деятельностный подход и технология исследовательской деятельности. Было выдвинуто предположение о том, что использование компьютерных средств при организации задач-упражнений учащихся по физике, может повысить эффективность их обучения; может влиять на развитие их познавательной активности.
Во второй главе проведен психолого-педагогический анализ роли упражнений в учебном процессе и выдвинута идея о необходимости разработки и внедрения в практику обучения, упражнений основанных на компьютерных модельных экспериментах. Сформулированы требования к ним. Описаны разработанные комплексы упражнений и методика использования в учебном процессе комплексов упражнений, основанных на компьютерном модельном эксперименте.
В третьей главе описываются организация и результаты педагогического эксперимента.
В заключении формулируются основные выводы по проведенному исследованию.
Значение задач и упражнений в обучении физике
Хорошо известно, какую роль задачи и упражнения играют в обучении. «Эта роль определяется, с одной стороны, тем, что в значительной своей части конечные цели обучения любому предмету сводятся к овладению учащимися методами решения определенной системы задач. С другой стороны, эта роль определяется тем, что полноценное достижение целей обучения возможно лишь с помощью решения учащимися системы учебных задач. Таким образом, решение задач в обучении выступает и как цель и как средство обучения»,- пишет о роли задач в обучении Л.М. Фридман [159].
«Задача» является весьма сложным понятием. Поэтому для сознательного и полноценного обучения решению задач необходимо иметь достаточные представления о сущности и особенностях задач, о механизмах их решения.
Проблема обучения учащихся решению задач как формы учебной деятельности является не только одной из основных проблем дидактики и педагогической психологии, но и одной из основных проблем методики обучения физике. Эта проблема в период информатизации образования приобретает особо важное значение и требует самого тщательного анализа с точки зрения соответствия используемых задач и методов их решения современным требованиям к образованию.
В методической литературе отмечается, что решение задач способствует более глубокому, прочному усвоению физических законов, развитию наглядно-образного, логического и теоретического мышления, сообразительности, инициативы, воли и настойчивости в достижении поставленной цели, вызывает интерес к физике, помогает приобретению навыков самостоятельности работы и служит незаменимым средством для развития самостоятельности в суждениях [46,143,159]. «Решение задач как основной метод обучения, как метод приобретения учащимися новых знаний - таков, на наш взгляд, путь решения проблем развития учащихся. В области дидактики эта мысль получила воплощение в виде так называемого, проблемного обучения, в основу которого положено решение задач - проблем учащихся» [157].
Проблема обучения учащихся решению физических задач многократно обсуждалась в методике обучения физике. Данной фундаментальной проблеме посвящено большое число различных руководств по обучению учащихся решению физических задач, десятки диссертаций, огромное количество книг, монографий, статей.
В обширной литературе разными авторами - психологами, педагогами, методистами даются самые различные определения понятий: «задача» (вообще), «задач учебная», задача физическая», «задача учебная физическая».
Задача - это ситуация, требующая от субъекта некоторых действий. Иначе, задача — это задание на нахождение какого-либо результата, когда действия по его выполнению не указаны, но в его содержании дана основная часть необходимой специфической информации из области знаний известному субъекту [157].
В данном определении задача относится к определенной области знаний и к определенному субъекту, которого она может заинтересовать и стать для него проблемной. Здесь задача - знаковая модель проблемной ситуации.
Например, физическая задача - это ситуация, требующая от субъекта с помощью законов логики, физического языка, законов, теорий, методов физики и математического аппарата найти какой-то результат по определенной проблеме полностью или частично [159]. В работе [46] дается следующее определение понятия физической задачи. Физической задачей в учебной практике обычно называют небольшую проблему, которая в общем случае решается с помощью логических умозаключений, математических действий и эксперимента на основе законов и методов физики
Учебная физическая задача - это небольшая (учебная) физическая проблема, которая решается с помощью логических операций, физической терминологии, законов и методов физики с целью овладения новыми знаниями и умениями [159].
Для учебных целей, а тем более для развития мышления, крайне желательно, чтобы каждая задача становилась проблемой для учащихся, то есть принималась ими именно как проблема.
Таким образом, учебная задача - это проблемная ситуация, стимулирующая учащихся к умственным и практическим действиям на основе законов и методов физики с целью овладения новыми физическими знаниями, умениями применять их на практике и развития мышления [15].
Учащиеся должны понять, что задачи - это такие задания, ответы на которые не содержатся непосредственно в багаже их знаний, неизвестны им и конкретные пути их отыскания. То есть, ответы на вопросы задачи не могут быть получены путем прямого воспроизведения учебного материала, изложенного учителем или помещенного в соответствующем учебнике или другом учебном пособии. Они требуют от учащихся самостоятельного раскрытия физического содержания, переноса и использования раннее приобретенных знаний в новых связях.
Часто учителя физики полагают, что обучение учащихся решению задач - одна из основных целей всего учебного процесса по физике. Это, с одной стороны, верно, а с другой - ошибочно. Учащиеся обязательно должны научиться решать задачи, так как в противном случае они не усвоят понятия и законы физики либо их знания будут формальными. В процессе решения задач знания учащихся конкретизируются, создается понимание сущности явлений, физические понятия и величины приобретают реальный смысл, у ученика появляется способность рассуждать, устанавливать причинно-следственные связи, выделять главное и отбрасывать несущественное. Решение задач позволяет сделать знания учащихся осознанными, избавить их от формализма. Но решение задач не должно превращаться в самоцель, поскольку основное назначение этого вида учебной деятельности - углубление знаний учащихся, развитие мышления, формирование умения анализировать задачную ситуацию и находить пути ее решения, а также умения творчески подходить к возникающим проблемам.
Таким образом, решение физических задач имеет образовательное значение, так как оно способствует усвоению учащимися курса физики. Обучение учащихся решению задач позволяет формировать у них определенные виды деятельности, связанные с применением знаний в конкретных ситуациях. Эти виды деятельности могут формироваться как на алгоритмическом уровне, так и на творческом.
Обучение решению задач по физике имеет и воспитательное значение, так как позволяет влиять на воспитание личности ученика. Для развития личности ученика важна сама деятельность по решению задач, когда ученик должен проявить волю, настойчивость, усидчивость, самостоятельность.
Большое значение имеет решение задач для развития учащихся, для развития их мышления, для формирования умения делать индуктивные и дедуктивные умозаключения, использовать аналогии и эвристические приемы. Как было отмечено выше, в процессе решения задач могут быть созданы проблемные ситуации.
Решение задач имеет и политехническое значение. В задачах с политехническим содержанием приводятся сведения о технических объектах, выявляются основы их работы, взаимосвязь элементов этих технических объектов.
В методической литературе описаны различные классификации физических задач.[15, 46,140, 159]. Мы опираемся на классификацию предложен ную в работе [140]. Здесь физические задачи классифицируются по содержанию, целевому назначению, глубине исследования вопроса, способам решения, способам задания условия задачи, по степени сложности и т.п.
По содержанию физические задачи делят в зависимости от физического материала, в них рассматриваемого: на задачи по механике, задачи по молекулярной физике, задачи по электродинамике и задачи по квантовой физике. Однако, есть задачи, в которых используются сведения из нескольких разделов курса физики, их называют комбинированными или комплексными.
По содержанию различают также задачи абстрактные и конкретные. В абстрактных задачах данные величины приведены в общем виде без указания их конкретного значения. Например, «Тело массой т под действием силы F движется в течение времени /. Какой путь s пройдет тело за это время, если его начальная скорость равна 0?» В задачах с конкретным содержанием приведены значения физических величин.
В зависимости от содержания задачи могут быть политехническими, историческими, содержащими сведения исторического характера, относящиеся к физике, занимательными.
Модели и моделирование в обучении.
Понятием модели пользуются в научных исследованиях, когда непосредственное изучение каких-либо явлений оказывается невозможным или малоэффективным. В этом случае изучаемый объект (ввиду его значительной сложности) заменяют другим, более простым и доступным для исследования и находящимся в некотором соответствии с оригиналом. Этот объект-заменитель и называют моделью изучаемого объекта. Такое определение модели дано С. Е. Каменецким и Н. А. Солодухиным [45].
Под моделированием понимают такой специфический метод познания, который включает построение моделей (или выбор готовых) и изучение их с целью получения новых сведений о рассматриваемых физических объектах.
Соответствие между моделью и моделируемым объектом может существовать на разных уровнях: на уровне совпадения отдельных элементов структуры модели и оригинала, на уровне совпадения некоторых их существенных характеристик, на уровне совпадения функциональной связи между характеризующими их величинами, на уровне сходства отношений между элементами модели и элементами объекта изучения. Если модель и моделируемый объект находятся в соответствии между собой на уровне сходства отношений, то говорят, что между ними существует отношение аналогии (в узком понимании этого слова). В литературе можно встретить и широкое понимание аналогии, которое включает любое сходство между какими-либо предметами или явлениями. По способу реализации и средствам моделирования все модели можно разделить на материальные (предметные, или вещественные) и идеальные (мысленные).
Под предметной моделью изучаемого физического объекта понимают некоторый материальный (вещественный) предмет, подобный оригиналу и способный замещать его в процессе эксперимента (или познания). Характерной особенностью материальных моделей является то, что они функционируют по естественным законам, независимо от деятельности человека. Их назначение - воспроизведение структуры, характера протекания, сущности изучаемого процесса.
Из материальных моделей можно выделить большую группу физически подобных моделей. Эти модели сходны с оригиналом по физической природе и геометрической форме, отличаясь от него лишь числовым значением параметров. Модели этого вида применяют тогда, когда необходимо детально изучить конкретный процесс, а не общие закономерности, происходящие в исследуемом образце при заданном режиме работы с определенными геометрическими и физическими свойствами, но производить эксперименты над этим процессом либо не удается, либо это крайне затруднено.
Пространственно-подобные модели образуют вторую группу материальных моделей. В основе сходства этих моделей с оригиналом лежит геометрическое подобие. Они не воспроизводят физического явления, а служат для наглядного изображения тех или иных установок, сооружений и их взаимного расположения. Пространственные модели часто называют макетами. Их широко применяют при объемном проектировании. Например, изготовляют макеты новых образцов самолетов, судов и других технических объектов.
Третью (большую) группу материальных моделей составляют математически подобные модели, которые не имеют с оригиналом ни физического, ни геометрического сходства. В этом случае за основу берут аналогию. Объ ект и модель описывают одинаковыми уравнениями. Так, между механическими и электрическими колебаниями существует аналогия.
Идеальные модели — это модели, которые конструируют мысленно. Они могут фиксироваться при помощи рисунков, определенных символов (знаков), но все преобразования элементов осуществляются в сознании человека, который пользуется при этом логическими, математическими и физическими правилами и законами. Все мысленные модели можно разделить на модели-представления и знаковые модели.
Представление — адекватный образ некоторого предмета. Представление может стать моделью другого предмета, если между предметами есть что-то общее, т. е. они подобны. Модельные представления нашли широкое применение при изучении разнообразных физических явлений. Например, Фарадей для понимания механизма возникновения электрических сил в качестве модели силовых линий электрического поля пользовался представлениями обычных упругих нитей.
Знаковые (или символические) модели основаны на том, что элементы отношения и свойства моделируемого объекта (явления или процесса) выражены символами.
Широкое использование моделей и аналогий в науке физике, естественно, наложило отпечаток и на применение их в процессе обучения физике.
В школьной практике под моделью понимают прежде всего демонстрационные модели, воспроизводящие изучаемые объекты, выполняющие определенные функции в обучении
Фридман Л.М. определял модель как некий объект (система), исследование которого служит средством для получения знаний о другом объекте (оригинале) [158].
В большинстве случаев объект реально осязаем только с внешней стороны. Не всегда интересующие нас характеристики и признаки, например, физического явления легко поддаются обособленному выделению, а следовательно, и быстрому усвоению учащимися. Возникает методическая необхо димость предварительно делить объект на определенные части, вычленять в нем существенное и главное и брать для обучения не сам объект, а какой-то другой, наделенный несколькими характеристиками объекта и называемый его моделью. Таким образом, учебная модель — это объект со своей структурой и функцией, отображающий отдельные элементы структуры и функции оригинала. Отдельные характеристики модели являются инвариантными по отношению к оригиналу.
Организация педагогического эксперимента
Эффективность применения в учебном процессе комплекса упражнений, основанных на компьютерном модельном эксперименте, проверялась нами в ходе педагогического эксперимента.
В педагогических исследованиях доказана эффективность применения компьютера в учебном процессе; не вызывает сомнений и эффективность применения комплекса упражнений, которое приведет к активизации познавательной деятельности учащихся. Однако экспериментальное исследование в нашей работе необходимо, и это связано с тем, что включение в урок физики задач-упражнений, основанных на компьютерном модельном эксперименте, приводит к изменению структуры урока, к затрате большего времени для выполнения упражнений, к необходимости разработки специальной методики проведения на уроке предлагаемых упражнений.
Поэтому необходимо выявить влияние этих изменений в учебном процессе на качество знаний учащихся, оценить целесообразность этих изменений, установит место упражнений на уроке и время их выполнения. Педагогический эксперимент проводился с 2001г. по 2005г. и продолжается в настоящее время. Всего в нем участвовало около 500 учащихся основной общеобразовательной школы и 15 учителей.
Педагогический эксперимент по теме исследования проходил в несколько этапов, включая констатирующий (2001-2003г.г.), поисковый (2003-2004г.г.) и обучающий (2004-2005г.г.).
На каждом этапе использовались соответствующие методы: анализ литературы по проблеме исследования; анкетирование учащихся и учителей, беседы с учителями и учащимися, проведение уроков данной методике, проведение контрольных работ, статистическая обработка полученных результатов, позволяющие наиболее эффективно выполнить задачи каждого этапа.
Цель констатирующего эксперимента - провести анализ возможных направлений использования компьютера при обучении физике в школе; установить, для решения, каких дидактических задач применяются компьютеры в школе; какое использование компьютеров, по мнению учителей и учащихся, является наиболее эффективным и интересным. Его результаты подтвердили актуальность проблемы исследования.
Цель поискового эксперимента— разработка первоначальных методических рекомендаций и задач-упражнений, основанных на компьютерном модельном эксперименте; частичная апробация элементов методики с использованием задач-упражнений, основанных на компьютерном модельном эксперименте;
Цель обучающего эксперимента- в выявлении влияния экспериментальной методики на уровень знаний учащихся; в выявлении изменений характера познавательной деятельности учащихся при выполнении комплексов упражнений.
При определении методики проведения эксперимента необходимо было решить вопрос о возможности: сравнения усвоения учебного материала в экспериментальных и контрольных классах и вопрос о допустимости выделения этих классов.
Возможность такого сравнения определялась следующими факторами:
проводились уроки по одной и той же теме; общее учебное время в экспериментальном классе не превышало количество учебных часов, отводимых для изучения данной темы, в контрольном классе;
кроме изучения теоретического материала, в тех и других группах решались задачи, проводились упражнения, осуществлялся контроль знаний, умений учащихся, т.е. учащиеся контрольных и экспериментальных классов во время эксперимента были, в основном, поставлены в одинаковые условия. Различие заключалось лишь в том, что в экспериментальных классах упражнения были основаны на компьютерном модельном эксперименте, опирались на этот эксперимент. В контрольных группах упражнения давались из учебников и задачников [69, 100,120].
Таким образом, в экспериментальных и контрольных классах применялись различные упражнения и различная методика преподавания, эффективность которой и проверялась.
Перейдем непосредственно к результатам проведенного педагогического эксперимента.
