Виртуальная лабораторная работа как способ формирования познавательных УУД учащихся на уроках физики

Конференция: Современный урок. Методика и практика

Автор: Обухова Екатерина Андреевна

Организация: ГБУ ДПО СПбЦОКОиИТ

Населенный пункт: г. Санкт-Петербург

Автор: Смирнова Софья Ильинична

Организация: ГБУ ДПО СПбЦОКОиИТ

Населенный пункт: г. Санкт-Петербург

Общая стратегия развития системы общего образования направлена, в том числе на его информатизацию. В соответствии с принципами Образовательной инициативы «Наша Новая школа», Национального проекта «Образование», Концепции региональной информатизации и федерального закона «Об образовании», школы оснащаются современным оборудованием, позволяющем проводить уроки не только в традиционной форме, но и с активным применением информационно-коммуникационных технологий.

Информационные технологии - это совокупность процессов и методов поиска, сбора, хранения, обработки, представления, распространения информации и способы осуществления таких процессов и методов.

Коммуникационные технологии - это процессы и методы передачи информации и способы их осуществления.

Информационно-коммуникационные технологии (ИКТ) в образовании - это комплекс учебно-методических материалов, технических и инструментальных средств вычислительной техники в учебном процессе, формах и методах их применения для совершенствования деятельности специалистов учреждений образования (администрации, воспитателей, специалистов), а также для образования (развития, диагностики, коррекции) детей.

ИКТ обладают следующими дидактическими возможностями:

представление учащемуся информации в различной форме: текстовой, графической, аудио, видео и т.д.;
активизация процессов восприятия, мышления, воображения и памяти;
снижение временных затрат учителя на контроль нормативных знаний;
поиск, воспроизводство и анализ информации;
использование мировых информационных ресурсов в учебных целях.

Современные информационно-коммуникационные технологи позволяют интегрировать в рамках одной программы тексты, графику, звук, анимацию, видеоклипы, высококачественные фотоизображения, полноэкранное видео.

Среди основных направлений использования ИКТ в учебном процессе можно выделить следующие:

при изложении нового материала - визуализация знаний (демонстрационно-энциклопедические программы и презентации);
при организации деятельности учащихся - проведение виртуальных лабораторных работ, работа с интерактивными программами;
закрепление изложенного материала - разнообразные обучающие программы, лабораторные работы;
система контроля и проверки - тестирование с автоматическим оцениванием, контролирующие программы;
самостоятельная работа учащихся – обучающие и развивающие программы;
при возможности отказа от классно-урочной системы: проведение интегрированных уроков по методу проектов, результатом которых будет создание Web-страниц, проведение телеконференций, использование современных Интернет-технологий;
тренировка конкретных способностей учащегося (внимание, память, мышление и т.д.);
дистанционное обучение.

Наиболее важной тенденцией является интеграция различных информационно-коммуникационных технологий, задействованных в учебном процессе, таких как электронные справочники, энциклопедии, обучающие программы, средства автоматизированного контроля знаний обучаемых, компьютерные учебники и тренажеры, в единые программно-методические комплексы, что обеспечивает, в том числе, эффективность и оптимизацию обучения детей с разными типами восприятия.

С точки зрения ряда авторов, использование в работе средств информационно-коммуникационных технологий, с одной стороны, способствует повышению мотивации учения у обучающихся, повышает познавательный интерес учеников, способствует становлению активной субъектной позиции в учебной деятельности. Применение ИКТ в учебном процессе направлено на формирование информационных, коммуникационных компетентностей учеников, развивает умения ставить перед собой цель, планировать свою деятельность, контролировать результат, работать по плану, оценивать свою учебную деятельность, определять проблемы собственной учебной деятельности, способствует формированию познавательной самостоятельности обучающихся.

Со стороны учителя ИКТ расширяют возможности для нестандартной организации образовательного процесса, создают условия для индивидуального самостоятельного обучения школьников, являются одним из способов организации самостоятельной работы учащихся по сбору, обработке и анализу получаемых результатов.

В то же время, широкое распространение ИКТ влечет за собой возникновение новых педагогических инструментов: интерактив, мультимедиа, моделинг, производительность и коммуникативность.

Интерактив определяется как взаимодействия в процессе поочередных «высказываний» пользователя и компьютерной системы. Важно, что высказывания производятся с учетом всех предыдущих. Для человека – это естественный процесс, а для компьютера требуется специальная программа. Иинтерактив позволяет развивать активно-деятельностные формы обучения: позволяет учащемуся выбирать информацию, осуществлять самоконтроль, решать задачи, получая подсказки и контекстную помощь, использовать обучающие игры.

Мультимедиа – представление объектов с помощью текста, фото, видео, графики, анимации, звука, т.е. во всех известных сегодня формах. Педагогические возможности средств мультимедиа определяются не простым суммированием разных возможностей компьютерных технологий. Увеличение педагогических возможностей отдельных составляющих, которые взаимно развивают и дополняют друг друга, приводит к переходу количества этих возможностей в качества. Мультимедиа дает возможность не только повысить наглядность, иллюстративность учебного материала, но и существенно обогатить его эмоциональную, образную окраску, активизировать разные каналы восприятия информации.

Моделинг представляет собой моделирование реальных объектов и процессов с целью их исследования. Использование этого инструмента позволяет приблизить взаимодействие учащегося с компьютерным продуктом к естественному поведению в реальном мире. Использование компьютерного моделирования в обучении осуществляется в двух вариантах: на основе готовых моделей учащиеся знакомятся и исследуют разнообразные явления; в процессе обучения, учащиеся сами выстраивают модели. Преимущества учебного компьютерного моделирования связаны с преодолением формальности усвоения знаний, развитием исследовательских навыков и интеллектуальных способностей.

Производительность в контексте использования компьютера означает автоматизацию нетворческих, рутинных операций, компьютерные технологии позволяют автоматизировать различные операции, которые использую в образовательном процессе учитель и ученики. Это быстрый и эффективный поиск необходимой информации, автоматизация вычислений, построение различных графических изображений. Главный эффект этого инструмента – возможность быстро получать информационный результат. Некоторые операции представлялись были вообще неосуществимы в отсутствии производительной компьютерной техники.

Коммуникативность – это возможность непосредственного общения, оперативность представления информации, контроль за состоянием процесса. Возможности этого инструмента применяются для организации непосредственного общения, оперативности представления информации, осуществления удаленного контроля за состоянием образовательного процесса. Основой реализации коммуникативности являются современные сетевые технологии, предоставляющие значительное разнообразие способов общения на расстоянии.

Все эти инструменты находят отражение в новых электронных образовательных ресурсах. Электронный образовательный ресурс – это совокупность средств программного, информационного, технического и организационного обеспечения, электронных изданий, размещаемая на машиночитаемых носителях или в сети.

В электронную ресурсную базу учителя могут быть включены ресурсы информационно-образовательной среды школы (школьный банк ЭОР, электронная библиотека, медиатека); ресурсы открытой информационной среды (ресурсы образовательных порталов, сетевых библиотек, социальных сетей), а также, ресурсы, которые создает сам педагог.

В соответствии с классификацией информационных ресурсов для системы образования, представленных в каталоге федерального образовательного портала «Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов», можно назвать следующие основные типы электронных ресурсов:

учебные материалы: электронные учебники, электронные пособия, электронные учебные курсы, задачники, тесты, электронный лабораторный практикум.
справочные материалы: электронные справочники и энциклопедии, словари, базы данных, геоинформационные системы.
иллюстративные и демонстрационные материалы: коллекции медиаобъектов (изображений, видеороликов, анимации), электронные атласы, презентации и т.п.
дополнительные информационные материалы: электронные хрестоматии, интернет-публикации, электронные версии печатного издания и т.д.

Отдельным типом ресурсов выступают образовательные сайты различного назначения.

При разработке сценария урока с применением современных электронных ресурсов, учитель может обратиться не только к федеральной коллекции, но и к ресурсам, свободно распространяемым в глобальной сети.

Так, при подготовке урока физики, могут быть использованы как представленные в электронном виде методические пособия, дополнительные цифровые наборы к учебникам, тесты, но и интерактивные задачи и лабораторные работы по физике, широко представленные у разных разработчиков. Ряд физических явлений трудно продемонстрировать учащимся, не прибегая к возможностям современных ИКТ. Кроме того, применение ИКТ на уроках физики – это один из способов расширить рамки учебного эксперимента.

Учебный эксперимент - это средство обучения в виде специально организованных и проводимых учителем и учеником опытов.

Среди видов учебного физического эксперимента выделяют:

Демонстрационный эксперимент, который представляет собой воспроизведение физических явлений учителем на демонстрационном столе с помощью специальных приборов. Он относится к иллюстративным эмпирическим методам обучения. Роль демонстрационного эксперимента в обучении определяется той ролью, которую эксперимент играет в физике-науке как источник знаний и критерий их истинности, и его возможностями для организации учебно-познавательной деятельности учащихся. При проведении учителем демонстрационного эксперимента основную деятельность выполняют сам учитель, а учащиеся пассивно наблюдают за опытом.

Фронтальный эксперимент - такой вид практических работ, когда все учащиеся класса одновременно выполняют однотипный эксперимент, используя одинаковое оборудование. Фронтальный эксперимент выполняются чаще всего группой учащихся.

Физический учебный эксперимент проводится в несколько этапов:

Формулировка и обоснование гипотезы, которую можно положить в основу эксперимента.
Определение цели эксперимента.
Выяснение условий, необходимых для достижения поставленной цели эксперимента.
Планирование эксперимента, включающего ответ на вопросы:

какие наблюдение провести
какие величины измерить
приборы и материалы, необходимые для проведения опытов
ход опытов и последовательность их выполнения
выбор формы записи результатов эксперимента

Отбор необходимых приборов и материалов, сбор установки.
Проведение опыта, сопровождаемое наблюдениями, измерениями и записью их результатов
Математическая обработка результатов измерений

Анализ результатов эксперимента, формулировка выводов.

Перенос учебных физических экспериментов из реальной среды в виртуальную позволяет учителю наглядно иллюстрировать эксперименты и явления, воспроизводить их тонкие детали, которые могут быть не замечены наблюдателем при реальных экспериментах. Использование компьютерных физических моделей и виртуальных лабораторий - это возможность визуализации упрощенной модели реального явления. При этом можно поэтапно включать в рассмотрение дополнительные факторы, которые постепенно усложняют модель и приближают ее к реальному явлению. Кроме того, компьютер позволяет моделировать ситуации, нереализуемые экспериментально.

Виртуальные компьютерные лаборатории – это программные среды, которые позволяют пользователю, будь то учитель или учащийся, создавать, не будучи программистом, компьютерные модели изучаемых явлений. Виртуальные лаборатории основаны на идее «визуального программирования». Это означает, что пользователь тем или иным способом рисует на экране модель изучаемого явления. И эта модель при запуске системы начинает «работать», позволяя изучать смоделированное явление. Важно, что если готовые модели, ограничивают действия пользователя и учащихся теми рамками, которые заложили в них разработчики, то в виртуальной лаборатории модели могут создаваться именно под задуманный учителем (или учащимся) проект.

Интерактивность открывает перед учащимися огромные познавательные возможности, делая их не только наблюдателями, но и активными участниками проводимых экспериментов. Процесс компьютерного моделирования для учащихся увлекателен и поучителен, так как результат моделирования всегда интересен, а в ряде случаев может быть весьма неожиданным. Создавая модели и наблюдая их в действии, учащиеся могут познакомиться со многими явлениями, изучить их на качественном уровне, а также провести небольшие исследования. Однако несомненно компьютерная лаборатория не может заменить настоящую физическую лабораторию.

Выбор виртуальной лабораторной работы определяется изучаемым на уроке кругом явлений. Однако, к сожалению, виртуальные лаборатории охватывают не весь курс физики в школе.

При выполнении компьютерных лабораторных работ у школьников формируются навыки, которые пригодятся им и для реальных экспериментов – выбор условий экспериментов, установка параметров опытов и т.д. Все это превращает выполнение многих заданий в микроисследования, стимулирует развитие творческого мышления учащихся, повышает их интерес к предметам естественнонаучного цикла.

В тоже время, изучение предмета физики, как части общеобразовательной программы, предполагает формирование ряда универсальных учебных действий.

Как описано в первом параграфе, в составе основных видов универсальных учебных действий (УУД) выделяют четыре блока:

1) личностный;

2) регулятивный;

3) познавательный;

4) коммуникативный.

Применение виртуальных лабораторных работ на уроках физики способствует:

формированию умений проводить наблюдения, описывать и обобщать результаты наблюдений, использовать простые измерительные приборы для изучения физических явлений;
формированию умений представлять результаты наблюдений или измерений с помощью таблиц, графиков и выявлять на этой основе эмпирические зависимости;
знакомству с методом научного познания и методами исследования явлений и объектов природы и развитие теоретического мышления (от экспериментальных фактов к моделям и гипотезам, а затем и к выводу законов);
формированию самостоятельности в приобретении новых знаний и практических умений.

Таким образом, применение виртуальных лабораторных работ на уроках физики способствует, в первую очередь, формированию познавательных универсальных учебных действий.

Вычленяя данные виртуального эксперимента, анализируя их, учащиеся формулируют результаты, рассматривают, подтвердилась ли гипотеза, адекватна ли реальности виртуальная модель, полученная в ходе преобразования исходной модели. Выдвижение гипотез, экспериментирование являются важнейшими средствами развития у учащихся мышления и воображения. В свою очередь воображение и творческие способности учащихся способствуют выдвижению гипотез и экспериментированию.

Список литературы:

1. Камалеева А.Р., Сарро В.М. Технология формирования у обучаемых

самообразовательных измерительных и экспериментальных умений и

навыков // Вестник Челябинского педагогического государственного университета. – 2010. – № 2. – С. 122-130.

2. Кадеева О.Е., Непочатых И.А. Совершенствование процесса обучения физике через электронные образовательные ресурсы // Альманах современной науки и образования. - №6(96). – 2015. – С.80-82

3. Петрова, И. В. Средства и методы формирования универсальных учебных

действий школьника // Молодой ученый. – 2011. – №5. Т.2. – С. 151-155.

4. Планы занятий и конспектов по физике // Единая коллекция цифровых

образовательных ресурсов. [Электронный ресурс]: Режим доступа:

http://window.edu.ru/catalog/resources/fizika-konspekt-uroka?p_nr=50

5. Фролова М. А. IT-технологии на уроках физики в средней школе //

Приоритетные направления развития науки и образования : материалы VIII

Междунар. науч.–практ. конф. (Чебоксары, 29 янв. 2016 г.). - № 1 (8). -

Чебоксары: ЦНС «Интерактив плюс», 2016. - С. 198-200.