Повышение наглядности в курсе физики с помощью информационных технологий

Бурное развитие в мире компьютерной техники и информационных технологий в значительной степени способствует проводимой в настоящее время реорганизации российской системы образования. Существенные изменения в программах многих дисциплин заставляют искать новые методики преподавания учебного материала. Одной из сравнительно новых форм в обучении является информатизация образования, то есть процесс обеспечения сферы образования методологией и практикой разработки и оптимального использования новых информационных технологий.

При этом особо можно отметить использование программированных учебных пособий в связи с их широкой популярностью в практике российского и зарубежного образовательного процесса вследствие их неисчерпаемых потенциальных возможностей. Эта статья посвящена рассмотрению возможностей и особенностей применения информационных технологий в школьном и вузовском курсе общей физики. Эффективность использования различных интерактивных методик исследовалась в США Национальным тренинговым центром штата Мэрилэнд. Оказалось, что использование программированных учебных пособий прогнозирует усвоение изучаемого материала в пределах 30-100 %, в то время, как на традиционных лекциях, при чтении, использовании аудио-, видеопособий, различного рода демонстраций его усвоение лишь 5-30 %.

Методические цели внедрения в учебный процесс программированных учебных пособий следующие:

1.    Сокращение затрат времени на изучение материала.
2.    Визуализация явлений, не наблюдаемых в реальных экспериментах.
3.    Индивидуализация и дифференциация процесса обучения.
4.    Самоконтроль и самокоррекция студентов.
5.    Формирование информационной культуры в учебном процессе.

За 6 лет автором разработаны 15 программированных учебных пособий для визуализации и изучения различных физических процессов, на которые получены авторские свидетельства и 6 актов о внедрении в учебный процесс ведущих образовательных учреждений Орловской области. Созданные программированные учебные пособия являются составной частью регионального депозитария электронных образовательных ресурсов. Методика их использования в курсе физики может быть различной. Рассмотрим наиболее значимые направления их применения.

Во-первых, для демонстрации на лекциях в вузах процессов, механизм которых невозможно наблюдать в реальности. Например, для визуализации движения термоэлектронов в двухэлектродной лампе при обратном напряжении, движения электронов в поперечном магнитном поле в зависимости от его величины, выстраивания магнитных доменов в образце по направлению внешнего магнитного поля при изучении магнитного гистерезиса, поведения электронного пучка в электронном осциллографе.

Во-вторых, для тестирования в школах и вузах по пройденному материалу. Например, программированное учебное пособие для изучения электронного осциллографа предусматривает два режима функционирования. Первый – «изучение», когда при объяснении принципов его действия хорошо видны все изменения, происходящие внутри прибора. Второй – «тестирование», когда все внутренние процессы скрыты, а отображается только след луча на экране.

В-третьих, для проверки в школах и вузах правильности решения задач, например связанных с расчетом траектории точки, участвующей в двух взаимно перпендикулярных колебаниях, или задач, связанных с нахождением дальности разлета осколков при разрыве снаряда в верхней точке траектории его движения.

В-четвертых, для выполнения в школах и вузах, где физика не является профилирующей дисциплиной, лабораторных работ. Интерфейс каждой лабораторной работы продуман так, чтобы студент или школьник, даже мало знакомый с ЭВМ, мог выполнить задание без посторонней помощи. Это направление сегодня очень актуально, так как компьютеризация школ и вузов заметно опережает оснащаемость их физическими лабораториями. Кроме того, создание и использование программированных учебных пособий развивает межпредметные связи между физикой и информатикой.

В статье приведены лишь некоторые из возможных направлений использования созданных автором программированных учебных пособий. Потенциальные возможности их применения весьма высоки, и могут быть значительно расширены каждым конкретным пользователем.

В заключение автором могут быть выделены следующие значительные преимущества программированных учебных пособий.

1.    Физические – студент синхронно с работой приборов видит внутренние физические процессы, которые в реальном оборудовании не наблюдаются, что углубляет понимание сути физических явлений.
2.    Технические – дискретность фиксируемых значений много выше, чем в реальных приборах, что делает нагляднее изучаемые закономерности.
3.     Экономические – резко снижаются затраты на приобретение и ремонт лабораторного оборудования, что весьма актуально в настоящее время.
4.     Педагогические – формируется информационная культура, вызывающая в студенческой аудитории интерес к изучению физики.