Использование ЦОР в преподавании физики

Дата публикации: 2018-06-02 12:10:49
Статью разместил(а):
Бурлак Елена Евгеньевна

Использование ЦОР в преподавании физики

Автор: Бурлак Елена Евгеньевна

ГБПОУИО «ИАТ», г.Иркутск

 

      Современные общество, техника и производсво меняются очень быстрыми темпами. Перед системой образования стоят задачи воспитания человека, готового жить в ХХІ веке, способного к самосовершенствованию, самообразованию, самореализации в непрерывно меняющемся мире. Сегодня  востребованными оказываются результаты не в виде конкретных знаний, а в виде умения учиться, самостоятельно приобретать знания, ориентироваться в большом потоке информации, уметь её найти, обработать, применить. Образование должно обеспечить адекватность потенциала трудовых ресурсов технике, технологиям, методам управления производством. Реформа содержания  образования осуществляется в направлении усиления практической составляющей и оценивания результативности обучения с позиций компетентности учащихся как интегрированного результата обучения.

      Исторически так сложилось, что курс физики  для учреждений СПО по своему содержанию является политехническим [1]. Концепция изучения физики предусматривает связь изучаемого материала  с основами технологических процессов   (в частности, на предприятиях Иркутской области), что  обеспечивает понимание учащимися роли физических знаний для осуществления производственных процессов и  осознание связи науки и практики. Содержание политехнической подготовки должно отражать состояние современной техники и вызывать у учащихся непосредственный интерес. Работа современной техники тесно связана с использованием информационных технологий, а сама техника применяется практически во всех сферах жизнедеятельности человека. Это один из важных мотивирующих факторов, способных повлиять на формирование ценностных ориентаций учащихся.

В настоящее время всем приходится ежедневно использовать различную технику, в том числе компьютеры, мобильные средства связи. Поэтому молодежь заинтересована и нуждается в получении соответствующих политехнических знаний. Так как современная электронная техника и информационные технологии интересны и значимы для молодых людей, то они должны являться основным содержательным компонентом современной политехнической подготовки [5]. Школьники в повседневной жизни используют смартфоны и планшеты  для поиска информации, общения в социальных сетях, просмотра видео и прослушивания музыки. Применение смартфона как средства обучения активизирует познавательный интерес подростка, способствует развитию критического мышления и формированию информационно-цифровой компетентности.

      Учитель больше не единственный источник информации, поэтому его роль изменяется. Современный учитель должен уметь использовать такие педагогические и информационно- коммуникационные технологии, которые бы способствовали развитию у учеников   учебно-познавательной активности, а также формированию и развитию ключевых компетентностей [3]. Одна из таких технологий – технология мобильного обучения с использованием принципа BYOD в процессе обучения физики.

      BYOD (Bring Your Own Devices – «возьми свое собственное устройство») – это принцип активного использования для учебных занятий смартфонов, ноутбуков, планшетов и других цифровых устройств. Но эти устройства не предоставляются учебным заведением. Ученики применяют личные устройства. Этот принцип пришел в школы из бизнеса, где использование BYOD дает возможность привлекать, вовлекать и удерживать талантливых работников. Принцип BYOD направлен на то, чтобы сделать сотрудников более ффективными, расширить их возможности, помочь им быть более мобильными и повысить производительность труда. Использование этого принципа в школе тесно переплетается с применением принципа политехнизма и позволяет повысить эффективность обучения на уроках физики.

       В настоящее время создано множество самых разнообразных обучающих и практических ресурсов и приложений, которые можно использовать как на уроках, так и во внеурочной деятельности. Несмотря на ожесточенные дискуссии, консерватизм и инерцию гаджеты и технологии проникают в школу. В России онлайн-сервисы для школьников появились сравнительно недавно, но уже можно назвать несколько очень удачных примеров. Рассмотрим некоторые из них.

Учебник «Фоксфорд» — интерактивный справочник по школьной программе за 4–11 классы [10]. Помимо теории и практики в виде примеров и подсказок, с помощью него можно «посетить» более 500 подробных видеоуроков с лучшими преподавателями. Здесь собраны все необходимые формулы по точным наукам и все правила русского языка, все важные даты по истории и схемы по биологии. Учебник доступен на платформах iOS и Android.

Приложение Examer разрабатывает персональный план подготовки к ЕГЭ. Для работы ученик просто указывает свою цель в баллах (например, 85 баллов по физике) и приступает к ежедневным тренировкам. Разработчики уверяют, что теория и задачи по каждой теме и по каждому предмету максимально актуальны. Приложение доступно на платформе Android. Главный его недостаток — высокая цена. Некоторые пользователи, впрочем, считают, что она оправдана. [12]

Приложение Brainly. Пользователи этого приложения могут обмениваться между собой информацией, отвечая друг другу на возникающие во время учёбы вопросы. По сути, это площадка, где школьники учатся у школьников. «Если ты знаешь какой-либо предмет на „отлично“, поделись знаниями с тем, кому они нужны. Чем больше ты отвечаешь, тем больше баллов зарабатываешь, а с баллами растёт и твой статус — от „Новичка“ до „Главного мозга“. Наша цель — верные и полные ответы», — объясняют разработчики. Доступно на платформе Android и iOS.

Лекториум- академический образовательный проект, развивающий два направления — архив видеолекций и онлайн-курсы. В разделе для старшеклассников пока только десять курсов по физике, информатике, географии и биологии. В разделе для учителей — подборка онлайн-курсов повышения квалификации, по завершении которых можно получить соответствующий сертификат. В некоторых случаях за него придется заплатить.

Обучение строится по традиционной схеме MOOC (массовый открытый онлайн-курс) — ученики сначала изучают материал с помощью видеолекций, после чего выполняют промежуточные проверочные работы по каждой теме. Финальный этап — контрольный тест по всему пройденному материалу. К преимуществам сервиса можно отнести бесплатный доступ ко всем лекциям, а самым главным недостатком, пожалуй, является ограниченное количество лекций для каждой категории учащихся и отсутствие материалов для учеников 1-9 классов.

     При внедрении любой инновации нужно быть готовым и к негативной стороне, поэтому рассмотрим как несомненные преимущества, так и негативные аспекты мобильного обучения. Таким образом, несомненными преимуществами использования мобильных устройств и технологий в образовательном процессе школы являются  Быстрый доступ к аутентичным учебным и справочным ресурсам и программам в любое время и в любом месте; постоянная обратная связь с преподавателем и учебным сообществом; учет индивидуальных особенностей студента - диагностика проблем, индивидуальный темп обучения; повышение мотивации обучаемых за счет использование знакомых технических средств и виртуального окружения; организация автономного обучения; создание персонализированного профессионально ориентированного обучающего пространство ученика; развитие навыков и способностей к непрерывному обучению в течение жизни.

     К негативным аспектам мобильного обучения в первую очередь необходимо отнести сложности не столько технического и финансового, сколько административно-организационного и методического характера. Во-первых, сложно убедить как преподавателей, так и администрацию учебных заведений, что данная форма обучения способствует оптимизации учебного процесса, т. к. выполнение заданий проходит на устройствах (телефоны), которые обычно запрещены в школах и вузах для использования в учебной аудитории, поскольку все мобильные устройства выполняют роль электронной шпаргалки. Во-вторых, преподаватели не владеют (в отличие от учеников) соответствующим уровнем ИКТ компетенции, который позволял бы им внедрять в традиционную форму задания на основе мобильных технологий, использовать уже существующие учебные приложения для мобильных устройств, обеспечивать интерактивную поддержку учебного процесса, развивать ИКТ компетенцию самих обучающихся в этой сфере. В-третьих, недостаточно готовых обучающих мобильных ресурсов и программ для студентов и школьников различных уровней и специальностей, но в то же время преподаватели английского языка находятся в более выигрышном положении: существует большое многообразие различных приложений и игр на английском языке, на основе которых можно создавать грамматические тесты, поисковые и игровые задания.

Техническо-финансовые проблемы сводятся к высокой стоимости некоторых мобильных устройств (уже есть недорогие альтернативы iPhone), маленькому экрану и мелкому шрифту, который используется опять-таки не на всех мобильных устройствах. Современный преподаватель сегодня в силах превратить мобильные устройства и технологии из угрозы для обучения в помощь и поддержку.

      Рассмотрим использование учителем приложений для смартфонов при изучении раздела «Механическое движение» для формирования понятий «перемещение», «траектория», «скорость», «средняя скорость». К сожалению, зачастую изучение механического движения сводится к формальному усвоению определений, формул, уравнений, а также к решению задач. Как следствие, через недостаточную наглядность демонстрационного эксперимента в связи с отсутствием необходимых приборов в физическом кабинете, слабой его материальной базой, а также из-за сложности математического аппарата у учащихся возникают определенные трудности понимания кинематических величин. Несформированные в полной мере кинематические понятия, их поверхностное усвоение приводят к снижению заинтересованности в изучении основ кинематики, а в последующем – исчезновению интереса к изучению физики [4].

     Использование смартфонов создает для учащихся психологический комфорт при обучении, что способствует уменьшению отчуждения их от физики. Одной из задач, которые приходится решать очень часто современному человеку, является построение оптимального пути. Ежедневно школьник планирует свой путь от дома к школе, из школы домой, и каждый раз он может меняться. Использование электронных карт облегчает жизнь человека в информационном обществе, а именно ориентирование на незнакомой местности. Работа учеников с электронными картами «Яндекс» и Google – эффективный способ формирования у учащихся умения ориентироваться в пространстве.

     Процесс обучения физике в ОУ невозможно представить без учебного эксперимента. Сервисы Google и другие предлагают различные инструменты для измерения расстояний, подбора оптимального пути между точками и т. д. Использование этих возможностей геосервиса позволяет поручить осуществление механических по своей природе операций компьютеру и больше времени уделить творческой и исследовательской деятельности учащихся. Используя инструмент «Линейка», можно продемонстрировать перемещение между любыми двумя точками карты. Инструмент «Маршруты» позволяет проиллюстрировать траекторию движения между двумя точками карты, определить путь. Каждому ученику можно предложить индивидуальные задания по применению этих инструментов. Смартфоны имеют встроенное приложение «Секундомер», с помощью которого можно фиксировать время движения на разных участках траектории, а на экране аппарата узнать свою скорость. Также смартфон при установке соответствующего программного обеспечения может быть использован для замены таких физических приборов, как секундомер, метроном, стробоскоп, генератор звука. И все эти функции доступны учащемуся всегда, когда с собой есть «умный телефон». Таким образом, мы вооружаем школьников инструментом для физических исследований не только на уроках физики, но и дома, и в дороге.  Рассмотрим, например, приложение «Датчики». [5]

«Датчики измерительные» – это универсальный  набор инструментов, который  является абсолютным «все-в-одном». Это диагностический инструмент, который позволяет узнать практически все о  состоянии мобильного устройства, получить полную информацию со всех датчиков, поддерживаемых планшетом, смартфоном или носимыми устройствами. Все данные с датчиков мобильных устройств отображаются в режиме реального времени. Можно представить измеряемые данные на графике или в виде текста.  Все мульти инструменты и датчики устройства , т.е. все, что нужно для  выполнения экспериментов, находятся в одном приложении: высотомер, детектор металлов,  компас, термометр, счетчик шагов,  акселерометр,  гироскоп, устройство 3D ориентации,  датчик приближения, измерение освещенности (люксметр), магнетометр, барометр,   измеритель относительной влажности, измеритель громкости звука. Приложение также поможет узнать практически полные сведения о мобильном устройстве и  какие датчики оно содержит.

   В учебную программу по физике включена лабораторная работа «Изучение звуковых колебаний различных источников звука с помощью современных цифровых устройств». При ее выполнении в качестве современного цифрового измерительного устройства целесообразно использовать смартфон с установленным на нем программным обеспечением для генерации и анализа звуковых волн.  С помощью смартфона можно исследовать, например, громкость звука, что создается различными источниками. Использование аппарата позволяет не ограничиваться временем урока для изучения звукового загрязнения окружающей среды, а также производить измерения уровня шума возле автодороги, дома, в лесу, на дискотеке в разное время суток. Проведение подобных исследований позволяет реализовать сквозные содержательные линии: «Экологическая безопасность и устойчивое развитие», «Здоровье и безопасность», а также формировать такие ключевые компетентности, как информационно-цифровая (поиск информации про допустимые уровни шума, использование цифровых измерительных приборов и программного обеспечения), экологическая грамотность и здоровый способ жизни (предотвращение негативного влияния шума на организм человека), умение учиться на протяжении всей жизни.

Есть и другие похожие приложения, например  «Умные инструменты» [8] и т.д.

      Несмотря на темпы информатизации в области образования, реальный эксперимент и исследовательские работы не могут заменить виртуальные лаборатории. В учреждения образования поставляется учебное оборудование, ориентированное на использование различных датчиков, но в большинстве учреждений образования его еще нет из-за отсутствия централизованной его поставки и недостаточного финансирования. Использование смартфонов в качестве цифровых измерительных комплексов формирует ценностное отношение к ним как инструментам для исследования окружающей среды.            Современные смартфоны и планшеты – это мощные и сложные устройства с большим количеством схем, плат, датчиков. Именно использование датчиков может помочь учащимся в проведении учебных исследований. Мобильное устройство позволяет научить школьников не просто измерять различные параметры окружающей среды, но и проводить анализ и статистическую обработку результатов исследований с помощью специальных программ.

      Для того чтобы превратить смартфон в настоящую измерительную лабораторию, нужно установить специальное программное обеспечение, которое бы предоставило доступ пользователю к использованию датчиков. Одна из таких программ, которая имеет мультиязычный интерфейс,– «Научный журнал»[7]. С помощью датчиков она способна измерять в режиме реального времени и сохранять в памяти устройства различные сведения, набор которых зависит от наличия датчиков в смартфоне. Как правило, для пользователя доступны данные про движение, освещенность, силу звука. Также «Научный журнал» может быть синхронизирован с различными цифровыми устройствами, что позволяет расширить возможности системы, например увеличить количество датчиков и точность измерений.

      Еще одно приложение для обучения физике - Lab4Physics – мобильное приложение, позволяющее заменить лабораторное оборудование смартфонами [6].

Приложение использует камеру, микрофон и датчик движения смартфона для измерения таких величин, как скорость, ускорение, сила тяготения, звуковые волны и другие. Чтобы провести эксперимент, нужно запустить выбранный измерительный инструмент и навести смартфон на находящийся поблизости объект. Сейчас в приложении доступны сценарии более 20 экспериментов.  Закончив каждый эксперимент, ученики получают все данные в цифровом виде. Можно рисовать графики, проводить дальнейшие расчеты или в два щелчка отправить результаты учителю и одноклассникам. По словами создателей, 40% учеников, использующих приложение, улучшают свои результаты по физике.

     Смартфоны с установленным программным обеспечением для тестирования знаний учащихся также можно использовать как инструмент оперативного контроля на разных этапах обучения.

    Для решения практико-ориентированных задач целесообразно ознакомить учащихся с программами-конверторами в СИ внесистемных единиц длины и объема используемых в разных отраслях промышленности и транспорта.

     Расчеты, выполняемые учениками при решении задач или при обработке результатов эксперимента, требуют использования калькулятора. Следует приучать учеников применять инженерный (научный) калькулятор как отдельный прибор и как программу для смартфонов. Интерфейсы программ разных производителей могут существенно отличаться, но все они позволяют оперировать с числами, представленными в стандартном виде.

     Так как современная техника и информационные технологии интересны и важны для школьников, то они должны выступать основным содержательным компонентом современного политехнического образования. Особо актуально это при обучении физике учащихся, которые хотят связать или уже связали свою будущую профессиональною деятельность с техникой, с прикладным профилем обучения, так как они имеют высокую мотивацию к получению политехнических знаний и понимают значение информационных технологий в жизни человека. 

 

Литература и источники:

1. Атутов, П. Р. Концепция политехнического образования в современных условиях / П. Р. Атутов // Педагогика. – 1999. – № 2. – С. 17–20.

 2.Вовкотруб В. П. Эргономичный подход к развитию  школьного физического эксперимента : монография / В. П. Вовкотруб. – К., 2012. – 280 с.

3. Котляров, В. А. Использование современного оборудования для реализации принципа политехнизма в учебном процессе / В. А. Котляров, Д. А. Кормачев // Физика в школе. – 2010. – № 6. – С. 55–59.

4. BYOD: концепция, технологии и решения:  (20.03.2018)

5. Приложение «Датчики измерительные»

6. Приложение «Физическая лаборатория»

7. Приложение «Научный журнал»

8. Приложение «Умные инструменты» 

9. Приложение «Физика»

10. Приложение "Научные опыты для детей" для iOS

11. Учебник «Фоксфорд» 

12. Приложение «Eхamer» для самостоятельной подготовки к ЕГЭ

13. Лекториум-просветительский образовательный проект