Формирование универсальных учебных действий учащихся через виртуальный эксперимент на уроках физики.

Головырина Е.Г.

учитель физики и информатики, МОУ СОШ №15

Формирование универсальных учебных действий  учащихся через виртуальный эксперимент на уроках физики.

Современный человек сегодня должен не только овладеть суммой знаний, но и сформировать готовность и способность к саморазвитию и личностному самоопределению. Очень важно научить его общим, универсальным способам деятельности. Для того чтобы подготовить такого человека необходима другая образовательная среда, которая позволит обеспечить:

Ученику:	Учителю:
- повышение мотивации обучения и его качества; - расширенные ресурсы для обучения; - компетентность в области информационных, компьютерных и цифровых технологий; - доступность профильного и дополнительного образования; - ресурсы и навыки самообразования.	- возможность освоения нового оборудования и его эффективного применения в учебно-воспитательном процессе; -  возможность освоения и  внедрения в учебный процесс цифровых технологий; -  трансформацию обучения для повышения активности и самостоятельности учеников.

Современная программа по физике включает целый ряд весьма непростых для понимания вопросов. При традиционном натурном физическом эксперименте основное внимание школьников концентрируется на происходящей демонстрации, в отрыве от математических выкладок теории, на которой основано показываемое явление. У школьников не сразу возникает законченная взаимосвязь теоретических концепций с поведением некоторого физического объекта. Кроме того, в натурном эксперименте бывает трудно воспроизвести идеальные условия, описанные в теории, поэтому его результаты не всегда наглядно её демонстрируют.

Современный физический эксперимент практически невозможен без использования компьютерных технологий. В виртуальном эксперименте (виртуальной лабораторной работе), компьютер является единственной частью установки, моделируя и сам физический процесс, и приборы, необходимые для проведения исследования, причем компьютер используется для получения заранее известных результатов, обучения исследовательскому методу познания.

Можно выделить основные пути применения виртуального эксперимента, обуславливающие его актуальность:

⎯виртуальный эксперимент как замена реального эксперимента в случае трудности его реализации (дорогостоящее оборудование, опасность и т.д.)

⎯виртуальный эксперимент пригоден для дистанционных форм обучения, когда нет возможности работать с реальными установками;

⎯виртуальный эксперимент легко тиражировать для групповой работы учащихся.

Компьютерный эксперимент позволяет произвести моделирование физической науки, делая процессы более наглядными за счет динамики, схематизации, воспроизведения таких деталей, которые могут ускользать при проведении реального эксперимента. При этом возможно многократное "прокручивание" модели, за счет чего достигается лучшее усвоение принципов работы. Виртуальная реальность дает возможность моделировать перенос в пространстве и во времени, а также осуществлять наглядные трансформации объектов не только макро-, но и микромира.

Компьютерные лабораторные работы могут образовывать отдельный практикум или составлять заметную долю работ в обычном практикуме.

Существует ряд программных продуктов, сред для конструирования виртуальных экспериментов (Логомиры, Открытая Физика, LabVIEW (Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) и др.) Их использование открывает широкий простор для творчества, однако требует значительного времени на освоение среды и на конструирование подходящего эксперимента.

Для быстрой организации работы на уроке можно использовать готовые интерактивные модели. Каждая из них, как правило, моделирует лишь один конкретный эксперимент, однако в настоящее время разработано достаточно большое количество подобных моделей к самым разным разделам учебного курса. Найти интерактивные модели можно на ряде сайтов, например:

http://fcior.edu.ru/

http://school-collection.edu.ru/.

Кроме того, в комплекте к УМК зачастую продаются диски с ЭОР, где могут быть и готовые разработки виртуальных лабораторных работ.

Конечно, для использования виртуального эксперимента на уроке необходимы АРМ учеников. Можно принести ноутбуки, или договорится о доступе в компьютерный класс. Кроме того, возможны фронтальные формы проведения. Интерактивные модели можно продемонстрировать классу через проектор или посредством интерактивной доски. Наконец,  интерактивные модели можно давать на дом для проведения самостоятельного эксперимента.

Не забывайте, что интерактивные модели, как правило, недоступны для редактирования. Тщательно проверяйте найденный ресурс на научность, соответствие теме и работоспособность на вашем оборудовании.

Следует не забывать и об авторских правах. Если вы включаете какой-либо подобный ресурс в свой урок, и собираетесь опубликовать эту разработку, то необходимо указывать адрес сайта или название диска, с которого вы взяли интерактивную модель и указать ее автора.

В процессе самостоятельной экспериментальной деятельности обучающиеся приобретают конкретные умения:

• наблюдать и изучать явления и свойства веществ и тел;

• описывать результаты наблюдений;

• выдвигать гипотезы;

• отбирать необходимые для проведения экспериментов приборы;

• выполнять измерения;

• интерпретировать результаты экспериментов;

• делать выводы;

• обсуждать результаты эксперимента, участвовать в дискуссии.

Работу с интерактивной моделью на уроке, как правило, проводят в малых группах, в результате чего формируются коммуникативные УУД. Учащимся приходится распределять роли по выполнению работы. Кто-то сидит за компьютером, кто-то засекает время и т.д. Формируются навыки командной работы, развивается умение договариваться, решать конфликтные ситуации, общаться, устанавливать коммуникативные связи.

Формирование регулятивных УУД происходит за счет того что учащиеся сами ставят цель эксперимента, формулируют гипотезу, составляют план работы и делают вывод.

Формирование познавательных УУД происходит через овладение умениями проводить эксперименты (учащиеся проводят измерения, заполняют таблицу), оценивать полученные результаты (ученики самостоятельно делают вывод), овладение умением сопоставлять экспериментальные и теоретические знания с практической ситуацией

Для иллюстрации вышеуказанных принципов мы опишем использование виртуального эксперимента на уроках физики по теме «Изучение колебаний математического и пружинного маятников» (9 класс, УМК Пурышевой) и «Исследование изопроцессов» (10 класс УМК Пурышевой).

При проведении лабораторной работы «Исследование изопроцессов» (10 класс, УМК Пурышевой)  мы предлагаем ученикам воспользоваться виртуальной лабораторной работой. Данную работу мы  обнаружили на сайте http://school-collection.edu.ru/

http://school-collection.edu.ru/catalog/rubr/5305aaf6-1c14-4568-bb75-eb11c4b87aa7/111880/?interface=pupil&class[]=49&class[]=50&class[]=51&subject=30

В данной  компьютерной демонстрации ученикам предлагаются две зоны – экспериментальная и модельная. В экспериментальной зоне предлагается цилиндр с газом, запертым подвижным поршнем. С газом осуществляется некоторый замкнутый процесс, состоящий из некоторой последовательности изотерм, изобар, изохор. Ученикам надо разгадать, какой именно цикл проводится с газом, и в точности воспроизвести его на модельном газе. У учеников есть средства для получения информации:

-       наблюдение за поведением цилиндра;

-       автоматическое заполнение таблицы макропараметров (объем, давление, абсолютная температура), причем показания с приборов снимаются с той частотой, которую указывает ученик.

Эта программа позволяет отработать переходы между разными способами описания изопроцессов: визуальным, табличным, графическим. Для проверки своего решения ученики переходят в экран 3 и нажимают «Старт».

В версиях №№ 2 - 4 ученикам предлагается построить графики разных процессов в координатах (p, V), (p, T), (V, T). Ученики имеют возможность сравнить свой замысел с реализацией с помощью модельного цилиндра. 

На момент проведения лабораторной работы ученики уже знакомы с принципом работы данного ЭОРа (при изучении газовых законов мы работаем с другими версиями).

При выполнении лабораторной работы учащимся предлагают:

Сформулировать цель работы; определить, какие приборы и материалы нужны для ее выполнения. При решении каждой экспериментальной задачи сформулировать гипотезу; составить план работы; выполнить необходимые измерения и вычисления; сделать вывод.

Лабораторная работа состоит из трех основных заданий:

1.       Проведите эксперимент и изучите поведение газа под поршнем. С помощью графика запрограммируйте поведение модельного цилиндра так, чтобы он вел себя в точности так же, как экспериментальный. Проверьте свое решение, нажав кнопку «Старт» Перенесите результат вашего исследования в бланк.

2.      Опишите, какие изопроцессы  использованы в эксперименте.  Изобразите их на графике в разных координатах (V,T  и p,T).

3.      Из полученных выше данных доказать выполнение газовых законов.

При проведении лабораторной работы «Изучение колебаний математического и пружинного маятников» (9 класс, УМК Пурышевой), вместо натурного эксперимента с  пружинами разной жесткости мы предлагаем ученикам воспользоваться виртуальной лабораторной работой. Данную работу мы  обнаружили на сайте http://fcior.edu.ru/

(http://fcior.edu.ru/card/12822/izuchenie-zavisimosti-perioda-kolebaniy-gruza-na-pruzhine-ot-massy-gruza.html)

  Виртуальная лабораторная работа разработана для использования в открытой образовательной  модульной мультимедийной системе (ОМС) и представляет собой 3 задания для виртуального исследования, а также интерактивную модель  «Зависимость периода колебаний груза на пружине от массы груза», позволяющую задать стартовую массу груза и жесткость пружины, и наблюдать колебания груза. Учащиеся могут самостоятельно выяснить зависимость периода колебаний от массы и жесткости, либо использовать рекомендованные для проведения лабораторной работы значения.

При выполнении данной лабораторной работы учащимся также  предлагается:

Сформулировать цель работы; определить, какие приборы и материалы нужны для ее выполнения. При решении каждой экспериментальной задачи сформулировать гипотезу; составить план работы; выполнить необходимые измерения и вычисления; сделать вывод.

В лабораторной работе проведя ряд экспериментов, предлагается определить зависимость периода колебаний пружинного маятника от массы груза и от жесткости пружины.

Список литературы:

1.      Асмолов А.Г., Бурменская Г.В., Володарская И.А., Карабанова О.А., Салмина Н.Г. Молчанов С.В. Как проектировать универсальные учебные действия: от действия к мысли/ Под ред.А.Г.Асмолова -  М. - 2008.

2.      Матюшкин А.М. Проблемные ситуации в мышлении и обучении. – М.: Директ-Медиа, 2008.

3.      Петерсон Л.Г. Деятельный метод обучения: образовательная система «Школа 2000…»/ Построение непрерывной сферы образования. – М., 2007.

4.      Программа развития и формирования универсальных учебных действий для основного общего образования. – М.: 2008.

5.      Федеральный государственный образовательный стандарт основного общего образования / М-во образования и науки Рос. Федерации. – М.: Просвещение, 2011.