Применение компьютерных технологий на уроках физики в школе

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ АРК

КРЫМСКИЙ РЕСПУБЛИКАНСКИЙ ИНСТИТУТ ПОСЛЕДИПЛОМНОГО  ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Применение компьютерных технологий на уроках физики в школе

Творческая работа слушателя  курсов повышения  квалификации учителей физики

                                             учителя Верхореченской СОШ

                   Бахчисарайского района

                                                       Марченко Вадима Анатольевича

                                   Научный руководитель

                                            Бойчук Любовь Ярославовна

г. Симферополь 2008 г.

Содержание.

Введение.                                                                                                    3

I.                   Использование компьютерных технологий в школе.

1.1   . Цели и задачи применения компьютерных технологий на уроках физики в современной школе.                                            4

1.2   . Формы организации учебных занятий с использованием информационных технологий.                                                        7

1.3   . Методы обучения при использовании информационных и телекоммуникационных технологий.                                           13

1.4   . Компьютерные модели в школьном курсе физики.                  17

II.                Практическая часть.

Применение компьютерных моделей на уроках физики.                20

Заключение.                                                                                              28

Список использованной литературы.                                                           29 

Наше общество претерпевает быстрые и фундаментальные перемены в струк­туре и областях деятельности. Мы находимся в состоянии перехода от индустриального века к информацион­ному. Корни многих изменений кроются в новых способах создания, хранения, передачи и использования информации. Это означает, что огромное число людей все чаще и чаще сталкивается с необходимостью обработки постоянно возрастающего объема информации.

Компьютерные технологии являют собой вполне очевидные проявления информационной революции. Поэтому становится понятным тот пристальный интерес который проявляют к компьютерной гра­мотности учащиеся, ищущие пути адаптации школы к сов­ременному миру. Все большее число родителей, учителей и учащихся прихо­дят к убеждению, что в результате полученных знаний о компьютерах и при­обретенных навыков работы на них дети будут лучше подготовлены к жизни и материальному благополучию в меняющемся мире.

Но следует ли детям использовать компьютеры в школе или, скажем более конкретно, не только на уроках  информатики, а допустим и физики?

Многие педагоги отвечают на этот вопрос утвердительно. У некоторых имеются возражения философского или чисто практического характера. Однако все согласны с тем, что какая-то адаптация школы к ком­пьютерному веку необходима. Единого же мнения о том, в чём она должна состоять, не существует. Часть людей убеждены в том, что компьютер предоставляет новые воз­можности для творческого развития детей и их учителей, позволяет освобо­диться от нудного традиционного курса обучения и разработать новые идеи и средства выражения, даёт возможность решать более интересные и слож­ные проблемы по предмету. У меня, как у учителя физики, нет сомнения в том, что тема компьютеризации учебно-преподавательской деятельности в современной школе является актуальной, отвечающей всем тем изменениям в обществе, о которых сказано выше.

Цели и задачи применения компьютерных технологий на уроках физики в современной школе.

«При переходе к третьему тысячелетию всё стремительнее стал бег времени. Особенно остро ощущают это люди старшего поколения: они имеют возможность сопоставить космические скорости сегодняшних перемен с неторопливым развитием событий минувших дней. Ещё в середине XX столетия из окон поезда дальнего следования можно было видеть вереницы бегущих вдоль дороги детей, приветствующих загадочную для них машину. Но уже в конце 50-х годов с тем же тайным восторгом и замиранием сердца и мальчишки, и взрослые отыскивали на ночном небе первый советский спутник. Очевидно, что для нашего времени таким "спутником" стала микроэлектроника, всё глубже пронизывая новые и новые области жизни: она обеспечивает безупречное следование программе космического корабля, "оживляет" тысячи механизмов, позволяет создавать безлюдные технологии, она самым решительным образом изменила содержание труда для многих тысяч людей, она протягивает нам руку помощи в службе быта, транспорте, магазине, поликлинике, переговорном пункте и на почте, в развлечениях, играх, спорте…»   [1]

Нынешнее общество остро нуждается в молодёжи, которая значительно превзошла бы своими знаниями, умениями, изобретательностью, интеллектом нас, своих родителей, учителей, мастеров, профессоров, в молодёжи, которая без страха и недоверия идёт на контакт с новой техникой и умеет ставить перед нею все те вопросы, какие задаёт жизнь. Общество нуждается не только в умелых партнёрах новой техники, способных вовремя нажимать клавиши, но и в её талантливых создателях. Для этого уже в школе надо формировать новое техническое мышление и инновационный, подход к постановке и решению общественно значимых задач. Но одним-двумя часами в неделю на уроках информатики эту проблему не решить. В этом, как мне кажется, и состоит ведущая педагогическая идея опыта, идея о возможности использования персональных компьютеров непосредственно в урочном процессе, в части на уроках физики.

Применение в преподавании физики информационных технологий позволит более успешно решать следующие задачи:

·       развивать образное мышление учащихся благодаря использованию широких возможностей представления визуальной информации;

·       развивать творческое мышление путём использования динамичных методов обработки и предъявления информации;

·       осуществлять воспитание коллективизма и коммуникативности в процессе обмена данными между учащимися при обсуждении или создании совместных видеопроектов;

·       воспитать познавательный интерес, опираясь на естественную тягу школьников к компьютерной технике;

·       разрабатывать новые методы обучения, ориентированные на индивидуальные познавательные потребности личности.

Решение этих задач становится возможным вследствие использования вместе с видеокомпьютерными средствами таких методов обработки информации, как моделирование, компьютерная графика, мультимедиа, видеопроекция, компьютерная обработка результатов лабораторных экспериментов. Современный урок невозможен без использования информационных и телекоммуникационных технологий. Особенно это касается предметов естественно - научного цикла, т.к. именно они формируют единую картину мира. И все же не следует возносить возможность компьютеров. Передача информации еще не гарантия обеспечения в полной мере передачи знаний, культуры, информационные технологии  это всего лишь эффективные вспомогательные средства, которые помогают решать следующие педагогические цели:

1.                   Развитие личности обучающегося, подготовка его к самостоятель- ной продуктивной деятельности в условиях современного информационного общества: развитие мышления, эстетическое воспитание, формирование умений принимать правильное решение или предлагать варианты в сложной ситуации, развитие умений осуществлять экспериментально-исследовательскую деятельность.

2.                   Реализация социального заказа, обусловленного информа- тизацией современного общества.

3.                   Интенсификация образовательного процесса во всех уровнях системы непрерывного образования:

o    повышение эффективности и качества образовательного процесса за счет реализации возможностей информационно-коммуникационных технологий (ИКТ);

o        активизация познавательной деятельности с использова- нием ИКТ;

o        углубление межпредметных связей за счет использования ИКТ;

o        реализация идей открытого образования на основе использования сетевых технологий.

Использование компьютерных технологий на уроках будет двояковыгодным и учителю и его ученикам. Благодаря применению информационных технологий на своих уроках преподаватель получает возможность спроектировать обучающую среду; возможность реализовать принципиально новые формы и методы обучения; дополнительные возможности для поддержания и направления развития личности обучаемого; творческого  поиска и организации совместной деятельности учащихся и учителей; разработки и выбора наилучших вариантов учебных программ; использования интеллектуальных форм труда.

Ученик же в свою очередь получает доступ к нетрадиционным источникам информации; к повышению эффективности самостоятельной работы. Перед ним появляются совершенно новые возможности для творчества, обретения и закрепления различных профессиональных навыков. Внедрение ИТ в учебный процесс, в силу очевидных причин, сегодня представляется достаточно длительным этапом, который, вероятнее всего, будет проходить по пути наращивания методического материала этой технологии каждым учителем в рамках своего предмета.

Формы организации учебных занятий с использованием информационных технологий.

Попробуем, все таки перечислить основные формы организации учебных занятий с использованием информационных технологий.  Из всего разнообразия форм организации можно выделить основные: урок-объяснение нового материала, проведение лабораторных работ, урок закрепления знаний, урок обобщения и систематизации знаний, использование образовательных сайтов. Рассмотрим подробно некоторые формы организации учебной деятельности.

Урок-объяснение нового материала. Благодаря использованию информа- ционных технологий на уроке-объяснении нового материала можно показывать фрагменты видеофильмов, редкие фотографии, графики, формулы, анимацию изучаемых процессов и явлений, работу технических устройств и экспериментальных установок, послушать музыку и речь, обратиться к интерактивным лекциям. Существует несколько вариантов использования реальных физических экспериментов и показа компьютерных экспериментов, интерактивных моделей и видеофрагментов. Видеофильмы, интерактивные модели, пошаговые анимации позволяют показать объекты в движении, изменении, развитии, поэтому являются важнейшими средствами иллюстрации объяснения учителя. Именно с их помощью можно показать такие явления и эксперименты, которые недоступны непосредственному наблюдению, например, эволюцию звезд, ядерные превращения, квантование электронных орбит и т.п. С помощью моделей из виртуальной лаборатории, можно смоделировать процессы, происходящие в циклотроне, масс-спектрометре, показать движение электронов в магнитном поле. Демонстрация опытов, микропроцессов, которые нельзя проделать в школе,  возможна без показа реальных экспериментов.

«Сценарий урока представляет собой мультимедийный конспект, содержащий краткий текст, основные формулы, чертежи, рисунки, видеофрагменты, анимации. Обычно такие сценарии подготавливаются в форме мультимедийных презентаций с использованием программы Power Point из пакета Microsoft Office. Презентации демонстрируются самим учителем непосредственно в кабинете физики, с помощью переносного мультимедийного проектора, подключенного к персональному компьютеру. Изображение проецируется на большой настенный экран. По сравнению с традиционной формой ведения урока, заставляющей учителя постоянно обращаться к мелу и доске, использование таких сценариев высвобождает большое количество времени, которое можно употребить для дополнительного объяснения материала. Сценарии применяются как при изложении нового материала, так и при повторении пройденного.

Основной проблемой, с которой сталкивается учитель при подготовке таких сценариев, является поиск материалов для их создания. Источниками демонстрационных материалов служат имеющиеся в продаже мультимедийные диски, материалы в сети Интерне. Среди мультимедийных дисков в первую очередь следует отметить мультимедийные курсы физики ("Физика в картинках", "Открытая физика" фирмы Физикон, "Репетитор" фирмы 1С и т.д.). С этой точки зрения, более привлекательным выглядит использование мультимедийных энциклопедий ("Кирилл и Мефодий", "Мир вокруг нас" ), а также появившихся в последнее время дисков-сборников электронных наглядных пособий, среди которых наиболее приятное впечатление производит диск "Физика 7-11" издательства "Дрофа" и ЗАО 1С. Материалы этих источников доступны непосредственно без применения специальных интерфейсных программ. Их можно перенести в рабочую папку на компьютере, с которого во время урока ведутся демонстрации, включить эти демонстрации в мультимедийную презентацию. Тем самым во время урока отпадает необходимость в обращении к оригинальным дискам, резко уменьшается время перехода от одного материала к другому, экономится время урока, не нарушается его темп.» [ 3 ]

Лабораторные работы. Следующая форма организации учебной деятельности это проведение компьютерных лабораторных работ. Для проведения такого урока необходимо, прежде всего, разработать соответствующие раздаточные материалы (бланки лабораторных работ). При наличии компьютерного класса работы можно загрузить в компьютеры. Задания следует расположить по мере возрастания их сложности. Вначале имеет смысл предложить простые задания ознакомительного характера и экспериментальные задачи, затем расчетные задачи и, наконец, задания творческого характера. Появляется возможность выполнить работу в виртуальной лаборатории путем выбора различных начальных параметров. Это позволяет существенно сократить время выполнения и проверки лабораторной работы. Работа заносится в компьютеры, тем самым, освобождая учащихся от излишней писанины. Ребята заносят результаты измерений в готовые таблицы, производя подсчет сразу в компьютере. В оставшееся время можно поработать над задачами, условия которых занесены в компьютер, и затем произвести проверку и сравнить свое решение с правильным решением, предложенным специальной компьютерной программой.

При планировании уроков необходимо учитывать специфику технических условий, в которых будет проходить урок, то есть сколько компьютеров в классе: один или это полноценный компьютерный класс? Именно от этого и будет зависеть, ограничиться ли показом видеофрагмента и интерактивного эксперимента для всего класса через видеопроектор, или имеется возможность полноценной работы с тестирующим комплексом, лабораторными компьютерными работами, виртуальными моделирующими средствами.

Учебный диск "Виртуальная физическая лаборатория, 7-11 классы" может быть использован в учебном процессе следующим образом: демонстрация с помощью мультимедиа-проектора на экране или  с помощью  компьютерного класса  лабораторных работ, показ видеозаписей, создание интерактивных моделей; проведение электронной аттестации учащихся по прилагающимся контрольным вопросам к каждой работе; подготовка материалов для проведения контрольной работы или зачета. Компьютерные модели легко вписываются в традиционный урок и позволяют организовывать новые виды учебной деятельности.

Урок закрепления знаний. Можно предложить учащимся для самостоятельного решения в классе или дома задачи, правильность решения которых они смогут проверить, поставив компьютерные эксперименты. Самостоятельная проверка полученных результатов при помощи компьютерного эксперимента усиливает познавательный интерес учащихся, делает их работу творческой, а в ряде случая приближает её по характеру к научному исследованию.

В результате, на этапе закрепления знаний многие учащиеся начинают придумывать свои задачи, решать их, а затем проверять правильность своих рассуждений, используя компьютер. Составленные школьниками задачи можно использовать в классной работе или предложить остальным учащимся для самостоятельной проработки в виде домашнего задания.

Урок обобщения и систематизации знаний – исследование. Учащимся предлагается на этапе обобщения и систематизации нового учебного самостоятельно провести небольшое исследование, используя компьютерную модель или виртуальную лабораторию, и получить необходимые результаты. Компьютерные модели и виртуальные лаборатории позволяют провести такое исследование за считанные минуты. Конечно, учитель формулирует темы исследований, а также помогает учащимся на этапах и проведения экспериментов. Задания творческого и исследовательского характера существенно повышают заинтересованность учащихся в изучении физики и являются дополнительным мотивирующим фактором. По указанной причине такие уроки особенно эффективны, так как ученики получают знания в процессе самостоятельной творческой работы. Эти знания необходимы им для получения конкретного, видимого на экране компьютера, результата. Учитель в таких случаях является лишь помощником в творческом процессе формирования знаний.

Использование образовательных сайтов в урочном процессе и проектной деятельности. При использовании информационных технологий при проектной деятельности значительно возрастает не только скорость разработки проекта, но и, что более важно, возрастает качество готового проекта. Проект разработанный при помощи информационных технологий приобретает новую сущность - становится мультимедийным. При этом, работая над проектом, как ученики, так и учителя овладевают новыми, ранее не изученными навыками, которые сегодня крайне востребованы. При подготовке учащихся к сдаче внешнего независимого оценивания использование информационных технологий можно определить в следующих направлениях: проведение местного тестирования и диагностики; поиск и обработка информации в рамках подготовки к ВНО с использованием сети Интернет.

         «Среди источников информации следует особо отметить сеть Интернет, где в свободном доступе находится большое количество фотографий и фрагментов видеофильмов различных физических явлений. Число сайтов, содержащих такие материалы, постоянно растет, поэтому можно  перечислить здесь только некоторые из наиболее интересных ресурсов. Среди них - сайт «Физика в анимациях» ( http://www.infoline.ru.), на котором можно найти анимационные схемы многих физических процессов. На сайте "Формула 1" (http://video.f1gp.ru/nuclear.php3) до недавнего прошлого был размещен архив видеоматериалов по ядерным взрывам. Здесь, в частности, были представлены видеофрагменты первых американских и советских ядерных испытаний, взрывы ядерных бомб над Хиросимой и Нагасаки. В форуме нового варианта этого сайта идет активное обсуждение вопроса о возвращении доступа ко многим материалам. Актуальные фото и видео материалы, пригодные для использования на уроке, можно найти на сайте "Вестей" ( http://www.vesti.ru ).Значительная часть демонстрационных материалов готовится учителем самостоятельно при активном участии учеников. Среди этих материалов есть цифровые фотографии и видеозаписи физических явлений, фрагменты художественных фильмов, иллюстрирующие различные физические законы. Это могут быть отсканированные схемы и рисунки из обычных научных, учебных или энциклопедических изданий. При этом следует подчеркнуть, что компьютерная демонстрация физических явлений рассматривается не как замена реального физического демонстрационного опыта, а как его дополнение.» [ 4 ]

Методы обучения при использовании информационных и телекоммуникационных технологий

«О необходимости изменения методов обучения в современном школьном преподавании говорят уже сами учащиеся. По статистике 92% опрошенных выпускников школы считают, что и методы, и формы учебной работы, и содержание предметов должно меняться. Наиболее распространенные аргументы школьников в защиту этого положения заключаются в том, что школа «очень консервативна», «недостаточно современного материала, информации»; в то время как «мир меняется каждую минуту», «неувлекательная домашняя работа», «скучно», «неинтересно смотреть в подзорную трубу, если дома мощный телескоп», «нужны семинары, где можно спорить, доказывать», «в основном используются только стандартные методы - учебники», «практически не используется Интернет, а он нужен!», «поколения меняются, у подрастающего поколения разное мышление и надо соответственно адаптировать методы» .

Все это означает лишь одно: что для преодоления стремительно возрастающей пропасти между школой и жизненным пространством учащихся современная школа должна стать более открытой информационной средой. На каждом отдельном конкретном учебном предмете учащиеся должны видеть возможность использования разных источников информации. Безусловно, главными из них будут оставаться учитель и учебник, но уже – не единственными! В идеале в учебном процессе должны быть задействованы все источники информации. «Их информационная ценность, необходимость овладения умением пользоваться каждым из этих источников должны ясно осознаваться обучаемым … Школьник должен понимать, что такой источник информации, как учитель, существующий лишь в специально сконструированной среде, в «среде взрослой жизни» исчезнет, а все прочие останутся. От умения пользоваться этими источниками будет радикальным образом зависеть дальнейший образовательный рост индивида, становление его личности, и как следствие этого его профессиональная карьера, его самореализация в общественной и личной жизни» . [ 2 ]

«Обучением разным способам работы с информацией, включая внешкольные источники, занимается медиаобразование, интегрированное в тот или иной учебный предмет. Содержание медиаобразования, интегрированного в конкретный учебный курс, представляет собой систему теоретических знаний, получаемых из всех доступных источников, включая СМИ, многочисленные сведения прикладного характера, а также процессуальные умения самостоятельно добывать необходимую информацию, анализировать ее и обрабатывать.» [ 5 ]

Рассмотрим некоторые приемы, нацеленные непосредственно на формирование умений работы с различными источниками информации. По типу используемого источника информации и содержанию учебной деятельности приемы делятся на словесные, наглядные, практические.

К словесным относится использование сообщений печатных СМИ, устной и письменной речи учащихся. Учитель при использовании словесных приемов предлагает текстовое сообщение из журнальной или газетной статьи либо в распечатанном виде для каждого учащегося, либо в собственном устном изложении. С этим сообщением учащиеся могут выполнять как устную работу в ходе беседы, так и письменную в форме самостоятельной работы.

Наглядные приемы предусматривают применение экранных средств в учебном процессе: телевизионных сюжетов, компьютерных приложений и т.п. Использование телевизионных сюжетов во время урока становится возможным при использовании предварительной записи передачи на видеопленку. В ряде случаев телепередача может быть положена в основу домашнего задания. Чтобы избежать простого просмотра, учащимся предлагаются задания, направляющие и организующие их познавательную деятельность. Таким заданием может стать составление рецензии, для которой учитель формулирует следующие вопросы.

1.     Кратко опишите, чему посвящена телепередача.

2.     Отметьте, какие документальные материалы были в ней использованы.

3.     Какие ранее неизвестные вам факты вы из нее узнали?

4.     К какому разделу учебного курса физики относятся сведения, представленные в ней?

5.     В чем вы видите ценность данной передачи лично для вас?

6.     Определите, чем она отличается от учебного фильма?

7.     Кому адресована данная передача? Какие цели преследовали ее создатели?

Если учебный кабинет оборудован компьютером и соответствующей проекционной техникой, то информация, записанная на компакт-дисках или размещенная в Интернете, может быть непосредственно включена в урок. В противном случае учащиеся могут использовать компьютер во внеурочное время для выполнения домашнего задания. Различные приемы использования компьютерных технологий в настоящее время являются предметом многочисленных исследований ученых и педагогов-практиков. Для организации первоначального знакомства учащихся с ресурсами Интернета учитель может предложить список разных электронных адресов с составленной специально для учащихся краткой аннотацией. Такой список может находиться на специальном стенде в кабинете. Полезно и самих учащихся постепенно подключить к работе по составлению небольших аннотаций, тематически соответствующих изучаемому на уроках материалу.

Приведем примеры таких аннотаций при изучении физики.

1.     http://www.fizika.ru — Данный ресурс содержит доступный, интересный иллюстрированный материал в виде учебников по физике для 7, 8 и 9-го классов. Много качественных и расчетных задач, а также примеров разобранных решений задач для 7 и 8 классов.

2.     http://physics.nad.ru/physics.htm — Анимация физических процессов по оптике, волнам, механике, термодинамике. Есть теория по каждой из предложенных тем, наглядный эксперимент крупным планом.

3.     http://www.isc.aha.ru — Ресурс содержит большое множество справочных таблиц по физике: «Масса», «Скорость», «Энергия», «Данные о Земле, Солнце, Вселенной», «Физические константы», «Массы и размеры молекул», «Свойства газов, жидкостей и твердых тел» и многое другое.

4.     http://elibrary.ru/ — Научная электронная библиотека содержит самые последние новости науки в виде небольших статей, которые обновляются ежедневно. Можно узнать все о самых последних открытиях в науке.

5.     http://ivsu.ivanovo.ac.ru/phys/ — Ресурс, который поможет школьнику находить любую информацию по физике материал по истории физики. Здесь же находится краткая физическая энциклопедия для детей, большой энциклопедический словарь, биографии ученых – физиков.»  

К практическим приемам относится выполнение заданий на основе словесного или визуального представления информации. Рассмотренные выше приемы в полной мере можно отнести не только к наглядным, но и к практическим. Отметим, что предъявление любой информации с учетом целей медиаобразования предполагает обязательное самостоятельное выполнение тех или иных операций. Простое созерцание и пассивное прослушивание из учебного процесса должны быть исключены. Обучение вообще невозможно вне деятельности. Такие задания, как выделить главную мысль сообщения, ответить на поставленный вопрос, сравнить информацию с содержанием соответствующего материала учебника, определить назначение информации и другие исключают пассивность учащихся при знакомстве с тем или иным сообщением.

Методические приемы различаются и по своему функциональному назначению. Например, для формирования способности к восприятию, учитель включает в работу информацию, различную и по содержанию, и по форме представления. Для этого используются такие приемы, как «знакомство с отрывками оригинальных работ ученых; «перевод» на современный язык работ классиков физической науки; использование примеров… из художественной литературы, печати, фильмов, телевизионных передач и т.д.; работа со справочной литературой». Работа со справочниками при изучении таких предметов, как физика, является обязательной, однако, очень немногие учителя уделяют этой работе серьезное внимание. Для решения обозначенных выше задач подобная работа приобретает особое значение. Методические приемы могут быть очень просты и всем доступны. Например, решение задач с недостающими данными, поиск требуемых сведений, сопоставление каких-либо характеристик, анализ, поиск ответов на вопросы учителя, самостоятельное составление физических задач.

Компьютерные модели в школьном курсе физики

Количество такого методического материала, в виде компьютерных  программ предназначенных для изучения физики, в настоящее время, исчисляется десятками. Эти программы уже  можно  классифицировать  в  зависимости  от вида их использования на уроках :

·  обучающие программы;

·  демонстрационные программы;

·  компьютерные модели;

·  компьютерные лаборатории;

·  лабораторные работы;

·  пакеты задач;

·  контролирующие программы;

·  компьютерные дидактические материалы.

Разумеется, приведённая классификация является достаточно условной, так  как многие программы включают в себя элементы двух или более  видов  программных средств, тем не менее, она полезна тем, что помогает учителю  понять,  какой вид  деятельности  учащихся  можно  организовать,  используя  ту  или   иную программу.

      Когда же следует использовать компьютерные программы на уроках физики? Прежде всего, необходимо осознавать, что применение компьютерных  технологий в  образовании  оправдано  только  в  тех  случаях,  в   которых   возникает существенное преимущество по сравнению  с  традиционными  формами  обучения.

            Одним  из  таких  случаев  является  преподавание  физики  с   использование компьютерных моделей. Компьютерная модель – модель, реализованная средствами программной среды. Другими словами под  компьютерными  моделями следует понимать  компьютерные  программы,  имитирующие   физические   опыты, явления или идеализированные модельные ситуации, встречающиеся в  физических задачах.  Компьютерные  модели  позволяют  получать  в  динамике   наглядные запоминающиеся   иллюстрации    физических    экспериментов    и    явлений, воспроизвести их тонкие детали,  которые  могут  ускользать  при  наблюдении реальных  экспериментов.  Компьютерное  моделирование  позволяет  изменять временной масштаб,  варьировать  в  широких  пределах  параметры  и  условия экспериментов,  а  также  моделировать  ситуации,  недоступные  в   реальных экспериментах.  Некоторые  модели  позволяют  выводить  на   экран   графики временной зависимости  величин,  описывающих  эксперименты,  причём  графики выводятся на экран одновременно  с  отображением  самих  экспериментов,  что придаёт им особую наглядность и облегчает  понимание  общих  закономерностей изучаемых  процессов.  В  этом   случае   графический   способ   отображения результатов моделирования  облегчает  усвоение  больших  объёмов  получаемой информации.

      При  использовании  моделей  компьютер  предоставляет  уникальную,  нереализуемую в реальном физическом эксперименте, возможность визуализации  нереального  явления  природы,  а  его  упрощённой  теоретической   модели   с поэтапным включением в  рассмотрение  дополнительных  усложняющих  факторов, постепенно приближающих эту модель к реальному  явлению.  Кроме  того,  не секрет,  что  возможности  организации  массового  выполнения  разнообразных лабораторных работ, причём на современном уровне,  в  средней  школе  весьма ограничены по причине слабой оснащённости кабинетов физики.  В  этом  случае работа учащихся с компьютерными моделями также чрезвычайно полезна, так  как компьютерное моделирование позволяет создать  на  экране  компьютера  живую, запоминающуюся динамическую картину физических опытов или явлений.

      В то же время  использование  компьютерного  моделирования  не  должно рассматриваться   в   качестве   попытки   подменить   реальные   физические эксперименты их симуляциями, так как  число  изучаемых  в  школе  физических явлений,  не  охваченных  реальными  демонстрациями,  даже   при   блестящем оснащении  кабинета  физики,  очень  велико.  Несколько  условный   характер отображения результатов  компьютерного  моделирования  можно  компенсировать демонстрацией видеозаписей натурных экспериментов, которые  дают  адекватное представление о реальном протекании физических явлений.

            Значительное  число  компьютерных  моделей,  достаточно  полно  охватывающих такие разделы физики, как механика,  молекулярная  физика  и  термодинамика, содержится в первой  части  мультимедийного  компьютерного  курса  "Открытая физика  1.0".  Некоторые  модели  курса  позволяют  одновременно   с   ходом эксперимента  наблюдать  в  динамическом   режиме   построение   графических зависимостей от времени ряда физических  величин,  описывающих  эксперимент. Подобные  модели  представляют  особую  ценность,  так  как  учащиеся,   как правило,  испытывают  значительные  трудности  при   построении   и   чтении графиков.

      Так можно ли  преподавать  физику  с  использованием компьютерных  моделей?  Разумеется,  да.  Более  того,  роль   компьютерного моделирования в учебном процессе будет повышаться по  мере  появления  новых компьютерных программ. Однако, качественный  скачок  в  этой  области  будет возможен только тогда, когда разработчики  компьютерных  программ  осознают, что для получения действительно эффективных  программ  им  необходим  тесный контакт с учителями, которые хорошо знакомы с компьютерными  технологиями  и активно используют эти технологии при работе с учащимися. Информационные технологии повышают информативность урока, эффективность обучения, придают уроку динамизм и выразительность. Известно, что в среднем с помощью органов слуха усваивается лишь 15% информации, с помощью органов зрения 25%. А если воздействовать на органы восприятия комбинированно, усвоенными окажутся около 65% информации. 

Применение компьютерных моделей на уроках физики.

            Одним из наиболее перспективных направлений использования информационных технологий в физическом образовании является компьютерное моделирование физических явлений и процессов. Используя учебные компьютерные модели, учитель может представить изучаемый материал более наглядно, продемонстрировать его новые и неожиданные стороны неизвестным ранее способом, что, в свою очередь, повышает интерес учащихся к изучаемому предмету и способствует углублению понимания учебного материала. 

«Значительное число компьютерных моделей, охватывающих почти весь курс школьной физики, содержится на широко известном лазерном диске «Физика в картинках». Опыт использования данного диска на уроках физики показывает, что если учащимся предлагать модели для самостоятельного изучения, то учебный эффект оказывается чрезвычайно низким. Учащиеся увлечённо исследуют модель 3-5 минут, при этом они знакомятся главным образом с её регулировками, не вникая в суть моделируемого процесса или явления, а затем теряют интерес к данной модели и не знают, чем себя занять. Контрольные вопросы, задаваемые учащимся после такого «знакомства» с моделью, показывают, что какого-либо осознания и понимания физики рассматриваемого процесса или явления, как правило, не происходит. Практический опыт показывает, что для эффективного вовлечения учащихся в учебную деятельность с использованием компьютерных моделей необходимы индивидуальные раздаточные материалы с заданиями и вопросами различного уровня сложности.» [ 5 ]

Приведу пример основных видов заданий, которые используются мною при работе с компьютерными моделями:

1. Ознакомительное задание. Это задание предназначено для того, чтобы помочь учащемуся осознать назначение модели и освоить её регулировки. Задание содержит инструкции по управлению моделью и контрольные вопросы.
2. Компьютерные эксперименты. В рамках этого задания учащемуся предлагается провести несколько простых экспериментов с использованием данной модели и ответить на предоставленные  контрольные вопросы.
3. Экспериментальные задачи. Учащемуся предлагается решить 1-3 задачи без использования компьютера, а затем, используя компьютерную модель, проверить правильность своего решения на примере модели.
4. Исследовательское задание. Учащемуся предлагается самому спланировать и провести ряд компьютерных экспериментов, которые подтверждают или опровергают некоторую закономерность. Наиболее способным учащимся предлагается самостоятельно сформулировать ряд закономерностей и подтвердить их экспериментом.
5. Творческое задание. В рамках данного задания учащиеся сами придумывают задачи, формулируют их, решают и ставят компьютерные эксперименты для проверки полученных результатов.

Предложенные задания помогают учащимся быстро овладеть управлением компьютерной моделью, способствуют осознанному усвоению учебного материала и пробуждению творческой фантазии. Особенно важно то, что учащиеся получают знания в процессе самостоятельной работы, так как эти знания необходимы им для получения конкретного наблюдаемого на экране компьютера результата. Учитель на таком уроке выполняет лишь роль помощника и консультанта.

В качестве примера приведу фрагмент индивидуального задания. Урок проводился в компьютерном классе с использованием модели «Равноускоренное движение», представленной на лазерном диске «Физика в картинках». Данная модель отображает на экране компьютера движение человечка вдоль координатной прямой, причём позволяет изменять его скорость и ускорение, а также строит графики координаты, пройденного пути и скорости с учётом выбранных параметров движения.

 Задание № 1.

1.1. Откройте в разделе «Механика» тему «Равноускоренное движение».
1.2. Установите параметр а = 0,2 м/с².
1.3. Нажмите кнопку «Начальная скорость» и установите величину скорости человечка.
1.4. Нажмите кнопку «Старт» и посмотрите, что происходит на экране. Какие графики строит компьютер?
1.5. Выясните, что означает знак " - " перед значением скорости. Что проис- ходит при изменении знака скорости?
1.6. Какие графики Вы наблюдали на экране компьютера?

Задание № 2.

Выполните компьютерный эксперимент. Установите υ = -0,25 м/с, проведите эксперимент и ответьте на вопросы:

2.1. Как выглядит график координаты?
2.2. Какова координата человечка при t = 0?
2.3. Какова координата человечка через 4 с?
2.4. Какова координата человечка через 8 с?
2.5. Как выглядит график пути?
2.6. Как выглядит график скорости?
2.7. Изменяется ли скорость при движении человечка?
2.8. Как называется такое движение?

Задание № 3. Постройте графики скорости, координаты и пути человечка, если он начинает движение из начала координат, а скорость его движения составляет -0.5 м/с. Проведите компьютерный эксперимент и проверьте ваши ответы.

Задание № 4.

Придумайте задачу, решите её, поставьте компьютерный эксперимент и проверьте полученные результаты.

Хочу отметить, что почти все учащиеся справились с предложенными заданиями. Проведённый письменный опрос показал, что учащиеся научились строить графики координаты, пути и скорости движущихся тел, а также определять кинематические параметры движения тел по указанным графикам.

Указанная форма проведения урока, с использованием индивидуальных заданий, оправдывает себя и при работе с другими компьютерными моделями «Физики в картинках». Учащиеся быстро включаются в работу, охотно выполняют предложенные задания, а затем переходят и к творческой деятельности. Проведённые контрольные опросы подтвердили высокую эффективность подобных уроков.

Ещё один пример применения компьютерных технологий на уроках физики можно рассмотреть на примере разработки диска «Открытая физика. Версия 2,5. Часть 2»  под редакцией профессора МФТИ С. М. Козела. Рассмотрим применение компьютерной модели из раздела электродинамики «Электрическое поле» взаимодействие электрических зарядов. После рассмотрения темы  «Закона Кулона», навести учащихся на мысль, что силы кулоновского взаимодействия подчиняются принципу супперпозиции полей. Если заряженное тело взаимодействует одновременно с несколькими заряженными телами, то результирующая сила, действующая на данное тело, равна векторной сумме сил, действующих на это тело со стороны всех других заряженных тел.

Рисунок поясняет принцип суперпозиции на примере электростатического взаимодействия трех заряженных тел.

Компьютерная модель иллюстрирует принцип суперпозиции электрических полей. В системе из трех точечных зарядов каждые два заряда взаимодействуют между собой по закону Кулона независимо от наличия третьего заряда. Можно изменять величины и знаки всех трех зарядов, а также расстояния между ними. Перемещения зарядов производится с помощью установки курсора на выбранный заряд и нажатие левой клавиши мыши. На дисплее высвечиваются значения сил взаимодействия. Положительным значениям сил взаимодействия соответствует отталкивание заряженных частиц, отрицательным – притяжение.

Данная модель «Взаимодействие точечных зарядов» очень наглядно, доступно и в понятной форме демонстрирует принцип суперпозиции. То, что не понятно ученикам со слов учителя на данной модели можно изучить, понять. Для закрепления материала составляются дополнительные вопросы которые способствуют лучшему усвоению данной темы.

При  использовании  моделей  компьютер  предоставляет  уникальную,  не-

реализуемую в реальном физическом эксперименте, возможность визуализа- ции  нереального  явления  природы,  а  его  упрощённой  теоретической   модели   с поэтапным включением в  рассмотрение  дополнительных  усложняющих  факторов, постепенно приближающих эту модель к реально- му  явлению.  Кроме  того,  не секрет,  что  возможности  организации  масcо-

вого  выполнения  разнообразных лабораторных работ, причём на совре- менном уровне,  в  средней  школе  весьма ограничены по причине слабой оснащённости кабинетов физики.  В  этом  случае работа учащихся с ком- пьютерными моделями также чрезвычайно полезна, так  как компьютерное моделирование позволяет создать  на  экране  компьютера  живую, запоми- нающуюся динамическую картину физических опытов или явлений. Для проведения лабораторных работ на уроках я использую разработку «Виртуальная физическая лаборатория 7-11 кл.». При слабой оснащенности кабинетов физики, а зачастую и не возможности даже проведения фронтального эксперимента данная разработка просто необходима в кабинете физики. Помимо видео эксперимента по данной работе, к ней прилагается в модель самого эксперимента. При помощи которой,  каждый учащийся может выступать в качестве экспериментатора. В конце каждой работы имеются контрольные вопросы. Учащийся отвечая на них имеет возможность проверить себя, посмотреть свои ошибки и впредь их больше не допускать. К работе прилагаются разработки и описание лабораторных работ по всему курсу физики 7-11 класса вместе с практическими работами по практикуму в 9-11 классах. При необходимости, все эти разработки можно распечатать и положить перед учащимся на отдельном листочке, что избавит его от ненужной писанины в тетради, а сосредоточит больше на работе. Хочется отметить, что задания творческого и исследовательского характера существенно повышают заинтересованность учащихся в изучении физики и являются дополнительным мотивирующим фактором. По этой причине уроки последних двух типов приближаются к идеалу, так как ученики получают знания в процессе самостоятельной творческой работы, ибо знания необходимы им для получения конкретного, видимого на экране компьютера, результата. Учитель в этих случаях является лишь помощником в творческом процессе овладения знаниями.

Заключение.

            В современном обществе использование информационных технологий становится необходимым практически в любой сфере деятельности человека. Овладение навыками этих технологий еще за школьной партой во многом определяет успешность будущей профессиональной подготовки нынешних учеников. Бесспорно, что овладение этими навыками протекает гораздо эффективней, если происходит не только на уроках информатики, а находит свое продолжение и развитие на уроках учителей-предметников. Этот подход выдвигает новые требования к подготовке учителя-предметника, ставит перед ним новые проблемы, заставляет осваивать новую технику и создавать новые методики преподавания, основанные на использовании современной информационной среды обучения. Преподавание физики, в силу особенностей самого предмета, представляет собой наиболее благоприятную сферу для применения современных информационных технологий. В процессе преподавания физики, информационные технологии могут использоваться в различных формах. И в данной работе я пытался показать некоторую часть форм работы применяемую мною на уроках физики.

Итак, кратко подведем итоги. Можно ли изучать физику при помощи современных компьютерных технологий? Безусловно, да. Более того, роль компьютерного моделирования в учебном процессе будет повышаться по мере появления новых компьютерных программ. Однако, качественный скачок в этой области будет возможен тогда,  когда все предоставляемые разработки будут выпускаться системно (учебник, задачник, лабораторные работы, тематические работы, тесты) и тесно связаны будут с программой. Я имею ввиду, что, для получения действительно эффективных обучающих программ, им необходим тесный контакт с учителями-педагогами, хорошо знакомыми с компьютерными технологиями и использующими эти технологии при работе с учащимися.

В заключении своей работы, ещё раз хочу отметить, что применение современных компьютерных технологий в школе отвечает  целям и задачам современной школы. Накопленный мною опыт, частично отраженный в настоящей работе, показывает, что применение информационных технологий на уроках физики расширяет возможности творчества как учителя, так и учеников, повышает интерес к предмету. Благодаря информационным компьютерным технологиям, которые применяются не только на уроках физики, но и вообще в школе, учитель развивает образное и творческое мышление учащихся. Применяемые инновационные методы обучения, ориентируют на индивидуальные познавательные потребности личности, воспитывают познавательный интерес, коммуникативность учащихся при обмене и обработке совместных компьютерных проектов.

Список использованной литературы

1. Извозчиков В.А., Ревунов А.Д. Электронно–вычислительная техника на уроке физики в средней школе. –– М.: Просвещение, 1988. –– 239 с.

2. Майер Р.В. Информационные технологии и физическое образование. –– Глазов: ГГПИ, 2006.

3. Компьютерные технологии обучения физике. Физика в школе. М.: 2001.

4. А.П.Гомулина. Компьютер в школе. 2000, Физика: Приложение к газете «Первое сентября», 2001, № 2. с. 2 - 4.

5.Урок физики с использованием компьютерных технологий.  Физика:   Приложение к газете "Первое сентября", 2000, № 5

6.  http://festival.1september.ru.                   

7.  http://www.college.ru.