автореферат и диссертация по педагогике 13.00.02 для написания научной статьи или работы на тему: Методика обучения механике с применением компьютерных технологий в основной общеобразовательной школе

Содержание диссертации автор научной статьи: кандидата педагогических наук, Манина, Елена Анатольевна, 2001 год

Введение

Глава 1. Современные информационные технологии и их влияние на процесс обучения физике

§1.1. Анализ научно-педагогической литературы

§ 1.2. Программные педагогические средства как основной элемент реализации современных информационных технологий обучения физике

§ 1.3. Социально-экологические проблемы внедрения современных информационных технологий в процесс обучения физике в основной общеобразовательной школе

Выводы по первой главе

Глава 2. Анализ содержания темы «Основы кинематики» и традиционной методики ее преподавания

§ 2.1. Физические основы темы «Основы кинематики»

§ 2.2. Анализ традиционного представления материала темы

Основы кинематики» в основной общеобразовательной школе

§ 2.3. Дидактика в условиях информатизации образования

Выводы по второй главе

Глава 3. Методика обучения теме «Основы кинематики» в основной общеобразовательной школе при применении компьютерных технологий

§ 3.1. Требования к учебному процессу и к уровню подготовки учителя и учащихся при изучении темы «Основы кинематики» с применением компьютерных технологий

§ 3.2. Обзор программных педагогических средств, затрагивающих элементы кинематики

§ 3.3. Программа темы «Основы кинематики» при преподавании с применением компьютерных технологий

§ 3.4. Планирование темы «Основы кинематики» при преподавании с применением компьютерных технологий

§ 3.5. Выборочное описание моделей уроков по теме «Основы кинематики» при обучении с применением компьютерных технологий

§ 3.6. Основные положения методики обучения механике, в частности кинематики, с применением компьютерных технологий в основной общеобразовательной школе

Выводы по третьей главе

Глава 4. Организация и проведение педагогического ^ эксперимента

§4.1. Организация педагогического эксперимента

§ 4.2. Констатирующий эксперимент

§ 4.3. Поисковый эксперимент

§ 4.4. Обучающий и контрольный эксперименты

Выводы по четвертой главе

Введение диссертации по педагогике, на тему "Методика обучения механике с применением компьютерных технологий в основной общеобразовательной школе"

Сегодняшний этап цивилизации характеризуется повышением роли и степени воздействия интеллектуальных видов деятельности на все стороны жизни человечества. Этот процесс тесно связан со стремительно развивающейся информатизацией общества. Затрагивая все сферы деятельности людей, внедряясь в науку и производство, информатизация достигла и процесса образования, становясь одним из приоритетных направлений его развития.

Проблему компьютеризации образования следует рассматривать в связи с необходимостью отражения в образовании процесса информатизации, происходящего в науке и технике. В ближайшие годы информационное общество потребует специалистов, готовых работать с оборудованием, функционирующим на базе микропроцессорной техники, умеющих быстро принимать решения в нестандартных ситуациях, а также научных сотрудников, способствующих продвижению научно-технического прогресса.

Компьютеризация обучения обеспечит более целостную подготовку специалистов всевозможных уровней. Значит, уже сегодня необходимо приучать школьников управлять компьютерной техникой и с ее помощью - различными процессами. Это первое, что, на наш взгляд, обусловливает необходимость компьютеризации образования.

Во-вторых, в быстро развивающемся научном мире одной из задач современной системы образования является углубление и детальная проработка обязательных знаний учащихся, в том числе и по физике. Анализ проблемы информатизации показал, что процессы, происходящие в информационном обществе, требуют пересмотра традиционных подходов к обучению физике. Назрела необходимость обеспечения сферы образования средствами новых информационных технологий, ориентированных на реализацию суммы научных знаний. Изучение практического использования компьютерной техники на уроках в основной общеобразовательной школе позволило сделать вывод о том, что в отечественной практике преподавания физики разрабатываются различные направления ее применения.

Но, наряду с этим, можно констатировать, что на сегодняшнем этапе, во-первых, новейшие информационные средства применяются эпизодически, часто наблюдается «модное» вкрапление элементов компьютерных технологий в учебный процесс, во-вторых, единой концепции использования средств новых информационных технологий в процессе обучения физике не существует.

Сложившаяся противоречивая ситуация внедрения компьютерной техники в процесс обучения, с одной стороны, и ее хаотичное применение - с другой, послужила основой для постановки задачи разработки методики обучения физике, в частности кинематике, с применением компьютерных технологий.

Процессу информатизации физического образования и развитию компьютерных технологий обучения физике посвящены многие научные публикации (Л.И. Анциферов, В. Бласиак, С.Е. Каменецкий, В.Г. Разумовский, А.Д. Ревунов, И.К. Турышев и др.). Разработкой вопросов внедрения средств новых информационных технологий в среднюю школу занимались в разные годы такие ученые, как А.П. Ершов, В.А. Извозчиков, В.В. Рубцов, А.Ю. Уваров, С.И. Шварцбург и др. Психологические и дидактические аспекты использования компьютера на уроках отражены в трудах Б.С. Гершунского, Е.И. Машбиц, O.K. Тихомирова, Т.В. Корниловой, И.В. Роберт и др.

В последнее время появилось большое количество кандидатских диссертаций, в которых исследованы вопросы использования компьютерных средств в обучении физике. Их авторы - О.Б. Гук, П.С. Дроздов, A.A. Ездов, A.B. Ельцов, В.П. Коновалов, П.М. Малюк, Е.Е. Минина, A.A. Немцев, И.М. Нуркаева, A.M. Слуцкий, О.Г. Смолянинова и др. Эти работы затрагивают отдельные направления методики обучения физике с использованием средств новых информационных технологий. Но все авторы отмечают, что сделаны только первые шаги на пути исследования данного направления.

Из всего многообразия применений средств новых информационных технологий в обучении особо выделяют использование программных педагогических средств (ППС).

Существует ряд исследований по проблеме применения программных педагогических средств при обучении физике в школе. Методическим основам использования ППС на уроках физики посвящены работы М.В. Додонова, A.C. Кондратьева, В.В. Лаптева, C.JI. Светлицкого, В.И. Сельдяева, A.M. Слуцкого, Р.Ю. Шукюрова, А.О. Чефрановой и др. Но вопрос о методике использования современных компьютерных технологий в школе на сегодняшний день считается нерешенным. Не решен этот вопрос и в обучении физике, в частности в изучении кинематики, как одной из первых тем в большинстве систематических курсов физики.

Таким образом, актуальность проблемы исследования обусловлена противоречием между требованиями информационного общества по внедрению компьютерных технологий в процесс обучения физике и отсутствием методики обучения физике, кинематике в частности, с применением этих технологий, недостаточностью популяризации компьютерных пособий, каталогов, банков данных, содержащих информацию о ППС, рекомендаций по их применению.

Для разрешения данного противоречия необходимо разработать специальную методику обучения кинематике, опирающуюся на активное использование средств современных информационных технологий, а также определить основные пути реализации разработанной методики, ее применения на уроках физики в основной общеобразовательной школе. Целью исследования является создание такой методики.

Объектом исследования выступает методика обучения механике в основной общеобразовательной школе.

Предметом исследования является методика обучения механике, кинематике в частности, с использованием компьютерных технологий в основной общеобразовательной школе.

Гипотеза исследования формулируется следующим образом: если применить новую методику обучения механике, кинематике в частности, опирающуюся на компьютерные технологии, то это повысит эффективность обучения и обеспечит уровень знаний и умений учащихся, соответствующий требованиям современного информационного общества.

Цель и гипотеза определили задачи исследования:

- изучить и проанализировать научную, научно-методическую, научно-популярную, психолого-педагогическую, учебную и нормативную литературу по теме исследования;

- выявить состояние процесса компьютеризации обучения физике;

- проанализировать существующие программные педагогические средства по механике, разработать критерии отбора ППС к урокам по теме «Основы кинематики»;

- определить основания классификации ППС по кинематике, провести классификацию отобранных ППС;

- исходя из целей обучения и логико-генетического анализа физического содержания темы «Основы кинематики», сформулировать дополнительные, новые требования к знаниям и умениям учащихся, разработать содержание, указать методы, формы, средства обучения при изучении этой темы в условиях компьютеризации образования, определить требования к обеспечению учебного процесса;

- осуществить проверку гипотезы путем проведения педагогического эксперимента.

1-й этап (1994-1999 гг.) включал: изучение и анализ нормативных документов, учебных планов и программ по физике для общеобразовательных учреждений, в частности программ по механике, учебников по разделу «Механика», рекомендованных Министерством образования для общеобразовательных учреждений, и прочей литературы по проблеме исследования; изучение процесса компьютеризации обучения физике; изучение отечественного фонда программных педагогических средств по физике.

2-й этап (1997-1998 гг.) был посвящен разработке программы по кинематике с использованием современных информационных технологий и методики обучения кинематике с применением компьютерных технологий в основной общеобразовательной школе; определению основных требований к знаниям и умениям учащихся, подготовке учителей и оснащению кабинета физики в условиях компьютерного обучения. Выявлены оптимальные методы и формы обучения в условиях компьютеризации образования.

3-й этап (1998-2001 гг.) связан с проведением педагогического эксперимента по проверке выдвинутой гипотезы исследования и обработкой его результатов. На этом этапе корректировалась программа темы «Основы кинематики», осуществлялась разработка поурочного планирования материала, уточнялись методические рекомендации по использованию программно-аппаратных средств обучения.

4-й этап (1998—2001 гг.) — подведение итогов исследования. Оформление результатов.

Для решения поставленных задач на разных этапах исследования применялись следующие методы:

- теоретический анализ литературы по проблеме исследования;

- изучение опыта работы учителей как по традиционным методикам, так и с применением компьютерных технологий;

- обобщение и системный анализ полученных исходных данных;

- моделирование образовательного процесса при изучении темы «Основы кинематики»;

- проведение уроков физики по разработанной методике;

- педагогические измерения (результаты наблюдений; анкетирование учащихся, учителей и студентов педагогического вуза; ретроспективные опросы учителей и учащихся; беседы с учителями и учащимися);

- педагогический эксперимент со статистической обработкой его результатов с целью определения эффективности и коррекции предлагаемой методики.

Методологической основой исследования являются:

- системный подход к целям, содержанию, методам, формам и средствам обучения физике;

- логико-генетический подход к анализу физического знания, позволяющий определить требования к знаниям и умениям учащихся при изучении темы «Основы кинематики» курса физики основной общеобразовательной школы;

- общие принципы дидактики и методологические принципы физики;

- достижения общей и частной методики обучения физике;

- концепция информатизации общества как основы устойчивого развития земной цивилизации;

- концепция приоритетности информатизации образования в России как основы ее будущего устойчивого социально-экономического развития.

Научная новизна и теоретическая значимость работы состоят: в обосновании необходимости создания новой, опирающейся на компьютерные технологии методики обучения кинематике в основной общеобразовательной школе в условиях развития информационного общества; во всестороннем анализе ППС по механике с выдвижением критериев их отбора для проведения уроков по теме «Основы кинематики»; в определении оснований для построения классификации ППС по кинематике; в создании методики обучения кинематике с применением компьютерных технологий.

Практическая значимость исследования заключается: в разработке и внедрении в учебный процесс основной общеобразовательной школы научно обоснованной методики обучения кинематике с применением компьютерных технологий; в создании классификации ППС по кинематике; в разработке моделей уроков различного типа по кинематике с использованием программных продуктов и инструментальных средств.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Разработка новой методики обучения физике, базирующейся на компьютерных технологиях, необходима и целесообразна ввиду потребности информационного общества в модернизации и более рациональном использовании существующих форм, методов и средств обучения, а также потребности в специалистах всевозможных уровней, владеющих современными информационными технологиями.

2. Применение методики обучения механике на примере темы «Основы кинематики», включающей содержание, методы, формы и средства обучения, базирующиеся на использовании компьютерных технологий в обучении, обеспечивает повышение эффективности учебного процесса и приводит к повышению качества образования.

3. Классификация программных педагогических средств по кинематике, построенная на основе таких критериев, как научность содержания ППС, доступность предъявляемой им информации, наглядность программного средства, адаптивность, активизация деятельности учащихся, реализация индивидуального и дифференциального подходов в обучении физике, суггестивная обратная связь, позволяет учителю физики осуществлять выбор необходимого программного средства для проведения урока определенного типа и сравнивать программные средства в рамках одного типа с целью подбора оптимального для проведения конкретного урока.

Апробация исследования осуществлялась посредством выступлений на:

- конференциях по итогам научно-исследовательской работы МПГУ (1996-2001 гг.);

- научно-методических семинарах и заседаниях кафедры теории и методики преподавания физики МПГУ (1998-2001 гг.);

- ежегодных внутривузовских научно-методических конференциях Сургутского государственного университета (1998-2001 гг.);

- заседаниях и научно-практических семинарах кафедры экспериментальной физики Сургутского государственного университета (1998-2001 гг.);

- научно-методической конференции «Новые технологии в преподавании физики. Школа и вуз» в МПГУ (март 1999 г.).

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации - 215 страниц. Основной текст диссертации составляет 190 страниц. Работа включает 21 рисунок и 16 таблиц. Список литературы составляет 210 наименований.

Заключение диссертации научная статья по теме "Теория и методика обучения и воспитания (по областям и уровням образования)"

Информатизация образования в России постепенно набирает темпы. Это явление неизбежное, вызванное объективно происходящими глобальными про цессами информатизации общества. Как следствие этого процесса появляются новые разработки в области преподавания наук, и физики в частности.Проведенное исследование позволило сделать следующие выводы.1. Проведенный анализ научной, научно-методической, научно популярной, психолого-педагогической, учебной и нормативной литературы по теме исследования показал, что на сегодняшний день существует противоречие между высокими требованиями информационного общества и неготовностью '^ методической науки их удовлетворить, методика обучения физике, в частности кинематике, с применением компьютерных технологий 01сутствует. Анализ ре ального состояния процесса компьютеризации обучения выявил хаотичное применение компьютерной техники при обучении физике.2. Выявлено, что в области информатизации образования, в частности преподавания физики в средней школе, ведутся разработки по следующим на ' правлениям: место и роль компьютерной техники в учебном процессе; психо |4 логические и дидактические вопросы использования компьютера в преподава нии; создание программных педагогических средств; оптимизация процесса ус воения знаний школьниками; организация учебной деятельности школьников при работе с компьютерной техникой; методика преподавания отдельных во просов курса физики с привлечением компьютерных технологий.3. Рассмотрены основные изменения, происходящие с парадигмой педа гогической науки, обусловленные информатизацией образования. Обоснована Г* целесообразность использования возможностей педагогических программных и аппаратных средств для поддержки традиционных форм и методов обучения физике и, таким образом, создания и развития новых методик обучения, опи рающихся на компьютерные технологии.4. Проведен анализ существующих программных педагогических средств по механике, определены критерии их отбора к урокам по теме «Осно вы кинематики». Создана классификация программных педагогических средств по кинематике, , ^ 5. На основе анализа исследований по методологии науки, современным представлениям физики как науки, по психологии, педагогике, методике пре подавания физики в средней школе разработаны требования к знаниям и уме ниям учащихся, профессиограмме учителя, к оснащению современного кабине та физики, функционирующих в условиях компьютерного обучения.6. На основе системного подхода выделены компоненты (цели, содержа ние, методы, формы и средства обучения) методики обучения физике с приме ^ пением компьютерных технологий в основной общеобразовательной школе.Разработана программа темы «Основы кинематики» курса физики основной школы. Осуществлено планирование материала, предлагаемого к изучению, даны методические рекомендации по проведению уроков указанной темы с привлечением к работе компьютерной техники. Разработаны модели уроков, проводимых согласно предложенной методике на базе отобранных педагогиче ских программных и аппаратных средств.^ 7. Проведен сравнительный анализ традиционных методик преподавания темы «Основы кинематики». Показаны преимущества преподавания с исполь зованием компьютерных средств обучения при демонстрации и моделирова нии, осуществлении экспериментаторской и исследовательской деятельности школьников, контроля их знаний и умений учителем,

8. Экспериментально доказана эффективность применения разработан ной методики обучения механике на примере темы «Основы кинематики» с i t применением компьютерных технологий. Проведенный педагогический экспе римент дал возможность не только доказать эффективность предлагаемой ме тодики, но и оценить саму методику ранжированием ее комплексных парамет ров.9. Проведенное исследование дает основание для разработки программ и методик их реализации в условиях компьютерного обучения к остальным раз делам курса физики основной обш,еобразовательной школы. Нами предполага ется дальнейшая разработка методики преподавания физики в основной школе с применением современных информационных технологий по другим разделам физики.

Список литературы диссертации автор научной работы: кандидата педагогических наук, Манина, Елена Анатольевна, Москва

1. Бордовский Г.А., Извозчиков В.А., Слуцкий A.M., Тумалева Е.А. Электронно-коммуникативные средства, системы и технологии обучения. - СПб.: Образование, 1995.

2. Гершунский Б.С. Компьютеризация в сфере образования. М.: Педагогика, 1987.

3. Гутман В.И., Мощанский В.Н. Алгоритмы решения задач по механике в средней школе. М.: Просвещение, 1988.

4. Ездов A.A. Лабораторные работы по физике с использованием компьютерных моделей // Информатика и образование. 1996. - № 1.

5. Ермаков М.Г., Андреева J1.E. Вопросы разработки тестирующих программ // Информатика и образование. 1997. - № 3.

6. Извозчиков В.А., Ревунов А.Д. Электронно-вычислительная техника на уроках физики в средней школе. М.: Просвещение, 1988.

7. Извозчиков В.А., Слуцкий A.M. Решение задач по физике на компьютере: Кн. для учителя. М.: Просвещение, 1999.

8. Каменецкий С.Е., Назаров H.H., Смирнов A.B. Современный школьный физический кабинет // Физика в школе. 1994. - № 2.

9. Машбиц Е.И. Психолого-педагогические проблемы компьютеризации обучения. -М.: Педагогика, 1988.

10. Методика преподавания физики. В 2-х частях / Под ред. В.П. Орехова, A.B. Усовой-М.: Просвещение, 1985.

11. Методика преподавания физики. В 2-х частях / Под ред. С.Е. Каменецкого, Н.С. Пурышевой. М.: Академия, 2000.

12. Оценка качества программных средств учебного назначения. Общие положения (проект) / Министерство образования Российской Федерации, Институт информатизации образования. М., 1993.

13. Петров A.B. Новые информационные технологии в обучении // Подготовка кадров управления: модель обучения. М.: Изд-во РАУ, 1992.

14. Практикум по физике в средней школе / Под ред. В.А. Бурова, Ю.И. Дика. -М.: Просвещение, 1987.

15. Роберт И.В. Современные информационные технологии в образовании: дидактические проблемы, перспективы использования. М.: Школа Пресс, 1994.

16. Смирнов A.B. Средства новых информационных технологий в обучении физике. -М.: Прометей, 1996.

17. Турышев И.К. Моделирование физических процессов и фундаментальных1 опытов с помощью ЭВМ в средней школе // Использование ЭВМ и других технических средств в преподавании физических дисциплин вуза и школы. -Владимир: Изд-во ВГПИ, 1993.

18. Сформулировать основную задачу механики.

19. Рассказать о существовании множества систем отсчета.

20. Организационный момент 2 мин.

21. Объяснение нового материала 15 мин.

22. Закрепление изученного материала (устное) 7 мин.

23. Сообщение правил работы с программой 3 мин.

24. Работа с программой 13 мин.

25. Подведение итогов урока 3 мин.

26. Научить выполнять операции сложения и вычитания над векторами.

27. Объяснение нового материала с помощью компьютерной программы

28. Закрепление изученного материала (устное)

29. Сообщение правил работы с программой5. Работа с программой6. Подведение итогов урока

30. Дать понятие скорости движения.

31. Организационный момент 2 мин.

32. Объяснение нового материала 20 мин.

33. Демонстрация прямолинейного равномерного движения 10 мин. 3. Закрепление изученного материала (устное) 7 мин.

34. Подведение итогов урока 4 мин.

35. Отработать алгоритм на примерах.

36. Организационный момент 2 мин.

37. Объяснение учителем основного алгоритмарешения задач по указанной теме 10 мин.

38. Решение задач учениками 20 мин.

39. Выяснение основных затруднительныхмоментов. Их разъяснение 5 мин.

40. Тестовый компьютерный контроль 5 мин.

41. Актуализировать знания по математике о графическом изображении указанных зависимостей.

42. Организационный момент 2 мин.

43. Актуализация знаний из курса математики 7 мин.

44. Сообщение правил работы с программой 2 мин.

45. Работа с программой 10 мин.

46. Решение задач на построение графиков учениками 20 мин.

47. Подведение итогов урока 2 мин.

48. Объяснение нового материала (1-я часть -относительность движения)

49. Сообщение правил работы с программой

50. Работа с программой (демонстрация относительности движения)

51. Объяснение нового материала (2-я часть -вывод классического закона сложения скоростей)

52. Демонстрация закона с помощью компьютерной программы7. Подведение итогов урока

53. Научить выбирать оптимальную систему отсчета для наиболее простого решения задачи.

54. Оговорить границы применимости классического закона сложения скоростей.

55. Сообщение правил работы с программой

56. Работа с программой (решение задач на применение классического закона сложения скоростей)

57. Объяснение нового материала5. Подведение итогов урока

58. Сформулировать понятия средней и мгновенной скоростей движения, понятие ускорения.

59. Сообщение нового материала

60. Демонстрация неравномерного движения с помощью компьютера

61. Объяснение нового материала (введение понятий средней и мгновенной скоростей, ускорения с помощью компьютера)5. Подведение итогов урока

62. Проверка усвоения темы «Относительность движения» с помощью компьютерного тестирования

63. Вывести связи между перемещением, скоростью и ускорением при равноускоренном движении.

64. Организационный момент 2 мин.

65. Объяснение нового материала 15 мин.

66. Демонстрация равноускоренного и равнозамедленногодвижений с помощью компьютера 5 мин.

67. Объяснение нового материала (графическоепредставление движения) 10 мин.

68. Закрепление нового материала 8 мин.

69. Подведение итогов урока 3 мин.

70. Отработать упомянутый алгоритм на примерах.

71. Сообщение правил работы с программой3. Работа с программой4. Подведение итогов урока

72. Сообщение правил работы с оборудованием

73. Ввести величину ускорения свободного падения g.

74. Актуализация знаний, необходимых для усвоения материала данного урока

75. Сообщение нового материала

76. Выполнение минилабораторной работы по определению ускорения свободного падения

77. Ввести понятия перемещения и скорости как векторных величин при криволинейном движении, понятие мгновенной скорости.

78. Ввести понятия линейной и угловой скоростей при движении тела по окружности. Указать связь между ними.

79. Организационный момент 2 мин.

80. Актуализация знаний, необходимыхдля усвоения материала данного урока 7 мин.

81. Сообщение нового материала 20 мин.

82. Закрепление полученных знаний 10 мин.

83. Вывести формулу для расчета нормального (центростремительного) ускорения при равномерном движении тела по окружности.

84. Организационный момент 2 мин.

85. Сообщение нового материала, сопровождаемого компьютерной демонстрацией 25 мин.

86. Закрепление полученных знаний 12 мин.

87. Ввести понятие полного ускорения, указать связь между нормальным, тангенциальным и полным ускорениями.

88. Организационный момент 2 мин.

89. Сообщение нового материала 25 мин.

90. Закрепление полученных знаний 13 мин.

91. Отработать алгоритм на примерах.

92. Научить выполнять операции сложения и вычитания над векторами.

93. Научить находить проекции вектора на координатные оси (в декартовой системе координат), выполнять операции сложения и вычитания над проекциями.

94. Развивать умение обращаться с современной компьютерной техникой.

95. Объяснение нового материала с помощью компьютерной программы и экранного проектирования

96. Закрепление изученного материала (устное)

97. Сообщение правил работы с программой2 мин.15 мин 5 мин.3 мин.5. Работа с программой6. Подведение итогов урока