Мультимедийные технологии в преподавании дисциплины "история физики" в педагогическом вузе

Древич, Жанна Станиславовна

Темы диссертаций по педагогике » Теория и методика обучения и воспитания (по областям и уровням образования)

автореферат и диссертация по педагогике 13.00.02 для написания научной статьи или работы на тему: Мультимедийные технологии в преподавании дисциплины "история физики" в педагогическом вузе

Автореферат

Автор научной работы: Древич, Жанна Станиславовна
Ученая степень: кандидата педагогических наук
Место защиты: Москва
Год защиты: 2006
Специальность ВАК РФ: 13.00.02

Диссертация

Автореферат диссертации по теме "Мультимедийные технологии в преподавании дисциплины "история физики" в педагогическом вузе"

На правах рукописи

Древич Жанна Станиславовна

МУЛЬТИМЕДИЙНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРЕПОДАВАНИИ ДИСЦИПЛИНЫ «ИСТОРИЯ ФИЗИКИ» В ПЕДАГОГИЧЕСКОМ ВУЗЕ (НА ПРИМЕРЕ ДОКЛАССИЧЕСКОГО ПЕРИОДА)

Специальность 13.00.02 - теория и методика обучения и воспитания

(физика)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук

Москва - 2005

Работа выполнена на кафедре общей и экспериментальной физики и кафедре теории и методики обучения физике физического факультета Московского педагогического государственного университета.

Научные руководители:

доктор физико-математических наук, профессор ИЛЬИН Вадим Алексеевич доктор педагогических наук, профессор СМИРНОВ Александр Викторович

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Идлис Григорий Моисеевич кандидат педагогических наук Федорова Юлия Владимировна

Ведущая организация:

Пензенский государственный педагогический университет им. В.Г. Белинского

Защита состоится « 16 »__января 2006 г. в 15 часов

на заседании Диссертационного совета Д 212.154.05. при Московском педагогическом государственном университете по адресу: 119992, г. Москва, ул. М. Пироговская, д.29, ауд.ЗО.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного педагогического университета по адресу: 119992, г. Москва, ул. М. Пироговская, д. 1.

Автореферат разослан «

2005 года.

Ученый секретарь Диссертационного совета

ШАРОНОВА Н.В.

ЪоШ 5" х

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Актуальность исследования. История физики хранит огромное количество событий и фактов, оказавших значительное влияние на формирование наших представлений об окружающем мире, становление и развитие физической науки (Ф. Бэкон, Д. Максвелл, М. Планк, А. Эйнштейн, П.Л. Капица, В.И. Лебедев, П.С. Кудрявцев, Я.Г. Дорфман, Г.М. Идлис, Вл.П. Визгин, К.А Томилин и др.).

Изучение дисциплины «История физики» в педагогическом вузе предполагает использование всех форм учебного процесса - лекций, семинаров, спецкурсов и др. Однако по-прежнему доминирующая роль в формировании историко-физических знаний принадлежит лекциям - главному звену дидактического цикла обучения. Именно на лекциях закладываются основы научных знаний в обобщенной форме.

В настоящее время Стандартом высшего профессионального образования на изучение курса «История физики» отводится 72 часа. Из них 36 - лекционные занятия, остальные предназначены для самостоятельного изучения студентами учебного материала. Подобное распределение учебной нагрузки затрудняет глубокое изучение истории физики и требует значительной реорганизации учебного процесса. Она заключается, с одной стороны, в коренной перестройке способа чтения лекций, а с другой, - в облегчении самостоятельного доступа студентов к учебникам и учебным пособиям.

В последние годы в системе среднего и высшего образования России произошли существенные изменения. Наметилась общая тенденция к гуманитаризации образования, в том числе и физического. Этой проблеме посвящены работы В.М. Дукова, Т.М. Елкановой, В.В. Мултановского, В.Н. Мощанского, Б.М. Яворского, С.А. Тихомировой, Р.Н. Щербакова, Л.А. Бордонской, Г.М. Голина, В.И. Данильчука, А.Н. Мансурова, Б.И. Спасского, Н.В. Шароновой и др.

Все это приводит к изменению требований к подготовке учителя. В частности, овладение современной методикой преподавания физики требует глубокого знания ее истории. В дисциплине «История физики» могут быть рассмотрены проблемы, касающиеся гуманитарного содержания физической науки, ее культурологические, философские и другие аспекты. Так, вопросы соотношения интуитивного и логического в физических исследованиях, критерии истинности и эффективности физических методов и т.п., как правило, нигде не обсуждаются, хотя имеют большое значение для утверждения места этой науки в системе общечеловеческих ценностей. Кроме того, обладая системой знаний по истории физики, учитель получает возможность квалифицированно варьировать глубину изложения предмета. Поэтому изучен*

БИБЛИОТЕКА | СПете^г

является важным фактором гуманизации и гуманитаризации преподавания этой науки.

Сказанное выше невозможно реализовать в рамках традиционной методики преподавания данной дисциплины. Это означает, что использовавшиеся до настоящего времени методы чтения лекций по курсу «История физики» должны быть существенно модернизированы.

Естественным путем этой модернизации должно быть значительное расширение применения информационных технологий. Дело не только в том, что сегодня наблюдается быстрый рост информатизации общества (В.А. Извозчиков, С.П. Седых, А.П. Ершов, A.B. Смирнов, И.В. Роберт и др.). В контексте обсуждаемой нами проблемы именно использование современных компьютерных технологий, обладающих значительными возможностями предъявления информации с помощью средств мультимедиа, позволяет найти ее современное решение. Новые информационные технологии позволяют организовать изучение истории науки способами, не только наиболее адекватными ее внутренней логике (одновременно естественнонаучной и гуманитарной), но и наиболее интересными для обучаемых. Однако до настоящего времени проблема создания системы преподавания истории физики на основе мультимедийных средств не решена в теоретическом смысле и не реализована практически.

Таким образом, есть основания утверждать, что имеется противоречие между необходимостью изучения историко-физического материала в педагогических вузах с помощью мультимедиа технологий и недостаточностью научно-методической разработки и практической реализации этой задачи. Данное противоречие определило актуальность проводимого диссертационного исследования и его тему «Мультимедийные технологии в преподавании дисциплины «История физики» в педагогическом вузе (на примере доклассического периода)».

Объект исследования: процесс обучения истории физики студентов физических и физико-математических факультетов педагогических вузов.

Предмет исследования: особенности и методика использования мультимедиа технологий в преподавании дисциплины «История физики» в педагогическом вузе.

Целью исследования является обоснование и разработка методики использования мультимедиа технологий в лекционном курсе «История физики» педагогического вуза, предполагающее усиление гуманитарного компонента дисциплины.

■ усилению мотивации слушателей к изучению данной дисциплины за счет осуществляющегося в этом случае «виртуального погружения» в изучаемую культурно-историческую эпоху;

■ повышению качества знаний студентов;

■ совершенствованию педагогической техники труда преподавателей, ведущих занятия по дисциплине «История физики»

Исходя из сформулированных выше целей и гипотезы исследования, были определены следующие задачи исследования:

- проанализировать традиционные формы обучения истории науки, а также состояние вопроса об использовании компьютерных, программных и коммуникационных средств в преподавании истории физики в педагогическом вузе;

- обосновать тематику лекций, которые в наибольшей степени требуют проведения модернизации с использованием мультимедиа технологий;

- сформулировать дидактические, программно-технические требования к мультимедийным лекциям, содержащим историко-физический материал;

- создать программно-методический комплекс, включающий мультимедийные лекции и дополняющие их демонстрации исторических экспериментов, относящиеся к доклассическому периоду развития физики;

- разработать методику проведения лекционного курса «История физики» с использованием комплекса мультимедийных лекций и демонстраций;

- осуществить экспериментальную проверку эффективности применения разработанной методики преподавания.

Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования и виды деятельности:

- анализ научной, психолого-педагогической и методической историко-физической литературы, диссертационных исследований и материалов сети Интернет, посвященных проблеме применения новых информационных технологий в образовании в целом, а также вопросам использования компьютерных, про1раммных и коммуникационных средств в обучении истории науки;

- изучение и анализ педагогического опыта осуществления историко-физического образования в вузовской практике на основе анализа учебных и учебно-методических пособий по истории физики, а также учебных программ для педагогических вузов;

- создание комплекса мультимедийных лекций и демонстраций в курсе «История физики» для педагогического вуза;

- беседы, анкетирование и опрос преподавателей, студентов физических и физико-математических факультетов педагогических вузов, экспертные оценки;

- педагогический эксперимент с целью проверки гипотезы исследования;

- статистические методы обработки результатов эксперимента.

Научная новизна исследования состоит:

- в доказательстве необходимости и возможности использования мультимедиа технологий для обучения истории физики в педагогическом вузе;

- в обосновании выбора средств мультимедиа для использования их в лекциях по истории физики;

- в обосновании тематики лекционного курса по истории физики («Предыстория физики. Формирование классической физики»), в которой оптималь-

ным образом реализуются преимущества мультимедийного способа изложения учебного материала;

- в создании специфической для истории физики совокупности дидактических и программно-технических требований (научности, гуманизации, наглядности, многофункциональности, эргономичности, эстетичности и т.п.) к мультимедийным лекциям, приводящей к эффективности их проведения;

- в создании мультимедийных лекций по темам: «Античная наука. Предыстория физики», «Физические знания эпохи Средневековья», «Физические знания эпохи Возрождения. Леонардо да Винчи», «Формирование основ научного знания. Николай Коперник», «Становление экспериментальной науки. Галилео Галилей», «Ньютон и его научный метод»;

- в создании лекционных демонстраций: «Опыт Архимеда по определению углового размера Солнца», «Эолипил» Герона Александрийского», «Технические изобретения Леонардо да Винчи», «Изучение Галилеем свободного падения тел», соответствующих рассматриваемому периоду истории физики;

- в разработке методики практического использования мультимедийных лекций, включающей цели, содержание, диагностику усвоения знаний студентами и обеспечивающей возможность вариативного и творческого применения преподавателями материала лекций.

Теоретическая значимость исследования заключается в обосновании и реализации мультимедийных лекций - ново1 о способа преподавания истории науки, способствующего более глубокому усвоению слушателями изучаемого материала, обеспечивающего большую вариативность его изложения, эффективно включающегося в процесс дистанционно! о обучения, упрощающего подготовку преподавателя к занятиям при обеспечении их высокого качества.

Практическая значимость исследования состоит:

- в разработке и внедрении в учебный процесс преподавания дисциплины «История физики» в педагогических вузах программно-педагогического комплекса мультимедийных лекций и лекционных демонстраций, характеризующихся оптимальным сочетанием естественнонаучного и гуманитарного подходов к преподаванию и позволяющих на современном техническом уровне отрази гь закономерности истории науки, место и роль физики в развитии цивилизации;

- в разработке методических рекомендаций по проведению мультимедийных лекций и демонстраций;

- в составлении тестовых заданий для диагностики усвоения студентами историко-физических знаний;

- в применении разработанных мультимедийных лекций и демонстраций для целей дистанционного образования.

На защиту выносятся

1. Теоретическое обоснование необходимости и возможности использования мультимедийных лекций как метода обучения истории физики в педагогическом вузе, направленного на усиление мотивации к обучению и развитию у

студентов интереса к предмету.

2. Совокупность требований (дидактических и программно-технических), предъявляемых к мультимедийным лекциям, обеспечивающих успешное проведение занятий по дисциплине «История физики» в педагогическом вузе, позволяющих, кроме того, осуществить реальный синтез гуманитарных и естественнонаучных знаний.

3. Комплекс мультимедийных лекций, объединяющий вопросы развития физической науки от эпохи Античности до ХУ1П века:

«Античная наука. Предыстория физики», «Физические знания эпохи Средневековья», «Физические знания эпохи Возрождения. Леонардо да Винчи», «Формирование основ научного знания. Николай Коперник», «Становление экспериментальной науки. Галилео Галилей», «Ньютон и его научный метод».

4. Методика применения разработанного комплекса мультимедийных лекций, включающая цели, содержание, диагностику усвоения знаний студентами и обеспечивающая возможность вариативного применения преподавателями материала лекций.

Результаты исследования докладывались на:

- III Международной конференции «Новые технологии в преподавании физики: Школа и ВУЗ» (НТПФ-3), г. Москва, 2002г.;

- Первых научных Северо-Кавказских чтениях «Концепции современного естествознания и его история», г. Армавир, 2002г.;

- Университетских чтениях МИГУ, г. Москва, 2003г.;

- Международном копгрессе конференций «Информационные технологии в образовании» («ИТО-2003»), г. Москва, 2003 г.;

- Международной конференции «Физика в системе современного образования» (ФССО-ОЗ), г. Санкт-Петербург, 2003г.;

- Всероссийском Форуме «Образовательная среда - 2003», г. Москва, 2003г.;

- Научно-практической конференции «Физическое образование: состояние, проблемы и перспективы», г. Москва, 2004г.;

- УШ конференции стран Содружества «Современный физический практикум», г. Москва, 2004г.;

- Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные вопросы преподавания физико-технических дисциплин», г. Пенза, 2005г.;

- IV Международной конференции «Новые технологии в преподавании физики: Школа и ВУЗ» (НТПФ-ГУ), г. Москва, 2005г.;

- Научном семинаре Института истории естествознания и техники РАН (ИИЕТ РАН), г. Москва, 2005г.;

- Международной научной конференции «Дидактика физики в контексте Болонского процесса», г. Каменец-Подольский, 2005г.;

- Международной научно-практической конференции «Ценностные приоритеты образования в XXI веке: ориентиры и направления современного образования», г. Луганск, 2005г.

Внедрение результатов исследования.

Результаты работы использованы в лекционных курсах по дисциплине «История физики», читаемых в Армавирском государственном педагогическом университете, Брянском государственном университете, Борисоглебском государственном педагогическом институте, Пензенском государственном педагогическом университете. Разработанные лекции в течение последних четырех лет являются обязательным компонентом лекционного курса «История физики» и специальных курсов «Некоторые вопросы истории физики», «История и методология физики» для студентов, магистрантов и аспирантов Московского педагогического государственного университета. Разработанные мультимедийные лекции и демонстрации включены также в состав «Сетевого учебно-методического комплекса электронных средств поддержки обучения по основным инвариантным дисциплинам направлений 030000 и 540500» в части «История физики» и размещены в портале «Открытое образование»: http ://openedu.ministrv.ru.

СТРУКТУРА И ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Диссертация состоит из Введения, трех глав, Заключения, библиографии и Приложений. Общий объем диссертации составляет 255 машинописных страниц, из них 203 страницы основного текста, включая 14 таблиц, 51 рисунок, 6 приложений объемом 17 страниц. Библиографический список содержит 290 наименований-

Во Введении обосновывается актуальность темы исследования, определяются объект, предмет, цель, гипотеза, задачи и методы исследования, формулируются научная новизна, теоретическая и практическая значимость, положения, выносимые на защиту, приводятся сведения об апробации работы, внедрении результатов исследования и имеющихся публикациях; кратко характеризуется содержание работы по главам.

В первой главе «Цели и задачи преподавания дисциплины «История физики» в педагогическом вузе» рассматриваются методологические подходы к развитию физики, ее периодизации. Проанализирован опыт работы методистов и преподавателей вузов: П. А Знаменского, Г.М. Голи-на, А.И. Капралова, М.А. Червонного, С.М. Марчуковой, Р.Н. Щербакова, С.А. Тихомировой, Л.А. Бордонской, И.А. Шиловой и др. по осуществлению принципа историзма в процессе обучения физике как одного из способов реализации гуманитаризации физического образования.

В главе приведены результаты констатирующего этапа педагогического эксперимента. В ходе него было проведено анкетирование 15 преподавателей вузов РФ, читающих курс «История физики», для выявления степени использования ими лекционных демонстраций и определения целесообразности применения мультимедиа технологий в этом курсе. Анкетирование показало, что:

■ лекционные демонстрации по истории физики, представляющие собой воспроизведение известных физических экспериментов разных времен, используются в обучении данной дисциплине крайне редко, что ухудшает целостность восприятия слушателей;

■ преподаватели, в силу общего возрастания интереса к мультимедиа технологиям, высоко оценили их значение для курса истории физики с точки зрения повышения наглядности обучения, увеличения интереса студентов к изучению данной дисциплины и облегчения подготовки к чтению лекций при одновременном повышении их качества;

■ преподаватели вузов высоко оценили значение лекционных демонстраций в курсе истории физики и считают целесообразным проведение систематической работы по их созданию.

Проводилось также анкетирование студентов и аспирантов, прослушавших курс истории физики, для выявления их мнения по поводу использования мультимедиа технологий в данном курсе. Оно показало, что молодые люди, которые сегодня активно интересуются компьютерными технологиями, рассматривают этот процесс как совершенно необходимый и естественный, придерживаясь в этом отношении даже более радикального мнения, чем их старшие коллеги-преподаватели .

В ходе бесед с преподавателями вузов и анализа работ специалистов было также выяснено:

■ лекционный способ обучения истории науки по-прежнему остается ведущим;

■ превалирующей формой организации занятий по истории физики являются нормативные курсы, кроме того, имеется достаточно много курсов по выбору, в которых рассматриваются вопросы истории физики или близкие к ним.

В главе определяются также цели и задачи преподавания дисциплины «История физики» в педагогическом вузе, обсуждаются особенности изложения лекционного материала, а также дидактические функции лекционной формы преподавания.

На основе анализа литературы и научно-методических исследований, а также результатов констатирующего этапа педагогического эксперимента было сделано заключение, что модернизация лекционного курса «История физики» и широкое использование лекционных историко-физических демонстраций являются насущными задачами для всего курса истории физики. Тем самым была обоснована актуальность проводимого исследования, сформулирована цель и было выявлено направление дальнейшей работы: создание программно-методического комплекса, состоящего из мультимедийных лекций и ряда демонстрационных экспериментов.

Вторая глава «Создание и использование мультимедийных лекций по истории физики в педагогическом вузе» посвящена психолого-педагогическому обоснованию использования мультимедиа технологий (интерактивные средства, позволяющие одновременно проводить операции с неподвижными изображениями, видеофильмами, анимированными графическими объектами, моделированием, текстом, речевым и звуковым сопровождением) в образовании, и, в частности, в курсе истории физики. Рассматриваются возможные формы применения мультимедиа средств на лекциях по истории физики в вузе: слайдовая презентация (набор слайдов, выполняю-

щих иллюстративную роль), мультимедийная лекция, видеолекция (лекция лектора, записанная на носитель).

Под мультимедийными лекциями мы понимаем систематическое развернутое изложение сущности учебной, научной, воспитательной или иной проблемы, в котором лектор, передавая компьютеру часть своих функций, усиливает воздействие на слушателей путем использования возможностей, предоставляемых ему мультимедиа технологиями.

В главе обсуждаются также возможные виды лекционных демоне фаций, основанные на моделях различного гипа. Демонстрации, содержащие модельный эксперимент с использованием специально созданных предметных моделей, мы назвали модельными. Если в демонстрации не используются модели, называем их реальными. Указываются дидактические и технические требования к компьютерным демонстрациям.

Далее в главе рассматриваются мультимедийные лекции как одна из возможностей совершенствования лекционною курса по истории физики. В этой главе разрабатываемый комплекс мультимедийных лекций и историко-физических демонстраций мы назвали программно-методическим комплексом (ПМК). Под ПМК мы понимаем комплекс программных и методических средств поддержки процесса преподавания определенного предмета (курса) или его темы.

Разработка программно-методического комплекса мультимедийных лекций «Предыстория физики. Формирование классической физики» с использованием мультимедиа технологий состояла из нескольких этапов.

1. Разработка педагогического сценария к мультимедийным лекциям;

2. Разработка компьютерного сценария - подготовка материалов: текста, иллюстраций для мультимедийных лекций (выбор технологий и инструментальных средств);

3. Создание мультимедийных лекций и их реализация в образовательно-воспитательном процессе.

Педагогический сценарий для разработки мультимедийных лекций по истории физики заключается:

- в формулировании дидактических требований;

- в разработке блочно-модульной структуры предъявления материала в соответствии с требованиями к его содержанию (научности, гуманизации, доступности, систематичности, последовательности, наглядности в подборе материала, оптимальности);

- в подготовке блока заданий для диагностики усвоения материала.

На основе анализа научной, психолого-педагогической и методической литературы в ходе исследования нами сформулированы дидактические требования к мультимедийным лекциям. Мультимедийные лекции должны:

■ соответствовать научному уровню требований, которые предъявляются к лекциям педагогических вузов, разумно сочетая при этом естественнонаучную и гуманитарную компоненты;

■ эффективно стимулировать учебно-познавательную деятельность обучаемых;

■ оптимальным образом визуализировать учебный материал;

■ обладать универсальностью в исполнении, обеспечивать вариативность в подаче учебного материала, отвечая практическим потребностям преподавателя и обучаемых;

■ рационально сочетать различные технологии предъявления учебного материала (синтез гипертекста и мультимедиа);

■ развивать интеллектуальный потенциал обучаемых;

■ обеспечивать контроль знаний.

При создании мультимедийных лекций нами использовалась блочно-модульная модель предъявления учебного материала. В этом случае появляется возможность модификации содержания с быстрым его изменением и сокращением временных затрат. Под модулем мы понимаем дидактические единицы, из которых состоит блок, и которые подлежат усвоению студентами. Блоки представляют собой основные разделы темы и разделены на отдельные модули. Рассмотрим примерную структуру блоков.

1. Общая характеристика исторического периода.

2. Исторические этапы развития физики в целом, и отдельных ее разделов.

3. Значение физических открытий для человеческой цивилизации.

4. Основные научные труды ученых-физиков.

5. Блок заданий, направленных на усвоение материала и проверку, контроль его понимания, осмысления.

6. Библиографический указатель использованной и рекомендуемой литературы.

В качестве основных модулей выступают:

■ биографии ученых;

■ ключевые эксперименты, приведшие к изменению представлений об окружающем мире;

■ история открытия физических законов и возникновения физических теорий;

■ формулировки основных физических законов в историческом аспекте и их изменение со временем.

На этапе разработки компьютерного сценария были обоснованы программно-технические требования к мультимедийным лекциям — оптимальный выбор программных и аппаратных .средств (компьютер с процессором типа Pentium 900 МГц, 64 Мбайт ОЗУ, видеокарта SVGA с видеопамятью не менее 8 Мбайт, 16-скоростное устройство для чтения компакт-диска, звуковая карта и акустическая система, мышь, программа проигрыватель Windows Media, мультимедиапроектор), многофункциональность, работоспособность, а также соответствие эргономическим и эстетическим характеристикам к информации, представленной на экране. Обосновывается выбор базовых программ для создания мультимедийных лекций: Dreamweaver фирмы Macromedia и MS PowerPoint, входящей в пакет Microsoft Office, и работы с анимациями - iMove.

В ходе исследования разработаны шесть мультимедийных лекций в соответствии с вышеуказанными дидактическими и техническими требованиями.

Мультимедийная лекция «Античная физика. Предыстория физики»

состоит из следующих блоков: «Техника и организация труда в античных государствах», «Физические учения античности: физика как натурфилософия», «Физические учения античности■ математическая физика», «Период упадка античности», «Особенности физики античного мира», «Источники наших знаний об античной физике». Лекция включает 37 кадров (HTML - страниц), которые сопровождаются текстовой информацией, и 35 иллюстрациями.

Мультимедийная лекция «Физические знания эпохи Средневековья» состоит из следующих блоков: «Особенности эпохи Средневековья», «Средневековая физика Востока», «Средневековая физика Европы», «Особенности физики эпохи Средневековья», «Источники наших знаний о средневековой физике». Лекция включает 30 HTML - страниц, которые сопровождаются текстовой информацией, и 27 иллюстрациями.

Мультимедийная лекция «Физика в эпоху Возрождения. Леонардо да Винчи» состоит из следующих блоков: «Однажды в Винчи», «Во Флоренции Живопись Леонардо», «В Милане. Механика Леонардо», «Искусство и война», «Милан, Рим, Амбуаз», «Научные направления по физике» (рис. 1). Лекция включает 40 слайдов, на которых размещены 48 рисунков, и текстовая информация.

Рис. 1. Первый слайд лекции «Физика в эпоху Возрождения.

Леонардо да Винчи» Мультимедийная лекция «Формирование основ научного знания. Николай Коперник» состоит из следующих блоков: «Жизненный путь Николая Коперника», «Коперниканская система мира», «Коперник и развитие физики», «Перечень основных трудов Коперника». Лекция включает 25 НТМГ-страниц, содержащих текст, и 22 иллюстрации.

Мультимедийная лекция «Становление экспериментальной науки. Галилео Галилей» состоит из следующих блоков: «Биография», «Механика Галилея», «Оптика Галилея», «Астрономия Галилея», «Работы Галилея в других областях физики», «Создание первой экспериментальной базы», «Хроноло-

г и я физических открытий Галилея», «Перечень основных трудов Г алтея» (рис 2). Лекция включает 37 НТМЬ-страниц, на которых размещена текстовая информация, и 65 рисунков.__

СТАНОВЛЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ НАУКИ. ГАЛИЛЕО ГАЛИЛЕЙ

Гюыго Гшиия мы слрпедямо счлагм фюнчгасий туп' »

ичрсшниы « попаши Гамше его нцг««» 1р)Ш юпитч априммы н иппкг. Рт ияпим •строноитс»« мблюдтЛ «»«*>с» лолпсржасжс снгтош Кстерма к осн.яшо* нодоП, истмстеиГ унт )м*м, обличи юрином») ппыапий фшичеп«Л Осжчанк гтмП отр* »1 «стрит»«« Г**1я«П положил см»*« икдеяоммш-ы об строемм ли«юЛ исолшчиой пмагтогап

Супностъ мдчюге метши ГинМЯ гветокгне столы» ■ «Го уд*ч»*1Х ктронтмчкмк открытая сколь» * п»Й иеобмюю«виоП гфонАДОпжост квторм способ« был* рюипзм*»ть слоям» фнягчеоме ямгчю га состиякн®* ж *лсиеит и пыуют тм обрлом осиомас хако»« исммшесмА дЫстА не нширая ими и* нмушств««* вбттлмт»»* при пиичмке жтрнюле« (тгчмвер » жммртютх <

пядммм 1сл рвнпй и1кы н 4всммтс-№11 1к> мкпожоа гужкостн) гклиел ониисраым) 1сным югорып

пом* »то ц деушистмя м с^ястке. По суцсгтцг 1ма»ю с этого ммигга и нач&жь жгперижитотым фи*«

П*р»не ©споим« шум! о дм««м< • мма*к» и и мм к« млояип Н» вило вы оюибочно

г*столитт» что мом* ту** пднипкь н§ г«« вв^г 6а кпм< полгстщктсчьемс ктммА Подобно» 1ф*Л№.1МК01* ПрО*ЛОр«Ч11ПО ЛЫ »КТОрИЧ«КОМ> икону НвфСрМОМСТИ Х1УМ «но «тп * формрояшлы имикн ГкимЙ «или нг шел щишвегтмммео« Если кого н иомю начт прсдистпикок. т. это 1к»«ФЛ0 да Втчк Ко ЛЛ с этим мпрмлет! Аылп сделаю очень иемюгг ГмикЯ был ю-мпм -цорим двух первых остмк нгал диим. фмиятфии имчю немансипх-ш двомнЛ № послами? • лалыкПшем быт 1ыкям< пропорииммоьнвт сил уюрвмп >1 лрнило сллка«я пут Гмллгю иеоспормо фмддонт ммл со«м«г» дм гарта мпршлвм мпамю стжг н мамку объем** т > фмип юмяно псрсмгвемА Этот Гфмот подосен >*• • осин* К1й «авринчтшП фипш ПклссмдоГг-ммятюаФы/яиОыта И только IХШ кнеП »ерин« Даграмк

Рис. 2. Первая НТМЬ-страница лекции «Становление экспериментальной науки. Галилео Галилей»

Мультимедийная лекция «Ньютон и его научный метод» включает следующие блоки: «Биографические сведения», «Научная деятельность И Ньютона», «Особенности научного метода Ньютона». «Значение научной деятельности Ньютона», «Источники наших знаний о трудах Ньютона» Лекция состоит из 66 слайдов, которые включают 60 иллюстраций и текстовую информацию.

Предлагается следующая методика использования мультимедийных лекций.

Разработанный комплекс используется преподавателем для чтения лекций, при этом основным информационным наполнением служит использование мультимедийных лекций и демонстраций, а дополнительным - речь.

Демонстрация каждого «кадра» лекции занимает от одной до пяти минут. Слишком частая смена кадров не позволяет слушателю осмыслить их содержание, в том числе в контексте с речевым изложением, поскольку обучающиеся при этом частично или полностью переписывают (перерисовывают) информацию с экрана себе в тетрадь. Смена кадра является также одним из способов привлечения внимания.

Лекции рассчитаны на 2 академических часа, из них 1,5-1,6 часа на освоение учебного материала и 15-20 минут резервного времени, которое преподаватель заполняет по своему усмотрению: например, тестовым контролем или просто рассуждениями на отвлеченные темы.

В главе приводятся также описания демонстраций, дополняющих мультимедийные лекции. Две модельные демонстрации «Опыт Архимеда по определению углового размера Солнца», «Эолипил» Герона Александрийского» проводятся без использования компьютера. Восемь демонстраций «Технические изо-

бретения Леонардо», «Изучение Галилеем свободного падения тел» были созданы на основе анимаций (представлений статистических иллюстраций в динамическом изображении) Использование созданных лекционных демонстраций организовано следующим образом:

■ объявление цели эксперимента, кем и когда он был проведен;

■ состав технических средств экспериментальной установки;

■ порядок проведения эксперимента;

■ результаты эксперимента;

■ объяснение данных опыта с учетом современных научных представлений.

На каждую демонстрацию отводится 3-5 минут.

Созданный в процессе исследования программно-методический комплекс включает программу дисциплины «История физики»; дидактические материалы: мультимедийные лекции, демонстрации (анимации); тест; инструкции для преподавателей, которые содержат сведения по использованию мультимедийных лекций и компьютерную тестовую систему. ПМК хранится на лазерном диске и занимает объем 217,8 Мбайт.

Третья глава «Экспериментальная проверка эффективности использования мультимедийных лекций в курсе истории физики» посвящена вопросам организации, описанию этапов и анализу результатов педагогического эксперимента.

Общая характеристика трех этапов педагогического эксперимента приведена в Таблице 1.

ТАБЛИЦА 1.

ЭТАПЫ ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА_

Этап Сроки Экспериментальная база Количество участников Методы исследования

1 Конста- I тирую- | щий | 20012002 15 вузов России 15 преподавателей, 15 аспирантов и студентов Беседы, интервью, анкетирование преподавателей вузов, анкетирование студентов и аспирантов, наблюдения

1 Поисковый 2002-2003 АГПУ, МПГУ, БГПИ, БГУ, ПГУ более 120 студентов, 10 преподавателей Разработка мультимедийных лекций и демонстраций по истории физики Проведение лекционных занятий с целью выявления недостатков созданного комплекса и внесения в него изменений Беседы, анкетирование

Обучающий 2003-2005 МПГУ более 120 студентов Проведение лекций по истории физики, беседы, анкетирование, наблюдение, статистическая обработка и анализ результатов

Организация, проведение и результаты констатирующего этапа экспе-

римента подробно описаны в Главе I.

На поисковом этапе педагогического эксперимента была обоснована выбранная тематика мультимедийных лекций «Предыстория физики. Формирование классической физики».

1. Доклассическая физика, в том числе и в историческом аспекте слабо освещается в курсах общей и теоретической физики.

2. Материал, относящийся к доклассическому периоду, встречается в учебной литературе для педагогических вузов в недостаточном количестве.

3. Обоснование тематики нами проводилось и на основе анкетирования. Студентам была предложена анкета с вопросом следующего содержания: «Кто из ученых-физиков, по Вашему мнению, своими научными работами внес наибольший вклад в развитие физической науки?» Следовало назвать двадцать фамилий ученых-физиков в порядке возрастания их вклада в физическую науку. В целом «рейтинг» ученых-физиков, определенный по ответам студентов, не слишком сильно отличался от принятого среди специалистов по истории науки. Однако отметим, что чем дальше по времени отстоит от нас научное творчество того или иного ученого, тем реже он упоминался в рейтинговых листах студентов.

Разработка комплекса «Предыстория физики. Формирование классической физики» нами началась с создания мультимедийной лекции «Физические знания эпохи Возрождения. Леонардо да Винчи». Для осуществления целей поискового этапа педагогического эксперимента студентам АГПУ, МПГУ, БГПИ, БГУ, 111 У после демонстрации этой лекции была предложена анкета. Общие итоги опроса сводятся к следующему.

да

Рис. 3. Диаграмма «Целесообразность использования мультимедийных лекций

в курсе истории физики» Мультимедийные лекции являются весьма эффективной формой обучения дисциплине «История физики», которая содержит одновременно естественнонаучную и гуманитарную составляющие. Об этом свидетельствует высокий процент респондентов, которых лекция удовлетворила (рис. 3). Лишь около 10% придерживались иного мнения. Тем самым был также подтвержден верный выбор направления исследования.

В ходе обучающего этапа педагогического эксперимента на одной из промежуточных стадий разработки комплекса в 2003-2004 учебном году группе

студентов 5 курса МПГУ (24 человека) была предложена анкета. Отметим, что студентами были прослушаны следующие мультимедийные лекции «Античная наука. Предыстория физики», «Физические знания эпохи Возрождения. Леонардо да Винчи», «Становление экспериментальной науки. Галилео Галилей», -остальные читались традиционным способом. Некоторые результаты анкетирования представлены на рис. 4.

.Темы и вопросы курса "Предыстория) физики. Формирование классической1 , физики" |

| 13 Характер физики в период > античности

□ Эксперимент Архимеда по определению углового диаметра Солнца

В Развитие физики в эпоху Средневековья

□ Первый пропагандист эксперимента Роджер Бэкон

1 0 Особенности физики эпохи Возрождения

¡3 Физика и инженерная деятельность Леонардо да Винчи

Э Экспериментальная деятельность Галилео Галилея

3 Система мира Николая Коперника

Рис. 4. Гистограмма «Вопросы, усвоенные студентами наилучшим образом»

Гистограмма отражает, что мультимедийные лекции посетили и прослушали 66 студентов, традиционные лекции - 44 студента. Это означает, что студентами полностью усвоено 95% материала, содержащегося в мультимедийных лекциях, по сравнению с 60% материала усвоенного ими из традиционных лекций. При этом и заинтересованность в материале тех лекций, которые прочитаны с использованием мультимедиа технологий, была выше В условных единицах (%) она составила 70%. Отметим, что именно лекции, в которых использованы традиционные технологии, показались студентам наименее интересными.

Мультимедийные лекции были прослушаны и преподавателям тех ВУЗов РФ, в которых читается курс «История физики». Экспертная оценка, выполненная преподавателями, показала целесообразность использования мультимедиа технологий в преподавании этой дисциплины. Эксперты также отметили, что компьютеризация преподавания в вузах основной массы дисциплин и, в частности, истории науки, нуждается в постоянной модернизации, причем именно компьютерные технологии должны служить ее основой. В их ответах также отмечалось, что наличие доступных мультимедийных лекций существенно облегчит подготовку к занятиям, повысив при этом их качество.

На этом этапе педагогического эксперимента мы вновь обратились к определению студентами «рейтинга» ученых. На этот раз в анкетировании участвовали студенты, завершившие изучение курса истории физики. Результаты их ответов свидетельствуют о том, что фамилии ученых-физиков доклассического иериода стали чаще упоминаться в первых рядах рейтинга.

Во время выполнения обучающего этапа педагогического эксперимента для проверки гипотезы исследования сравнивались результаты дифференцированных зачетов, полученных в 2001-2002 учебном году, когда курс «История физики» читался студентам без использования мультимедийных лекций, и в 2003-2005 учебных годах при чтении мультимедийного курса. Студентам на зачетах предлагались два теоретических вопроса и тест.

В качестве статистических гипотез было выбрано, что: Нх - создание мультимедийных лекций по истории физики и разработанная методика их использования не влияют на повышение качества знаний студентов.

Альтернативная (конкурирующая) гипотеза:

Н2 - применение разработанной методики положительно влияет на повышение качества знаний студентов.

Результаты зачетов позволили рассчитать наблюдаемое '^знач\ и критическое 2кр значения статистики. Статистика критерия \£знач\ определялась как:

12тач\ = х\ г2''(1— +—)' Здесь щ и п2 - число студентов, х, и хг - средние баллы тач V «I "2

по результатам зачетов. На основе данных, представленных в Таблице 2, получили, что \гэнач | -1,54.

ТАБЛИЦА 2.

СТАТИСТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА__

« Число сту-Сроки проведения зачетов дентов Среднее значение признака (средние баллы) Дисперсия

2001-2002 гг. | 54 X, =4,481 =0,250

2003-2005 гг. 1 67 х2 = 4,627 = 0,294

Критическое значение при от =0,1 составило 2кр = 1,28, т. к. \2мач\> 2,

то выбираем гипотезу Нг.

Результаты статистической обработки педагогического эксперимента показали, что использование при обучении истории физики мультимедийных лекций, характеризующихся оптимальным сочетанием естественнонаучною и гуманитарного компонентов, приводят к повышению качества знаний студентов.

Общие итоги выполнения обучающего этапа педагогического эксперимента, подтверждают гипотезу исследования о том, что использование мультимедийных лекций в обучении истории физики способствуют усилению мотива-

ции к обучению, развитию у студентов интереса к предмету, совершенствованию педагогической техники груда преподавателей.

В Заключении подводятся итоги проведенного исследования.

В Приложениях приведены ссылки на Интернет-ресурсы по теме исследования, иллюстративный материал и анкеты. Приводится разработанный в ходе исследования итоговый тест, использовавшийся для диагностики уровня усвоения историко-физических знаний. К диссертации прилагается лазерный диск, содержащий запись мультимедийных лекций, инструкции для преподавателей и компьютерную тестовую программу для осуществления диагностики усвоения знаний.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

I. Проанализированы традиционные формы обучения истории науки и состояние вопроса об использовании компьютерных, программных и коммуникационных средств на занятиях по истории физики. На этой основе показано, что наиболее целесообразным способом использования мультимедиа технологий на лекциях по истории физики является мультимедийная лекция.

И. Обоснована тематика мультимедийных лекций «Предыстория физики. Формирование классической физики». Показано, что в наибольшей степени модернизации требуют такие темы, как «Античная наука. Предыстория физики», «Физические знания эпохи Средневековья», «Физические знания эпохи Возрождения. Леонардо да Винчи», «Формирование основ научного знания. Николай Коперник», «Становление экспериментальной науки. Галилео Галилей», «Ньютон и его научный метод».

Ш. Сформулирована специфическая для курса истории физики совокупность дидактических и программно-технических требований (научности, гуманизации, наглядности, многофункциональности, эргономичности, эстетичности и т.п.) к мультимедийным лекциям, направленная на эффективность их проведения.

IV. Создан и реализован программно-методический комплекс «Предыстория физики. Формирование классической физики» дисциплины «История физики», включающий шесть мультимедийных лекций - «Античная наука. Предыстория физики», «Физические знания эпохи Средневековья», «Физические знания эпохи Возрождения. Леонардо да Винчи», «Формирование основ научного знания. Николай Коперник», «Становление экспериментальной науки. Галилео Галилей», «Ньютон и его научный метод».

Наряду с лекциями в комплекс включены оригинальные разработки историко-физических демонстраций, связанные с именами известных ученых -Архимеда, Герона Александрийского, Леонардо да Винчи, Галилео Галилея, описания демонстраций и методика их проведения.

V. Разработана методика использования мультимедийных лекций, включающая цели, содержание, диагностику усвоения знаний студентами и обеспечивающая возможность вариативного применения преподавателями материала лекций.

VI. Осуществлена экспериментальная проверка эффективности применения комплекса, которая показала, что использование мультимедиа технологий в курсе «История физики» в форме мультимедийных лекций значительно приводит к повышению количества и качества усвоенного материала, обеспечивает совершенствование педагогической техники труда преподавателей, ведущих занятия по дисциплине «История физики», а также повышает гуманитарную направленность этой дисциплины и позволяет увеличить возможности ее применения в дистанционном обучении.

Сказанное выше позволяет сделать выводы о решении задач исследования и достижении его цели.

Проведенное исследование не исчерпывает содержание рассматриваемой проблемы. Дальнейшее развитие исследований этой проблемы может быть продолжено в направлении создания комплекса мультимедийных лекций по всем разделам истории физики.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ отражено в следующих публикациях:

1. Ильин В.А., Древич Ж.С. Концептуальные основы преподавания истории науки в педагогическом вузе. Материалы VIII Международной конференции «Физика в системе современного образования» (ФССО-05). - СПб.: Изд-во РГПУ, 2005. - С. 220-223 (0,2п.л., авторских 50%).

2. Ильин В.А., Древич Ж.С. История физики. Курс мультимедийных лекций. Сборник трудов XIII Международной конференции «Информационные технологии в образовании». Ч. IV. - М., 2003. - С. 53-54 (0,1 п.л., авторских 70%).

3. Древич Ж.С., Ильин В.А. Комплекс лекционных демонсграций в курсе истории физики педагогических вузов. Труды VIII Международной учебно-методической конференции «Современный физический практикум». - М., 2004. - С. 146-147 (0,1 п.л., авторских 50%).

4. Древич Ж.С., Ильин В.А. История физики. Методика преподавания истории физики в педагогическом вузе с помощью мультимедийных технологий. //Преподавание физики в высшей школе. - М., 2005. - № 30. - С. 155-171 (0,3 п.л., авторских 50%).

5. Древич Ж.С., Ильин В.А. Мультимедийная поддержка лекционного курса по истории физики педагогического вуза на примере лекций «Леонардо да Винчи» и «Галилео Галилей». Межвузовский сборник научных трудов «Актуальные вопросы преподавания физико-технических дисциплин». - Пенза: ПГПУ, 2004. - С. 12-19 (0,33 п.л., авторских 50%).

6. Древич Ж.С. Применение мультимедийных технологий в курсе истории физики в педагогическом вузе. Молодые ученые: сборник статей и тезисов. Вып. 3. - Армавир: РИЦ АГПУ, 2005. - С. 35-37 (0,125 п.л.).

7. Ильин В.А., Древич Ж.С. Концептуальные основы преподавания истории науки в современном педагогическом вузе и их компьютерное воплощение. Сборник научных трудов Каменец-Подольского государственного университета. Вып. 11. - Каменец-Подольский, 2005. - С. 136-140 (0,2 п.л., авторских 50%).

8. Древич Ж.С., Ильин В.А. Использование мультимедийных технологий при изучении курса «История физики» в педагогическом вузе. Материалы Всероссийской научно-методической конференции «Обучение физике в школе и вузе в условиях модернизации системы образования». - Н. Новгород, 2004. -С. 143-144 (0,1 п.л., авторских 50%).

9. Древич Ж.С., Ильин В.А. Мультимедийные технологии в преподавании курса «История физики» педагогических вузов. Научные труды МИГУ. Серия: Естественные науки. - М., 2004. - С. 148-150 (0,125 п.л., авторских 50%.).

10. Ильин В.А., Древич Ж.С. Концепция преподавания истории физики в педагогическом вузе и ее компьютерное воплощение. Материалы II Международной научно-методической конференции «Ценностные приоритеты образования в XXI веке: ориентиры и направления современного образования».- Луганск, 2005. - С. 64-73 (0,5 п.л., авторских 50%).

11. Ильин В.А., Древич Ж.С. Историко-физический эксперимент в современном педвузе. Сборник трудов Ш-ой Международной научно-методической конференции «Новые технологии в преподавании физики: школа и ВУЗ». - М., 2002. -С. 181-182(0,1 п.л., авторских 50%).

12. Древич Ж.С., Ильин В.А. Особенности изучения истории физического эксперимента в педагогическом вузе. Предыстория физики. //Преподавание физики в высшей школе. - М., 2003. - № 25. - С.57-60 (0,2 п.л., авторских 50%).

13. Древич Ж.С. Мультимедийные технологии в образовании. Преподавание дисциплины «История физики» в педагогических вузах. «Новые технологии в преподавании физики: школа и ВУЗ». Сб. аннотаций докладов 1У-ой Международной научно-методической конференции. - М., 2005. - С. 44-45 (0,1 п.л.).

14. Древич Ж.С., Ильин В.А. Изучение истории физического эксперимента в педаюгаческом ВУЗе. Концепции современного естествознания и его история: Тезисы первых научных Северо-Кавказских чтений. - Армавир, 2002. -С. 21-22 (0,1 п.л., авторских 70%).

15. Древич Ж.С., Ильин В.А. Роль и место физического эксперимента в естествознании. «Новые технологии в преподавании физики: школа и ВУЗ». Сб. аннотаций докладов Ш-ой Международной научно-методической конференции. - М„ 2002. - С. 149 (0,042 п.л., авторских 50%).

16. Ильин В.А., Древич Ж.С. Концептуальные основы преподавания истории науки в педа1 огическом вузе (на примере физики). «Новые технологии в преподавании физики: школа и ВУЗ». Сб. аннотаций докладов 1У-й Международной научно-методической конференции. - М., 2005. - С. 51 (0,042 п.л., авторских 50%).

Подл, к печ. 05.12.2005 Объем 1.25 пл. Заказ №. 458 Тир 100 экз.

Типография Mill У

М5 732

РНБ Русский фонд

2006-4 30195

Содержание диссертации автор научной статьи: кандидата педагогических наук, Древич, Жанна Станиславовна, 2006 год

ВВЕДЕНИЕ ф

ГЛАВА 1. Цели и задачи преподавания дисциплины «История физики» в педагогическом вузе

1.1. История физики как наука

1.1.1. Наука физика и ее история: взаимоотношения и закономерности развития

1.1.2. Методологические подходы к изучению развития физики

1.2. Принцип историзма при обучении физике в системе школьного и вузовского образования

1.2.1. Анализ состояния реализации принципа историзма и его психолого-педагогические возможности при обучении физике

1.2.2. Изучение истории физики - вклад в гуманитаризацию естественнонаучного образования

1.2.3. Научная и учебно-методическая литература по истории физики

1.3. История физики как учебная дисциплина педагогического вуза 50 1.3.1. Концептуальные основы преподавания истории науки в педвузе

1.3.2. Цели и задачи дисциплины. Требования к уровню освоения содержания курса

1.3.3. Особенности лекционного изложения материала дисциплины «История физики»

1.3.4. Выбор лекционных демонстраций для курса истории физики 64 Выводы по первой главе

ГЛАВА 2. Создание и использование мультимедийных лекций по истории физики в педагогическом вузе

2.1. Мультимедийные технологии в образовательном процессе

2.1.1. Основные понятия информационных технологий в образовании

2.1.2. Психолого-педагогические основы использования компьютерных программных средств в обучении

2.1.3. Лекционные компьютерные презентации и демонстрации

2.2. Мультимедийные лекции - одна из возможностей совершенствования лекционного курса истории физики

2.2.1. Проектирование мультимедийных лекций по истории физики

2.2.2. Выбор технологий и инструментальных средств для подготовки мультимедийных лекций

2.2.3. Создание комплекса мультимедийных лекций и его реализация

2.3. Описание мультимедийных лекций по разделу «Предыстория физики. Формирование классической физики»

2.3.1. Мультимедийная лекция «Античная наука. Предыстория физики»

2.3.2. Мультимедийная лекция «Физические знания эпохи Средневековья»

2.3.3. Мультимедийная лекция «Физические знания эпохи Возрождения . Леонардо да Винчи»

2.3.4. Мультимедийная лекция «Формирование основ научного знания . Николай Коперник»

2.3.5. Мультимедийная лекция «Становление экспериментальной науки. Галилео Галилей»

2.3.6. Мультимедийная лекция «Ньютон и его научный метод»

2.4. Методика проведения лекционных занятий с использованием комплекса мультимедийных лекций и модельных демонстраций 159 Выводы по второй главе

ГЛАВА 3. Экспериментальная проверка эффективности использования мультимедийных лекций в курсе истории физики

3.1. Организация педагогического эксперимента

3.2. Результаты педагогического эксперимента

3.2.1. Констатирующий этап педагогического эксперимента

3.2.2. Поисковый этап педагогического эксперимента

3.2.3. Обучающий этап педагогического эксперимента

3.3. Анализ результатов статистической обработки обучающего этапа педагогического эксперимента 207 Выводы по третьей главе 212 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 214 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 216 ПРИЛОЖЕНИЕ I {анкетаMl) 239 ПРИЛОЖЕНИЕ II (ссылки на Интернет-ресурсы по истории физики) 240 ПРИЛОЖЕНИЕ III (примеры иллюстративного материала) 244 ПРИЛОЖЕНИЕ IV (определение рейтинга ученых-физиков) 249 ПРИЛОЖЕНИЕ V (анкета № 2) 250 ПРИЛОЖЕНИЕ VI (итоговый тестовый опросник «История физики»)

Введение диссертации по педагогике, на тему "Мультимедийные технологии в преподавании дисциплины "история физики" в педагогическом вузе"

История физики хранит огромное количество событий и фактов, оказавших значительное влияние на формирование наших представлений об окружающем мире, становление и развитие физической науки. На важность изучения истории науки (физики) и включение ее в образовательный процесс указывали многие ученые-физики Ф. Бэкон, Д. Максвелл, М. Планк, А. Эйнштейн, П.Л. Капица, A.A. Андронов и др. Очень просто и ясно высказывался о значении истории физики B.JL Гинзбург «История науки, как и всякая история, «просто интересна» [41, С. 254].

Курс истории физики является неотъемлемой частью образовательной программы физических и физико-математических факультетов педагогических вузов. Значение курса истории физики неоспоримо для развития физической эрудиции и «физического» стиля мышления у будущих учителей. История физики является важным источником педагогических идей, дающих возможность совершенствовать и обогащать методику преподавания физики новыми подходами и решениями, осуществлять межпредметные связи в преподавании физики. В частности, историко-физические знания позволяют учителю разрабатывать факультативы, элективные курсы и внеклассные мероприятия. Они могут стать основой для разработки и реализации авторских курсов в общеобразовательных школах и гимназиях, а также в классах гуманитарного профиля и т.п. Курс истории физики является также одной из основ естественнонаучного мировоззрения. Свидетельством вышеизложенного является также и то, что ВАК МОиН РФ введен кандидатский экзамен по философии и истории науки, в том числе для физических специальностей -по истории и методологии физики.

Изучение дисциплины «История физики» в педагогическом вузе предполагает использование всех форм учебного процесса - лекций, семинаров, спецкурсов и др. Тем не менее, по-прежнему доминирующая роль в формировании историко-физических знаний принадлежит главному звену дидактического цикла обучения - лекциям, так как именно на лекциях закладываются основы научных знаний в обобщенной форме.

В настоящее время Стандартом высшего профессионального образования на изучение курса «История физики» отводится 72 часа [54]. Из них 36 - лекционные занятия, остальные предназначены для самостоятельного изучения студентами учебного материала. Подобное распределение учебной нагрузки затрудняет глубокое изучение истории физики и требует значительной реорганизации учебного процесса. Она заключается, с одной стороны, в коренной перестройке способа чтения лекций, а с другой, - в облегчении самостоятельного доступа студентов к учебникам и учебным пособиям. Однако общая тенденция сокращения учебных часов по физике в педагогическом вузе и отсутствие во многих из них демонстрационного материала по истории физики привели к тому, что в некоторых вузах курс «История физики» студентам вообще не читается.

В последние годы в системе среднего и высшего образования России произошли существенные изменения. Наметилась общая тенденция к гуманитаризации образования, в том числе и физического. В средних школах получили широкое распространение профильная и уровневая дифференциация, специализированные школы, гимназии, лицеи. В педагогических вузах появились различные курсы по выбору для гуманитарных факультетов, содержащие естественнонаучные знания, к примеру, куре «Концепции современного естествознания». Вопросы гуманитаризации естественнонаучного образования рассматривались в работах JI.A. Бор донской, Г.М. Голина, В.И. Да-нильчука, Т.М. Елкановой, Г.М. Идлиса, А.Н. Мансурова, Е.П. Левитана, В.Н. Мощанского, Б.И. Спасского, С.А. Тихомировой, Р.Н. Щербакова [20, 44, 58, 81, 129, 153, 140, 175, 229, 241, 266] и др. Вопросам гуманитаризации физического образования уделяли внимание многие ведущие ученые-физики В.П. Вайскопф, И.А. Раби, Д. Холтон и др. Тем не менее, проблему гуманитаризации физического образования нельзя считать полностью решенной. Её невозможно решить в целом без гуманитаризации физического образования в педагогических вузах.

Сказанное выше невозможно реализовать в рамках традиционной методики преподавания данной дисциплины. Это означает, что. использовавшиеся до настоящего времени методы чтения лекций по курсу «История физики» должны быть существенно модернизированы.

В связи с тем, что в настоящее время наблюдается тенденция роста информатизации общества и, в частности, информатизации образования, модернизация курсов, относящихся к физическим дисциплинам, должна заключаться, в частности, в широком использовании современных компьютерных технологий, которые обладают значительными возможностями предъявления информации с помощью средств мультимедиа. Мультимедиа технологии можно отнести к методам обучения истории физики, так как их можно представить как способ передачи знаний и одновременно способ усвоения их студентами.

Физика - наука экспериментальная. Но эксперимент в науке занял свое место не сразу, а лишь в результате борьбы умозрительных и экспериментальных методов, которая продолжалась несколько столетий. Еще в XIII веке Роджер Бэкон выступил против умозрительного подхода к изучению явлений природы. Продолжил борьбу за экспериментальный метод великий ученый-энциклопедист и художник Леонардо да Винчи. Окончательно в XVII веке утвердил в физике экспериментальный метод Галилео Галилей. Историко-физические знания также могут даваться с помощью демонстрационного эксперимента. В частности, можно эффективно использовать демонстрации исторических экспериментов, впервые выполненных некоторыми из ученых.

В результате анализа программы дисциплины «История физики», а также в ходе бесед с преподавателями педвузов и их анкетирования выяснилось, что лекционные демонстрации по истории физики встречаются крайне редко. Это обусловлено рядом причин. Одна, из них связана с тем, что воссоздание первоначальных экспериментальных установок достаточно сложно и поэтому почти не производится. Исключением являются лишь некоторые случаи [95, 97]. Применение мультимедиа технологий позволяет использовать «виртуальные» физические эксперименты, что даёт обучаемым возможность более ярко представить развитие физической науки на большинстве этапов ее развития.

Таким образом, новые информационные технологии позволяют организовать изучение истории науки способами, не только наиболее адекватными ее внутренней логике (одновременно естественнонаучной и гуманитарной), но и наиболее интересными для обучаемых. Они позволяют шире представить историко-физический материал, именно в этих целях следует разработать программно-педагогические средства по истории физики, в том числе, мультимедийные лекции.

В настоящее время многие профессиональные педагоги занимаются разработкой лекций, содержащих современные мультимедиа технологии. Достаточно большое число из них посвящено физике. В то же время лекции подобного рода по истории физики практически отсутствуют. В связи с этим, целью настоящей работы явилось создание ряда мультимедийных лекций по курсу истории физики для педагогического вуза, которые отражали бы развитие науки в период от античности до становления классической физики.

Проведенное изучение историко-физического материала [47, 49, 68, 91, 101, 136, 145, 166], проблемы гуманитаризации физического знания [7, 20, 30, 241, 263, 266] и анализ возможностей информационных технологий [5, 14, 21, 33, 39, 86, 163, 206, 218, 223, 244] позволили дидактически обосновать включение мультимедиа технологий в лекционный курс различных разделов истории физики.

В основу исследования положена следующая гипотеза. Если при изучении истории физики использовать возможности мультимедиа технологий (информационные, интерактивные, эмоциональные и т.п.), то это приведет к: усилению у студентов мотивации к изучению данной дисциплины за счет осуществляющегося в этом случае «виртуального погружения» в изучаемую культурно-историческую эпоху; повышению качества знаний студентов; совершенствованию педагогической техники труда преподавателей, ведущих занятия по дисциплине «История физики».

- осуществить экспериментальную проверку эффективности применения разработанной методики преподавания.

Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования и виды деятельности:

- анализ научной, психолого-педагогической и методической историко-физической литературы, диссертационных исследований и материалов сети

Интернет, посвященных проблеме применения новых информационных технологий в образовании в целом, а также вопросам использования компьютерных, программных и коммуникационных средств в обучении истории науки;

- педагогический эксперимент с целью проверки гипотезы исследования;

- статистические методы обработки результатов эксперимента.

Исследование осуществлялось в течение нескольких этапов в период с 2001 по 2005 год.

На первом этапе исследования изучалось современное состояние преподавания и изучения лекционного курса по истории физики в педагогических вузах и использование в нем историко-физического эксперимента. Рассматривались также вопросы актуальности изучения истории науки для гуманитаризации естественнонаучного образования и проблемы использования принципа историзма в школьной практике. С этой целью была проанализирована специальная литература и программы курсов по истории физики, а также проведены опросы преподавателей истории физики ряда педагогических вузов России, аспирантов и студентов физического факультета МПГУ. Была также рассмотрена необходимость и возможность использования мультимедийных лекций в курсе истории физики в педагогических вузах как один из путей осуществления историко-физического образования будущих учителей физики.

В течение второго этапа исследования был разработан и включен в практику изучения курса «История физики» комплекс мультимедийных лекций и лекционных демонстраций, посвященных становлению физических знаний в период от античности до XVIII века. Предложена и обоснована методика использования указанного комплекса для осуществления повышения уровня историко-физических знаний студентов и их профессиональной подготовки в процессе изучения курса.

На третьем этапе проведена оценка эффективности включения в процесс обучения истории физики созданного комплекса мультимедийных лекций для повышения уровня историко-физической подготовки будущих учителей физики. Полученные результаты позволили подтвердить выдвинутую гипотезу исследования.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА исследования состоит:

- в обосновании выбора средств мультимедиа для использования их в лекциях по истории физики;

- в обосновании тематики лекционного курса по истории физики («Предыстория физики. Формирование классической физики»), в которой оптимальным образом реализуются преимущества мультимедийного способа изложения учебного материала;

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ исследования заключается в обосновании и реализации мультимедийных лекций - нового способа преподавания истории науки, способствующего более глубокому усвоению слушателями изучаемого материала, обеспечивающего большую вариативность его изложения, эффективно включающегося в процесс дистанционного обучения, упрощающего подготовку преподавателя к занятиям при обеспечении их высокого качества.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ исследования состоит:

- в разработке и внедрении в учебный процесс преподавания дисциплины «История физики» в педагогических вузах программно-педагогического комплекса мультимедийных лекций и лекционных демонстраций, характеризующихся оптимальным сочетанием естественнонаучного и гуманитарного подходов к преподаванию и позволяющих на современном техническом уровне отразить закономерности истории науки, место и роль физики в развитии цивилизации;

- в разработке методических рекомендаций по проведению мультимедийных лекций и демонстраций;

- в составлении тестовых заданий для диагностики усвоения студентами историко-физических знаний;

- в применении разработанных мультимедийных лекций и демонстраций для целей дистанционного образования.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ

2. Совокупность требований (дидактических и программно-технических), предъявляемых к мультимедийным лекциям, обеспечивающих успешное проведение занятий по дисциплине «История физики» в педагогическом вузе, и позволяющих, кроме того, осуществить реальный синтез гуманитарных и естественнонаучных знаний.

3. Комплекс мультимедийных лекций, объединяющий вопросы развития физической науки от эпохи Античности до XVIII века:

Античная наука. Предыстория физики»,

Физические знания эпохи Средневековья»,

Физические знания эпохи Возрождения. Леонардо да Винчи»,

Формирование основ научного знания. Николай Коперник»,

Становление экспериментальной науки. Галилео Галилей»,

Ньютон и его научный метод».

Результаты исследования докладывались на:

- III Международной конференции «Новые технологии в преподавании физики: Школа и ВУЗ» (НТПФ-3), г. Москва, 2002г.;

- Университетских чтениях МПГУ, г. Москва, 2003г.;

- Международном конгрессе конференций «Информационные технологии в образовании» («ИГО-2003»), г. Москва, 2003 г.;

- Международной конференции «Физика в системе современного образования» (ФССО-ОЗ), г. Санкт-Петербург, 2003г.;

- Всероссийском Форуме «Образовательная среда - 2003», г. Москва, 2003г.;

- VIII конференции стран Содружества «Современный физический практикум», г. Москва, 2004г.;

- Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные во® просы преподавания физико-технических дисциплин», г. Пенза, 2005г.;

- IV Международной конференции «Новые технологии в преподавании физики: Школа и ВУЗ» (НТПФ-IV), г. Москва, 2005г.; i

- Научном семинаре Института истории естествознания и техники РАН k

ИИЕТ РАН), г. Москва, 2005г.;

Внедрение результатов исследования.

История физики» и специальных курсов «Некоторые вопросы истории физики», «История и методология физики» для студентов, магистрантов и аспирантов Московского педагогического государственного университета. Разработанные мультимедийные лекции и демонстрации включены также в состав «Сетевого учебно-методического комплекса электронных средств поддержки обучения по основным инвариантным дисциплинам направлений 030000 и 540500» в части «История физики» и размещены в портале «Открытое образование»: http://openedu.ministry.ru.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ отражено в следующих работах:

3. Древич Ж.С., Ильин В.А. Комплекс лекционных демонстраций в курсе истории физики педагогических вузов. Труды VIII Международной учебно-методической конференции «Современный физический практикум». -М., 2004. - С. 146-147 (авторских 50%).

Актуальные вопросы преподавания физико-технических дисциплин». - Пенза: ГТГПУ, 2004. - С. 12-19 (авторских 50%).

9. Древич Ж.С., Ильин В.А. Мультимедийные технологии в преподавании курса «История физики» педагогических вузов. Научные труды МПГУ. Серия: Естественные науки. - М., 2004. - С. 148-150 (авторских 50%.).

10. Ильин В.А., Древич Ж.С. Концепция преподавания истории физики в педагогическом вузе и ее компьютерное воплощение. Ценностные приоритеты образования в XXI веке: ориентиры и направления современного образования.- Луганск, 2005. - С. 64-73 (авторских 50%).

13. Древич Ж.С. Мультимедийные технологии в образовании. Преподавание дисциплины «История физики» в педагогических вузах. «Новые технологии в преподавании физики: школа и ВУЗ». Сб. аннотаций докладов IV-ой Международной научно-методической конференции. - М., 2005. - С. 44-45 (авторских 100%.).

14. Древич Ж.С., Ильин В.А. Изучение истории физического эксперимента в педагогическом ВУЗе. Концепции современного естествознания и его история: Тезисы первых научных Северо-Кавказских чтений. - Армавир, 2002. - С. 21-22 (авторских 70%).

16. Ильин В.А., Древич Ж.С. Концептуальные основы преподавания истории науки в педагогическом вузе (на примере физики). «Новые технологии в преподавании физики: школа и ВУЗ». Сб. аннотаций докладов IV-й Международной научно-методической конференции. - М., 2005. - С. 51 (авторских 50%).

СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ.

Диссертация состоит из Введения, трех глав, Заключения, библиографии и Приложений. Общий объем диссертации составляет 255 машинописных страниц, из них 203 страницы основного текста, включая 14 таблиц, 51 рисунок, из них 12 гистограмм и 9 диаграмм, б приложений объемом 17 страниц. Библиографический список содержит 290 наименований.

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

ВЫВОДЫ ПО ПЕРВОЙ ГЛАВЕ

I. Рассмотрение содержания, целей и задач историко-физического образования, а также дидактических функций лекционной формы преподавания позволяет утверждать, что наиболее рациональным путем формирования знаний по истории физики у будущих учителей по-прежнему является лекция.

II. В связи с сокращением аудиторных часов по дисциплине «История физики» возникает настоятельная необходимость существенной модернизации лекционного курса.

III. Наиболее действенным способом модернизации лекционных занятий является использование современных информационных технологий, позволяющих увеличить объем материала, воспринимаемого слушателями за конкретное время, осуществить «погружение» в историческую реальность изучаемой эпохи.

IV. Обязательным условием эффективного преподавания дисциплины «История физики» является создание и использование историко-физических лекционных демонстраций, до настоящего времени применяющихся крайне редко.

V. Результаты анализа показывают, что для эффективного проведения лекционных занятий по истории физики, в которых широко используются информационные технологии, необходимо разработать соответствующую методику преподавания. Для этого следует детально изучить влияние мультимедиа технологий на процесс обучения истории науки, в том числе проанализировать возможности Интернет-ресурсов.

VI. На основе вышеизложенного была сформулирована гипотеза и поставлены задачи диссертационного исследования. В том числе разработать программно-методический комплекс, состоящего из мультимедийных лекций и ряда демонстрационных экспериментов.

ГЛАВА 2.

СОЗДАНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МУЛЬТИМЕДИЙНЫХ ЛЕКЦИЙ ПО ИСТОРИИ ФИЗИКИ В ПЕДАГОГИЧЕСКОМ ВУЗЕ

В данной главе изучим вопросы, отражающие психолого-педагогические возможности мультимедиа технологий в преподавании дисциплины «История физики». Особое внимание уделим разработке программно-педагогического средства (программно-методического комплекса), а также определим требования к его созданию. Предложим варианты мультимедийных лекций и демонстраций по разделу «Предыстория физики. Формирование классической физики» и методику их использования в курсе истории физики.

2.1. Мультимедиа технологии в образовательном процессе

В конце XX века человечество вступило в стадию развития, получившую название информационного общества. Появившиеся и быстро развивающиеся информационные и коммуникационные технологии расширяют границы фундаментальных понятий: знания и языка. Возможности таких технологий становятся необходимыми для эффективного решения многих профессиональных, экономических, социальных и бытовых проблем современного общества. Однако для грамотного и умелого использования вышеуказанных технологий необходимы знания, позволяющие ориентироваться в новом информационном пространстве. В связи с этим, с конца 90-х годов XX века осуществляется информатизация высшего образования, которая требует изменения его содержания и решения задачи формирования у будущих специалистов информационной культуры. Последняя является одним из слагаемых общей культуры [39].

В работе [86] отмечается, что высшие педагогические учебные заведения сталкиваются в своей деятельности с определенными трудностями. Выделим некоторые из них: рост количества информации, который определяет ее содержание, плохо совместим с ограниченным временем обучения; традиционные формы обучения в педагогических вузах почти полностью исчерпали себя в связи с бурным развитием компьютерных технологий; педагогические вузы дают образование людям, уже сделавшим свой выбор, поэтому предполагается их сознательное отношение к получению знаний. Однако на практике это оказывается далеко не так однозначно. Требуется вариативный подход к организации учебно-воспитательного процесса, а также средства для увеличения производительности труда преподавателей. Необходимы способы повышения эффективности и интенсификации обучения и самообучения студентов.

Широкое использование информационных и коммуникационных технологий может способствовать преодолению этих трудностей и значительно расширить возможности обучения в педагогических вузах. Результатом их применения должно явиться то, что будущие педагоги смогут обладать не только фундаментальными знаниями в выбранной области науки, педагогике, психологии, но и квалифицированно применять современные технологии, которые в полной мере соответствуют задачам изучения основной дисциплины своей специальности и способствуют достижению целей гармоничного развития учащихся с учетом их индивидуальных особенностей. Это образовательная задача весьма трудоемкая, поэтому, в течение нескольких лет осуществляется крупный федеральный проект РФ по дальнейшему развитию образовательной информационной среды [177].

2.1.1. Основные понятия информационных технологий в образовании

Информатизаг(ия образования (компьютеризация образования) - процесс обеспечения сферы образования методологией, технологией и практикой разработки и оптимального использования современных средств НИТ, ориентированных на реализацию психолого-педагогических целей обучения и воспитания в комфортных и здоровьесберегающих условиях [206, С. 1-6]. В этой связи многие современные исследователи: В.В. Алейников, Н.С. Ани-симова, А.П. Ершов, М.П. Лапчик, A.M. Матюшкин, О.Б. Тыщенко, H.H. Го-мулина, В.М. Монахов, И.В. Роберт [5, 8, 50, 82, 158, 173, 206, 244] и др. рассматривают проблемы совершенствования образования в связи применением средств ИКТ (информационные и коммуникационные технологии).

Термин «информационные технологии» ввел академик В.М. Глушков [43]. Согласно его терминологии: «Информационные технологии - процессы, связанные с переработкой информации».

Под новыми информационными технологиями (НИТ) - понимают технологии обработки, передачи, распространения и представления информации с помощью ЭВМ [237].

В самом общем виде под НИТ понимают совокупность моделей, методов и средств обработки данных с непосредственным интеллектуальным доступом человека в вычислительную среду. Такое представление усиливает значимость формирования информационных сред в образовательном процессе и в других условиях подготовки и переподготовки современного специалиста [86].

В зарубежной практике, как отмечает И.Г. Захарова [86], НИТ классифицируют как: компьютерное программированное обучение; изучение с помощью компьютера; изучение на базе компьютера; обучение на базе компьютера; диагностика усвоения знаний на базе компьютера; компьютерные коммуникации.

Под средствами ИКТ понимают аппаратные, технические средства и устройства и программные средства, функционирующие на базе микропроцессорной, вычислительной техники, а также современных средств и систем транслирования информации, передачи информации и возможности доступа к информационным ресурсам компьютерных сетей (в том числе глобальных) [237].

К аппаратным средствам ИКТ относятся персональный компьютер, средства и устройства ввода-вывода, манипулирования текстовой и графической информацией, средства архивного хранения больших объемов информации. А также устройства для преобразования данных из графической или звуковой формы в цифровую и обратно, средства и устройства управления аудиовизуальной информацией (на базе технологий Мультимедиа и «Виртуальная реальность»), современные средства связи [206]. Описанию компьютерных аппаратных средств, применяемых в обучении, посвящены работы В.М. Зеленина, С.П. Седых, В.А. Извозчикова, В.М. Кузнецова, А.Ф. Чернявского, О.В. Колесниченко, К.Г. Кречетникова, В.В. Лаптева, В.Н. Кунина, А .Я. Савельева, М.С. Шехтера, Т. Л. Шапошниковой, Ю.В. Попова, В.Э. Фигурнова [3, 87, 121, 131, 215, 217, 220, 262, 264] и других авторов.

К программным средствам относят программно-педагогические средства. Однако разработка профессиональных программных средств учебного назначения - дорогостоящее дело, поскольку для этого необходима совместная работа высококвалифицированных специалистов: психологов, преподавателей-предметников, компьютерных дизайнеров, программистов. В педагогической литературе особенности компьютерных программных средств рассмотрены А.О. Чефрановой, B.C. Диевым, О.В. Виштак, Б.Е. Стариченко, А.И. Бобковым, В.А. Езерским, Е.Ю. Раткевич, И.В. Роберт, O.A. Семочки-ной, Е.А. Филипповым, Г.А. Фроловой, H.H. Гомулиной, Т.А. Сергеевой,

В.А. Извозчиковым [18, 29, 50, 67, 207, 218, 231, 252, 254, 259] и другими авторами.

Задача нашего исследования заключается в создании мультимедийных лекций по истории науки, представляющих собой ППС.

Программно-педагогическими средствами (ППС) называют педагогические программные средства с их описаниями, инструкциями и методическими рекомендациями по их применению [218].

К основным требованиям, предъявляемым к ППС, относятся: педагогические требования (дидактические, методические, обоснование выбора тематики учебного курса, целесообразность использования и эффективность применения); технические требования; эргономические требования; требования к оформлению документации.

Роберт И.В. выделяет следующие дидактические требования к программно-педагогическим средствам [205, С. 90-95].

1. Научность содержания ППС.

2. Адекватность представляемого с помощью ППС учебного материала ранее приобретенными знаниям, умениям, навыкам.

3. Адаптивность.

4. Систематичность и последовательность обучения с помощью

ППС.

5. Наглядность.

6. Сознательность и активность действий обучающихся.

7. Прочность усвоения обучающимися материала, предъявляемого ППС, который можно достичь с помощью тренажа или самоконтроля учебной деятельности.

Вышеперечисленные требования подробно рассмотрены в п. 2.2.1 и

2.2.2.

В последнее десятилетие, в связи с развитием компьютерных технологий, в сфере обучения стало возможным использование современных средств мультимедиа: т.е. многопланового, реалистичного представления информации, включающую графику (схемы, чертежи, рисунки, диаграммы, фотографии) высокого разрешения с различным представлением цветовой палитры, анимированные изображения, полноэкранное видео, звуковое сопровождение, системы виртуальной реальности, гипертекстовые технологии [86].

Для демонстрации мультимедийных материалов современный компьютер должен быть оснащен дополнительными мультимедиа устройствами для чтения (и записи) с компакт-диска: дисководом CD-ROM, DVD-ROM, звуковой картой и акустическими колонками. Необходимо также достаточное количество оперативной памяти и свободного места на жестком диске.

Рассмотрим ряд определений, используемых в мультимедиа технологиях. Под интерактивной средой будем понимать имитационную среду неконтактного информационного взаимодействия.

Мультимедиа - это интерактивная среда, порожденная различными (многими - multi) источниками (созданными в различных средах - media).

Под мультимедиа средствами понимают интерактивные средства, позволяющие одновременно проводить операции с неподвижными изображениями, видеофильмами, анимированными графическими объектами, моделированием, текстом, речевым и звуковым сопровождением [86].

Анимация - процесс реализации эффекта движения иллюстративного объекта (представление статистических иллюстраций в динамическом изображении) [120]. Анимация представляет практически неограниченные возможности по имитации ситуаций и демонстрации движения объектов: процесс «порционной» подачи текстовой информации, процесс имитации движения частей иллюстрации, имитацию движения рисунка, физические, химические и технологические процессы, техническое конструирование, природные явления и т.п.

В связи с многообразием мультимедиа технологий отметим следующие их возможности [86]: хранение больших объемов информации в компактном виде на носителе мультмедийных продуктов (диски CD±R, CD±RW и DVD±R, DVD±RW, DVD-Ram, магнитооптические носители, носитель Flesh-память); обработка всего информационного наполнения разнообразными программными средствами; организация интерактивной, контекстно-зависимой справки по любому срезу информации; органичное включение в информационную среду баз данных и любых методик их обработки; создание многоуровневых презентационных систем, построенных по принципу «слайд-шоу» на основе имеющейся информационной базы; подключение к глобальной сети Интернет и локальным сетям.

Виртуальная реальность (англ. Virtual reality — возможная реальность) - это новая технология неконтактного информационного взаимодействия, реализующая с помощью мультимедиа среды иллюзию непосредственного присутствия в реальном времени в стереоскопически представленном «экранном мире» [290]. В таких системах непрерывно создается иллюзия «местонахождения» пользователя среди объектов виртуального мира.

Гипертекст (англ. hypertext— сверхтекст) или гипертекстовая система — это совокупность разнообразной информации, которая может располагаться не только в разных файлах, но и на разных компьютерах [86]. Гипертекстовая технология, появившаяся 90-х годах XX столетия, открыла новые возможности для образования благодаря созданию гипертекста с помощью специального языка HTML (англ. Hyper Text Markup Language— гипертекстовый язык разметки), изобретенного Тимоти Бернерс-Ли. Распространение гипертекстовой технологии в определенной мере послужило своеобразным толчком к созданию и широкому тиражированию на компакт-дисках разнообразных электронных изданий: учебников, справочников, словарей, энциклопедий (школьная серия «1С: Репетитор», энциклопедические и учебные издания фирмы «Кирилл и Мефодий» и т.п.).

Основная черта гипертекста — возможность переходов по так называемым гиперссылкам, которые представлены либо в виде специально оформленного текста, либо определенного графического изображения, которые являются указателями на другой файл или объект. Одновременно на экране компьютера может быть несколько гиперссылок, и каждая из них определяет свой маршрут «путешествия». Наряду с графикой и текстом можно связать гиперссылками и мультимедиа-информацию. Для таких систем используется термин гипермедиа. Гипермедиа - метод дискретного представления информации (текст, графика, звукозапись, видеозапись, фотографии) с помощью ссылок.

Гипертекстовые технологии используются в коммуникационных технологиях. Термин «коммуникационные технологии» обозначает компьютерные сети связи, осуществляющие дистанционную передачу данных между компьютерами. Компьютерные сети подразделяют на локальные (связывают пользователей, удаленных максимум на несколько километров) и глобальные (объединяют компьютеры, расположенные в разных городах и странах) сети. С помощью компьютерных телекоммуникаций возможна быстрая передача информации в любом ее виде (цифровые данные, текст, графика, звук, видео и т.п.).

В мире существуют тысячи разнообразных компьютерных сетей. Долгое время эти сети не были связаны между собой и не могли обмениваться информацией. Однако около 20 лет назад был найден способ связи между ними. В настоящее время сообщество взаимосвязанных сетей охватило весь мир и стало называться Интернет. Таким образом, Интернет - это совокупность большого количества сетей, поддерживающих общие стандарты. К настоящему времени это бурно разросшаяся совокупность компьютерных сетей, опутывающих земной шар, связывающих правительственные, военные, образовательные и коммерческие институты, а также отдельных граждан, с широким выбором компьютерных услуг, ресурсов, информации. Комплекс сетевых соглашений и общедоступных инструментов Сети разработан с целью создания одной большой сети, в которой компьютеры, соединенные воедино, взаимодействуют, имея множество различных программных и аппаратных платформ [277].

Рассмотренные выше средства компьютерных технологий и при наличии соответствующего программного обеспечения могут стать удобным и полезным инструментарием при создании программно-педагогического средства по истории науки. Для убедительности сказанного проанализируем ряд имеющихся на сегодняшний день педагогических, психологических и методических исследований.

2.1.2. Психолого-педагогические основы использования компьютерных программных средств в обучении

В 1988 году А.П. Ершовым в докладе на Международном конгрессе по математическому образованию в Будапеште были сформулированы педагогические преимущества компьютерной техники: компьютер является наиболее адекватным техническим средством обучения, способствующим деятельностному подходу к учебному процессу; будучи в состоянии принять на себя роль активного партера с динамическим сочетанием вызова и помощи компьютер тем самым стимулирует активность учащихся; программируемость компьютера в сочетании с динамической адаптируемостью содействует индивидуализации учебного процесса, сохраняя его целостность; компьютер - идеальное средство для контролирования тренировочных стадий учебного процесса; внутренняя формализованность работы компьютера способствует большей осознанности учебного процесса, повышают его интеллектуальный и логический уровень; способность компьютера к построению визуальных и сложных образов существенно повышает пропускную способность информационных каналов учебного процесса; компьютер вносит в учебный процесс принципиально новые познавательные средства, в частности вычислительный эксперимент, решение задач с помощью экспертных систем и пополнение баз знаний; свойства универсальности и программируемости, способность компьютера к многоцелевому применению позволяют во многих случаях сократить затраты на натуральные эксперименты, лабораторные работы и, создавая дешевую программную настройку, осуществить переход с одного применения компьютера на другое [14].

В работах [83, 160-164, 217] также рассмотрено влияние компьютерных технологий на качественное изменение содержания, объема, методов и организационных форм обучения, так как они позволяют [220]: реализовать обратную связь в процессе обучения; обеспечить индивидуализацию обучения; повысить наглядность учебного процесса; организовать поиск информации из самого широкого круга источников; моделировать изучаемые процессы и явления; обеспечить коллективную и групповую работу; сформировать у обучаемых рефлексию своей деятельности; экономить учебное время; расширить и углубить изучение соответствующей дисциплины; расширить сферу самостоятельной деятельности обучаемых.

Из вышеизложенного следует, что целью внедрения компьютерных программных средств в учебный процесс является создание условий для продуктивного усвоения знаний на базе перспективных современных технологий - технологий, соответствующих «духу времени», его темпу, его настоящим возможностям, в результате стало реально: появление новых форм предъявления информации с помощью ППС (гипертекстовые электронные учебники, электронные энциклопедии и т.п.); возрастание объема и достижимость интеллектуальных ресурсов, например, посредством сети Интернет; реализация новых форм учебных занятий, в частности благодаря появлению дистанционного образования, которое стало возможно с появлением информационных и телекоммуникационных технологий. Основная идея дистанционного образования заключена в получении обучающимся учебной информации в том виде, который соответствует его индивидуальным склонностям, способам восприятия и мышления, а также в получении ответов на интересующие его вопросы на высоком педагогическом и научном уровнях. Именно указанные технологии обеспечивают общение с преподавателями, если не в реальном времени, то в условиях, приближающихся к таковому.

Естественно, что переход к компьютерным технологиям обучения как основе информатизации образования, создание условий для их разработки, апробации и внедрения, а также поиск разумного сочетания этих технологий с традиционными весьма сложен и требует решения целого комплекса психолого-педагогических, учебно-методических и других проблем. Решение этих проблем, в частности, нашло свое отражение в работах, посвященных интенсификации и активизации обучения (A.A. Абдукадыров, И.В. Алехина, Г.В. Рубина, И.В. Роберт [206]), индивидуализации обучения (В.Ф. Горбенко, Н.В. Карчевская), гуманизации учебного процесса (Т.В. Габай, М.Б. Калашникова, К.Г. Кречетников [121], Л.Я. Боревский, В.К. Цонева), развивающего характера обучения (В.А. Андреев, В.Г. Афанасьев, Г.М. Клейман, Е.А. Сергеева [220] и др.). Убедительные доказательства эффективности компьютерного обучения даны в работах [262, 272 и др. ], в которых исследователи показали, что его средства дают выигрыш в качестве и времени усвоения учебного материала.

Психологические и дидактические аспекты использования компьютерных средств в обучении отражены также в трудах Б.С. Гершунского [39, 40], Н.Ф. Талызиной [235, 236], А.В. Смирнова [223], Е.И. Машбиц [160-164], О.К. Тихомирова [239, 240], Т.В. Корниловой [112, 113], Е.Г. Коберника [108]. Некоторые исследователи отмечают, что компьютерные технологии способствуют развитию личности [112], вызывают изменения внутри структуры личности [61].

Отметим еще одну особенность компьютерных технологий. Компьютерные программные средства обеспечивают одновременное поступление информации по зрительному и слуховому каналам восприятия. Они способствуют комплексному словесно-образному запоминанию, создают более комфортные условия для понимания изучаемого материала. Высокая мобильность получения информации, возможность ее быстрого преобразования стимулируют развитие мышления. В работе [15] указываются положения, отмечающие положительное психологическое влияние мультимедиа средств, направленных на целостную работу обоих полушарий головного мозга.

Большое значение имеет и то, что компьютерные технологии позволяют широко применять психолого-педагогические разработки, обеспечивающие переход от механического усвоения фактологических знаний к овладению умением самостоятельно приобретать новые знания. Они позволяют повысить уровень научности учебного эксперимента, приблизив его методы и организационные формы к экспериментально-исследовательским методам изучения наук (например, физики или истории физики). Компьютерные технологии обеспечивают приобщение обучаемого к современным методам работы с информацией, к интеллектуальной учебной деятельности.

Из вышеизложенного можно сделать вывод, что наблюдаемая тенденция возрастания использования средств компьютерных технологий в обучении (учебных и игровых сред, гипертекстовых и мультимедийных обучающих систем, экспертных систем) в большой степени оправдана.

Опираясь на работу [259], обобщим дидактические функции компьютерных средств и определим их возможности использования в качестве: технического средства для предъявления учебного материала, средства наглядности; средства программированного обучения для предъявления учебного материала, текущего и итогового контроля качества усвоения; средства индивидуализации и дифференциации обучения для разделения действий и операций в структуре решения задачи, созданий условий каждому обучающемуся для тренировки в овладении теми или иными способами действий, формирования самоконтроля обучающихся, обеспечения возможности выбора индивидуальной стратегии обучения; средства имитационного моделирования для замены сложных физических экспериментов, имитационного моделирования различных процессов и явлений; средства формирования образов, для развития способностей оценивая качества информации, развития способностей понимать и воспринимать образы; средства управления учебной деятельностью для усиления мотивации учения, повышения интереса к предмету и т.п.; средства развития когнитивных способностей для формирования у обучаемых рефлексии собственной деятельности, формирования операционного стиля мышления, формирования коммуникативных навыков (сбор, анализ и синтез информации).

Однако не следует забывать, что существуют ситуации, обусловливающие различное воздействие информационных средств обучения на психику обучаемого. Ковтун В. А. отмечает, что в процессе использования мультимедиа на педагога возлагаются дополнительные функции по контролю за психоэмоциональным состоянием обучающихся [109]. К настоящему времени ни одно из средств психического воздействия, которые способны предоставить мультимедиа технологии, не изучено в достаточной степени. Рассмотрим основные особенности, которые должен учитывать педагог при использовании компьютерных программных средств в обучении.

Во-первых, те новинки ППС, которые возникают под влиянием НИТ, переносятся в условия традиционного обучения. Исследования психологов показали, что при использовании компьютерных средств значительно усиливаются требования к точности формулировок, логичности и последовательности изложения учебного материала, повышается значение рефлексии, однако при этом снижается роль эмоциональных средств общения [86].

Во-вторых, наблюдается и обратный процесс: особенности традиционной деятельности становятся присущи и компьютеризованной, что не всегда целесообразно. Наибольшая опасность здесь кроется в том, что современные НИТ часто обеспечивают легкость получения разнообразной информации. Так, например, разнообразные компьютерные программные комплексы для статистической обработки, системы символьной математики дают практически готовые и наглядно иллюстрированные решения разнообразных задач, получение которых ни в коем случае не должно быть самоцелью.

В-третьих, следует различать и недостатки ППС, обусловленные неопытностью разработчиков. Неэффективность таких систем чаще всего связана с игнорированием ряда психолого-педагогических проблем, поскольку разработчики по большей части являются специалистами в области информационных технологий и не имеют достаточной психолого-педагогической подготовки, необходимой для составления обучающих программ. Исследователями-методистами отмечается, что компьютерные программные средства зачастую разрабатываются без какой-либо педагогической концепции. Исследованию и оценке эффективности использования отдельных информационных технологий в образовании посвящены научные исследования A.B. Со-ловова, Е.А. Локтюшиной, A.A. Беспалько, М.А. Гуриева, И.Б. Готской, И.В. Роберт [147, 206, 227] и других авторов.

Таким образом, многочисленные методические и психолого-педагогические исследования по использованию компьютерных технологий оправдывают изменение форм обучения истории науки, поскольку они позволяют: выбрать различные варианты предъявления учебной информации из того многообразия, которые предлагают мультимедийные технологии; осуществлять контроль над усвоением учебного материала; оперативно редактировать материал, находящийся в электронном виде; организовать помощь студентам в поиске старых и редких исто-рико-физических источников путем составления электронного варианта базы данных информации по истории науки и иллюстративного материала.

В следующем параграфе рассмотрим методические особенности применения средств информационных технологий для лекции как формы обучения в педагогическом вузе и создания демонстраций.

2.1.3. Лекционные компьютерные презентации и демонстрации

Список литературы диссертации автор научной работы: кандидата педагогических наук, Древич, Жанна Станиславовна, Москва

1. Пе существует единого центра для всех небесных орбит, или сфер.

2. Центр Земли является не центром мира, а лишь центром тяготения и лунной орбиты.

3. Все сферы движутся вокруг Солнца как вокруг своего центра, вследствие чего Солнце является центром всего мира.141

4. Отношение расстояния от Земли до Солнца к высоте небесной тверди меньше отношения радиуса Земли к расстоянию от нее до Солнца,нричем расстояние от Земли до Солнца ничтожно мало но сравнению с вы-сотой небесной тверди.

5. То, что кажется нам движением Солнца, в действительности связа- но не с движением Солнца, а с движением Земли и нашей сферы, вместе скоторой мы обращаемся вокруг Солнца, как и любая другая планета. Такимобразом. Земля обладает более чем одним движением.

6. Отказ от положения человека как центра Вселенной.

7. Отказ от многовекового авторитета Аристотеля-Птолемея.

11. Астрономия Галилея.

12. Работы Галилея в других областях физики.

13. Создание первой экспериментальной базы.

14. Хронология физических открытий Галилея.

15. Перечень основных трудов Галилея.