Применение новых информационных и телекоммуникационных технологий в школьном физическом и астрономическом образовании

Гомулина, Наталия Николаевна

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: Применение новых информационных и телекоммуникационных технологий в школьном физическом и астрономическом образовании

Автореферат

Автор научной работы: Гомулина, Наталия Николаевна
Ученая степень: кандидата педагогических наук
Место защиты: Москва
Год защиты: 2003
Специальность ВАК РФ: 13.00.02

Диссертация

Автореферат диссертации по теме "Применение новых информационных и телекоммуникационных технологий в школьном физическом и астрономическом образовании"

На правах рукописи

ГОМУЛИНА Наталия Николаевна

ПРИМЕНЕНИЕ НОВЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ШКОЛЬНОМ ФИЗИЧЕСКОМ И АСТРОНОМИЧЕСКОМ ОБРАЗОВАНИИ

Специальность 13.00.02 - теория и методика обучения и воспитания

(астрономия) 13.00.02 - теория и методика обучения и воспитания (физика)

АВТОРЕФЕРАТ . диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук

Москва - 2003

Работа выполнена на кафедре теории и методики обучения физике физического факультета Московского педагогического государственного университета

Научные руководители:

доктор физико-математических наук, профессор Чаругин Виктор Максимович,

доктор педагогических наук, профессор Шаронова Наталия Викторовна

Официальные оппоненты:

академик Российской академии естественных наук и Российской академии космонавтики, академик и профессор

Международной академии информатизации, Заслуженный работник культуры Российской Федерации, доктор педагогических наук Левитан Ефрем Павлович, доктор педагогических наук Фадеева Алевтина Алексеевна

Ведущая организация: Московский государственный открытый педагогический университет им. М.А. Шолохова

" 2003 г. в

Защита состоится " ' / " 2003 г. в /у часов на заседании

диссертационного совета Д 512.154.05 при Московском педагогическом государственном университете по адресу: 119435, Москва, ул. М. Пироговская, д. 29, ауд. 30.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МПГУ по адресу: 119992, г. Москва, ул. М. Пироговская, д. 1.

Автореферат разосла

И.О. Ученого секретаря Диссертационного Совета Ильин В.А.

Qoo?-A 1

g~2oO Общая характеристика работы

В настоящее время актуальным является вопрос использования программно-педагогических и телекоммуникационных средств в учебном процессе школы и, в частности, при обучении астрономии и физике.

Современные мультимедийные компьютерные программы и телекоммуникационные технологии открывают учащимся доступ к нетрадиционным источникам информации - электронным гипертекстовым учебникам, образовательным сайтам, системам дистанционного обучения и т.п., это призвано повысить эффективность развития познавательной самостоятельности и дать новые возможности для творческого роста школьников. Широкие дидактические возможности программно-педагогических и телекоммуникационных средств позволяют обеспечивать высокий уровень наглядности, научности, реализовывать индивидуальный подход к обучающимся.

Развитие информационных и телекоммуникационных технологий идет настолько быстро, что существующие педагогические исследования не успевают проанализировать новые методы, формы и средства обучения, в частности, астрономии и физике.

Психолого-педагогические и методические аспекты применения компьютеров в школьном образовании исследовались в работах Ворониной Т.П., Машбица Е.И., Тихомирова O.K. и др. Наибольшее количество диссертационных исследований по внедрению информационных и телекоммуникационных технологий посвящено вопросам методики преподавания информатики в средней и высшей школе (Андреев A.A., АпатоваН.В., Бурнусова О.В, Добудько Т.В., Роберт И.В., Шелухина A.B. и др.). Многие диссертационные исследования затрагивают различные аспекты информатизации процесса обучения физике.

Вопросам теории и методики применения компьютеров в обучении физике посвящены исследования Анциферова Л.И., Извозчикова В.А., Кондратьева A.C., Горбуновой И.Б., Лаптева В.В., Смирнова A.B. и др. Частным вопросам методики преподавания физики с использованием информационных технологий посвящены исследования Абросимова П.В., Ездова A.A., Светлицкого С.Л., Клевицкого В.В, Чекулаевой М.Е. В исследовании Медведева О.Б. рассматриваются глобальные компьютерные телекоммуникации в работе учителей физики и естествознания.

Есть и исследования, затрагивающие вопросы формирования информационной культуры учащихся основной школы в процессе обучения физике (Харитонов А.Ю.), развития исследовательских умений учащихся при использовании компьютеров в процессе выполнения лабораторных работ на уроках физики (Сельдяев В.П.).

Наиболее полное исследование, посвященное системе обучения астрономии в средней школе, выполнено Левитаном Е.П. в 1965 г. Взаимосвязь курсов физики и астрономии в средней школе рассматривается в работах Дробат A.C., Ерохиной Р.Я., Клевенского Ю.Н., Кожеурова И.В.? Максименко Е.В., Румянцева А.Ю., Ступникова В.М.

Другие диссертационные исследования были посвящены различным вариантам совершенствования методики преподавания астрономии (Алешке-вич A.C., Боярченко И.Ф., Галкина Т.А., Ильевский И.Д., Ковязин Е.И., Лупой К.А., Миленькая О.В., Шишаков В.А., Чулюкова Е.В. и др.). Вопросам теоретической подготовки учтелей физики к преподаванию астрономии посвящены исследования Мурашова Д.А. и Жукова JI.B.. Частные вопросы применения информационных технологий в обучении астрономии рассматриваются в диссертационных исследованиях Паболкова И.В. и Белоозеров JI. Более половины исследований выполнено до 1990 года, до интенсивного развития информационных технологий в образовании, только три диссертационных исследования выполнены после 2000 года.

Однако, нет исследований, посвященных современным проблемам применения новых информационных и телекоммуникационных технологий в школьном физическом и астрономическом образовании в целом. Вопросы подготовленности учителей физики и астрономии к применению новых современных информационных и телекоммуникационных технологий в обучении практически не рассматривались.

■ между требованиями современной педагогической парадигмы, выдвигающей на первый план идею развития личности и рассматривающей учебные предметы (физику и астрономию) как средство развития учащихся, и ориентацией учителей на формирование у учащихся, в основном, знаний и умений;

■ между возможностями компьютерного обучения и отсутствием системы применения современных информационных и телекоммуникационных технологий в обучении физике и астрономии;

■ между значительным количеством работ в области информационных технологий и практическим отсутствием методики применения совокупности различных средств новых информационных технологий в обучении физике и астрономии в школе.

Это делает актуальной тему исследования «Применение новых информационных и телекоммуникационных технологий в школьном физическом и астрономическом образовании».

Цель исследования - решение вопроса о том, какой должна быть совокупность современных информационных и телекоммуникационных технологий в преподавании астрономии и физики, которая бы обеспечивала повышение качества физического и астрономического образования на основе создания и внедрения комплекса программно-педагогических и учебно-методических телекоммуникационных средств по астрономии и физике.

Объектом исследования является процесс обучения астрономии и физике в средней школе.

Предметом исследования является применение современных информационных и телекоммуникационных технологий в обучении физике и астрономии в средней школе.

В ходе исследования была выдвинута и сформулирована гипотеза исследования: если разработать программно-педагогические средства (1111С) по астрономии и физике, удовлетворяющие современным представлениям о мультимедийных обучающих курсах, а также соответствующие телекоммуникационные средства и методику их применения, то комплексное применение совокупности программно-педагогических и телекоммуникационных средств обучения астрономии и физике повысит интерес учащихся к науке, будет способствовать развитию познавательной самостоятельности, улучшит качество знаний учащихся.

Исходя из сформулированной гипотезы, для достижения цели исследования были поставлены следующие задачи:

■ провести анализ научной, психолого-педагогической, методической литературы и диссертационных исследований, посвященных проблеме использования новых компьютерных технологий в образовании в целом, а также вопросам применения компьютерных программных и телекоммуникационных средств в преподавании астрономии и физики;

■ провести анализ современных ППС по астрономии и физике;

■ определить дидактические требования к программно-педагогическим и телекоммуникационным средствам обучения астрономии и физики;

■ разработать комплекс программно-педагогических и телекоммуникационных средств обучения астрономии и физике;

■ определить наиболее целесообразные методы применения и разработать учебно-методические материалы по использованию создаваемых ППС и современных телекоммуникационных средств по астрономии и физике;

■ разработать модели учебной деятельности, использующие информационные и коммуникационные технологии, учитывающие вариативность и индивидуализацию общего образования;

■ разработать и внедрить соответствующую программу повышения квалификации учителей физики и астрономии, направленную на подготовку к комплексному применению в процессе обучения ППС и телекоммуникационных средств;

■ экспериментально проверить эффективность методики применения разработанного комплекса программно-педагогических и телекоммуникационных средств обучения астрономии и физике.

Методологической основой исследования стали философские представления о современном информационном обществе, основные положения парадигмы личностно-ориентированного обучения, работы, посвященные вопросам теории, методологии и практике обучения астрономии и физике.

Для решения поставленных задач использовались следующие методы и виды деятельности:

■ изучение философской, психолого-педагогической и научно-методической литературы по исследуемой проблеме;

■ изучение и анализ передового педагогического опыта;

■ изучение содержания учебных планов, программ, учебников, дидактических пособий по астрономии и физике;

■ конструирование комплекса программно-педагогических и учебных телекоммуникационных средств по астрономии и физике, направленных не только на улучшение качества знаний, но и на формирование информационной культуры учащихся, развитие познавательной самостоятельности учащихся;

■ моделирование учебной деятельности на основе информационных и коммуникационных технологий с учетом вариативности и индивидуализации общего образования;

■ моделирование методики применения в учебных целях компьютерных дидактических средств;

■ беседы, анкетирование, опрос и экспертная оценка;

* экспериментальное преподавание с использованием разработанного комплекса компьютерных программ и телекоммуникационных средств;

■ анализ научно-исследовательских и поисковых работ учащихся по астрономии с применением комплекса программно-педагогических и телекоммуникационных средств по астрономии.

■ педагогический эксперимент во всех его формах (констатирующий, поисковый, обучающий) с целью проверки гипотезы исследования и статистическая обработка данных педагогического эксперимента.

Научная новизна исследования состоит в том, что:

■ определены дидактические требования к современным программно-педагогическим и телекоммуникационным средствам обучения астрономии и физике;

■ разработана и внедрена структура комплекса программно-педагогических и телекоммуникационных средств по астрономии и физике;

■ созданы программно-педагогические средства и телекоммуникационные средства по астрономии (мультимедийный курс «Открытая Астрономия», дистанционная олимпиада по астрономии и др.) и физике (компьютерные лабораторные работы по электродинамике, оптике, модели «On-line лаборатории по физике» и др.);

■ предложены модели учебной деятельности, использующие информационные и телекоммуникационные технологии, учитывающие вариативность и индивидуализацию общего образования и направленные на развитие познавательной самостоятельности учащихся;

■ разработана и внедрена система повышения квалификации учителей физики и астрономии, направленная на комплексное применение ППС и телекоммуникационных средств в процессе обучения астрономии и физике.

Теоретическая значимость исследования определяется тем, что:

■ обоснована особая роль применения ППС и телекоммуникационных средств в обучении астрономии и физике, рассматривающих модели непосредственно не воспринимаемых объектов и явлений мега- и микромасштабов;

■ доказана необходимость и целесообразность применения при обучении астрономии и физике ППС и телекоммуникационных средств в единстве;

■ выявлено положительное влияние комплексного применения ПП и телекоммуникационных средств на развитие познавательной самостоятельности учащихся.

Практическое значение исследования заключается в разработке:

■ плана компьютерного курса, текста электронного учебника, структуры компьютерных анимационных и интерактивных моделей мультимедийного курса «Открытая Астрономия»;

■ методики проведения дистанционных уроков по астрономии и физике;

■ практических рекомендаций по использованию телекоммуникационной виртуальной «on-line лаборатории» по физике и компьютерных лабораторных работ по физике;

■ компьютерных лабораторных работ по электродинамике, оптике и квантовой физике;

■ системы телекоммуникационных технологий обучения астрономии и физике со структурой обратной связи;

■ комплекса учебных телекоммуникационных средств, в создании в создании специального учебного сайта по астрономии;

* методических рекомендаций по применению комплекса программно-педагогических и телекоммуникационных средств по астрономии и физике в основной и полной (старшей) школе;

■ программы и методических рекомендаций курсов повышения квалификации учителей физики и астрономии, направленной на применение в обучении системы компьютерных технологий; научно-методического сайта для учителей физики и астрономии.

На защиту выносятся следующие положения:

■ В преподавании астрономии и физики целесообразно применение ППС и телекоммуникационных средств в единстве. Применение ППС и телекоммуникационных средств целесообразно реализовывать в рамках таких моделей учебной деятельности, как 1) интерактивное моделирование, 2) «Online лаборатория по физике», 3) дистанционные олимпиады, 4) компьютерные лабораторные работы, 5) дистанционный урок.

" ППС и телекоммуникационные средства должны удовлетворять требованиям: 1) соответствия обязательному минимуму физического образования и одновременного превышения этого минимума, 2) интерактивности компьютерных моделей, 3) обратной связи, 4) обеспечения условий для формирования исследовательских умений, 5) единства обучающей и контролирующей функций, 6) разнообразия видов и дифференцированности заданий, 7) соответствия возможностям учащихся и создание условий для индивидуального роста.

■ Комплекс программно-педагогических и телекоммуникационных средств по астрономии и физике должен включать: 1) электронный учебник, содержащий интерактивные модели, 2) электронный учебник, размещенный в Интернет в свободном доступе, 3) обеспечение методической поддержки

и обмен опытом через Интернет с помощью страниц «Учителю», систему дистанционного обучения учащихся, 4) систему дистанционного обучения учащихся, 5) поиск информации и обзор ресурсов в Интернет, 6) дистанционные конкурсы и олимпиады. ■ Повышение познавательной самостоятельности учащихся при применении современных информационных технологий в обучении астрономии и физике достигается при комплексном применении современных ППС и телекоммуникационных средств обучения. " Для подготовки учителя физики и астрономии комплексному применению ППС и телекоммуникационных средств в обучении в систему повышения квалификации целесообразно включить обучение: 1) методам анализа и оценки ППС и телекоммуникационных средств, 2) работе с интерактивными моделями, 3) работе с телекоммуникационными «On-line» моделирующими средами, 4) разработке моделей уроков с применением ППС и телекоммуникационных средств обучения, 5) поиску информации в Интернете.

Апробация исследования. Основные положения и результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на:

1. Конференции I Съезда учителей астрономии Российской Федерации и Стран Содружества, г.Черноголовка, 10-14 декабря 1998 г.

2. II Всероссийской научно-практической конференции «Астрономия в системе современного образования», Санкт-Петербург, 25-27 марта 1998г.

3. IX международной конференции «Информационные технологии в образовании -99», Москва, 9-12 ноября 1999г.

4. Международной конференции по астрофизике «Jenam 2000», секция «Астрономическое образование», Москва, 25-31 июня 2000 г.

5. Научно-практическом семинаре «Использование информационных технологий в преподавании физики» в Институте общего среднего образования РАО, Москва, 18 сентября 2000 г.

6. X международной конференции «Информационные технологии в образовании -2000», Москва, 7-12 ноября 2000 г.

7. Научно-практическом семинаре «Современная образовательная среда на рубеже XXI века», Москва, ВВЦ, 20-23 декабря 2000 г.

8. Научно-практическом семинаре «Поставки компьютерной техники и программного обеспечения в рамках программы информатизации сельской школы» в Федерации Интернет Образования, Москва, 22 мая 2001 г.

9. Шестой международной конференции «Физика в системе современного образования», г. Ярославль, 28-31 мая 2001 г.

10. XI международной конференции «Информационные технологии в образовании -2001», Москва, 5-9 ноября 2001 г.

11. III международной научно-практической конференции «Новые технологии в преподавании физики: школа и ВУЗ», Москва, 11-14 марта 2002г.

12. III Всероссийской научно-практической конференции «Современная астрономия и методика ее преподавания», Санкт-Петербург, 27-29 марта 2002 г.

13. Х1П Международной конференции «Применение новых технологий в образовании», Троицк, 28-29 июня 2002 г.

14. XII международной конференции «Информационные технологии в образовании -2002», Москва, 5-9 ноября 2002г.

Структура и объем диссертации:

Диссертационное исследование объемом 239 страниц состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 411 наименований, 15 приложений. Содержит 34 таблицы, 13 диаграмм, 39 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обосновывается актуальность проблемы, формулируются основные идеи исследования, его объект, предмет, цель, гипотеза и задачи; указываются методы решения поставленных задач. Раскрываются новизна, теоретическая и практическая значимость, излагаются основные положения, выносимые на защиту. Кратко описано содержание работы. Приводятся сведения об апробации работы и имеющихся публикациях.

В первой главе «Новые информационные и телекоммуникационные технологии и их использование в преподавании физики и астрономии» рассматриваются современные аспекты использования программно-педагогических и телекоммуникационных средств в обучении.

В результате проведенного теоретического анализа психолого-педагогической литературы выявлено, что исследования влияния новых информационных технологий на процесс обучения достаточно разнообразны и многочисленны, однако, исследований целесообразности установления взаимосвязей программно-педагогических средств и поддержки ППС через Интернет не проводились. Не исследовались вопросы значения применения современных информационных и телекоммуникационных технологий в учебном процессе для повышения познавательной самостоятельности учащихся.

Не рассмотрены также и более частные вопросы методики использования телекоммуникационных средств в обучении астрономии и физике: общение с помощью электронной почты, участие в телеконференциях и учебных форумах, участие в дистанционных олимпиадах. Не исследованы в достаточной мере вопросы сотрудничества между учителями и учащимися разных учебных заведений и разных регионов по достижению общей цели при выполнении телекоммуникационных учебно-исследовательских проектов.

Анализ научно-методических исследований по проблеме познавательной самостоятельности выявил, что уровни познавательной самостоятельности (репродуктивный, частично-поисковый и исследовательский) соответствуют характеру познавательной деятельности учащихся. Было выдвинуто предположение о том, что комплексное применение новых информационных и телекоммуникационных технологий может влиять на повышение познавательной самостоятельности учащихся.

Во второй главе «Совершенствование методики преподавания астрономии и физики на основе комплексного использования программно-педагогических и телекоммуникационных средств» рассматриваются цели и методы применения информационных и телекоммуникационных технологий.

Анализируются методические возможности применения современных 1И1С и телекоммуникационных средств обучения астрономии и физике. Выявлены основные трудности, возникающие при использовании новых информационных и телекоммуникационных технологий на уроках астрономии и физике.

Определено, что современные ППС и телекоммуникационные средства обучения должны удовлетворять дидактическим требованиям:

1) соответствия содержанию обязательного минимума физического образования и одновременного превышения этого минимума;

2) интерактивности моделей;

3) обратной связи;

4) обеспечения условий для формирования исследовательских умений;

5) единства обучающей и контролирующей функций;

6) разнообразия видов и дифференцированное™ заданий;

7) соответствия возможностям учащихся и создания условий для индивидуального роста.

Анализ имеющихся программно-педагогических средств по астрономии позволил сделать вывод о том, что создание мультимедийного курса по астрономии, содержащего учебные интерактивные модели, тренирующе-тесшрующий блок, интегрированный с базой задач, ориентированный не только на работу на локальном компьютере, но и в локальных сетях, и в Интернет, является актуальной задачей.

Определены наиболее целесообразные методы применения и разработаны учебно-методические материалы по использованию создаваемых ППС по физике. Проанализированы дидактические возможности имеющихся программно-педагогических средств по физике, разработана структура, тесты и задания, проверяемые интерактивным экспериментом, методика проведения 14 компьютерных лабораторных работ по физике для мультимедийного курса «Открытая Физика 2.5».

Разработаны модели учебной деятельности, использующие информационные и телекоммуникационные технологии, учитывающие вариативность и индивидуализацию общего образования и направленные на развитие познавательной самостоятельности: 1) интерактивное моделирование, 2) «On-line лаборатория по физике», 3) дистанционные олимпиады, 4) компьютерные лабораторные работы, 5) дистанционный урок.

Разработаны методические рекомендации по самостоятельному конструированию компьютерных лабораторных работ с помощью интерактивных моделей. Составлены методические рекомендации по составлению индивидуальных тестовых заданий по физике с использованием образовательного портала «Открытый Колледж» http://www.college.ru. Выявлены методические возможности виртуальной «On-line лаборатории» по физике, созданы примеры интерактивных моделей и методические рекомендации по их использованию.

Анализ телекоммуникационных ресурсов показал, что практически отсутствуют учебно-методические сайты по астрономии с размещением информации, предназначенной для учащихся и учителей. Поэтому задача разработ-

ки структуры комплекса программно-педагогических и телекоммуникационных средств обучения астрономии являлась актуальной.

Разработана и внедрена соответствующая система повышения квалификации учителей физики и астрономии, направленная на подготовку к комплексному применению в процессе обучения ППС и телекоммуникационных средств. При обучении методам анализа и оценки программно-педагогических средств анализировались особенности образовательного процесса с применением информационных технологий (схема 1) и телекоммуникационных технологий (схемы 2).

Схема 1. Образовательный процесс с применением информационных технологий

Контроль знаний с использованием базы данных задач и тестов

Схема 2. Образовательный процесс с применением телекоммуникационных технологий

Образовательный процесс с применением современных телекоммуникационных технологий

Электронные учебники в

Интернет

Система дистанционного обучения

Учебные телекоммуникационные проекты

т^;

Учебный форум

Учебные телеконференции

Система дистандонного контроля знаний

Виртуальные лаборатории

Поиск информации в Интернет

Виртуальные консультации с виртуальным учителем

Создание самостоятельных интерактивны* моделей

Дистанционные уроки

Рассмотрена система применения телекоммуникационных технологий в обучении физике и астрономии, дистанционного обучения учащихся, предложена система дистанционного повышения квалификации учителей физики (схема 3).

Схема 3. Система применения телекоммуникационных технологий

Система применения телекоммуникационных технологий в обучении физике и астрономии

R таетьей главе «Методика учебной работы с комплексами программ-

но-педг» этических и телекоммуникационных средств на примере комплекса по ас-Рономии» проанализирована методическая литература по астрономии. Анализ методической литературы по астрономии (Шишаков В.А., Набоков

Левитан Е.П., Воронцов-Вельяминов Б.А., Дагаев М.М., Засов A.B., Ко-■юнович Э.В. и др.) позволяет сделать вывод о том, что существующие методические пособия по астрономии не соответствуют в полной мере современным целям образования, написаны задолго до начала использования современных информационных и телекоммуникационных технологий в обучении астрономии. Анализ имеющихся программно-педагогических средств по астрономии позволил сделать вывод о необходимости создания современного мультимедийного курса и соответствующей методики его применения, а также соответствующих телекоммуникационных средств обучения.

Таким образом, обосновывается необходимость создания комплекса ППС и телекоммуникационных средств обучения астрономии для решения современных образовательных задач, в основе которых лежат применение новых сетевых технологий и технологий создания интерактивных курсов, Была разработана структура комплекса ППС и телекоммуникационных средств в области астрономии.

Предлагается следующая структура комплекса программно-педагогических и телекоммуникационных средств:

■ электронный (мультимедийный) курс (учебник), содержащий интерактивные модели;

■ электронный (мультимедийный) курс (учебник), размещенный в Интернет в свободном доступе;

■ обеспечение методической поддержки ППС и обмен опытом через Интернет с помощью страниц «Учителю»;

■ систему дистанционного обучения учащихся;

■ поиск информации и обзор ресурсов в Интернет;

■ дистанционные конкурсы и олимпиады по астрономии. Исследование показало, что электронный (мультимедийный) курс

ч (учебник) должен включать в себя текст учебника в виде гипертекста, иллю-

стрированный учебно-справочный блок, блок анимационных и интерактивных моделей, блок тестов и задач, блок поиска информации внутри мульти-

4 медийного курса, блок системы помощи, блок поиска информации в Интер-

нет. Материал в электронном учебнике может излагаться с разными степенями сложности, учащийся сам может выбрать уровень сложности изучаемого материала. Переход из одного уровня сложности изложения материала на другой осуществляется по гиперссылке. Учебный материал, на который необходимо акцентировать внимание учащихся (формулы, определения, выводы, таблицы и т.д.), выделяется другим цветом, сопровождается специальным звуковым оформлением.

В ходе исследования был создан мультимедийный интерактивный курс «Открытая Астрономия» (ФИЗИКОН), отвечающий задачам ориентации на современный активно-деятельный способ обучения, активизации обучения за счет активного вовлечения в учебный процесс каждого обучаемого (контент, тестовые задания, задачи с решениями и без решений, интерактивные модели).

Курс «Открытая Астрономия» (схема 4) является интерактивным мультимедийным курсом нового поколения, ориентированным на новые методы обучения, активное познание окружающего мира учащимися и содержит следующие системы:

^ ■ Электронный учебник с гипертекстом, содержащий 750 иллюстраций,

рисунков, схем.

■ Комплекс интерактивных моделей (57).

■ Интерактивный планетарий.

■ Тестирующий комплекс, интегрированный с базой данных задач, содержащий 400 тестов и 200 задач.

■ Тренирующий блок, имеющий примеры решения задач (200).

■ Справочный комплекс, содержащий список основных формул, констант, список размерностей физических единиц в системе СИ, астрономических постоянных, 31 справочную таблицу.

■ Предметный поиск по ключевым словам.

■ Систему помощи с путеводителем по курсу и инструкциями по работе.

■ Дневник достижений, позволяющий оценить уровень знаний учащихся по различным темам курса.

■ Обзор Интернет-ресурсов по астрономии.

Рекомендуемый список литературы по различным темам курса. Систему методической поддержки курса.

Схема 4. Структура мультимедийного курса «Открытая Астрономия» Мультимедийный курс "Открытая Астрономия"

В главе подробно рассмотрено содержание и дидактические возможности созданного мультимедийного курса «Открытая Астрономия» и телекоммуникационных средств по астрономии. В главе показаны возможности комплексного использования созданного мультимедийного курса на уроках естествознания в 5-6 классах, на уроках физики, на уроках астрономии.

Основные дидактические возможности интерактивного мультимедийного курса «Открытая Астрономия» состоят в том, что данный курс может использоваться как:

1. Мультимедийный обучающий курс, содержащий большое количество демонстрационных анимационных моделей, иллюстраций, интерактивный планетарий.

2. Мультимедийный курс, содержащий интерактивные модели, создающие возможность активного взаимодействия учащихся с моделями для наиболее успешной реализации индивидуального подхода в обучении, направленные на формирование и развитие исследовательских навыков: изучение физических законов и явлений, зависимостей физических величин, происходящих во Вселенной.

3. Обучающе-контролирующий курс, содержащий задачи, тесты разной степени сложности, способствующие включению каждого учащегося в самостоятельную работу, согласно его возможностям.

4. Курс, содержащий необходимую справочную информацию.

Созданные телекоммуникационные средства по астрономии реализуют

следующие дидактические возможности:

■ Организация дистанционного обучения астрономии на основе использования ППС «Открытая Астрономия», размещенного в свободном доступе с Интернет.

■ Организация оперативной консультационной помощи учащимся через виртуального учителя.

■ Организация контроля над степенью усвоения учебного материала с помощью тестирующей системы.

■ Организация проектной и учебно-исследовательской работы.

■ Организация участия учащихся в дистанционных олимпиадах.

■ Развитие умений поиска информации в Интернет.

■ Развитие общения в Интернет по различным вопросам астрономического образования с помощью телекоммуникационных средств.

■ Организация методической поддержки учителей.

■ Обмен опытом работы.

Проведенный констатирующий эксперимент показал, что среди основных трудностей, возникающих при использовании информационных технологий на уроках, учителя называют недостаточное количество методических материалов по методике использования мультимедийных курсов, трудности, возникающие при самостоятельной разработке уроков и незнание возможно- ■ стей использования телекоммуникационных средств. Именно поэтому важной задачей стала разработка методических рекомендаций по применению программно-педагогических средств и телекоммуникационных средств, была разработана структура дистанционных уроков по физике и астрономии, дистанционная олимпиада по астрономии.

Методика применения информационных и телекоммуникационных технологий в обучении проиллюстрирована на примере:

• Примерного планирования с использованием ППС.

• Методики использования ППС на конкретных уроках. Приведены модели уроков с применением ППС и телекоммуникационных технологий.

• Организационных моментов использования ППС и телекоммуникационных средств.

Приведена методика использования основных интерактивных моделей. Создано примерное поурочное планирование с использованием мультимедийного курса «Открытая Астрономия».

В ходе исследования разработано учебно-методическое наполнение страниц по астрономии в образовательном портале «Открытый Колледж».

Для организации работы учащихся с данными телекоммуникационными средствами по астрономии были использованы возможности интерактивного сервера www.college.ru, поддерживающего обратную связь. Кроме большого объема теоретического материала учащимся предоставляется возможность решать задачи, выполнять контрольные тесты, общаться с виртуальным учителем, получать электронные консультации и многое другое через систему дистанционного обучения (СДО) образовательного портала «Открытый Колледж», предоставляются большие возможности для самотестирования, проверки своих знаний. При этом задания формируются индивидуально,

в зависимости от возраста и уровня знаний ученика по системе дифференцированного обучения. База данных задач и тестов по астрономии в СДО отличается от базы данных задач и тестов мультимедийного курса «Открытая Астрономия».

Для учителя были созданы страницы «Учителю», которые содержат: 1) обзор методической литературы, 2) примерное планирование с применением компьютерного курса, 3) методические рекомендации по применению компьютерного курса, 4) требования к уровню подготовки выпускников, обязательный минимум содержания образования по физике, содержащий обязательные вопросы по астрономии, 5) примеры учебных планов школ, в том числе для разноуровневых и профильных классов, 6) методические рекомендации по формированию индивидуального учебного плана, 7) базисный учебный план многопрофильной школы, 8) примерную тематику научно-исследовательских и учебно-исследовательских работ учащихся с использованием Интернета, 9) примеры дистанционных уроков, 10) рекомендации по итоговой аттестации учащихся в виде презентации в PowerPoint, 11) рекомендации по проведению итоговой аттестации учащихся в виде собеседования, 12) форум учителю.

Была разработана структура дистанционных занятий с учителями, повышающими свою квалификацию на курсах повышения квалификации «Современный урок физики и астрономии» Московского института открытого образования (МИОО).

С целью регулярной системы информационной поддержки был разработан тематический сайт «Астрономия. Методический кабинет учителя физики и астрономии» http://gomulina.orc.ru.

Таким образом, в ходе исследования создан комплекс программно-педагогических и учебно-методических телекоммуникационных средств по астрономии, не имеющий аналогов по другим учебным предметам.

В четвертой главе «Экспериментальное обоснование применения комплекса программно-педагогических и телекоммуникационных средств в преподавании астрономии и физике» описывается проведение констатирующего, поискового и обучающего этапов эксперимента по проблеме исследования (табл.1).

Констатирующий эксперимент показал целесообразность создания соответствующих ППС и телекоммуникационных средств, разработку соответствующей методики работы с ними, разработку соответствующей системы повышения квалификации учителей.

Обучающий эксперимент состоял в проведении уроков с применением программно-педагогических и телекоммуникационных средств по астрономии и физике в классах, получивших название экспериментальных. Сравнение осуществлялось с классами, где преподавание велось без применения компьютерных и телекоммуникационных средств обучения. При проведении эксперимента учитывалось требование репрезентативности при подборе экспериментальных и контрольных классов. Поскольку повышение познавательной самостоятельности происходит не только в результате применения но-

вых информационных и телекоммуникационных средств в обучении, но и под влиянием других факторов, связь должна быть не функциональной зависимостью, а корреляционным отношением, когда повышению познавательной самостоятельности может соответствовать несколько параметров.

Таблица 1.

Особое внимание в ходе эксперимента уделялось анализу диагностических контрольных работ по физике и астрономии, анализ творческого роста учащихся, их участия в городских олимпиадах, Всероссийских и международных олимпиадах, научно-практических конференциях.

Обработка полученных данных обучающего эксперимента - вычисление коэффициента корреляции и построение графиков - производилась с ис-

Общая характеристика экспериментального исследования

Экспериментальная 1 Количество база 1 участников Цели и методы

Констатирующий этап (1995-2000)

Школы Западного округа г. Москвы Школы №№659, 591, 65, 637, 56, 1216, 1304, гимназии № 1543,1567, 1541. Курсы повышения курсов МИОО «Современный урок физики и астрономии» Около 420 ¡Цель - выявить основные проблемы современ-уч-ся, кого состояния астрономического образования, 190 учителей, перспективы его развития и условия внедрения методистов, [новых информационных и телекоммуникацион-работников ных технологий в обучение физике и астроно-дополнитель- мии. ного обоазо- Методы - тестирование. беседы с учите-вания рыми и учениками; их анкетирование; изучение Около 150 педагогического опыта. Интерактивный опрос в учителей ¡Интернет

Поисковый этап (1995 - 2001)

Школа № 659, гимна-шя № 1543 г. Москвы школы г. Москвы №№ 55, 256, 659, 732, гимназии № 1543, 1567, 1541. Курсы МИОО «Современный урок физики и астрономии», учителя г. Москвы 5-11-е классы около 200 учащихся Около 150 учителей Цель - создание ППС «Открытая Астрономия», интерактивных моделей. Разработка моделей учебной деятельности с использованием ППС по физике. Разработка телекоммуникационных средств обучения астрономии и физике. Создание комплекса ППС и телекоммуникационных средств. Внедрение соответствующей системы повышения квалификации учителей. Методы - беседы с учителями и учениками; их анкетирование; экспериментальное преподавание, экспертная оценка. Проведение дистанционной олимпиады по астрономии

Обучающий этап (1999 - 2002)

Школы №№ 659, 591, 65, 637, 56, 1216, 1304, гимназий №№ 1543, 1567, 1541 г. Москвы. Курсы МИОО «Современный урок физики и астрономии», учителя г. Москвы Около 420 учащихся Около 150 учителей Цель - проверка гипотезы исследования о алиянии применения современных ППС и телекоммуникационных средств обучения физике и астрономии в частности на развитие познава-гельной самостоятельности. Методы - экспериментальное преподавание, беседы с учителями и учениками; экспертная оценка, наблюдения, анкетирование. Проведение контрольных работ, их поэлементный анализ и статистическая обработка результатов. Изучение отзывов учителей

пользованием системы БТАЛБЛСА, которая представляет собой интегрированную систему статистического анализа и обработки данных. Полученный коэффициент корреляции г = - 0,37, что для р <0,05 свидетельствует о существовании умеренной связи между применением экспериментальной методики и знаниями и умениями учащихся. Для наглядного представления полученных результатов были построены и проанализированы графики зависимостей контрольных и экспериментальных групп друг относительно друга.

Интересные результаты были получены из анализа досшжений учащихся при участии в олимпиадах. Правомерно предположить, что учащиеся, побеждающие в городских олимпиадах по физике и астрономии, Всероссийских олимпиадах, международных научно-практических конференциях, перешли на исследовательский уровень познавательной самостоятельности.

Были проанализировать с применением % 2 -метода при альтернативных признаках, записывая в схему четырех полей, данные об учащихся, перешедших на исследовательский уровень познавательной самостоятельности. Коэффициент корреляции вычисляли по формуле:

ф = АР-ВС где А, В, С и О - отдельные частоты

системы четырех полей данных эксперимента.

Отрицательная связь ф=- - 0,313 показывает, что учащиеся, активно использующие в учебе ППС и телекоммуникационные средства, чаще становятся призерами олимпиад, переходят на третий, исследовательский уровень познавательной самостоятельности. Поскольку коэффициент корреляции ф = -0,313, то существует умеренная связь между исследуемыми явлениями. При проверке %2 -методом использовалась формула

/ = где Н = А+ В = С = й. Для ¡¡> = -0,313; N = 905

X2 = 86,9

Этому значению х 2 соответствует вероятность р < 1%. Таким образом, можно считать связь очень достоверной. Анализ динамики развития познавательной самостоятельности учащихся к 11 классу показал положительную динамику развития познавательной самостоятельности у двух классов, но процент достижения творческого, исследовательского уровня в экспериментальной группе выше.

Анализ результатов педагогического эксперимента в целом подтверждают гипотезу с достоверностью не ниже 95% о том, что существует связь между разработанной методикой применения новых информационных и телекоммуникационных технологий и улучшением качества знаний, достижением исследовательского уровня познавательной самостоятельности учащихся.

В приложениях приведены модели дистанционных уроков, методика проведения компьютерных лабораторных работ, методические рекомендации по поиску информации в Интернете, программа курсов повышения квалификации учителей физики, методика самостоятельного конструирования инте-

рактивных экспериментов по физике с использованием телекоммуникационных средств обучения.

Основные результаты и выводы исследования:

1) На основе анализа психолого-педагогической и методической литературы и научно-методических исследований, а также констатирующего эксперимента, обоснована актуальность проблемы применения новых информационных и телекоммуникационных средств в обучении астрономии и физике.

2) Проведены сравнительный анализ и оценка современных программно-педагогических и телекоммуникационных средств по астрономии и физике. Результаты анализа в дальнейшем предложено применять в рамках системы повышения квалификации учителей.

3) Определены дидактические требования к программно-педагогическим и телекоммуникационным средствам обучения (соответствие минимуму содержания основного физического образования, интерактивности моделей и др).

4) Показано, что в комплекс ППС и телекоммуникационных средств по астрономии и физике должен включать: электронный (мультимедийный) учебник, содержащий интерактивные модели, обеспе-' чение методической поддержки и обмен опытом через Интернет с помощью страниц «Учителю», систему дистанционного обучения учащихся, дистанционные конкурсы и олимпиады и др.

5) Разработаны модели учебной деятельности (дистанционный урок, дистанционные олимпиады, модели уроков с интерактивным моделированием и др.).

6) Создана и внедрена система повышения квалификации учителей физики и астрономии, включающая обучение: методам анализа и оценки ППС и телекоммуникационных средств, работе с интерактивными моделями, работе с телекоммуникационными «On-line» моделирующими средами, поиску информации в Интернете и др.

7) Экспериментально проверена эффективность методики применения разработанного комплекса средств и показано влияние применения этих средств на формирование интереса к науке, развитие познавательной самостоятельности учащихся и повышение качества знаний по физике и астрономии.

В дальнейшем целесообразно исследовать проблему создания таких программно-педагогических и телекоммуникационных средств по астрономии и физике, которые позволили бы учителю самостоятельно конструировать модели в интегрированных моделирующих средах и уроки с применением новых информационных технологий.

Материалы исследования отражены в следующих публикациях:

Методические рекомендации и статьи:

1. Гомулина H.H. «Открытая физика 2.0» и «Открытая Астрономия» - новый шаг. Компьютер в школе: №3/ 2000. - С. 8 - 11.

2. Гомулина H.H. Обучающие интерактивные компьютерные курсы и имитационные программы по физике //Физика в школе. М.: № 8/ 2000. -С. 69-74.

3. Гомулина H.H. Дистанционный урок «Лабораторная работа «Солнечная активность» // Золотая рыбка в «СЕТИ». Интернет - технологии в средней школе (Практическое руководство). М.: Прожект Хармони, Инк., 2001.-С. 93-97.

4. Гомулина H.H. Дистанционный урок «Галактики» // Золотая рыбка в «СЕТИ». Интернет - технологии в средней школе практическое руководство. М.: Прожект Хармони, Инк., 2001. - С. 97 - 102.

5. Гомулина H.H. Поиск информации по астрономии в Интернете //Физика в школе. M.: № 1 / 2001 - С. 62 -67.

6. Гомулина H.H. Поиск информации в Интернете // Я иду на урок астрономии. Звездное небо. 11 класс. Книга для учителя.: М.: «Первое сентября». 2001. С. 276-284.

7. Соболева H.H., Гомулина H.H., Брагин В.Е., Мамонтов Д.И., Касьянов O.A. Электронный учебник нового поколения // Информатика и образование. М.: №6/2002. - С. 67 -76. (20% авторских).

Методические рекомендации и статьи в газете «Физика», приложение к газете «Первое сентября»:

8. Гомулина H.H. Юшина И.Е., Компьютерные коммуникации. Вариативная программа интегрированного курса астрономии и информатики, //Физика: Приложение к газете «Первое сентября» № 46 /1998. - С.1 - 2 (50% авторских).

9. Гомулина H.H. Компьютерные технологии и современный урок физики и астрономии. Обучающие компьютерные программы и имитационные программы по физике, //Физика: Приложение к газете «Первое сентября» № 20/ 1998. - С. 2

10. Гомулина H.H. Компьютерные обучающие и демонстрационные программы //Физика: Приложение к газете «Первое сентября» № 12/1999-С .2.

11. Белостоцкий П.И., Максимова Г.Ю., Гомулина H.H. Компьютерные технологии: современный урок физики и астрономии.// Физика: Приложение к газете «Первое сентября» № 20/ 1999. - С. 3, с. 13 (30% авторских).

12. Гомулина H.H., Михайлов C.B. Методика использования интерактивных компьютерных курсов с элементами дистанционного образования. //Физика: Приложение к газете «Первое сентября» № 39/ 2000. - С. IIIS (50% авторских).

13. Гомулина H.H. Урок физики с использованием компьютерных технологий //Физика: Приложение к газете «Первое сентября»№16/2000.С. 14.

14. Демидова М.Ю., Гомулина H.H., Галкина Т.А. Итоговый тест по астрономии. //- Физика: Приложение к газете «Первое сентября» № 14/ 2000. -С. 14-15 (30% авторских).

15. Гомулина H.H. Астрономия через Интернет: Дистанционный урок «Солнечная активность»// Физика: Приложение к газете «Первое сентября» № 23 / 2001. - С. 1 - 3.

16. Гомулина H.H. Поиск информации по астрономии в Интернете // Физика: Приложение к газете «Первое сентября» № 2/ 2001 - С. 2 - 4.

17. Гомулина H.H. «Открытая Астрономия». Авторский компьютерный курс. Методические рекомендации по использованию в рамках курсов «Естествознание», «Природоведение». 5-й класс. // Физика: Приложение к газете «Первое сентября» №2 / 2002. - С. 1 - 8, №6 /2002. - С. 1-3.

18. Гомулина H.H., Андреева Е.И. Виртуальная «On-line лаборатория». Проблемы использования современных телекоммуникационных технологий в процессе обучения физике // Физика: Приложение к газете «Первое сентября» № 18/ 2002 - С. 1-3 (50% авторских). Материалы конференций:

19. Гомулина H.H. Вариативная программа интегрированного курса астрономии и информатики // Материалы 1 Съезда учителей астрономии Российской Федерации и Стран Содружества, г. Черноголовка, УЭ НЦЧ РАН, 1998.-С. 4.

20. Гомулина H.H. Вопросы интеграции курсов физики и астрономии //. Материалы II Всероссийской конференции «Астрономия в системе современного образования», - СПб.: Издательство РГТГУ им. А.И. Герцена. 1998.-С. 122-123.

21. Гомулина H.H. Компьютерные коммуникации и проектная учебная деятельность школьников по физике и астрономии.// Материалы международной конференции «Информационные технологии в образовании». М.: МИФИ, 1999. - С. 207-208.

22. Гомулина H.H. Компьютерные коммуникации и проектная учебная деятельность школьников по физике и астрономии. // Материалы международной конференции «Информационные технологии в образовании»: сборник трудов. Часть 2. М.: МИФИ, том 2, 1999. - С. 207 - 208.

23. Гомулина H.H., Мамонтов Д.И. Технология создания интерактивного компьютерного курса «Открытая астрономия» // Материалы международной конференции «Информационные технологии в образовании»: сборник трудов участников конференции. Часть 2 М.: МИФИ. 2000. -С. 18 - 21 (50% авторских).

24. Gomulina N.N. Design and research school activity of schoolchildren in astronomy in the secondary school / Материалы международной конференции по астрофизике «Jenam 2000».- M.:GEOS, 2000 - С. 96.

25. Mamontov D.I., Gomulina N.N. Development of education computer course «Open Astronomy». Материалы международной конференции по астрофизике «Jenam 2000»., - М.: EOS, 2000. - С. 197 (50% авторских).

26. Гомулина H.H., Михайлов С.В. Технология использования интерактивных компьютерных курсов с элементами дистанционного образования на уроках физики и астрономии. //Материалы международной конференции «Информационные технологии в образовании»: сборник тру-

дов участников конференции. Часть 3. - М.: МИФИ. 2000. - С. 42 - 43 (50% авторских).

27. Гомулина H.H. Современный урок физики и астрономии и мультимедийные обучающие курсы нового поколения «Открытая физика 2.0» и «Открытая астрономия» с элементами дистанционного обучения. // Материалы шестой международной конференции «Физика в системе современного образования». - Ярославль: Изд - во ЯГПУ им. К.Д. Ушин-ского. Том III. 2001 г. - С 40-43.

28. Гомулина Н.Н, Мамонтов Д.И. Технология создания и внедрения комплекса программно-педагогических и учебно-методических телекоммуникационных средств по асгрономии. // Материалы XI международной конференции «Информационные технологии в образовании»: сборник трудов участников конференции. Часть 4. - М.: МИФИ, 2001. - С. 18 -21 (50% авторских).

29. Галкина Т.А., Гомулина H.H. Интенсивное использование возможностей современных компьютерных технологий и их взаимодействие с реальными наблюдениями при организации исследовательской деятельности на уроках астрономии в средней школе // Материалы XI международной конференции «Информационные технологии в образовании»: сборник трудов участников конференции. Часть 3. - М.: МИФИ, 2001 - С. 17 -20 (50% авторских).

30. Гомулина H.H. Новый обязательный минимум знаний по физике, содержащий вопросы по астрономии. // III Всероссийская научно-практической конференция «Современная астрономия и методика ее преподавания», Санкт-Петербург, 27 - 29 марта 2002. С. 119.

31. Гомулина H.H. Создание комплекса компьютерных и телекоммуникационных средств обучения астрономии. III Всероссийская научно-практической конференция «Современная астрономия и методика ее преподавания», Санкт-Петербург, 27 - 29 марта 2002. С.20 - 23.

32. Гомулина H.H. Самостоятельное конструирование интерактивных экспериментов по физике с использованием телекоммуникационных средств обучения // Материалы XIII Международной конференции «Применение новых технологий в образовании», Троицк, 28 - 29 июня 2002. Изд-во Тровант. - С.25 - 26.

Электронные публикации:

33. Зинковский В.И., Гомулина H.H. Примерное поурочное планирование с использованием компьютерного курса «Открытая Астрономия». Долгопрудный: ФИЗИКОН, 2001. с. 64 (50% авторских).

34. Гомулина H.H., Соболева H.H., Сурдин В.Г., Мамонтов Д.И. и др. CD-ROM Открытая Астрономия 2.0//М.:ВНТИЦ, 50200100438, 2001. (90% авторских).

35. Соболева H.H., Гомулина H.H. и др. CD-ROM Открытая Физика 2.5 часть 1//М.:ВНТИЦ, 0000014, 2002. (10% авторских).

36. Соболева H.H., Гомулина H.H. и др. CD-ROM Открытая Физика 2.5 часть 2//М.:ВНТИЦ, 0000015, 2002. (15% авторских).

/ .

Подп. к печ. 23.01.2003 Объем 1.25 пл. Заказ № 44 Тир. 100 Типография МПГУ

-A

5 S. 0O

Содержание диссертации автор научной статьи: кандидата педагогических наук, Гомулина, Наталия Николаевна, 2003 год

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. НОВЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ И ТЕЛЕКОММУНИ- 23 КАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В * ПРЕПОДАВАНИИ ФИЗИКИ И АСТРОНОИИ

1.1. Психолого-педагогические основы использования информацион- 23 ных и телекоммуникационных технологий в учебном процессе

1.2. Использование программно-педагогических и телекоммуникаци- 38 онных средств в преподавании астрономии и физики

1.3. Психолого-педагогический аспект активизации познавательной 45 самостоятельности при применении новых информационных технологий

ГЛАВА И. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ 55 ПРЕПОДАВАНИЯ АСТРОНОМИИ И ФИЗИКИ НА ОСНОВЕ КОМПЛЕКСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРОГРАММНО-ПЕДАГОГИЧЕСКИХ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СРЕДСТВ

II. 1. Анализ существующих компьютерных мультимедийных курсов 55 и методика их применения в курсах астрономии и физики в средней Ч школе

II.2. Методика применения телекоммуникационных средств в преподавании астрономии и физики

Н.З. Подготовка учителей к применению новых информационных и 84 телекоммуникационных технологий в преподавании астрономии и физики

ГЛАВА III. МЕТОДИКА УЧЕБНОЙ РАБОТЫ С

КОМПЛЕКСАМИ ПРОГРАММНО-ПЕДАГОГИЧЕСКИХ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СРЕДСТВ НА ПРИМЕРЕ

КОМПЛЕКСА ПО АСТРОНОМИИ

III. 1. Сущность, цели и содержание астрономического образования в 98 современной школе и проблемы интеграции астрономии и физики

Ш.2. Требования к содержанию и структуре комплекса программно- 111 педагогических и телекоммуникационных средств

Ш.З. Содержание и дидактические возможности мультимедийного 122 курса «Открытая Астрономия» и телекоммуникационных средств по * астрономии

Ш.4. Методика использования мультимедийного курса «Открытая 127 Астрономия» и телекоммуникационных средств по астрономии

ГЛАВА IV ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ 152 ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЛЕКСА ПРОГРАММНО-ПЕДАГОГИЧЕСКИХ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СРЕДСТВ В ПРЕПОДАВАНИИ АСТРОНОМИИ И ФИЗИКИ

IV. 1. Общая характеристика экспериментального аспекта исследова- 152 ния

ГУ.2. Констатирующий этап

IV .3. Поисковый этап

ГУ.4. Обучающий этап

Введение диссертации по педагогике, на тему "Применение новых информационных и телекоммуникационных технологий в школьном физическом и астрономическом образовании"

В современных условиях интенсивного развития информационных технологий возникает необходимость в создании иной образовательной среды. В настоящее время актуальным является вопрос использования программно-педагогических и телекоммуникационных средств в учебном процессе школы и, в частности, при обучении физике и астрономии.

Наибольшее количество диссертационных исследований по внедрению информационных и телекоммуникационных технологий посвящено вопросам методики преподавания информатики в средней и высшей школе (Андреев A.A., Апатова Н.В., Бурнусова О.В, Шелухина A.B.). Ряд исследований был посвящен вопросам формирования профессиональной компетентности учителя информатики в условиях информатизации образования (Добудько Т.В.); системе подготовки учителя к использованию информационных технологий в учебном процессе (Жалдак М.И.); дидактическим основам формирования готовности будущего учителя информатики к использованию новых информационных технологий (Кручинина Г.А.); методическим основам подготовки будущего учителя информатики к использованию технологий компьютерного обучения (Марусева И.В.); методике формирования информационно-технологической составляющей профессиональной культуры учителя (Молоткова Н.В.); информационно-динамической обучающей среде как фактору развития информационной культуры будущего учителя (Сизинцева H.A.). Теоретические основы разработки и использования средств информационных и коммуникационных технологий в личностно ориентированном обучении рассматриваются в исследовании Панюковой C.B. Теоретические основы создания и использования средств информатизации образования рассматриваются в исследовании Роберт И.В.

Многие диссертационные исследования затрагивают различные аспекты информатизации процесса обучения астрономии и физике.

Вопросам теории и методики применения компьютеров в обучении физике посвящены исследования Анциферова Л.И., Извозчикова В.А., Кондратьева A.C., Лаптева В.В., Смирнова A.B. и др. Частным вопросам методики преподавания физики с использованием информационных технологий посвящены исследования Абросимова П.В. и Светлицкого С.Л. Методике организации учебного физического эксперимента с использованием компьютера как средство индивидуализации обучения в школе посвящено исследование Клевицкого В.В., методике использования ЭВМ как средства развития мышления учащихся при обучении физике - исследование Чекулаевой М.Е. Исследование Нуркаевой И.М. посвящено методике организации самостоятельной работы учащихся с компьютерными моделирующими программами на занятиях по физике. Вопросы использования компьютерных физических датчиков в школьном лабораторном эксперименте и методика организации различных видов учебной деятельности при изучении физики рассматривалась в исследовании Ездова A.A. В исследовании Медведева О.Б. рассматриваются глобальные компьютерные телекоммуникации в работе учителей физики и естествознания.

В исследовании Горбуновой И.Б. рассмотрены вопросы повышения операционности знаний по физике с использованием новых компьютерных технологий. Есть и исследования, затрагивающие вопросы формирования информационной культуры учащихся основной школы в процессе обучения физике (Харитонов А.Ю.), развития исследовательских умений учащихся при использовании компьютеров в процессе выполнения лабораторных работ на уроках физики (Сельдяев В.П.). В диссертационном исследовании Жукова Л.В. рассматриваются теоретические основы методики астрономической подготовки учителя физики. Вопросы применения информационных технологий рассматриваются в диссертационных исследованиях Паболкова И.В. и Белоозеров Л.

Однако, вопросы подготовленности учителей физики и астрономии к применению новых современных информационных и телекоммуникационных технологий в обучении практически не рассматривались. Также нет исследований, посвященных современным проблемам применения новых информационных и телекоммуникационных технологий в школьном физическом и астрономическом образовании.

Анализ научно-методических исследований и современного состояния школьного физического и астрономического образования позволяет говорить о существовании целого комплекса противоречий: между требованиями современной педагогической парадигмы, выдвигающей на первый план идею развития личности и рассматривающей учебные предметы (физику и астрономию) как средство развития учащихся, и ориентацией учителей на формирование у учащихся, в основном, знаний и умений; между возможностями компьютерного обучения и отсутствием системы применения современных информационных и телекоммуникационных технологий в обучении физике и астрономии; между значительным количеством работ в области информационных технологий и практическим отсутствием методики применения совокупности различных средств новых информационных технологий в обучении физике и астрономии в школе.

Цель исследования состоит в решении вопроса, какой должна быть совокупность современных информационных и телекоммуникационных технологий в преподавании астрономии и физики, которая бы обеспечивала повышение качества физического и астрономического образования на основе создания и внедрения комплекса программно-педагогических и учебно-методических телекоммуникационных средств по астрономии и физике.

Объектом исследования является процесс обучения астрономии и физике в средней школе.

В ходе исследования была выдвинута и сформулирована гипотеза исследования; если разработать программно-педагогические средства (ППС) по астрономии и физике, удовлетворяющие современным представлениям о мультимедийных обучающих курсах, а также соответствующие телекоммуникационные средства и методику их применения, то комплексное применение совокупности программно-педагогических и телекоммуникационных средств обучения астрономии и физике повысит интерес учащихся к науке, будет способствовать развитию познавательной самостоятельности, улучшит качество знаний учащихся.

Исходя из сформулированной гипотезы, для достижения цели исследования были поставлены следующие задачи: провести анализ научной, психолого-педагогической, методической литературы и диссертационных исследований, посвященных проблеме использования новых компьютерных технологий в образовании в целом, а также вопросам применения компьютерных программных и телекоммуникационных средств в преподавании астрономии и физики; провести анализ современных ППС по астрономии и физике; определить дидактические требования к программно-педагогическим и телекоммуникационным средствам обучения астрономии и физики; разработать комплекс программно-педагогических и телекоммуникационных средств обучения астрономии и физике; определить наиболее целесообразные методы применения и разработать учебно-методические материалы по использованию создаваемых 1111С и современных телекоммуникационных средств по астрономии и физике; разработать модели учебной деятельности, использующие информационные и коммуникационные технологии, учитывающие вариативность и индивидуализацию общего образования; разработать и внедрить соответствующую программу повышения квалификации учителей физики и астрономии, направленную на подготовку к комплексному применению в процессе обучения ГТПС и телекоммуникационных средств; экспериментально проверить эффективность методики применения разработанного комплекса программно-педагогических и телекоммуникационных средств обучения астрономии и физике.

Для решения поставленных задач использовались следующие методы и виды деятельности: изучение философской, психолого-педагогической и научно-методической литературы по исследуемой проблеме; изучение и анализ передового педагогического опыта; изучение содержания учебных планов, программ, учебников, дидактических пособий по астрономии и физике; конструирование комплекса программно-педагогических и учебных телекоммуникационных средств по астрономии и физике, направленных не только на улучшение качества знаний, но и на формирование информационной культуры учащихся, развитие познавательной самостоятельности учащихся; моделирование учебной деятельности на основе информационных и коммуникационных технологий с учетом вариативности и индивидуализации общего образования; моделирование методики применения в учебных целях компьютерных дидактических средств; беседы, анкетирование, опрос и экспертная оценка; экспериментальное преподавание с использованием разработанного комплекса компьютерных программ и телекоммуникационных средств; анализ научно-исследовательских и поисковых работ учащихся по астрономии с применением комплекса программно-педагогических и телекоммуникационных средств по астрономии. педагогический эксперимент во всех его формах (констатирующий, поисковый, обучающий) с целью проверки гипотезы исследования и статистическая обработка данных педагогического эксперимента.

Базой исследования являлись гимназии №№ 1541, 1543, 1567 г.

Москвы, средние общеобразовательные школы №№ 659, 1304, 1216, 591, 65,

637, 56, 1131 г. Москвы, Центр образования г. Зеленогорска Красноярской области.

Научная новизна исследования состоит в том, что: определены дидактические требования к современным программнопедагогическим и телекоммуникационным средствам обучения астрономии и физике (соответствие обязательному минимуму физического образования, интерактивность компьютерных моделей, обратная связь, обеспечение условий для формирования исследовательских умений, единство обучающей и контролирующей функций, разнообразие видов и дифференцированность заданий, соответствие возможностям учащихся и наличие условий для ин-дибибы$<¿0.Льногс ¡>сс7би н , ядрена структура комплекса программнопедагогических и телекоммуникационных средств по астрономии и физике ^электронный учебник, содержащий интерактивные модели, электронный учебник, размещенный в ИНТЕРНЕТ в свободном доступе, методическая поддержка с помощью страниц «Учителю», система дистанционного обучения учащихся, поиск информации и обзор ресурсов в ИНТЕРНЕТ, дистанционные конкурсы и олимпиады); созданы программно-педагогические средства и телекоммуникационные средства по астрономии (мультимедийный курс «Открытая Астрономия», дистанционная олимпиада по астрономии и др.) и физике (компьютерные лабораторные работы по электродинамике, оптике, модели «Online лаборатории по физике» и др.); предложены модели учебной деятельности, использующие информационные и телекоммуникационные технологии, учитывающие вариативность и индивидуализацию общего образования и направленные на развитие познавательной самостоятельности учащихся; разработана и внедрена система повышения квалификации учителей физики и астрономии, направленная на комплексное применение ППС и телекоммуникационных средств в процессе обучения астрономии и физике и включающая обучение методам анализа и оценки ППС и телекоммуникационных средств, работе с интерактивными моделями и телекоммуникационными «On-line» моделирующими средами, разработке моделей уроков с применением ППС и телекоммуникационных средств обучения, поиску информации в ИНТЕРНЕТ.

Теоретическая значимость исследования определяется тем, что: обоснована особая роль применения 1111С и телекоммуникационных средств в обучении астрономии и физике, рассматривающих модели непосредственно не воспринимаемых объектов и явлений мега- и микромасштабов; доказана необходимость и целесообразность применения при обучении астрономии и физике 1111С и телекоммуникационных средств в единстве; и выявлено положительное влияние комплексного применения ПП и телекоммуникационных средств на развитие познавательной самостоятельности учащихся.

Практическое значение исследования заключается в разработке: плана компьютерного курса, текста электронного учебника, структуры компьютерных анимационных и интерактивных моделей мультимедийного курса «Открытая Астрономия»; методики проведения дистанционных уроков по астрономии и физике; практических рекомендаций по использованию телекоммуникационной виртуальной «on-line лаборатории» по физике и компьютерных лабораторных работ по физике; компьютерных лабораторных работ по электродинамике, оптике и квантовой физике; системы телекоммуникационных технологий обучения астрономии и физике со структурой обратной связи; комплекса учебных телекоммуникационных средств, в создании в создании специального учебного сайта по астрономии; методических рекомендаций по применению комплекса программно-педагогических и телекоммуникационных средств по астрономии и физике в основной и полной (старшей) школе; программы и методических рекомендаций курсов повышения квалификации учителей физики и астрономии, направленной на применение в обучении системы компьютерных технологий; научно-методического сайта для учителей физики и астрономии.

На защиту выносятся следующие положения: В преподавании астрономии и физики целесообразно применение ППС и телекоммуникационных средств в единстве. Применение ППС и телекоммуникационных средств целесообразно реализовывать в рамках таких моделей учебной деятельности, как 1) интерактивное моделирование, 2)

On-line лаборатория по физике», 3) дистанционные олимпиады, 4) компьютерные лабораторные работы, 5) дистанционный урок. 1111С и телекоммуникационные средства должны удовлетворять требованиям: 1) соответствия обязательному минимуму физического образования и одновременного превышения этого минимума, 2) интерактивности компьютерных моделей, 3) обратной связи, 4) обеспечения условий для формирования исследовательских умений, 5) единства обучающей и контролирующей функций, 6) разнообразия видов и дифференцированности заданий, 7) соответствия возможностям учащихся и создание условий для индивидуального роста.

Комплекс программно-педагогических и телекоммуникационных средств по астрономии и физике должен включать: 1) электронный учебник, содержащий интерактивные модели, 2) электронный учебник, размещенный в Интернет в свободном доступе, 3) обеспечение методической поддержки и обмен опытом через Интернет с помощью страниц «Учителю», систему дистанционного обучения учащихся, 4) систему дистанционного обучения учащихся, 5) поиск информации и обзор ресурсов в Интернет, 6) дистанционные конкурсы и олимпиады.

Повышение познавательной самостоятельности учащихся при применении современных информационных технологий в обучении астрономии и физике достигается при комплексном применении современных ППС и телекоммуникационных средств обучения.

Для подготовки учителя физики и астрономии комплексному применению ППС и телекоммуникационных средств в обучении в систему повышения квалификации целесообразно включить обучение: 1) методам анализа и оценки ППС и телекоммуникационных средств, 2) работе с интерактивными моделями, 3) работе с телекоммуникационными «On-line» моделирующими средами, 4) разработке моделей уроков с применением ППС и телекоммуникационных средств обучения, 5) поиску информации в Интернете.

2. II Всероссийской научно-практической конференции «Астрономия в системе современного образования»,Санкт-Петербург,25-27марта 1998г.

3. IX международной конференции «Информационные технологии в образовании-99», Москва, 9-12 ноября 1999г.

6. X международной конференции «Информационные технологии в образовании -2000», Москва, 7-12 ноября 2000 г.

9. Шестой международной конференции «Физика в системе современного образования», г. Ярославль, 28-31 мая 2001 г.

10.XI международной конференции «Информационные технологии в образовании -2001», Москва, 5-9 ноября 2001 г.

11.III международной научно-практической конференции «Новые технологии в преподавании физики: школа и ВУЗ», Москва, 11-14 марта 2002 г.

13. XIII Международной конференции «Применение новых технологий в образовании», Троицк, 28 - 29 июня 2002 г.

14.XII международной конференции «Информационные технологии в образовании -2002», Москва, 5-9 ноября 2002г.

Материалы исследования отражены в следующих публикациях:

Методические рекомендации и статьи:

1. Гомулина H.H. «Открытая физика 2.0» и «Открытая Астрономия» -новый шаг. Компьютер в школе: №3/ 2000. - С. 8 - 11.

5. Гомулина H.H. Поиск информации по астрономии в Интернете //Физика в школе. М.: № 1 / 2001 - С. 62 -67.

6. Гомулина H.H. Поиск информации в Интернете // Я иду на урок астрономии. Звездное небо. И класс. Книга для учителя.: М.: «Первое сентября». 2001. С. 276-284.

Методические рекомендации и статьи в газете «Физика», приложение к газете «Первое сентября»:

17. Гомулина H.H. «Открытая Астрономия». Авторский компьютерный курс. Методические рекомендации по использованию в рамках курсов

Естествознание», «Природоведение». 5-й класс.//Физика:Приложение к газете «Первое сентября» №2 / 2002. - С. 1 - 8, №6 /2002. - С. 1-3.

Материалы конференций:

20. Гомулина H.H. Вопросы интеграции курсов физики и астрономии // Материалы II Всероссийской конференции «Астрономия в системе современного образования», - СПб.: Издательство РГПУ им. А.И. Герцена. 1998.-С. 122-123.

28. Гомулина Н.Н, Мамонтов Д.И. Технология создания и внедрения комплекса программно-педагогических и учебно-методических телекоммуникационных средств по астрономии. // Материалы XI международной конференции «Информационные технологии в образовании»: сборник трудов участников конференции. Часть 4. - М.: МИФИ, 2001. - С. 18 - 21 (50% авторских).

Электронные публикации:

35. Соболева H.H., Гомулина H.H. и др. CD-ROM Открытая Физика 2.5 часть 1//М.:ВНТИЦ, 0000014, 2002. (10% авторских).

36. Соболева H.H., Гомулина H.H. и др. CD-ROM Открытая Физика 2.5 часть 2//М.:ВНТИЦ, 0000015, 2002. (15% авторских).

Структура и объем диссертации:

Диссертационное исследование объемом 239 страниц основного текста состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 411 наименований, 15 приложений. Содержит 34 таблицы, 13 диаграмм, 39 рисунков.

Список литературы диссертации автор научной работы: кандидата педагогических наук, Гомулина, Наталия Николаевна, Москва

1. О и в д ч . п о м п ц Ж М И Ш* Стдчамгп П1111111П ТП!

2. Рис. 5. Электронный учебник по физике.

3. На страницах http://www. 1 september.ru образовательного web-сайта«Объединение педагогических изданий «Первое сентября» можно найти лз^ чшие статьи по физике и астрономии в свободном доступе, имеется также архив статей.

5. Puc. 6. Разделы виртуальной «On-line лаборатории no физике».

6. Данные разделы отражают возможности по созданию интерактивныхмоделей в виртуальной «On-line лаборатории по физике» 89..

7. Для каждого раздела созданы методические рекомендации по использованию интерактивных моделей, все рекомендации размещены в Интернет.

8. Рис. 7. Методические рекомендации и примеры для раздела «Молекулярно-кинетическая теория».

9. Рис. 8. Методические рекомендации и примеры для раздела«Электрические и магнитные поля».

10. Для раздела «Цвет и свет» были созданы примеры с методическимирекомендациями:

11. Образование на экране тени от круглого тела.

12. Образование на экране теней от круглого тела, освещенногодвумя источниками света.

13. Распространение света через щель.

14. Опыт, демонстрирующий прямолинейность распространениясвета.

15. Отражение и преломление. Прямоугольная призма.

16. Явление полного внутреннего отражения в алмазе.

17. Явление отражения и преломления с помощью треугольнойпризмы и зеркала.

18. Отражение света от плоского зеркала.

19. Отражение света от выпуклого зеркала.

20. Отражение света от вогнутого зеркала.

21. Демонстрация фокуса собирающей линзы.

22. Модель '^шлвмяа отражения и npenowitHNii с поыоцью треугольном прмзыы и laptcana">: рчх £ ^ л