автореферат и диссертация по педагогике 13.00.02 для написания научной статьи или работы на тему: Применение цифровых лабораторий в учебном физическом эксперименте в общеобразовательной школе

Автореферат диссертации по теме "Применение цифровых лабораторий в учебном физическом эксперименте в общеобразовательной школе"

На правах рукописи

ПЕТРОВА МАРИЯ АРСЕНЬЕВНА

ПРИМЕНЕНИЕ ЦИФРОВЫХ ЛАБОРАТОРИЙ В УЧЕБНОМ ФИЗИЧЕСКОМ ЭКСПЕРИМЕНТЕ В ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ШКОЛЕ

Специальность 13 00 02 - теория и методика обучения физике

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук

ООЗ167967

Москва 2008

003167967

Работа выполнена на кафедре теории и методики обучения физике факультета физики и информационных технологий Московского педагогического государственного университета

Научный руководитель: доктор педагогических наук, профессор Смирнов Александр Викторович

Официальные оппоненты:

доктор педагогических наук, профессор Ельцов Анатолий Викторович

кандидат физико-математических наук Филиппова Илзе Яновна

Ведущая организация: Борисоглебский государственный педагогический

университет

Защита состоится « 19 мая» 2008 года в _ часов на заседании

Диссертационного совета Д.212154 05 при Московском педагогическом государственном университете по адресу 119435, г Москва, ул Малая Пироговская, дом 29, ауд. 49

часов на заседании

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

Автореферат разослан

2008 года

Ученый секретарь диссертационного совета

ПрояненковаЛ А

Общая характеристика работы

В связи с всеобщей информатизацией образования и быстрым развитием цифровых средств обработки информации назрела необходимость внедрения в школьный физический эксперимент цифровых средств обработки данных.

Развитие учебного физического эксперимента происходило в нашей стране эволюционно, с учетом уровня методической и технической оснащенности учебного процесса Над проблемами учебного физического эксперимента работали методисты-физики Д.Д Галанин, Е Н Горячкин, Б С Зворыкин, А А Покровский, И.М. Румянцев, С А. Хорошавин, С.Я Шамаш, А А Ченцов, Л.И Анциферов, С.В. Анофрикова, В Бласиак, О Ф Кабардин, Л Я Прояненкова, С В. Степанов, А В Смирнов, ТН Шамало и др

В 90-е годы XX века в России начинается активный процесс всеобщей информатизации общества и информатизации образования, в частности. На сегодняшний день стало очевидно, что информатизация образования - это не только установка компьютеров в школы или подключение их к Интернет Это качественное изменение содержания, форм и методов работы с учащимися в предметной области физики Подобное качественное изменение содержания образования возможно только при полноценном использовании личностно ориентированных технологий, в частности, в области учебного физического эксперимента (УФЭ) Реализовываться личностно ориентированные технологии в области УФЭ могут при проведении как реального (натурного) эксперимента, так и компьютерного модельного эксперимента Чрезмерное увлечение в последние годы компьютерными моделями в физике привело к снижению роли и удельного веса натурного эксперимента и соответственно к постепенному выведению физического практикума в разряд необязательных элементов обучения Это не соответствует основным идеям личностно ориентированной образовательной парадигмы, предполагающей создание условий для развития и самореализации личности учащихся

Вместе с тем учебно-техническая промышленность переходит на выпуск учебного оборудования, стыкуемого с компьютерной техникой- аналого-цифровых преобразователей и датчиков физико-химических величин, учебных приборов управляемых цифро-аналоговыми устройствами, автоматизированных учебно-экспериментальных комплексов, учебных экспериментальных установок дистанционного доступа. В связи с этим, в области физического эксперимента происходит постепенное развитие информационных источников сложной структуры, к которым, в том числе, относятся компьютерные лаборатории В России с 1994 года появляется новое средство реализации учебного физического эксперимента - цифровые лаборатории по физике (ЦЛ) В рамках проведенного в работе констатирующего эксперимента выявлено наличие оборудования ЦЛ в различных городах, районах и областях РФ

Методические основы использования персональных компьютеров (ПК) в системе физического эксперимента решали в разное время Л.И Анциферов, Ю.А Воронин, И Б. Горбунова, В А Извозчиков, С.В Степанов, А В. Смирнов и др

Частные вопросы применения ПК в демонстрационном и лабораторном эксперименте решали также Р.В Акатов, Ю.Б Альтшулер, Б.И Африна,

В В. Бласиак, А А Ездов, А Ю Канаева, В В Клевицкий, В В, Лаптев, В К Павлюков, О А Поваляев, Д В Пичугин, В И Сельдяев и др

Анализ Интернет источников и методической литературы по вопросу использования цифровых лабораторий в учебном физическом эксперименте показал, что развитие методики применения ЦП в УФЭ происходит не системно

Вместе с тем констатирующий эксперимент доказал, что и учителя и учащиеся считают необходимым внедрение новых информационных технологий в физический эксперимент Сегодня уже очевидно, что учителя и учащиеся отдают предпочтение натурному компьютеризированному эксперименту, который недостаточно развит, по сравнению с модельным компьютерным

Появление в школах сети Интернет в соответствии с программой информатизации образования привело к необходимости использовать это мощное коммуникативное средство для образовательных, в том числе и предметных целей Н Н Гомулина, М.Б. Горбунова, В В Гузеев исследовали информационно-коммуникативные проблемы обучения физике в школе средствами сети Интернет и новые педагогические технологии, возникающие при этом. Но вопросы использования коммуникативных возможностей сети Интернет при реализации современного УФЭ остались нерешенными.

Данные, полученные в ходе констатирующею этапа экспериментального исследования, свидетельствуют о том, что на современном этапе в общеобразовательной школе назрела необходимость в применении цифровых средств реализации и обработки данных физического эксперимента. Наметившиеся возможности перехода учебного физического эксперимента (УФЭ) на более высокую технологическую базу, связанную с цифровыми возможностями анализа и обработки данных, привели к появлению противоречия. На современном этапе в физике, как науке, остро стоит задача выявления количественных закономерностей физических явлений Вместе с тем в современных педагогических личностно-ориентированных технологиях обучения в последнее время большое значение приобретают имитационные игровые и неигровые активные методы обучения Суть таких технологий - в моделировании различных отношений и условий реальной жизни, в создании в рамках УФЭ «модели науки», Можно констатировать появление в современных условиях противоречия между необходимостью включения учащихся в экспериментальную деятельность, отражающую характер современной экспериментальной деятельности в физической науке, с одной стороны, и ограниченными возможностями (преимущественно качественным характером) традиционного натурного и модельного компьютерного эксперимента, с другой стороны

Также налицо противоречие между широчайшими информационно-коммуникационными возможностями сети Интернет и отсутствием педагогической технологии по применению этих возможностей с целью развития исследовательских и коммуникативных свойств обучаемых при выполнении УФЭ в общеобразовательной школе В частности, появление в арсенале педагога физика цифровых средств обработки данных физического эксперимента еще не встроено в сложившуюся методическую систему проведения УФЭ в общеобразовательной школе

Обобщая сказанное, можно утверждать, что противоречие между возможностями применения цифровых лабораторий и сети Интернет в развитии учащихся при проведении учебного физического эксперимента, с одной стороны, и отсутствием технологии по реализации этих возможностей в обучении физике в общеобразовательной школе, с другой стороны, делает актуальной избранную тему исследования.

Объектом данного исследования является методика проведения учебного физического эксперимента в общеобразовательной школе

Предметом исследования является методика применения цифровых лабораторий в УФЭ в общеобразовательной школе.

Цель данного исследования - обоснование и разработка методики применения цифровых лабораторий в учебном физическом эксперименте в общеобразовательной школе.

В основу исследования положена гипотеза если в учебном эксперименте по физике использовать цифровые лаборатории и возможности Интернет, то это позволит

• повысить уровень знаний учащихся по физике в общеобразовательной школе,

• более эффективно, чем в традиционном эксперименте, влиять на уровень исследовательских умений учащихся, повысить самостоятельность учащихся при выполнении эксперимента,

• развить ряд важных качеств обучаемых, таких как память, терпение, способность к коммуникации и рефлексию.

Исходя из целей и гипотезы исследования, были поставлены задачи

1 Проанализировать состояние школьного физического эксперимента, в том числе развитие цифровых лабораторий по физике, в России и за рубежом

2 Изучить психолого-педагогические проблемы учащихся и учителей, возникающие при работе с цифровыми средствами реализации эксперимента

3. Сформулировать основные принципы эффективного обучения по имитационной технологии в учебном физическом эксперименте с применением средств цифровых лабораторий и Интернет

4. Сформулировать цели применения цифровых лабораторий по физике при реализации различных форм учебного физического эксперимента

5. Обосновать отбор учебного материала по физике для работы с цифровыми лабораториями

6. Разработать педагогическую технологию включения цифровых лабораторий в учебный физический эксперимент, в том числе выявить способы применения в рамках этой технологии средств Интернет

7. Проверить в педагогическом эксперименте гипотезу исследования.

Для решения поставленных задач применялась совокупность теоретических и экспериментальных методов педагогического исследования

- сравнительный анализ философской, научной, психолого-педагогической литературы, относящейся к объекту и предмету исследования, моделирование деятельности субъектов педагогического процесса при проведении физического

эксперимента с использованием цифровых лабораторий; педагогический эксперимент и педагогическая практика,

- методы экспертных оценок и математической статистики для обработки результатов педагогического эксперимента

Методологические основы исследования составляют:

- на философском уровне закономерности и принципы диалектики, на общедидактическом уровне закономерности и принципы цикличного учебного познания, на частно методическом уровне деятельный личностно-ориентированный подход к обучению,

- результаты научно-методических исследований по проблемам информатизации физического образования и компьютерным технологиям обучения физике (JIИ Анциферов, Ю А Воронин, И Б. Горбунова, H.H. Гомулина, В.В. Гузеев, В.А Извозчиков, Е С. Кулакова, В В Клевицкий, В В Лаптев, В.К Павлюков, Н.С Пурышева, И.В. Роберт, А.Г. Селевко, В И Сельдяев, А В Смирнов и др),

- научно-методические работы по вопросам организации познавательной деятельности обучаемых, гуманизации и Индивидуализации при обучении физике (Н С Пурышева, В Г Разумовский, А В. Усова, Т Н Шамало и др)

Научная новизна исследования состоит в том, что «

1 Сформулированы основные цели применения цифровых лабораторий в различных формах учебного физического эксперимента (углубление знаний по физике на основе овладения новыми средствами реализации учебного физического эксперимента, повышение интереса к изучению физики, развитие исследовательских и коммуникативных умений

2 Показано, что обучение физике с применением цифровых лабораторий должно строиться с учетом принципов проблемности, личностного взаимодействия, самообучения на основе рефлексии, единства развития каждого участника и группы

3. Показано, что при отборе вопросов курса физики, которые могут изучаться с применением цифровых лабораторий, следует учитывать технологические особенности цифровых лабораторий (динамический характер измерений, широту спектра используемых датчиков, возможность активно менять параметры опыта идр)

4 Разработана педагогическая технология включения цифровых лабораторий в учебный физический эксперимент (предметно-ориентированная, естественнонаучная, технократическая, личностно ориентированная с элементами технологии сотрудничества

5, Предложен алгоритм учебно-исследовательской и проектной деятельности учащихся с применением цифровых лабораторий, позволяющий минимизировать количество измерительных и вычислительных операций, извлекать максимум информации в процессе одного замера, выбирать оптимальное время между операциями

6. Разработана методика нового вида учебного физического эксперимента -эксперимента с удаленным доступом Предложена структура учебно-методического комплекса для проведения эксперимента с удаленным доступом,

включающая систему средств обучения, систему средств научной организации труда (Интернет), учебно-методические пособия.

Теоретическая значимость результатов исследования определяется тем, что обоснована роль цифровых лабораторий в учебном процессе по физике в общеобразовательной школе как средства включения учащихся в экспериментальную деятельность, адекватную современной физической науке Также введено понятие «учебный физический эксперимент с удаленным доступом», сформулированы принципы построения методики применения цифровых лабораторий при проведении фронтальных лабораторных работ, физического практикума и организации проектно-исследовательской деятельности учащихся

Практическая значимость исследования заключается

• в создании комплекса работ физического практикума для 10, 11 классов и системы фронтальных лабораторных работ для 8, 9 классов общеобразовательной школы с применением средств цифровых лабораторий (17 новых лабораторных работ и 11 модифицированных),

• в создании методических инструкций применения ЦЛ в исследовательской и проектной работе учащихся при обучении физике в общеобразовательной школе,

• в разработке методических и дидактических средств учебной лаборатории по физике - лаборатории новых информационных технологий и Интернет (НИТИ-лаборатории),

• в разработке учебно-методического комплекса для проведения эксперимента с удаленным доступом

Апробация исследования осуществлялась на V Международной научной конференции «Физическое образование проблемы и перспективы развития», Московский педагогический государственный университет, Москва (2006),VI Международной научной конференции «Физическое образование, проблемы и перспективы развития», Московский педагогический государственный университет, Москва (2007), 2-7 Конкурсах естественнонаучных проектов «Архимед»; в ходе проведения круглого стола в Московском институте открытого образования 10 апреля 2006 года, на выставке, посвященной 60-летию московского образования 1922 апреля 2006 года, на 15 международной конференции-выставке ИЮ-2006, Москва (2006), на IX Международной конференции ФСШ-07 в Санкт-Петербурге (2007), X Российской научной конференции школьников «Открытие» 20-22 апреля 2007 г. в Ярославле, на 16 международной конференции- выставке ИТО-2007, Москва (2007), на семинаре - круглом столе для преподавателей на базе конференции «Открытие» в г. Ярославле (2007).

На защиту выносятся следующие положения: 1 Целями применения цифровых лабораторий в учебном физическом эксперименте выступают' повышение интереса к изучению физики, углубление знаний о физических явлениях, на основе овладения новыми средствами реализации учебного физического эксперимента, развитие исследовательских и коммуникативных умений учащихся

2 Применение цифровых средств реализации учебного физического эксперимента возможно при изучении практически всех вопросов курса физики, ограничения существуют лишь для изучения оптических и квантовых явлений.

3 Целесообразно обеспечить постепенный переход от фронтальных лабораторных работ к работам физического практикума на основе применения цифровых средств реализации учебного физического эксперимента. А в рамках физического практикума - от учебно-исследовательских видов деятельности к проектным работам и далее к проведению эксперимента с удаленным доступом

4 Учебный физический эксперимент с применением средств цифровых лабораторий и Интернет целесообразно реализовывать в форме школьной НИТИ-лаборатории (лаборатории новых информационных технологий и Интернет) НИТИ-лаборатория представляет собой образовательную среду, комплекс дидактических и методических средств обучения физике.

5 Рабша школьной НИТИ-лаборатории должна строиться на принципах деятельностного характера обучения, использования и развития в методе проектов исследовательских и информационных умений учащихся; нацеленности на коллективное решение системы учебных проблем, тесной интеграции современных цифровых средств обработки эксперимента и коммуникативных возможностей сети Интернет

Структура и содержание диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии и приложений Общий объем работы составляет 261 страницу, из них основного текста 223 страницы, 7 рисунков, 16 таблиц, 5 схем, 13 диаграмм и 6 приложений общим объемом на 38 страниц. Список используемой литературы включает 181 наименование.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ Во введении обосновывается актуальность темы исследования, формулируются проблемы исследования, объект, предмет и цель исследования и научная новизна, теоретическая и практическая значимость исследования, сообщается об основных этапах исследования, о его апробации и имеющихся публикациях, о структуре диссертации и содержании ее основных частей Формулируются положения, выносимые на защиту

В первой главе «Учебный физический эксперимент в общеобразовательной школе» анализируется история применения экспериментального метода в преподавании физики в России и констатируется, что основные принципы информатизации учебного физического эксперимента (УФЭ) возникли в российском образовании эволюционно, с учетом технологического и методического развития системы УФЭ

Главным методологическим ядром школьного курса физики выступает единство физической теории и физического эксперимента, и становится понятным внимание, которое российские и зарубежные физики-методисты уделяют учебному физическому эксперименту Развитие в России экспериментального метода преподавания физики имеет обширную и интересную историю

Предметом рассмотрения в данном исследовании является методика применения цифровых лабораторий (ЦЛ) в УФЭ. ЦЛ в российской школе имеют десятилетнюю историю развития и существует преемственность в технологии и методике применения современной ЦЛ «Архимед» Параллельно происходит развитие современных ЦЛ за рубежом на основе портативных компьютеров В главе описан современный комплекс средств цифровой учебной физической лаборатории Цифровая лаборатория «Архимед» по физике сегодня - это комплекс технологических и программных средств, обеспечивающих сбор и обработку данных физических экспериментов Основными функциональными узлами любой цифровой лаборатории являются аналоговые датчики различного назначения, аналогово-цифровой преобразователь - интерфейс, принимающее и обрабатывающее устройство - карманный персональный компьютер (КПК) или персональный компьютер (ПК) или регистратор данных, в котором совмещены функции КПК и ши ерфейса

В различных учебных учреждениях России сейчас находятся цифровые лаборатории трех поколений, поэтому в работе описаны технические параметры и режимы работы ЦЛ каждого поколения Основные функциональные и технологические узлы ЦЛ любой компании остаются теми же, несмотря на то, что уже сейчас выпускается и поставляется в школы оборудование третьего поколения.

Подобных по функциональным возможностям цифровых лабораторий сейчас в мире существует много. В различных странах применяются системы Pasco, Phillip Hams, Data Harvest и проч

Из приведенного обзора различных видов и форм УФЭ, технологического потенциала современного цифрового оборудования становится видна актуальность настоящего исследования Возросшие информационные и технологические возможности современных ЦЛ требуют выстраивания методики применения такого оборудования в современном УФЭ в общеобразовательной школе

Во второй главе «Теоретические основы применения цифровых лабораторий в учебном физическом эксперименте» сформулированы принципы применения ЦЛ и сети Интернет в имитационной технологии обучения физике, рекомендации по отбору материала, выявлены функции применения ЦЛ в УФЭ

Вначале проводится анализ психолого-педагогических проблем использования ЦЛ в УФЭ по плану. 1) рассмотрение принципов эффективного обучения по имитационной технологии обучения, 2) изучение психолого-педагогических проблем учащихся при работе с ЦЛ; 3) рассмотрение психологических проблем, возникающих у педагогов при работе с ЦЛ

Применение ЦЛ в УФЭ может реализовываться как имитационная технология Основными принципами эффективного имитационного обучения, используемыми при выстраивании «модели науки» в УФЭ, являются принципы проблемности, личностного взаимодействия, единства развития личности и коллектива, самообучения на основе рефлексии В главе сделан вывод, что именно эти принципы могут быть положены в основе методики применения ЦЛ в УФЭ.

Поскольку в исследовании разрабатывается учебно-методический комплекс нового вида эксперимента-эксперимента с удаленным доступом, то возникла необходимость рассмотреть психолого-педагогические аспекты построения

предметно-ориентированного сетевого сообщества Сетевое сообщество - это группа людей, поддерживающих общение и ведущих совместную деятельность при помощи компьютерных сетевых средств В данном исследовании это сообщество имеет механизм совместной сетевой деятельности, это сетевое сообщество экспериментаторов В исследовании анализируются основные особенности сетевого сообщества такие как. переход от индивидуальной, эгоцентрической позиции к коллективной, групповой позиции, толерантность, освоение децентрализованных моделей, критичность мышления

Констатирующий эксперимент показал, что при работе с ЦЛ у учащихся возникает ряд проблем- проблемы при работе оборудованием (работа с КПК, с аналоговыми датчиками, синхронизация данных на ПК), проблемы несоответствующего использования (использование КПК и ИК -порта для игр) В исследовании рассмотрены различные пути решения этих проблем, в частности, повышения мотивации учащихся.

Рассмотрение проблем, возникающих перед преподавателями, в работе производилось по плану проблема мотивации, проблема компьютерной грамотности, технологические проблемы использования, проблемы организационного характера

Далее в главе показано, что применение ЦЛ в школьном образовании пошло двумя путями по пути создания новых лабораторных практикумов для 8, 9, 10 и 11 классов и по пути применения ЦЛ в проектно-исследовательской работе учащихся Проанализированы основные функции нового средства реализации УФЭ, такого как ЦЛ по физике.

1 Адаптивная функция средства обучения (СО)

ЦЛ как средство обучения функционально и методически благоприятно влияют на создание условий для достижения реальных задач обучения физике Новейшие технологии, используемые в этом СО, увеличивают «поддерживающие» функции оборудования, стимулируют учащихся к более глубокому анализу физического процесса, усиливают мотивацию в изучении естественнонаучных дисциплин

2 Функция информативности СО Современный комплект ЦЛ позволяет осуществить визуализацию данных натурного компьютеризированного эксперимента в режиме реального времени, а также осуществить запись данных эксперимента в удобном виде представления (в виде графика, в виде таблицы, в виде показания «прибора»)

5 Интегративная функция СО

Данный вид СО позволяет анализировать реальные физические явления, моделируя условия физических задач. Это средство дает возможность анализировать натуральный объект в соответствии с принципом аналогии как часть реального мира и как целостную модель задачи, явления

4 Интерактивность СО

Применение ЦД позволяет работать в режиме динамической связи со средствами обучения, изменяя их установки в зависимости от целей физического эксперимента Ошибка датчиков при работе со вторым и третьим комплектом ЦЛ не превышает 5%

5 Функции мотивации СО

Из приведенного анализа технологических возможностей оборудования становится понятно, что подобное высокоинтеллектуальное оборудование сильно повышает мотивацию учащихся при изучении предметов естественнонаучного цикла.

Отбор учебного материала для работы с цифровыми лабораториями в УФЭ может осуществляться на основе 1) учета параметров аналоговых датчиков и регистратора ЦД (динамический диапазон измеряемых величин, возможность временной регистрации данных, чувствительность приборов), 2) легкости постановки и безусловной воспроизводимости эксперимента, 3) максимального использования наглядного отображения результатов опыта, 4) безопасности условий и технологии проведения опыта

Функции применения ЦД в УФЭ и процесс отбора учебного материала проиллюстрированы на примере 17 новых лабораторных работ, разработанных специально для работы с ЦП и 11 лабораторных работ различных разделов курса физики, модифицированных для лабораторного эксперимента в общеобразовательной школе. Новыми лабораторными работами названы работы, выполнение которых на традиционном школьном оборудовании было бы невозможным Применение ЦЛ в новых лабораторных работах позволяет исследовать явления и процессы на другом, количественном уровне, приблизить школьный ФЭ к экспериментальным методам современной физической науки Модифицированными лабораторными работами названы традиционные работы по содержанию, но выполненные полностью на основе новых средств реализации эксперимента.

Примерами новых работ могут служить следующие для 8 кл - «Виды теплопередачи в природе», для 9 кл - «Исследование равнопеременного движениям, для 10 кл - «Погружение льдины в воду», для 11 кл - «Резонанс в цепи переменного тока»

Примеры модифицированных работ 8 кл - «Удельная теплоемкость твердого тела», 9 кл - «Определение КПД при подъеме тела по наклонной плоскости», для 10 кл - «Снятие вольтамперных характеристик параллельного соединения резисторов и лампы накаливания», для 11 кл - «Реактивное сопротивление в цепи переменного тока».

Таким образом, во второй главе представлено теоретическое обоснование системы применения цифровых лабораторий в УФЭ

В третьей главе «Методика применения цифровых лабораторий в учебном физическом эксперименте» описывается разработанная в исследовании методика применения цифровых лабораторий в УФЭ в общеобразовательной школе.

При включении ЦЛ в УФЭ желательно опираться на особенности методики применения ЦЛ во фронтальном учебном физическом эксперименте, в лабораторном практикуме и в проектно-исследовательских работах по физике в общеобразовательной школе (Схема 1)

При проведении УФЭ в той или иной организационной форме можно применять различные методические приемы и способы организации обучения (Схемы 1-3) В приведенных схемах определяются педагогические цели

применения ЦЛ в различных формах УФЭ, рекомендуемые разделы курса физики, дидактические принципы организации УФЭ, реализуемые в той или иной организационной форме, а также методические приемы и способы организации обучения В схеме 3 предложен алгоритм учебно-исследовательской и проектной деятельности учащихся с применением средств ЦЛ При выработке алгоритма мы руководствовались критериями рациональности экспериментальных действий, разработанных в 1965 году А А Ченцовым Можно констатировать, что применение ЦЛ в проектно-исследовательских работах позволяет минимизировать количество измерительных и вычислительных операций, извлечь максимум информации в процессе одного замера, выбрать оптимальное время между операциями

Также в третьей главе приведены основания авторской педагогической технологии включения ЦЛ и Интернет в УФЭ. Совокупность методов, форм и приемов применения ЦЛ в УФЭ в общеобразовательной школе может быть названа технологией, шк как она обладает высокой инструментальностью и образует высокотехнологичную среду, названную в исследовании «Школьная НИТИ -лаборатория» Полное название модели предлагаемой технологии: «Естественнонаучные цифровые лаборатории как средство исследования окружающего мира», в данном исследовании имеет сокращенное название «Школьные НИТИ-лаборатории» и рассматривается в предметной области методики физики

Описана структура современной педагогической технологии (ПТ) «Школьная НИТИ- лаборатория»

1 По уровню применения эта ПТ является частно методической, предметно-ориентированной В общем случае можно говорить о естественнонаучной направленности подобной технологии, так как существует разработанная элементная база для организации «НИТИ-лаборэтории по биологии», "НИТИ-лаборатории по химии» и «НИТИ-лаборатории по экологии».

2. По философской основе -диалектический и научный подход к формированию ПТ

3. По научной концепции усвоения ПТ «школьная НИТИ - лаборатория» является развивающей технологией, так как целью ее создания является формирование и развитие определенных качеств обучаемых

Схема 1. Методика применения ЦЛ во фронтальном УФЭ

1. По ориентации на личностные структуры - это комплексная технология включающая в себя информационный и коммуникационные средства формирования ОТ и эвристические, творчески развивающие личность средства

2 По характеру содержания и структуры - данная ПТ является полидидактической, естественнонаучной, технократической

Схема 2 Методика применения ЦЛ в физическом практикуме

Схема 3. Методика применения ЦП в проектной деятельности

3 По типу организации познавательной деятельности и управления ею - в данном случае личностно-ориентированная технология, с элементами технологии сотрудничества Личность любого учащегося в предложенной технологии является приоритетным субъектом Развитие этой личности в комфортных, безопасных, неконфликтных условиях, раскрытие ее творческого потенциала в предметной коллективной деятельности является главной целью создаваемой системы

Использование в предлагаемой модели технологий сотрудничества позволяют реализовать качественно другие способы взаимодействия «учитель-ученик» Такое

взаимодействие осуществляться должно на демократичных, партнерских отношениях, поскольку учебный процесс сопровождается совместной творческой работой и педагога и ученика

4, По категории обучающихся Школьная НИТИ-лаборатория относится безусловно к технологиям продвинутого уровня, хотя и использовалась неоднократно в обучении детей обычных массовых школ (Луговская средняя школа Кинешемского района Ивановской области) Возрастная группа может быть различной. В работе описаны и приведены в приложении учебно-исследовательские и проектные работы по физике учащихся 9,10 классов

При рассмотрении в главе методики проведения работ физического практикума доказано, что работы физического практикума с применением ЦЛ могут проходить в форме элективных курсов Далее в работе приведены методические принципы функционирования элективных курсов по физике, а также новые элективные курсы «Учебно-исследовательский курс «Архимед» часть 1 и часть 2 для 10 и И классов Выделены существенные отличия таких элективных курсов и показано их значение для формирования исследовательских навыков учащихся.

Самая высшая форма деятельности учащихся при выполнении УФЭ -это исследовательская или проектная деятельность В работе подробно рассмотрены три основных блока функций УФЭ по классификации Т.Н Шамало Эти функции рассматривались на конкретных примерах 22 проектных работ учащихся ГОУ Лицей №1502 при МЭИ По результатам анкетирования анализировалось, каким образом УФЭ с применением ЦЛ влияет на развитие важных качеств учащихся Лицея. Доказано, что проектная деятельность лицеистов происходила с выполнением всех основных функции УФЭ, только на другой технологической и методологической базе

В главе описана методика реализации новой формы УФЭ -эксперимента с удаленным доступом Развитие Интернет технологий, применение информационных источников сложной структуры, к которым относятся цифровые предметные лаборатории, привело к возможности и необходимости совместить сетевые ресурсы и новое цифровое оборудование в единый учебно-методический комплекс -натурный эксперимент с удаленным доступом (ЭУД) Приведена функциональная схема учебно-методического комплекса ЭУД, основанная на концепции применения информационных технологий в обучении проф А В Смирнова Подробно рассмотрены аппаратные средства такого эксперимента, программно-педагогические средства и средства обучения

На примере обучающего эксперимента в режиме удаленного доступа проанализирована технология и методология ЭУД.

В конце третьей главы приведена общая характеристика методики применения ЦЛ в учебном физическом эксперименте

В четвертой главе «Педагогический эксперимент» описан педагогический эксперимент по проверке эффективности внедрения разработанной методики применения ЦЛ в УФЭ.

Таблица 2.

Характеристика этапов педагогического эксперимента

Этап Констатирующий Поисковый Обучающий

Задача Выявить актуальность создания методики применения ЦЛ, выяснение состояния применения ЦЛ в УФЭ, выявить оптимальную схему применения ЦЛ Экспериментальное обоснование методики проведения УФЭ с применением ЦЛ Установить методами математической статистики эффективность применения ЦЛ в фронтальном эксперименте в 8 и 9,10 классах

Сроки 2004-2005гг 2004-2006 2005-2007

Число школ 32 35 14

Участники 40 учителей, 58 учащихся 50учителей,4б учащихся 995учащихся, 20 учителей

Целью констатирующего этапа педагогического эксперимента, который проходил в 2005 году, было выяснение состояния применения ЦП в УФЭ.

Одновременно, при анкетировании различных групп учителей и учащихся, было уточнено, как они относятся к применению новых информационных технологий в УФЭ, нужен или нет в работе и учебе Интернет

При этом анкетирование в г Кинешме и г Заволжске проводилось после проведения автором исследования мастер - класса по знакомству с возможностями ЦП по физике Также подобное занятие было проведено для учителей 13 школ BAO г Москвы Учителя Лицея № 1502 при МЭИ, принявшие участие в анкетировании, работают с ЦД с 2003 года Учителя-участники XVI Московской Открытой конференции по физике, математике, информатике, биологии, химии и экологии были руководителями делегаций различных городов и различных стран (Белоруссия, Украина, РФ)

Констатирующий эксперимент показал (диаграмма 1), что лаборатория на микрокомпьютерах не пугает ни учащихся сельской малокомплектной школы, ни учащихся дальнего зарубежья, тогда как только 39% учителей российской глубинки готовы применять подобные новые технологии в физическом эксперименте В целом прослеживается большой интерес учителей и учащихся к ЦЛ и можно констатировать, что настоящее исследование имеет большую актуальность в настоящий момент

Целью поискового этапа педагогического эксперимента было экспериментальное обоснование методики проведения УФЭ с применением ЦЛ С этой целью произведен анализ проектно-исследовательских работ, выполненных учащимися за 2005-2007 года в ГОУ Лицей № 1502 при МЭИ и работ, представленных на Конкурсы естественнонаучных проектов «Архимед» 2005, 2006, 2007 годов Поисковый эксперимент стал возможен благодаря помощи коллег-

Некоторые вопросы, заданные учителям Москвы, Кинешмы и

13 учителей-Участников Открытой Московской шференими

■ Используете ли бы в работе обучающие программы по физике?

е Как вы считаете, нашла бы применение I практике преподавания в Ваших школах ЦЛ из микрокомпьютерах?

в Есть ли необходимость в работе с учащимися по созданию проектов по физике?

0%

18 учителей г. Кинешмы и 13 учителей BAO г. гЗавопшска Москвы

Диаграмма 1. Ответы на некоторые вопросы, заданные учителям

физиков, преподавателей Лицея№1502 при МЭИ Ю.Э. Зуковской, А.Я. Казанской, К.И. Кузнецова и С.А. Щеглова. Анализ исследовательских и проектных работ показал, что в 70% работ учащихся формируются представления о физических явлениях, в 60% работ - о физических понятиях, 85% проектно-исследовательских работ применяли физический закон, в 35% работ исследуются новые для учащихся физические теории, в 60% работ формируются политехнические знания. Также из результатов поискового эксперимента стало очевидным, что выполняемые проекты оказали заметное влияние на коррекцию личных качеств обучаемых. Так на развитие наблюдательности обучаемых заметное влияние оказал проект в 72% случаев. На развитие памяти благотворно сказались результаты экспериментального исследования в 60% проектов. На воспитание настойчивости при выполнении УФЭ в 70%. На способность к коммуникации в бригаде заметное влияние оказал проект в 45% случаев, рефлексия, как средство самоконтроля, постоянно присутствовала в проекте в 70% случаев.

Целью обучающего эксперимента было подтвердить гипотезу исследования. С этой целью необходимо было доказать, что применение ЦП в УФЭ позволяет повысить уровень знаний учащихся по физике, подтвердить результаты поискового эксперимента о том, что применение ЦП «Архимед» эффективно влияет на уровень исследовательских умений школьников и уровень самостоятельности при выполнении УФЭ. Эксперимент производился с разными возрастными группами (8, 9, 10 классы), в разных городах. Существенную помощь в проведении обучающего этапа исследования оказали коллеги-физики С.А. Щеглов и Ю.С. Беликов

Заволжска

9 учителей Лицея ГП г. Москвы

Организационные формы включения ЦЛ на обучающем этапе педагогического эксперимента при изучении всех основных групп явлений школьного курса физики приведены в Таблице 3

Таблица 3

Организация обучающего этапа педагогического эксперимента

Форма организации УФЭ Механические явления Тепловые явления Электромагнитные явления Оптические явления

1 Фронтальные лабораторные работы Шесть девятых классов ГОУ Лицей №1502 при МЭИ Школа «Импульс», 10 школ ВАО г Москвы, ЛСШ Кинешемского района Санкт Петербург Школа 138 Школа «Импульс», 10 школ ВАО г Москвы, ЛСШ Кинешемского района Санкт Петербург Школа 138

2 Работы физического практикума 10-е классы ГОУ Лицей №1502 при МЭИ 10-е классы ГОУ Лицей №1502 при МЭИ 10-е классы ГОУ Лицей №1502 при МЭИ

3 Организация учебной исследовательской работы учеников 9,10,11-е классы ГОУ Лицей №1502 при МЭИ ЛСШ Кинешемского района 9,10,11-е классы ГОУ Лицей №1502 при МЭИ 9,10,11-е классы ГОУ Лицей №1502 при МЭИ 9,10,11-е классы ГОУ Лицей №1502 при МЭИ

4 Эксперимент с удаленным доступом 10-е классы классы ГОУ Лицей №1502 при МЭИ, ЛСШ Кинешемского района

На базе учащихся 8 класса 10 школ ВАО г Москвы проводился обучающий эксперимент по введению в обучение физике фронтальных лабораторных работ с применением ЦЛ

Первая группа обучающихся в количестве 25 человек были учащиеся 8 класса 10 школ BAO, обучающиеся на межшкольном факультативе при Лицее Произвольным образом из этой группы было выделено 10 человек экспериментальной группы, которые выполняли лабораторные работы по курсу 8 класса на оборудовании ЦЛ «Архимед» по методическому пособию сборник №1 И у контрольной и у экспериментальной группы вела занятия автор исследования Целью подготовки учащихся было написание входного тестирования по физике и поступление в Лицей. Входное тестирование состояло из двух основных частей, вопросы по теме тепловые явления и вопросы по теме электрические явления Входное и выходное тестирование контрольной и экспериментальной групп

производилось по одним тестам и результаты тестирования были измерены по шкале отношений (число правильных ответов). Для проверки гипотезы о совпадении характеристик двух групп по данным, измеренным в шкале отношений, целесообразно пользоваться критерием Крамера-Уэлча Расчет эмпирического критерия с помощью приведенных параметров производился по формуле

т - ^-уУ гп

где Му - число учащихся контрольной группы, Ых - число учащихся экспериментальной группы, Д - дисперсия выборки экспериментальной группы, Д, -дисперсия выборки контрольной группы, х и у - средние значения выборок контрольной и экспериментальной групп Результаты расчета эмпирического критерия сведены в таблицу 4

Таблица 4

Результаты расчета эмпирического критерия

Число учащихся эксперим группы, Ъ Число учащихся контрольн группы, Мк Дисперсия А Дисперсия Оу Средние выборок X Средние выборок У Т 1 лт Тою

До экспер (теплое) 10 15 7 01 5 18 11 7 105 0 84 1 96

После экспер (теплой) 10 15 1 09 133 49 40 5 44 196

После экспер (электр) 10 15 26 2 35 50 4 66 176 196

Таким образом, получается что Тзм„ < Т0 05- Отсюда следует, что характеристики сравниваемых выборок до начала эксперимента совпадают на уровне значимости йг=0 05, то есть характеристики сравниваемых групп по результатам входного тестирования совпадают с вероятностью 95% После проведения обучающего эксперимента, в течение полугода обучающиеся и контрольной, и экспериментальной группы написали итоговое тестирование при поступлении в Лицей Поскольку при поступлении они писали тесты по двум темам, тепловые явления и электрические явления и выполняли в процессе обучения лабораторные работы по этим же темам, то логично было проанализировать по критерию Крамера-Уэлча достоверность различий сравниваемых выборок отдельно по этим двум темам

При данных значениях параметров эмпирический критерий составил Тэмн ~ 5.45. Так как Тшп> То,оз, следовательно принимается ненулевая гипотеза, то есть достоверность различий сравниваемых выборок для темы тепловые явления составляет не менее 95% По теме электрические явления статистически значимых различий не выявлено

Обучающий эксперимент в 9 классах Лицея

Чтобы убедиться в эффективности методики проведения фронтальных лабораторных работ, нами был также поставлен обучающий эксперимент на базе 9 классов Лицея В экспериментальном классе фронтальные лабораторные работы проводила автор исследования на оборудовании ЦЛ «Архимед» сначала первого, а потом и второго поколения 18 человек экспериментального класса также приняли участие в проектно-исследовательских работах в 2006/2007 учебном году В контрольном классе лабораторные работы проходили по обычной схеме на стандартном оборудовании. Из контрольного класса только двое обучаемых выполняли проектно-исследовательскую работу В данном случае для сравнения параметров групп использовалась порядковая шкала с баллами 2,3,4,5 Характеристикой группы будет являться число ее членов, набравших тот или иной балл Сравнение было произведено по входной оценке за повторение материала 8 класса, прошедшее 3 сентября 2006 года и по результатам устного зачета по физике, прошедшего в этих классах 20 мая 2007 года Поскольку в данном случае для сравнения использовалась порядковая шкала, то для таких данных целесообразнее использование критерия однородности Расчет критерия однородности ^ производился по формуле (2)

^ = (2) ti », + m,

В формуле (2) N - 28, M = 28 -это число членов контрольной и экспериментальной групп, ш, mi - число членов контрольной или экспериментальной группы, чьи знания оценивались по уровням знаний «низкий», «средний» или «высокий»

Поскольку в рассматриваемом случае выделены три уровня знаний, то в статистических таблицах можно найти критическое значение ^ для ¿-1=2 Это значение составит x^oos = 5.99. Воспользовавшись формулой (2) и данными до эксперимента, мы получили интересные результаты. Оказалось, что = 9 51 Очевидно, что х2эм„ > 05 и, следовательно, до начала эксперимента у контрольной и экспериментальной групп существовали статистически существенные различия. Контрольная группа была значительно сильнее, с точки зрения успеваемости по физике в начале эксперимента Нулевая гипотеза Н0: между контрольной и экспериментальной группами до начала эксперимента существовали статистически значимые различия, а после окончания эксперимента, таких различий между группами не выявлено Чтобы принять Нп гипотезу, необходимо было рассчитать критерий однородности x*3un контрольной и экспериментальной групп по окончании эксперимента, продлившегося 9 месяцев

Воспользовавшись таблицей результатов групп итогового зачета по физике, получаем -05 Подобный результат свидетельствует о том, что с вероятностью 95% характеристики контрольной и экспериментальной групп совпадают после окончания эксперимента

На базе 8 класса Луговской сельской школы Ивановской области проведен константный эксперимент по введению в обучение фронтального лабораторного эксперимента с применением ЦЛ.

В рамках обучающего эксперимента диссертационного исследования был проведен также константный эксперимент в малокомплектной сельской школе. В 3 и 4 четверти 2007 года 7 учащихся Луговской СОШ Кинешемского района Ивановской области выполнили серию лабораторных работ по физике 8 класса с использованием ЦЛ «Архимед».

Перед началом выполнения цикла учащиеся ответили на вопросы теста по текущему материалу 8 класса. Вопросов в тесте было предложено обучаемым 15 штук. После выполнения цикла лабораторных работ учащиеся ответили на вопросы итогового теста по материалу, пройденному за две четверти. Поскольку СОШ -школа малокомплектная, пришлось проводить константный эксперимент, так как не с кем было сравнивать, и невозможно было сформировать кон грольную группу. При сопоставлении двух замеров, произведенной над одной и той же экспериментальной выборкой, применяются критерии знаков О и критерий Т Вилкоксона. В данном исследовании воспользуемся критерием знаков в , поскольку нас интересует сдвиг под влиянием контролируемых воздействий или возможность установить общее направление сдвига исследуемого признака. Подсчет производился по шкале отношений. Результаты обучающего эксперимента на базе сельской малокомплектной школы приведены на диаграмме 2.

Константный эксперимент в ЛСШ

14

12

Число к} правиль д

ных ответов из 15

□ РбЗ'у'ЛЬ юТЫ тестеров, до обуч. зксперим.

В Результаты тестеров, после обуч. зксперим.

1 2 3 4 5 6 7 Ученики 8 класса

Диаграмма 2. Результаты константного эксперимента

Из приведенного анализа по критерию знаков в можно сделать вывод, что в результате применения методики проведения фронтальных лабораторных работ с использованием ЦЛ «Архимед» уровень знаний по физике учащихся 8 класса Луговской сельской школы Заволжского района Ивановской области повысился и этот сдвиг является не случайным.

На базе 9 классов Лицея проведен обучающий эксперимент.

Для доказательства повышения уровня исследовательских навыков и уровня самостоятельности при проведении эксперимента, а также для доказательства коррекции важных качеств обучаемых, мы сочли необходимым воспользоваться многофункциональным критерием ср Фишера, чтобы доказать, что в контрольной и экспериментальной группах к концу 9 класса сформировался различный уровень исследовательских умений и самостоятельности. Данные для анализа могут быть представлены в данном случае в любой шкале. В описываемом эксперименте данные представляли собой число обучаемых, правильно ответивших на вопросы тестирования. Тестирование состоит из вопросов двух видов: вопросы с выбором ответа, характеризующие исследовательские умения обучаемых и их уровень самостоятельности при выполнении УФЭ. Суть критериев состоит в определении того, какая доля наблюдений в данной выборке характеризуется интересующим исследователя эффектом, и какая доля этим эффектом не характеризуется. Критерий Фишера оценивает достоверность различий между процентными долями двух выборок, в которых зарегистрирован интересующий нас эффект.

На диаграмме 3 приведены результаты ответов на вопросы анкеты школьников экспериментальной и контрольной групп 9 классов ГОУ Лицей №1502 при МЭИ.

Оценка по критерию Фишера достоверности различий по 9 вопросам

2 3 4 5 6 7 Вопросы

в Результаты контрольной группы

Результаты

экспериментальной

группы

Диаграмма 3. Оценка по критерию Фишера достоверности различий по 9 вопросам.

В диссертации приведены число и процент школьников, правильно ответивших на вопросы тестирования, коэффициент Фишера <р, угол соответствующий % доле школьников контрольной группы правильно ответивших на вопрос и % доле экспериментальной группы. Определялись коэффициенты Фишера, соответствующие процентным долям числа школьников правильно ответивших на вопросы, из статистических таблиц. Из проведенного анализа стало ясно, что по вопросам 2, 4, 6, 8 характеристики сравниваемых контрольных и экспериментальных групп совпадают; по вопросам 1, 3, 5, 7, 9 в экспериментальной

группе класса 9-2 выше уровень сформированности исследовательских умений и самостоятельности при выполнении УФЭ

Таким образом, приведенный анализ двумя способами в поставленной задаче педагогического эксперимента, констатирует безусловное повышение уровня знаний и превышение уровня сформированности исследовательских умений по ряду позиций по физике в экспериментальной группе, в результате проведения цикла фронтальных лабораторных работ с использованием оборудования ЦЛ «Архимед» и участия лицеистов в проектно-исследовательской работе по предложенной методике

Проведенный обучающий этап педагогического эксперимента в полной мере соответствует выдвинутой гипотезе педагогического исследования и подтверждает, что использование ЦЛ «Архимед» в УФЭ повышает уровень физических знаний школьников, развивает исследовательские качества обучаемых и уровень их самостоятельности при выполнении эксперимента

В приложениях приводятся дидактические материалы для фронтальных лабораторных работ 8, 9 класса, для работ физического практикума 10, 11 класса и образцы проектных работ учащихся

Основные результаты исследования

В ходе исследования были решены поставленные задачи, гипотеза исследования подтверждена Результаты исследования позволяют сделать следующие выводы.

1 Анализ состояния проблемы применения экспериментального метода в обучении физике в общеобразовательной школе и основных направлений информатизации учебного физического эксперимента показал, что перспективным является расширение сферы применения компьютеризированного натурного физического эксперимента, использующего аналоговые датчики физических величин (отечественные или импортные) и устройство аналогово-цифрового интерфейса для сопряжения с компьютером, в том числе проведение компьютеризированного физического эксперимента в форме эксперимента с удаленным доступом

2 Выявлены психолого-педагогические проблемы учащихся и учителей при работе с цифровыми лабораториями (технологические и организационные проблемы, проблемы мотивации). На конкретных примерах показаны пути решения этих проблем.

3 Сформулированы принципы эффективного обучения физике с применением цифровых лабораторий и Интернет (проблемности, личностного взаимодействия, самообучения на основе рефлексии, единства развития каждого участника и группы)

4. Сформулированы цели применения цифровых лабораторий в УФЭ (овладение новыми средствами УФЭ, повышение интереса к изучению физики, углубление знаний о физических явлениях, знакомство с методами современной экспериментальной физики) Показано, что применение ЦЛ и

эксперимента с удаленным доступом приводит к новым образовательным результатам, а именно к высокому уровню сформированное™ мотивации к обучению, экспериментальных исследовательских, информационных и телекоммуникационных умений, познавательной самостоятельности, толерантности и коммуникативных качеств у подавляющего большинства учащихся общеобразовательной школы.

5 Предложено отбирать учебный физический материал для изучения с применением цифровых лабораторий на основе учета параметров аналоговых датчиков и регистратора (динамического диапазона измеряемых величин, возможности временной регистрации данных, чувствительности приборов), легкости постановки и безусловной воспроизводимости эксперимента, максимального использования наглядного отображения результатов опыта, безопасности условий и технологии проведения опыта

6 На основе выявления педагогических и технологических особенностей нового поколения средств реализации УФЭ - цифровых лабораторий разработана технология применения цифровых лабораторий в различных организационных формах (фронтальный эксперимент, физический практикум, проектно-исследовательская работа учащихся, в частности проведение ученического эксперимента с удаленным доступом) Показано, что данная технология является предметно-ориентированной, развивающей, полидидактической, естественнонаучной - личностно-ориентированной технологией продвинутого уровня

В дальнейшем целесообразно исследовать возможности цифровых средств реализации эксперимента в демонстрационном эксперименте на уроках физики, в том числе в условиях дифференцированного подхода к обучению физике в школе.

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях: Статьи в изданиях, рекомендованных к опубликованию ВАК

1. Петрова, МА Цифровая лаборатория «Архимед» в физическом практикуме [Текст] / М.А Петрова // Физика в школе - 2005 - №8 - С 34-36

2 Петрова, МА Что такое «Черный ящик и как с этим работают учащиеся 8 классов [Текст] / М А Петрова//Физика в школе -2006 - №7 - С 48-51

Статьи в журналах и трудах Международных и республиканских конференций

3 Петрова, М А «Применение цифровой лаборатории «Архимед» в лаборатории 11 класса и для проведения занятий в физическом практикуме 10 класса в рамках предмета по выбору» [Текст] / МА Петрова // Труды VIII Международной учебно-методической конференции «Современный физический практикум» - М., 2004 - С 252-253

4. Петрова, МА «Лабораторный практикум по физике на базе средств новых информационных технологий» [Текст] / М.А Петрова // Материалы V Международной научной конференции «Физическое образование' проблемы и перспективы развития» Часть 2 -М,2006 -С 125-128

5 Петрова, М А «История применения цифровых лабораторий в школьном физическом эксперименте» [Текст] / МА Петрова // Материалы VI

Международной научной конференции «Физическое образование- проблемы и перспективы развития» Часть 1.-М,2007 - С. 128-132

6 Петрова, М А «Беспроводные технологии учебного физического эксперимента» Физика в системе современного образования [Текст] / М.А Петрова // Материалы IX Международной конференции (2007) Том 1 -СПб.. Издательство РГПУ им. А.И. Герцена, 2007. - С 295-297.

7 Петрова, М.А «Проектная деятельность учащихся 11 класса по физике с использованием возможностей цифровой лаборатории «Архимед» [Текст] / М.А Петрова [соавтор В Л, Чудов, авторский вклад 70%] // Информационные технологии в образовании XVI Международная конференция - выставка Сборники трудов - М, 2006. - С 52-54

8. Петрова, М.А. «Интеграция цифровых лабораторий и Интернет - современная педагогическая технология» [Текст] / М А Петрова [соавтор В.Л. Чудов, авторский вклад 70%] /У Информационные технологии в образовании XVII Международная конференция-выставка Сборники трудов -М, 2007.-С. 104-108.

9. Петрова, МА. «Современные подходы к реализации учебного физического эксперимента» (Повышение эффективности подготовки учителей физики и информатики) [Текст] / М.А. Петрова // Материалы международной научно-практической конференции 2 апреля 2007 Часть 2. - Екатеринбург. - С 133-138

10. Петрова, М А «Новые педагогические технологии с использованием цифровых образовательных ресурсов» [Текст] / МА Петрова [соавтор ЮС Беликов, авторский вклад 50%] // IX Всероссийская научно-практическая конференция «теория и практика измерения латентных переменных в образовании» -Славянск-на-Кубани, 2007 г - С 180-182

11 Петрова, М.А. «Компьютерные модели физических явлений» [Текст] / МА Петрова // Материалы докладов республиканской научно-теоретической конференции. - Киров, 2004. - С 73-74

Методические материалы

12 Петрова, М А Учебно-исследовательский курс «Архимед» (Стартовый проект Три экспериментальные задачи и три лабораторные работы) [Текст] / Под редакцией А Я Казанской [в соавторстве с А Я Казанской, В Л. Чудовым С А Щегловым, О А Щегловой, авторский вклад 50%] - М.. Издательство МЭИ, 2006

Подл к печ 14.04 2008 Объем 1.5 п.д. Заказ №74 Тираж 100 экз.

Типография МПГУ

Содержание диссертации автор научной статьи: кандидата педагогических наук, Петрова, Мария Арсеньевна, 2008 год

ВВЕДЕНИЕ 3

ГЛАВА I. УЧЕБНЫЙ ФИЗИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ В 14 ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ШКОЛЕ

1.1 Эволюция системы школьного физического эксперимента

1.1.1 Развитие и преемственность при реализации учебного 14-25 физического эксперимента в России | I || | г

1.1.2 Развитие физического практикума 25-31 1.1.3. Современные подходы к реализации учебного 31физического эксперимента

1.1.4: История развития цифровых лабораторий по физике 38

1.2 Современный комплекс средств цифровой учебной 45-55 физической лаборатории

Выводы к главе 1 56-

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИМЕНЕНИЯ 57 ЦИФРОВЫХ ЛАБОРАТОРИЙ В УЧЕБНОМ ФИЗИЧЕСКОМ ЭКСПЕРИМЕНТЕ

2.1 Психолого-педагогические основы использования 57-75 цифровой лаборатории в учебном физическом эксперименте

2.2 Реализация принципов дидактики при проведении 75-80 лабораторных работ по физике с использованием цифровых лабораторий

2.3 Современная школьная физическая лаборатория-средство 80-97 реализации учебного физического эксперимента

2.4 Основы моделирования натурного и компьютерного 97 учебного физического эксперимента

2.4.1 Модели и виды учебного физического эксперимента 97

2.4.2 Процессуальные этапы натурного 101-105 компьютеризированного эксперимента

2.5 Методы отбора учебного материала для работы с 105цифровыми лабораториями по физике

Выводы к Главе 2 113

ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ПРИМЕНЕНИЯ ЦИФРОВЫХ 116 ЛАБОРАТОРИЙ В УЧЕБНОМ ФИЗИЧЕСКОМ ЭКСПЕРИМЕНТЕ

3.1 Методика применения цифровых лабораторий в 116-123 современном фронтальном учебном физическом эксперименте

3.2 Методика применения цифровых лабораторий в 124-13 5 лабораторном практикуме

3.3 Учебно-исследовательская и проектная деятельность 136-146 учащихся по физике с применением средств цифровой лаборатории

3.4 Применение цифровых лабораторий в системе Интернет 147

3.5 Методика проведения эксперимента с удаленным 156-163 доступом на базе школьной физической лаборатории

Выводы к Главе 3. 163

ГЛАВА 4. ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ

4.1 Организация и методика проведения педагогического 166-170 эксперимента

4.2 Констатирующий этап эксперимента 170

4.3 Поисковый этап эксперимента 181

4.4 Обучающий этап эксперимента 187-201 Выводы к Главе 4 201 -202 Заключение 202-204 Список литературы 205-223 Приложения 223

Введение диссертации по педагогике, на тему "Применение цифровых лабораторий в учебном физическом эксперименте в общеобразовательной школе"

В связи с всеобщей информатизацией образования и быстрым развитием цифровых средств обработки информации назрела необходимость внедрения в школьный физический эксперимент цифровых средств обработки данных.

Развитие учебного физического эксперимента происходило в нашей стране эволюционно, с учетом уровня методической и технической оснащенности учебного процесса. Над проблемами учебного физического эксперимента работали методисты-физики: Д.Д. Галанин, E.H. Горячкин, Б.С. Зворыкин, A.A. Покровский, И.М. Румянцев, С.А. Хорошавин, С .Я. Шамаш, A.A. Ченцов, Л.И. Анциферов, C.B. Анофрикова, Bi Бласиак, О.Ф. Кабардин, Л.Я. Прояненкова, C.B. Степанов, A.B. Смирнов, Т.Н. Шамало и др.

В 90-е годы XX века в России начинается активный процесс всеобщей информатизации общества и информатизации образования, в частности. На сегодняшний день стало очевидно, что информатизация образования - это не только установка компьютеров в школы или подключение их к Интернет. Это качественное изменение содержания, форм и методов работы с учащимися в предметной области физики. Подобное качественное изменение содержания образования возможно только при полноценном использовании личностно ориентированных технологий, в частности, в области учебного физического эксперимента (УФЭ). Реализовываться личностно ориентированные технологии в области УФЭ могут при проведении как реального (натурного) эксперимента, так и компьютерного модельного эксперимента. Чрезмерное увлечение в последние годы компьютерными моделями в физике привело к снижению роли и удельного веса натурного эксперимента и соответственно к постепенному выведению физического практикума в разряд необязательных элементов обучения. Это не соответствует основным идеям личностно ориентированной образовательной парадигмы, предполагающей создание условий для развития и самореализации личности учащихся.

Вместе с тем учебно-техническая промышленность переходит на выпуск учебного оборудования, стыкуемого с компьютерной техникой: аналого-цифровых преобразователей и датчиков физико-химических величин, учебных приборов управляемых цифро-аналоговыми устройствами, автоматизированных учебно-экспериментальных комплексов, учебных экспериментальных установок дистанционного доступа. В связи с этим, в области физического эксперимента происходит постепенное развитие информационных источников сложной структуры, к которым, в том числе, относятся компьютерные лаборатории. В России с 1994 года появляется новое средство реализации учебного физического эксперимента — цифровые лаборатории по физике (ЦЛ). В рамках проведенного в работе констатирующего эксперимента выявлено наличие оборудования ЦЛ в различных городах, районах и областях РФ.

Методические основы использования персональных компьютеров (ПК) в системе физического эксперимента решали в разное время Л.И.Анциферов, Ю.А.Воронин, И.Б.Горбунова, В.А.Извозчиков, С.В.Степанов, А.В.Смирнов и др.

Частные вопросы применения ПК в демонстрационном и лабораторном эксперименте решали также Р.В.Акатов, Ю.Б.Альтшулер, Е.И.Африна, В.В.Бласиак ,А.А.Ездов, А.Ю.Канаева, В.В.Клевицкий, В.В.Лаптев, В.К.Павлюков, О.А.Поваляев, Д.В.Пичугин , В.И.Сельдяев. и др.

Анализ Интернет источников и методической литературы по вопросу использования цифровых лабораторий в учебном физическом эксперименте показал, что развитие методики применения ЦЛ в УФЭ» происходит не системно.

Вместе с тем констатирующий эксперимент доказал, что и учителя и учащиеся считают необходимым внедрение новых информационных технологий в физический эксперимент. Сегодня уже очевидно, что учителя и учащиеся отдают предпочтение натурному компьютеризированному эксперименту, который недостаточно развит, по сравнению с модельным компьютерным.

Появление в школах сети Интернет в соответствии с программой информатизации образования привело-к необходимости использовать это мощное коммуникативное средство для образовательных, в том числе и предметных целей. Н.Н.Гомулина, М.Б.Горбунова, В.В.Гузеев исследовали информационно-коммуникативные проблемы обучения физике в школе средствами сети Интернет и новые педагогические технологии, возникающие при этом. Но вопросы использования коммуникативных возможностей сети Интернет при реализации современного УФЭ остались нерешенными.

Данные, полученные в ходе констатирующего этапа экспериментального исследования, свидетельствуют о том, что на современном этапе в общеобразовательной школе назрела необходимость в применении цифровых средств реализации и обработки данных физического эксперимента. Наметившиеся возможности перехода учебного физического эксперимента (УФЭ) на более высокую технологическую базу, связанную с цифровыми возможностями анализа и обработки данных, привели к появлению противоречия. На современном этапе в физике, как науке, остро стоит задача выявления количественных закономерностей физических явлений. Вместе с тем в современных педагогических личностно-ориентированных технологиях обучения в последнее время большое значение приобретают имитационные игровые и неигровые активные методы обучения. Суть таких технологий — в моделировании различных отношений и условий реальной жизни, в создании в рамках УФЭ «модели науки». Можно констатировать появление в современных условиях противоречия^ между необходимостью включения учащихся в экспериментальную деятельность, отражающую^ характер современной экспериментальной деятельности в физической науке, с одной стороны, и ограниченными возможностями преимущественно качественным характером) традиционного натурного и модельного компьютерного эксперимента, с другой стороны.

Также налицо противоречие между широчайшими информационно-коммуникационными возможностями сети Интернет и отсутствием педагогической технологии по применению этих возможностей с целью развития исследовательских и коммуникативных свойств обучаемых при выполнении УФЭ в общеобразовательной школе. В частности, появление в арсенале педагога физика цифровых средств обработки данных физического эксперимента еще не встроено в сложившуюся методическую систему проведения УФЭ в общеобразовательной школе.

Обобщая сказанное, можно утверждать, что противоречие между возможностями применения цифровых лабораторий и сети Интернет в развитии учащихся при проведении учебного физического эксперимента, с одной стороны, и отсутствием технологии по реализации этих возможностей в обучении физике в общеобразовательной школе , с другой стороны, делает актуальной избранную тему исследования.

Объектом данного исследования является методика проведения учебного физического эксперимента в общеобразовательной школе.

Предметом исследования является методика применения цифровых лабораторий в УФЭ в общеобразовательной школе.

Цель данного исследования - обоснование и разработка методики применения цифровых лабораторий в учебном физическом эксперименте в общеобразовательной школе.

В основу исследования положена гипотеза: если в учебном эксперименте по физике использовать цифровые лаборатории и возможности Интернет, то это позволит

• повысить уровень знаний учащихся по физике в общеобразовательной школе,

• более эффективно, чем в традиционном эксперименте, влиять на уровень исследовательских умений учащихся, повысить самостоятельность учащихся при выполнении эксперимента,

• развить ряд важных качеств обучаемых, таких как память, терпение, способность к коммуникации и рефлексию.

Исходя из целей и гипотезы исследования, были поставлены задачи:

1. Проанализировать состояние школьного физического эксперимента, в том числе развитие цифровых лабораторий по физике, в России и за рубежом.

2. Изучить психолого-педагогические проблемы учащихся и учителей, возникающие при работе с цифровыми средствами реализации эксперимента

3. Сформулировать основные принципы эффективного обучения по имитационной технологии в учебном физическом эксперименте с применением средств цифровых лабораторий и Интернет.

4. Сформулировать цели применения цифровых лабораторий по физике при реализации различных форм учебного физического эксперимента.

5. Обосновать отбор учебного материала по физике для работы с цифровыми лабораториями.

6. Разработать педагогическую технологию включения цифровых лабораторий в учебный физический эксперимент, в том числе выявить способы применения в рамках этой технологии средств Интернет.

7. Проверить в педагогическом эксперименте гипотезу исследования.

Методы исследования.

Для решения поставленных задач применялась совокупность теоретических и экспериментальных методов педагогического исследования: сравнительный анализ философской, научной, психолого-педагогической литературы, относящейся к объекту и предмету исследования; моделирование деятельности субъектов педагогического процесса при проведении физического эксперимента с использованием цифровых лабораторий; педагогический эксперимент и педагогическая практика;

- методы экспертных оценок и математической статистики для обработки результатов педагогического эксперимента.

Методологические основы исследования составляют:

- на философском уровне закономерности и принципы диалектики, на общедидактическом уровне закономерности и принципы цикличного учебного познания; на частно методическом уровне деятельный личностно-ориентированный подход к обучению;

- результаты научно-методических исследований по проблемам информатизации физического образования и компьютерным технологиям обучения физике (Л.И. Анциферов, Ю.А. Воронин, И.Б. Горбунова, H.H. Гомулина, В.В. Гузеев, В.А. Извозчиков, Е.С. Кулакова, В.В. Клевицкий, В.В. Лаптев, В.К. Павлюков, Н.С. Пурышева, И.В. Роберт, А.Г. Селевко, В.И. Сельдяев, A.B. Смирнов и др.);

- научно-методические работы по вопросам организации познавательной деятельности обучаемых, гуманизации и индивидуализации при обучении физике (Н.С. Пурышева, В.Г. Разумовский, A.B. Усова, Т.Н. Шамало и др.).

Научная новизна исследования состоит в том, что

1. Сформулированы основные цели применения цифровых лабораторий в различных формах учебного физического эксперимента( углубление знаний по физике на основе овладения новыми средствами реализации учебного физического эксперимента, повышение интереса к изучению физики, развитие исследовательских и коммуникативных умений).

2. Показано, что обучение физике с применением цифровых лабораторий должно строиться с учетом принципов проблемности, личностного взаимодействия, самообучения на основе рефлексии, единства развития каждого участника и группы.

3. Показано, что при отборе вопросов курса физики, которые могут изучаться с применением цифровых лабораторий, следует учитывать технологические особенности цифровых лабораторий ( динамический характер измерений, широту спектра используемых датчиков, возможность активно менять параметры опыта и др.).

4. Разработана педагогическая технология включения цифровых лабораторий в учебный физический эксперимент (предметно-ориентированная, естественнонаучная, технократическая, личностно ориентированная с элементами технологии сотрудничества).

5. Предложен алгоритм учебно-исследовательской и проектной деятельности учащихся с применением цифровых лабораторий, позволяющий минимизировать количество измерительных и вычислительных операций, извлекать максимум информации в процессе одного замера, выбирать оптимальное время между операциями.

6. Разработана методика нового вида учебного физического эксперимента-эксперимента с удаленным доступом. Предложена структура учебно-методического комплекса для проведения эксперимента с удаленным доступом, включающая систему средств обучения, систему средств научной организации труда ( Интернет), учебно-методические пособия.

Теоретическая значимость результатов исследования определяется тем, что обоснована роль цифровых лабораторий в учебном процессе по физике в общеобразовательной школе как средства включения учащихся в экспериментальную деятельность, адекватную современной физической науке. Также введено понятие «учебный физический эксперимент с удаленным доступом», сформулированы принципы построения методики применения цифровых лабораторий при проведении фронтальных лабораторных работ, физического практикума и организации проектно-исследовательской деятельности учащихся.

Практическая значимость исследования заключается:

• в создании комплекса работ физического практикума для 10,11 классов и системы фронтальных лабораторных работ для 8,9 классов общеобразовательной школы с применением средств цифровых лабораторий. (17 новых лабораторных работ и 11 модифицированных);

• в создании методических инструкций применения ЦЛ в исследовательской и проектной работе учащихся, при обучении физике в общеобразовательной школе;

• в разработке методических и дидактических средств учебной лаборатории по физике- лаборатории новых информационных технологий и Интернет (НИТИ-лаборатории);

• в разработке учебно-методического комплекса для проведения эксперимента с удаленным доступом. На защиту выносятся следующие положения:

1. Целями применения цифровых лабораторий в учебном физическом эксперименте выступают: повышение интереса к изучению физики, углубление знаний о физических явлениях, на основе овладения новыми средствами реализации учебного физического эксперимента, развитие исследовательских и коммуникативных умений учащихся.

2. Применение цифровых средств реализации учебного физического эксперимента возможно при изучении практически всех вопросов курса физики, ограничения существуют лишь для изучения оптических и квантовых явлений.

3. Целесообразно обеспечить постепенный переход от фронтальных лабораторных работ к работам физического практикума на основе применения цифровых средств реализации учебного физического эксперимента. А в рамках физического практикума — от учебно-исследовательских видов деятельности к проектным работам и далее к проведению эксперимента с удаленным доступом.

4. Учебный физический эксперимент с применением средств цифровых лабораторий и Интернет целесообразно реализовывать в форме школьной

НИТИ-лаборатории ( лаборатории новых информационных технологий и Интернет). НИТИ-лаборатория представляет собой образовательную среду, комплекс дидактических и методических средств обучения физике. 5. Работа школьной НИТИ-лаборатории должна строиться на принципах: деятельностного характера обучения; использования и развития в методе проектов исследовательских и информационных умений учащихся; нацеленности на коллективное решение системы учебных проблем; тесной интеграции современных цифровых средств обработки эксперимента и коммуникативных возможностей сети Интернет.

Апробация исследования осуществлялась на V Международной научной конференции «Физическое образование: проблемы и перспективы развития», Московский педагогический государственный университет, Москва (2006);У1 Международной научной конференции «Физическое образование: проблемы и перспективы развития», Московский педагогический государственный университет, Москва (2007), 2-7 Конкурсах естественнонаучных проектов «Архимед»; в ходе проведения круглого стола в, Московском институте открытого образования 10 апреля 2006 года; на выставке, посвященной 60-летию московского образования 19-22 апреля 2006 года; на 15 международной конференции-выставке ИТО-2006, Москва (2006); на IX Международной конференции ФССО-07 в Санкт-Петербурге(2007); X Российской научной конференции школьников «Открытие» 20-22 апреля 2007 г. в Ярославле; на 16 международной конференции- выставке ИТО-2007, Москва (2007), на семинаре - круглом столе для преподавателей на базе конференции «Открытие» в г. Ярославле (2007). Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях: Статьи в изданиях, рекомендованных к опубликованию ВАК

1. Петрова М.А. Цифровая лаборатория «Архимед» в физическом практикуме. // Физика в школе. - М., 2005, №8. - С. 34-36.

2. Петрова М.А. Что такое «Черный ящик и как с этим работают учащиеся 8 классов. // Физика в школе. - М., 2006, №7. - С. 48-51.

Статьи в журналах и трудах Международных и республиканских конференций

3. Петрова М.А. «Применение цифровой лаборатории «Архимед» в лаборатории 11 класса и для проведения занятий в физическом практикуме 10 класса в рамках предмета по выбору». // Труды VIII Международной учебно-методической конференции «Современный физический практикум».- М., 2004. - С. 252-253.

4. Петрова М.А. «Лабораторный практикум по физике на базе средств новых информационных технологий». // Материалы V Международной научной конференции «Физическое образование: проблемы и перспективы развития». Часть 2. - М., 2006. - С. 125-128.

5. Петрова М.А. «История применения цифровых лабораторий в школьном физическом эксперименте». // Материалы VI Международной научной конференции «Физическое образование: проблемы и перспективы развития». Часть 1. - М., 2007. - С. 128-132.

6. Петрова М.А. «Беспроводные технологии учебного физического эксперимента». Физика в системе современного образования. // Материалы IX Международной конференции (2007). Том 1. — СПб.: Издательство РГПУ им. А.И. Герцена, 2007. - С. 295-297.

7. Петрова М.А. «Проектная деятельность учащихся 11 класса по физике с использованием возможностей цифровой лаборатории «Архимед». Информационные технологии в образовании. / [соавтор Чудов B.JL; авторский вклад 70%] // XVI Международная конференция — выставка: Сборники трудов. - М., 2006. - С. 52-54.

8. Петрова М.А. «Интеграция цифровых лабораторий и Интернет -современная педагогическая технология» .Информационные технологии в образовании. / [соавтор Чудов BJL; авторский вклад 70%] // XVII Международная конференция-выставка: Сборники трудов. - М., 2007. — С. 104-108.

9. Петрова М.А. «Современные подходы к реализации учебного физического эксперимента». Повышение эффективности подготовки учителей физики и информатики. // Материалы международной научно-практической конференции 2 апреля 2007. Часть 2. - Екатеринбург. -С. 133-138.

Ю.Петрова М.А. «Новые педагогические технологии с использованием цифровых образовательных ресурсов». // IX Всероссийская научно-практическая конференция «теория и практика измерения латентных переменных в образовании»/[соавтор Беликов Ю.С.; авторский вклад 50%]//21-23 июня 2007 г. - Славянск-на-Кубани. - С. 180-182. П.Петрова М.А. «Компьютерные модели физических явлений». // Материалы докладов республиканской научно-теоретической конференции. - Киров, 2004. - С. 73-74.

Методические материалы 12. Петрова М.А. Учебно-исследовательский курс «Архимед» (Стартовый проект. Три экспериментальные задачи и три лабораторные работы) / Под редакцией А.Я. Казанской; [в соавторстве с А.Я. Казанской, B.JI. Чудовым. С.А. Щегловым, O.A. Щегловой; авторский вклад 50%]. - М.: Издательство МЭИ, 2006.

Структура и содержание диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии и приложений. Общий объем работы составляет 261 страницу, из них основного текста 223 страниц, 7 рисунков, 16 таблиц, 5 схем, 13 диаграмм и 6 приложений общим объемом на 38 страниц. Список используемой литературы включает 181 наименование.

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

Выводы к Главе 3.

В Главе 3 рассматривается методика применения ЦЛ в УФЭ на различных уровнях учебно-познавательной деятельности учащихся.

Рассмотрение осуществляется с самых простых форм такой деятельности: фронтальных лабораторных работ в 8 и 9 классе. В главе изложены важнейшие дидактические принципы современного фронтального эксперимента с применением средств ЦЛ «Архимед». Среди них принцип индивидуального подхода, принцип учета индивидуальных особенностей учащихся и принцип предметности в обучении, принцип межпредметных связей, принцип обучения в сотрудничестве, принцип научности в обучении. Далее рассмотрены инновационные принципы обучения при работах физического практикума с применением возможностей ЦЛ «Архимед». Особому рассмотрению в этом параграфе подлежит история формирования, методические принципы функционирования элективных курсов по физике, а также новые элективные курсы « учебно-исследовательский курс «Архимед» часть 1 и часть2 для 10 и 11 классов. Выделены существенные отличия таких элективных курсов и показано их значение для формирования познавательных навыков учащихся. Самая высшая- форма деятельности учащихся при выполнении УФЭ - это исследовательская или проектная деятельность. В 3.3 подробно рассмотрены три основных блока функций УФЭ по классификации Т.Н. Шамало. Эти функции рассматривались на конкретных примерах 22 проектных работ учащихся ГОУ Лицей№1502 при МЭИ. По результатам анкетирования анализировалось, каким образом УФЭ с применением ЦЛ влияет на развитие познавательных, личностных, компетентностных качеств учащихся Лицея. Доказано, что проектная деятельность лицеистов происходила с выполнением всех основных функции УФЭ, только на другой технологической и методологической базе. В 3.5 рассмотрены новые формы организации компьютеризированного эксперимента. Это-эксперимент с удаленным доступом (ЭУД). Приведена функциональная схема учебно-методического комплекса ЭУД, основанная на концепции применения ИТ в обучении проф. Смирнова. Подробно рассмотрены аппаратные средства такого эксперимента, программно-педагогические средства и средства обучения.

К концу третьей главы можно сформулировать следующие положения методики применения ЦЛ в УФЭ:

1. Целями применения ЦЛ в УФЭ выступают:

• Овладение учащимися новыми средствами реализации физического эксперимента.

• Повышение интереса к изучению физики.

• Углубление знаний о физических явлениях.

• Формирование знаний о методах современной физики и адекватных им умений.

• Расширение политехнических знаний об учебном физическом эксперименте.

• Развитие исследовательских и коммуникативных свойств личности обучаемых.

2. Возможно применения цифровых средств реализации УФЭ при изучении практически всех вопросов школьного курса физики, ограничения существуют лишь для изучения оптических и квантовых явлений.

3. Применение цифровых средств реализации учебного физического эксперимента целесообразно при постепенном переходе от фронтальных лабораторных работ к работам физического практикума, а в рамках физического практикума - от учебно-исследовательских видов деятельности к проектным работам и далее к проведению эксперимента с удаленным доступом.

4. УФЭ с применением ЦЛ целесообразно реализовывать в форме школьной НИТИ-лаборатории (лаборатория новых информационных технологий и Интернет), представляющей собой образовательную среду, комплекс дидактических и методических средств обучения физике.

5. Работа школьной НИТИ-лаборатории должна строиться на принципах

• деятельностного характера обучения;

• использования и развития в методе проектов исследовательских и информационных умений учащихся;

• нацеленности на коллективное решение системы учебных проблем;

• тесной интеграции современных цифровых средств обработки эксперимента и коммуникативных возможностей сети Интернет.

6. Применение ЦЛ и эксперимента с удаленным доступом приводит к новым образовательным результатам, а именно к высокому уровню сформированности мотивации к обучению, экспериментальных исследовательских, информационных и телекоммуникационных умений, познавательной самостоятельности, толерантности и коммуникативных качеств у подавляющего большинства учащихся общеобразовательной школы.

ГЛАВА IV. Педагогический эксперимент.

В данной главе дано описание педагогического эксперимента по проверке эффективности представленной методики применения цифровых лабораторий при проведении УФЭ в средней школе.

Первый параграф главы раскрывает основные этапы педагогического эксперимента, формы и географию его проведения. Второй параграф посвящен описанию основных результатов констатирующего эксперимента. Третий параграф описывает поисковый эксперимент, в котором было проведено экспериментальное обоснование методики применения ЦЛ в УФЭ. Четвертый параграф рассказывает о проведении обобщающего этапа педагогического эксперимента.

4.1. Организация и методика проведения педагогического эксперимента.

Педагогический эксперимент исследования развивался по двум направлениям:

1. экспериментальные обоснования методики применения ЦЛ при проведении УФЭ;

2. проверка гипотезы исследования.

В Таблице 4 проводится краткая характеристика этапов педагогического эксперимента. В Таблице 5 представлены основные этапы исследования, задачи каждого этапа, место проведения и основные результаты педагогического эксперимента

Список литературы диссертации автор научной работы: кандидата педагогических наук, Петрова, Мария Арсеньевна, Москва

1. Электронные средства связи( укажите свои почтовые ящики, если есть номер номер мобильного телефона (по желанию)).

2. Мастер-классы в г. Москве и г. Кинешма и г. Заволжск18 учителей г. Заволжска, г. Кинешмы и районов. 13 учителей участников XV московской открытой конференции13 учителей — участников мастер-класса г. Москва 9 учителей физики ГОУ Лицей № 1502 при МЭИ.

3. Выявлено наличие оборудования ЦЛ в различных городах, районах и областях РФ.

4. Развитие методики применения ЦЛ в УФЭ происходит не системно.1. Учителя иучащиеся считают необходимым внедрение НИТ в физический эксперимент.1. Учителя иучащиеся отдаютпредпочтениенатурномукомпьютсризироваиномуэксперименту перед модельным компьютерным.

5. Существует сильное желание учащихсяприменять КПК в УФЭ

6. ЭТАП. ПОИСКОВЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ

7. Цель: Частичная апробация методики применения ЦЛ в УФЭ в средней школе. Экспериментальные обоснования методики применения ЦЛ при проведении УФЭ.

8. Задачи этапа Используемые методы Место проведения и объем выборки Результаты эксперимента

9. Выявить возможные Наблюдение и анализ Международные Выявленыформы применения педагогического естественнонаучн основные

10. ЦЛ в УФЭ. опыта. ые конкурсы формы1. Архимед»- проведения

11. Экспериментально Экспериментальное «Учебно- связанные спроверить преподавание исследовательский усвоениемособенности курс « Архимед» знанийметодики 2005, 2007 года (15 учащимися приприменения ЦЛ в и 16 учащихся 10 проведении

12. УФЭ классов, 15 УФЭ на КПК иучащихся 11 переченькласса) личностныхкачеств,подвергающихся коррекции приэтойдеятельности.

13. I ЭТАП. ОБУЧАЮЩИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ

14. Цель: проверка эффективности методики применения ЦЛ в УФЭ.1. Задачи этапа1. Используемые методы

15. Применение критерия Крамера-Уэлча для данных, измеренных в шкале отношений.

16. Для данных , измеренных в порядковой шкале использование критерия однородности „1С1. Анкетирование учащихсяконтрольных иэкспериментальныхклассов.

17. Расчет результатов константного эксперимента покритерию знаков.10 учащихся 8 класса Луговской СОШ Ивановской области Кинешемского района.17 учащихся 9 класса школы №138 Санкт-Петербурга