автореферат и диссертация по педагогике 13.00.02 для написания научной статьи или работы на тему: Усовершенствование учебного физического эксперимента средствами современной электронной техники

Автореферат диссертации по теме "Усовершенствование учебного физического эксперимента средствами современной электронной техники"

УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ПЕДАГОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ імені М.П. ДРАГОМАНОВА

На правах рукопису

ЖЕЛЮК ОЛЕГ МИКОЛАЙОВИЧ

з

УДОСКОНАЛЕННЯ НАВЧАЛЬНОГО ФІЗИЧНОГО ЕКСПЕРИМЕНТУ ЗАСОБАМИ СУЧАСНОЇ ЕЛЕКТРОННОЇ ТЕХНІКИ

13.00.02 - теорія і методика навчання (фізики)

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата педагогічних наук

Київ - 1997

Робота виконана в Рівненському державному педагогічному іксти

Провідна організація: Вінницький державний педагогічні

Захист відбудеться “11” червня 1997р. о 1 Є10 годині засіданні спеціалізованої вченої ради Д.01.33.0І. в Українськ державному педагогічному університеті імені М.П. Драгомаь (252030, Київ-30, вул. Пирогова, 9)

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Українсьь державного педагогічного університету імені М.П. Драгоманова.

Автореферат розіслано “10” 'ГрЯВНЯ 1997р.

Учений секретар

Науковий керівник: кандидат педагогічних наук, доцент

Тищук Віталій Іванович

Офіційні опоненти: доктор педагогічних наук, професор,

заслуж. діяч науки і техніки України Бугайов Олександр Іванович,

кандидат педагогічних наук, доцент Жук Крій Олексійович

інститут

спеціалізованої вченої ради

Є. В. Корше

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ДОСЛІДЖЕННЯ

Актуальність дослідження. Становлення незалежної Української кави, розвиток її науки, економіки, господарчого і промисло-з комплексів, утвердження її серед розвинених країн світу агають відповідної підготовки майбутніх інженерів, науковців, иесменів, інтелектуально розвинутих спеціалістів, висококва-Ікованих робітників та ін. Каталізатором науково-технічного гресу провідних країн світу в останні десятиріччя, перш за , є електроніка - галузь виробництва, що стала основою пріо-зтних напрямків промисловості, народного господарства, сучас-науки, нових інформаційних технологій, підприємництва. Швид-наступ можливостей сучасної електроніки сприяє широкому прощенню її у сфери людської діяльності - від дешевих елементів, використовуються у мікрокалькуляторах, побутовій техніці, іг--іх автоматах, до складних систем накопичення, обробки і збе-їння інформації, систем автоматизації проектування та автома--юго управління в промислових комплексах, народногосподарсь-об'єктах, наукових дослідженнях. В наш час уміння використо-їти і обслуговувати нову техніку необхідне не тільки інженер-працівникам, а й робітникам багатьох кваліфікацій. Фізичні щипи роботи електронних приладів і методи конструювання ра-:хем повинні знати не тільки спеціалісти, а й користувачі.

Завдання ознайомлення школярів з використанням електрон-збчислювальної техніки значно ширші ніж нині: молодь повинна юдіти новою технікою настільки, щоб успішно застосовувати її юїй майбутній трудовій діяльності і побуті. Здійснення прин-г науковості в процесі навчання фізики вимагає не лише вибору ювідних наукових фактів, точної інтерпритації їх значення та сцій, а й наукового керування процесом засвоєння і поглиблен-знань. Йдеться про реалізацію принципів, джерел пізнання, ме-

тодів - демонстраційних дослідів, лабораторних робіт. Це вітає постійного вдосконалення шкільного курсу фізики і метод його викладання, єдності теорії та практики, часткового втіл« в навчальний процес методів фізичних наукових досліджень. П| рама шкільного курсу фізики, розв'язуючи загальноосвітні зав; * ня підготовки молоді, передбачає поряд з іншим можливості за< єння в основному елементарних, загальних понять з основ елек* ніки та засобів обчислювальної техніки без пояснення принцип; дії та розгляду принципових схем. На уроках фізики учні знаі ляться лише з окремими дискретними електронними елементами: зисторами, конденсаторами та ін. Дещо більше уваги з назв; питань приділяється в навчальних програмах для шкіл і класі: поглибленим вивченням фізики та в профільних класах за виборі

В результаті аналізу ситуації, що склалася, приходим висновку, що для ефективного і якісного використання зас сучасної електронної техніки випускниками в їх подальшій тр вій діяльності необхідно ще в школі більш глибоко та грунт ознайомлювати молодь з основними принципами і поняттями елек ніки та комп'ютерної техніки. У зв'язку з цим особливо акту ним і важливим є завдання вдосконалення процесу навчання з о наук і, в першу чергу, фізики та її розділів, що складають б нових інформаційних технологій (НІТ).

Специфіка та універсальність засобів електроніки до ляють опанувати її основами з використанням як традиційних ы дів свідомого засвоєння інформації з розглядом природи явил відбуваються, та вивченням закономірностей їх протікання, та за допомогою маловживаних, але не менш ефективних підсвід: процесів мислення. Останні включають феномени психіки, які е ний момент перебувають поза фокусом свідомості, однак щіле нею пов'язані, впливають на перебіг і з відповідною зміною

івняно легко переходять у її сферу. Так, під час використання авчальному процесі складних електронних приладів, які сприй-іться учнями спочатку як "чорний ящик" з певними властивостями можуть використовуватись при розгляді практично будь-яких тем льного курсу, відбувається невимушене ознайомлення з їх ос-ними зовнішніми ознаками і призначенням, що додатково спону-учнів до самостійного свідомого засвоєння принципів функці-вання і особливостей цього обладнання.

Поширення комп'ютерної техніки в освітніх закладах Укра-відкриває нові можливості і перспективи навчання фізики та витку методики її викладання. Завдяки використанню електрон-обчислювальної техніки з'являються не тільки принципово нові ходи щодо підвищення інформативності навчального процесу, зо-ма розвитку самостійної діяльності учнівської молоді, форму-ня у них навичок абстрактного мислення, а й розширення можли-тей лабораторного та демонстраційного експерименту з фізики.

Стан розробки теми дослідження. Впровадження елементів асної електронної техніки в навчальний курс фізики, зокрема кільний фізичний експеримент (ШФЕ), передбачає раціоналізацію

о структури і змісту, дає змогу розробити більш досконалу ме-ику і техніку постановки демонстрацій, проведення лаборатор-робіт та робіт фізичного практикуму, їх модернізацію, значне влення форм, методів і засобів навчання незважаючи на те, що кільних фізичних кабінетах недостатньо сучасного високоефек-ного демонстраційного обладнання. Актуальність і проблеми ла-аторного та демонстраційного експерименту неодноразово роздали в своїх працях видатні вчені - фізики: Н. Бор, М. Борн, Гейзенберг, П. Дірак, А. Ейнштейн, А.Ф. Йоффе, П.Л. Капіца, ї>ейнман та ін. Експеримент є невід'ємною частиною навчального ~у фізики, незаперечна перевага якого в тому, що він легко

трансформується в один з активних методів навчання при поєднані з концепцією проблемного навчання і являє собою яскраву ілюстр; цію втілення діяльнісного підходу в педагогічному процесі. Пі тання модернізації змісту, методики і техніки демонстраційного Лабораторного експерименту з використанням електронних засоб неодноразово.були розкриті в роботах О.І. Бугайова, Г.М. Гайду ка, С.У. Гончаренка, Б.Ю. Миргородського, Б.Ш. Перкальскіс В.Г. Разумовського, А.Ф. Раєвої, М.М. Шахмаєва. В наступні ро вони отримали розвиток в роботах JI.I. Анциферова, О.Ф.Кабардін В.Ю. Кліха, Є.В. Коршака, Д.Я. Костюкевича, В.В.Лаптева, Н.Я.Ь лоткова, В. І. Тищука, Р.З. Ткачука, М.Г. Цілинка та ін. Питаї-застосування обчислювальної техніки в навчальному курсі фізі були розглянуті в роботах Е.В. Бурсіана, М.І. Жалдака, В.А. І возчикова, Ф.П. Нестеренка, В.Г. Нижника та ін.

Широке застосування ЕОМ привело до справжньої кібері тичної революції в постановці фізичних експериментів. Одн. вчителі фізики шкіл та викладачі вищих навчальних закладів в чувають нестачу науково-методичної інформації та відповідн обладнання для проведення експериментів з використанням сучас електронної і мікроелектронної технологій, комп'ютерної техн та її програмного забезпечення. Обладнання, яке існує в школ відображає експериментальні методи дослідження, що були хар терними для часів їх становлення, є недостатнім і часто не і повідає сучасним вимогам-отже, склалась помітна невідповідні між розвитком експериментальних методів фізики як науки та відображенням у навчальному експерименті. Знання, що набув; учні- під час засвоєння шкільного курсу фізики, значно відст. від вимог, пов'язаних з використанням нових прогресивних те; логій, сучасної електроніки, а іноді і не знаходять необхід підтвердження в емпіричних фактах та їх життєвому досвіді.

Протиріччя, що виникло між потребами практики і змістом зчання, підтверджує актуальність і необхідність удосконалення содики і техніки ШФЕ засобами сучасної електронної техніки, суальність проблеми, що зросла в сучасних умовах, а також її іостатня наукова і методична розробка та потреби навчального зсу фізики зумовили вибір теми дисертаційного дослідження.

Об'єкт дослідження - навчальний фізичний експеримент.

Предмет дослідження - удосконалення демонстраційного лабораторного фізичного експерименту засобами сучасної елек-знної техніки.

Мета дослідження - на основі сучасних уявлень та тен-щій розвитку фізичного експерименту розробити електронні за-зи, програмне та апаратне забезпечення комп'ютерної техніки і ?одику його використання у навчальному фізичному експерименті.

В основу проведення наукового дослідження нами покладена ютеза: удосконалений засобами сучасної електроніки та обчис-¡альної техніки навчальний фізичний експеримент та використан-засобів HIT у навчальному курсі фізики дозволяють підвищити ■ю інформативність та рівень знань учнів.

Методологічною основою дослідження є сучасні методи нав-шя і виховання, принципи дидактики і педагогічної психології, іови сучасної електроніки, обчислювальної техніки, інформатики Наукова новизна дослідження. Обгрунтована тенденція інтронізації навчального фізичного експерименту засобами су-:ної електронно-обчислювальної техніки. Дано оцінку і намічено іхи подальшого удосконалення методів і засобів навчання фізики Теоретичне значення результатів дослідження полягає в ¡робці шляхів подальшого розвитку навчального фізичного експе-іенту, науково-методичному обгрунтуванні використання сучасної ¡ктронно-обчислювальної техніки в навчальному курсі фізики.

Практичне значення дослідження полягає в розробці:

- комплекту електронних приладів і перетворювачів для вш ристання їх на уроках фізики як засобу навчання та об'є: та вивчення;

- апаратного та програмного забезпечення ЕОМ для проведеі експериментально-дослідницьких робіт;

- навчально-інформаційної комп'ютерної вимірювальної сис ми, що забезпечує постановку демонстраційного і лабор торного експериментів з виведенням результатів дослідже ня на екран дисплея та друкуючий пристрій;

- методики проведення принципово нових демонстраційних е периментів навчального курсу фізики з використанням зас бів сучасної електроніки.

Вірогідність отриманих результатів дослідження забез: чується відповідністю положень дисертації основним напрямкам рівню розвитку педагогічної науки в Україні та за кордоном, п тверджується позитивними результатами педагогічного експерим ту, який здійснено експертними методами, широким обговорен отриманих результатів та висновків з науковими працівниками, тодистами і вчителями.

Впровадження і апробація результатів дослідження. ( новні положення і результати роботи висвітлені в 40 публіка: та пройшли апробацію в 11 школах м.Рівне та Рівненської облас Рівненському державному педагогічному інституті та обл. інсті ті підвищення кваліфікації педагогічних кадрів (1989-1995 р] Результати дослідження обговорювались на щорічних науково-п] тичних конференціях професорсько-викладацького складу Рівне: кого педагогічного інституту (1987-1995 рр.); на засіданнях федри фізики Рівненського педінституту (1987-1995 рр.); на тійно діючому семінарі "Електронно-обчислювальна техніка в

льному курсі фізики" Рівненського методичного об'єднання учи-лів фізики (1993-1995 рр.); на міжнародних і республіканських жвузівських конференціях та семінарах (м. Рівне 1987, 1989,

91, 1993-1995; м. Львів 1992, 1994; м. Кіровоград 1994; м. Жи-мир 1994; м. Київ 1994, 1995; м. Івано-Франківськ 1995).

На захист виносяться:

1. Комплект електронних приладів для використання як сіб та об'єкт вивчення в навчальному курсі.

2. Комплект апаратно-програмних засобів для практичної алізації експериментально-дослідницьких робіт з використанням гктронно-обчислювальної техніки.

3. Методика і техніка застосування розробленого навчально обладнання з використанням засобів сучасної електронно-об-^лювальної техніки.

СТРУКТУРА І ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

Дисертація складається з вступу, трьох розділів, вис-зків, списку використаної літератури та додатків. У вступі об-штовується актуальність дослідження, визначається його мета, 'єкт, предмет, гіпотеза, наукова новизна, теоретичне і прак-іне значення отриманих результатів та формулюються основні по-кення, що виносяться на захист.

У першому розділі "Предмет і теоретичні основи дослід-іня" проведено логіко-історичний аналіз процесу впровадження :ктронної техніки в шкільну практику навчання фізики, відміче-фундаментальні відкриття, що зумовили основні етапи розвитку ііоелектроніки та відіграли вирішальну роль в її еволюції, .нено стан радіоелектроніки на нинішньому етапі та перспективи розвитку в майбутньому. За оцінками спеціалістів, в останньо-десятиріччі XX ст. арсенал засобів класичного схемотехнічного

напрямку в мікроелектроніці буде вичерпано, а "арсенал пробл< зокрема задачі обробки великих масивів інформації в реаль: масштабі часу (розпізнавання образів, аудіосинтез, аналіз си штучного інтелекту та ін.), буде проявлятись все більше. ’ 'зростає актуальність проблеми знаходження таких нових підх та технічних розв'язків, які забезпечать прорив у технології форматики. Сучасна електроніка "живиться" фізичними концепці розвинутими 10-20 років тому, а сьогоднішні фізичні конце будуть визначати досягнення мікроелектроніки XXI століття.

Під час детального аналізу шкільного курсу фізики мс зробити висновок, що до навчального матеріалу не ввійшли, ви з поля зору прогресивні досягнення останніх 20-30 років: ан

гові та цифрові логічні мікросхеми, елементи ПЛІС, мікропрои ри, датчики та засоби контролю за технологічними процесами, ратні та програмні засоби ЕОМ та ін. Аналізуючи вищезазнач стає очевидною необхідність відповідної підготовки молоді і дання їй знань з основ електронних та комп'ютерних технологі для майбутніх науковців та професіоналів, так і для широких користувачів існуючих і тих засобів HIT, що будуть створені.

Розглянуто передумови використання електронно-обчи< вальної техніки в навчальному курсі фізики, зокрема в ШФЕ, люція якого обумовлена загальним розвитком науки і техніки, ширенням та постійним оновленням змісту шкільного курсу фізі вдосконаленням методики її викладання. Тенденції розвитку чального експерименту неодноразово висвітлювались в наукове тодичній літературі, а їх основні напрямки матеріалізували! технології, дизайні та конструктивних особливостях фізичних монстраційних засобів і обладнання для лабораторних робіт. : тання загального потоку інформації в передових галузях науі техніки подвоюється кожні 3-5 років. За таких умов навча;

дмет - шкільний курс фізики "відстає" від фізики як науки, повідно "відстає" від фізичного наукового експерименту і ШФЕ, його відображає. Ефективність навчального експерименту з фі-и тим вища, чим більше методика його проведення і технічні ;оби наближаються до сучасних, реальних наукових методів. Оче-;на необхідність збагачення наочності та інформативності нав-;ьного експерименту, яка випливає з конкретних завдань, що .вляться до викладання фізики на тому чи іншому етапі розвитку гки і техніки. Проведені дослідження переконливо свідчать про що інформація на уроках фізики по можливості повинна бути ічною, і в навчальному процесі вчитель повинен використовувати іасні засоби інформації, вербальний метод повинен бути зведе-і до мінімуму. Відмічено, що використання засобів сучасної :ктроніки в навчальному фізичному експерименті сприяє не тіль-більш детальному та грунтовному вивченню програмного матеріа-і засвоєнню суті фізичних об'єктів, явищ, процесів та зако-з, але і ознайомленню учнів з сучасними науковими методами знання, HIT, їх засобами, особливостями експлуатації, будовою, інципом дії і основними конструктивними особливостями.

Такий підхід сприяє розв'язанню багатьох психолого-педа-?ічних проблем: інтенсифікації навчання на основі відходу від греотипних методів та поширення нетрадиційних підходів до роз-чзання фізичних завдань; стимуляції навчального процесу з ровадженням елементів і засобів, які викликають інтерес; заснування активних методів з використанням сугестопедичних привів для росту творчих здібностей на основі розвитку логічного патерального мислення; оптимізації роботи пам'яті та розвитку гуїтивних можливостей на свідомому та підсвідомому рівнях з користанням вербальних сигналів; ознайомленню з сучасними нау-вими методами пізнання та ін. В дисертації розглянуто роль і

місце елементів сучасної мікроелектроніки в навчальному фізичне му експерименті. Джерелами інформації про вимірювані величини аналогові датчики, які безпосередньо реагують на зміну зовнішні фізичних умов: освітлення, температури, тиску, вологості тоще

Розроблені прилади, що реєструють звукові коливання, механічі переміщення, магнітні поля та механічні напруги створено систеї розпізнавання і аналізу образної інформації. Труднощі реалізац. інтерфейсних засобів, що виникають під час їх використання, п лягають, головним чином, в тому, що джерела первинної інформ ції, як правило, мають виходи з відмінними електричними характ ристиками, не сумісними з вхідними параметрами ЕОМ, і для сполучення необхідно використовувати або створювати спеціаль електронні схеми - перетворювачі сигналів і узгоджуючі пристрс Під час використання таких схем відбувається перетворення зі; чення тієї чи іншої фізичної величини в послідовність закономі них електричних сигналів, рівень яких відповідає стандартам з стосованих ЕОМ. Функціонально системи комп'ютеризації експе£ менту можуть реалізовуватись за наведеною блок-схемою (мал. 1]

Мал. 1. Сполучення датчиків та компонентів ЕОМ у де

монстраційному експерименті Показано, що під час проведення навчального фізичне експерименту комп'ютерну техніку доцільно використовувати як:

- апарат математичного забезпечення і прилад для прої дення безпосередніх обчислень;

- засіб для демонстрації та моделювання досліджуваних фізичних явищ;

- пристрій для вимірювання проміжків часу та частот циклічних процесів;

- "часову лупу" для візуального прискорення або сповільнення явищ у системах реального часу;

- універсальний прилад для отримання характеристик фізичних об'єктів;

- засіб для дослідження, аналізу та зберігання інформації про об'єкти дослідження.

У другому розділі "Апаратне та програмне забезпечення вчального курсу фізики на основі засобів сучасної електроніки" зглянуто принципи конструювання, схемотехніка, експлуатація ектронних засобів та програмне забезпечення ЕОМ під час вив-ння фізики. Для формування базових понять з основ електронної хніки, згідно з діючою шкільною програмою, основну роль віді-ають практичні роботи і експерименти, які проводяться самими нями на уроках і на позакласних заняттях. Під час проведення ких робіт школярі мають можливість особисто розглянути цифрові ементи, які використовуються в електронних приладах та комп'гарній техніці, дослідити властивості "чорних ящиків" - мікро-ем, ознайомитись з особливостями їх експлуатації. Ефективність своєння навчального матеріалу зумовлена роботою учнів з реаль-діючими засобами електроніки, а не їх моделями.

Знайомство школярів з основами та методами використання :ектронних приладів як об'єктів і засобів навчання може відбутись на практиці при виконанні демонстраційних експериментів, д час лабораторно-практичних робіт, на позакласних заняттях та :. Для забезпечення експериментального ознайомлення учнів з ’нкціональною дією основних логічних елементів нами розроблено ідульний комплект приладів на основі цифрових мікросхем.

Використання електронних засобів доцільне під час вив чення багатьох тем навчального курсу фізики, тому, враховую положення, викладені в розділі 1 дисертації, необхідно забезп чити можливість більш детального ознайомлення учнів з їх функц ональними і конструктивними особливостями. Однак, необхідно вр ховувати, що застосування тієї чи іншої електронної схеми зал жить від умов її експлуатації і що важливе значення має елеме тна база. В роботі описані засоби, що відображають схемотехні та конструктивні особливості приладів, створених на мікроелє тронній базі, які в наш час ще недостатньо застосовуються шкільній практиці. Наведено технічні засоби, що можуть бути і користані під час вивчення розділу "Фізика атомного ядра", мео дика вивчення якого практично мало забезпечена типовим електрс ним експериментальним обладнанням незважаючи на те, що актуао ність навчального матеріалу з цього розділу в наш час є досі значною. У зв'язку з цим нами розроблено і запропоновано н; чальні електронні засоби: двохканальний інтенсиметр; лаборат< ний радіометр; генератор випадкових чисел; універсальний ана. говий низькочастотний модуль та ін.

Дослідження і реєстрація іонізуючих випромінювань та : тоди захисту від них можуть бути наочно розглянуті під час п тановки демонстраційних експериментів вчителем та при викона робіт фізичного практикуму в 11 класі. Для виконання таких ро доцільно використовувати природні малоактивні джерела іонізук го випромінювання (граніт, торф, калійні солі, пилок рослин ін.). Випромінювання цих препаратів незначне, допустиме сан гієнічними нормами і перевищує природний фон (12-18 мкР/год) більш як на 10-30%. Складність вимірювання малих доз іонізаі. ного випромінювання в шкільних умовах вимагає застосування не методичних підходів та засобів їх реєстрації. .

В результаті експлуатації комп'ютерної техніки в шкіль->му курсі фізики з використанням існуючих педагогічних програм-[X засобів (ППЗ), а також виготовлених власними силами у поза-ючний час, та ППЗ, описаних в науковій, навчально-методичній і шулярній літературі, нами знайдено підходи та розроблено мето-і щодо їх використання для конкретних уроків. Зокрема, запропо-звано класифікацію комп'ютерних програм для використання в нав-ільному курсі фізики. Відповідно до типу уроку та його мети ви-зристовують той чи інший тип ППЗ або їх комбінації. Практика зідчить, що класифікація навчальних прикладних програм за їх /іпами для уроків фізики дозволяє вчителю чітко визначити мету року та методи її досягнення з використанням комп'ютерних засо-ів. Залежно від мети і завдань уроку нами виділено такі основні 'ять типів комп'ютерних навчальних прикладних програм (мал. 2):

. Інформаційні; 2. Демонстраційно-моделюючі; 3. Розрахункові;

. Експериментально-дослідницькі; 5. Контролюючі.

Мал. 2. Типи навчальних прикладних програм з фізики

Використання ЕОМ в демонстраційному експерименті базується на сприйнятті, обробці та збереженні інформації, що надходить зід датчиків. Розроблене нами програмне та апаратне забезпечення

для комп'ютеризації навчального фізичного експерименту передбг чає використання резистивних датчиків, які забезпечують перетвс рення типу "фізична величина - опір". Датчиками фізичних величі нами взято електронні засоби, що випускаються промисловістю: ф< •торезистори, терморезистори, газорезистори та магніторезисторі Використання цих елементів забезпечує безпосередні вимірюванні отримання експериментальних даних та проведення аналізу резулі татів дослідження з термодинаміки, фотометрії, під час вивчені тем вологість, магнітне поле та ін.

Встановивши зв'язок між зміною опору резистивних датчикі та іншими фізичними величинами, можна досліджувати об'єкти, яі безпосередньо не пов'язані з функціональними властивостями щ елементів. Так, користуючись прямо пропорційною залежністю м. опором фоторезистора і відстанню до джерела світла, ми постави, експерименти, що характеризують переміщення тіла з часом і ora сують рівномірний, рівноприскорений та нерівномірний рухи.

Відомо, що функціонування ЕОМ, в першу чергу, визначаєт: ся II програмним забезпеченням, яке керує роботою центрально процесора, інтерфейсів вводу-виводу, запам'ятовуючих пристро та ін. В зв'язку з цим нами розроблено універсальний пакет пед гогічних програмних засобів "F(t)" для демонстрації та дослі ження зміни фізичних величин з часом. Він дозволяє використа персональний комп'ютер типу IBM PC в ролі осцилографа. Цей пак забезпечує візуалізацію часових змін характеристик фізичних в личин, які досліджуються за допомогою датчиків та перетворюв чів, підключених до аналогового порту вводу ЕОМ IBM PC. Інстр ментальна похибка під час вимірювань та розрахунків, на осно рекомендованого пакету програм, не перевищує 5%. ППЗ F(t) дозв ляє оцінити відхилення електричних характеристик датчика фізи ної величини і побудувати графічну залежність зміни її параме

і від часу на екрані дисплея (EGA або VGA типу). ППЗ F(t) пе-ібачає повний та посторінковий перегляд досліджуваного процесу юксимованої графічної залежності і проведення його функціо-іьного дослідження на основі диференціювання та інтегрування щкції з обчисленням площі криволінійної трапеції та знаходженої абсолютних екстремумів функції. В пакеті реалізована можли-сть кросування функції для визначення її значень в будь-який мент часу здійснюваного дослідження. Для покращання сприйнят-, інформативності та слухового контролю передбачено аудіосуп-від експериментального процесу. Враховуючи невеликі розміри сплея, що впливає на погіршення демонстраційних характеристик а також складнощі підключення ЕОМ з EGA та VGA дисплеями до ібутових телевізорів, в пакеті передбачена можливість виведення .деоінформації з підвищеною контрастністю. Розроблений нами ППЗ >зволяє роздрукувати результати дослідження на принтері.

В третьому розділі "Методика використання засобів елек-юніки та обчислювальної техніки в навчальному експерименті" шсано вісім, розроблених нами, експериментальних робіт з вико-істанням запропонованих радіоелектронних засобів. Запропоновано ами новий фізичний експеримент з використанням засобів обчислю-альної техніки та її програмного забезпечення. Описано чотири кспериментально-дослідницькі установки та методика їх викорис-ання для спостереження за процесами плавлення і тверднення вердого тіла; вивчення залежності опору металу від температури мал. 3) ; дослідження залежності провідності терморезистора від емператури; встановлення залежності опору фоторезистора від іідстані до джерела світла. Описано проведення названих демонс-рацій та наведені приклади отриманих графічних залежностей.

Експериментальна перевірка запропонованих засобів і методики проведення навчального фізичного експерименту з викорис-

танням цих засобів сучасної електроніки була пов'язана з певним труднощами. В першу чергу тому, що поряд з існуючим обладнання застосовувались у великій кількості нові прилади та установки „Тому для підтвердження результативності педагогічних досліджен був обраний метод експертних оцінок, що проводився за трьом турами:

1. Випробування нових і модернізованих приладів та уста новок в лабораторних умовах;

2. Перевірка нових лабораторних приладів і демонстрацій них установок в навчальному фізичному експерименті;

3. Оцінка запропонованих приладів і установок для наЕ чального фізичного експерименту експертними методами.

Нал. 3. Установка для дослідження зміни опору провідника при нагріванні

Апробація та експериментальна перевірка ефективності використання запропонованих апаратно-програмних засобів в шкільних умовах довели доцільність та необхідність застосування .сучасних електронно-обчислювальних приладів у навчальному фізично-уіу експерименті. Визначення "дидактичних якостей" запропонованих засобів для навчального фізичного експерименту здійснено методами експертних оцінок та багатофакторного рангування. Встановлено, що ефективність їх використання перевищує аналогічні показники відомих навчальних засобів у 1,4 -.1,7 раза.

В результаті проведення дисертаційного дослідження вирішені такі завдання:

1. Доведено необхідність вдосконалення змісту, методики і техніки навчального фізичного експерименту засобами сучасної радіоелектроніки, посиленням інформативності демонстрацій, якісних і кількісних вимірювань, збільшенням використання сучасних експериментальних методів у процесі навчання.

2. Проведено логіко-історичний аналіз розвитку радіоелектроніки та його відображення в навчальному курсі фізики, що дозволило уточнити значення та можливості використання сучасних електронно-обчислювальних засобів у шкільній практиці, виявити перспективні напрямки удосконалення навчального експерименту, що забезпечило б підвищення ефективності навчання і дозволило відобразити суть експериментальних методів дослідження, конструктивні особливості та схемотехніку засобів сучасної радіоелектроніки .

3. Розглянуто психолого-педагогічні аспекти використання електронно-обчислювальної техніки у ШФЕ та її вплив на активізацію навчального процесу, розвиток особистості і творчих здібностей учнів, руйнування стереотипів у розв'язанні завдань, удосконалення логічного, латерального мислення, оптимізацію роботи па-

18 .

м'яті на свідомому та підсвідомому рівнях з використанням ве бальних сигналів, розвиток інтуїтивних можливостей.

4. Розроблено систему електронних приладів для викори тання в шкільному курсі фізики одночасно як засобів навчання •об'єктів вивчення. Створено апаратно-програмне забезпечення д проведення навчального фізичного експерименту з використанн ЕОМ. Запропоновано для використання в експериментально-дослі ницькій роботі навчально-інформаційну комп'ютерну систему, я забезпечує постановку, проведення, аналіз та збереження резул татів демонстраційного і лабораторного експериментів з виведе ням цих результатів на екран дисплея та друкуючий пристрій.

. 5. Запропоновано методику постановки, проведення та ан

лізу експериментально-дослідницьких робіт з використанням зас бів сучасної електроніки та персональних комп'ютерів з можливі тю збереження результатів експерименту в бібліотеці даних д. подальшого використання їх в навчальному процесі.

6. Під час виготовлення та апробації демонстраційно-л, бораторного обладнання в умовах школи встановлено, що воно і викликає складнощів при розробці,■створенні та експлуатації може бути виготовлено учнями під керівництвом вчителя на заня' тях гуртків фізико-технічного профілю.

7. З метою модернізації запропонованих апаратно-програї них засобів для визначення їх "дидактичної якості" нами застосі вано метод експертних оцінок та багатофакторного рангування використанням методів математичної статистики для обробки і ан; лізу отриманих даних. Статистична обробка результатів педагогі’ ного дослідження проходила з використанням пакету Зирегсаіс.

Результати теоретичного та експериментального досліджені підтверджують висунуту гіпотезу і дозволяють зробити висновки:

1. Розроблене, апробоване і запропоноване обладнання і

нові використання засобів електронної та комп'ютерної техніки створені на його базі демонстраційні та лабораторні установки ізволяють удосконалити і розширити матеріальну базу навчального зичного експерименту, його дидактичні якості. Ці установки до-■упні для виготовлення і реалізації в шкільних умовах.

2. Запропоноване обладнання, методика і техніка навчаль->го експерименту сприяють інтенсифікації навчального процесу на :нові посилення ролі принципу наочності в його сучасному трактуванні, підвищенню наукового рівня, інформативності, зацікавле-зсті, формуванню наукового світогляду, активізації пізнавальної Іяльності та інтелектуальних здібностей з використанням елемен-Ів психологічної стимуляції сприйняття інформації та свідомого

підсвідомого її осмислення.

3. Створені електронні навчальні прилади забезпечують їх ксплуатацію як технічних засобів навчання для постановки і про-едення удосконаленого навчального фізичного експерименту, так і опускають застосування в ролі об1єктів вивчення для ознайомленя я з основами сучасної промислової радіоелектроніки в рамках іючої навчальної програми.

4. Апаратно-програмне забезпечення ШФЕ з використанням омп'ютерної техніки сприяє більш глибокому розумінню досліджу-аних явищ, отриманню учнями стійких знань, умінь та навичок і іабезпечує створення принципово нових навчальних установок з ви-юристанням резистивних датчиків типу "фізична величина - опір".

5. Розроблене обладнання та запропонована методика і ’ехніка навчального фізичного експерименту дозволяють по-новому іідійти до постановки, проведення, аналізу та збереження даних гкспериментальних досліджень на зовнішніх запам'ятовуючих пристроях ЕОМ під управлінням операційної системи МБ БОБ. Створено зснови для реалізації ряду демонстрацій з використанням комп'ю-

терної техніки в навчальному курсі фізики з розділів: теплов

електричні, електромагнітні і світлові явища та ін.

Розглянуті проблеми вимагають більш детальної розроб методики використання сучасних засобів електронно-обчислювальн .техніки, а також.практичної модернізації та адаптації існуючо обладнання на сучасній електронній базі, зокрема для експлуат ції у складі комп'ютерного комплексу під час проведення безпоо редніх та опосередкованих вимірювань при вивченні тем молекуля] ної фізики, механіки, оптики, ядерної фізики та ін. Модернізац. програмного забезпечення передбачає створення у наступних верс. ях ППЗ F(t) більш зручного інтерфейсу користувача, орієнтовано: на експлуатацію апаратно-програмних засобів учнями під час вик нання лабораторних робіт за допомогою маніпулятора "мишка" 1 під управлінням операційної оболонки WINDOWS.

Дисертантом опубліковано понад 40 наукових робіт. Основи положення дисертації викладені в працях автора:

1. Желюк О.М., Тищук В.І. Ознайомлення студентів з прийомаї підвищення ефективності практичного навчання в класах з поглиі леним вивченням предмету // Історичні аспекти розвитку освіти і Україні і становлення творчої особистості учителя: Тези доп. Н; уково-практичної конференції (м. Рівне, 29-30 травня 1990 p.). Рівне: РДПІ, 1990. - С. 121.

2. Желюк О.H., Тыщук В.И. Творческие задания по ядерні

физике во внеклассной работе со старшеклассниками // Развит] творческих способностей учащихся во внеклассной работе по физі ке: Сб. тезисов докладов на всесоюзном семинаре. - Черниго:

ЧОИУУ, 1991. - С. 64-68.

3. Желюк О.М.,Тищук В.І. Комп'ютеризація шкільного фізичні

го лабораторного експерименту підвищеної складності // Викориї тання персональних ЕОМ в навчальному процесі ВУЗу: Тези допов:

: і повідомлень (10-12 листопада).- Львів: ЛДУ, 1992. - С. 57.

4. Желюк О.M., Тищук В.І. Комп'ютеризація навчального фі-:о-технічного експерименту в умовах шкіл фізико-математичного )філю // Розвиток технічної і прикладної творчості молоді та зико-технічного експерименту. Тези доповідей і повідомлень назво- практичної конференції (3-4 березня 1993р.). 4.2. - Рівне:

II, 1993. - С. 126-127.

5. Желюк О.М. Класифікація програмного забезпечення ЕОМ вчального курсу фізики // Проблеми удосконалення фундаменталь-ї та професійної підготовки вчителів фізики: Матеріали II Все-раїнської конференції викладачів фізики педагогічних інститу-в та університетів. - Київ: УДПУ, 1996. - С. 74-77.

6. Желюк О.М., Тищук В.І. Вивчення планетарної моделі атома комп'ютеризованому діалоговому режимі // Фізика конденсованих істем: наукові записки Рівненського педінституту. Т. 1: Збірник іукових праць. - Рівне: РДПІ, 1993. - С. 17 0-172.

7. Желюк О.М. Один з підходів до комп'ютеризації шкільного

¡.зичного експерименту// Методичні особливості викладання фізики а сучасному етапі: Тези доповідей і повідомлень міжвузівської

їуково-практичної конференції 21-22 січня 1994 року. - Кірово-рад: КДПІ, 1994. - С. 143-144.

8. Желюк О.М. Комп’ютерна техніка в навчальному курсі ізики: теорія і практика / Під ред. В.І. Тищука. - Рівне: РДПІ, 994. - 110 с.

9. Желюк О.М., Тищук В.І., Богдан A.A. Використання засобів

:учасної електроніки в демонстраційному фізичному експерименті з ¡лектрики і магнетизму // Створення і використання електронних іриладів в лабораторному практикумі та лекційному експерименті з ;лектрики і магнетизму: 36. Наукових статей. - Житомир: ВДПІ,

L994. - С. 40-44.

10. Желюк О.М. Програмне забезпечення комп'ютерної обробі

статистичних даних психологічних досліджень // Сучасна психолс гія в ціннісному вимірі. Т. 2: Матеріали третіх Костюківські-

читань 20-22 грудня 1994 року. - Київ: Інститут психології АГ

України, 1994. - С. 37-38.

11. Желюк О.М., Тищук В.І. Використання персональних ЕОМ

демонстраційному експерименті з фізики // Застосування персона льних ЕОМ в навчальному процесі ВУЗу: Тези доповідей і повідоь

лень 4.1. (21-23 вересня 1994 р.).- Львів: ЛДУ, 1994Т-*С. 40-42

12. Желюк О.Н. Индикатор уровня сигнала//Лучшие конструкцій последних лет/Составители: A.M. Нефедов, А.Л. Мстиславский. -М. МП "Символ-P" и редакция журнала "Радио", 1994. - С. 71-73.

13. Желюк О.М., Тищук В.I. Програмне забезпечення ЕОМ дг навчального курсу фізики // Шляхи удосконалення фундаментальне і професійної підготовки вчителів фізики: Тези доповідей II Все української конференції. Ч. 1. (24-25 травня 1995 p.). - Киїе УДПУ, 1995. - С. 65.

14. Желюк О.М., Тищук В.І. Еволюція методики і техніки наЕ

чального фізичного експерименту на основі засобів сучасної елек троніки // Нові технології навчання. Науково - методичний зЄ Випуск 16. - К.: ІСДО, 1996. - С. 144-153.

15. Желюк О.М., Тищук В.І. Забезпечення демонстрацій™ якостей комп'ютерної техніки у фізичних лабораторіях // Актуаль ні проблеми впровадження нових педагогічних технологій та іннс вацій в навчальний процес сучасної школи: Матеріали доповідей повідомлень міжвузівської науково-практичної конференції (30-3 жовтня 1995 р., м. Рівне). - Рівне: РДПІ, 1995. С. 44-48.

16. Желюк О.М., Тищук В.І. Лабораторний радіометр на сучас ній радіоелементній базі//Актуальні проблеми впровадження нови педагогічних технологій та інновацій в навчальний процес сучас

ої школи: Матеріали міжвузівської науково-практичної конферен-,ії (30-31 жовтня 1995р., м.Рівне).-Рівне: РДПІ, 1995.-С. 57-59.

17. Желюк О.М., Тищук В.І. Дослідження температурних харак-'еристик провідників та напівпровідників у навчальному фізичному :ксперименті // Оновлення змісту, форм та методів навчання фізи-:о-математичних, природничих і технічних дисциплін. Наукові за-іиски Рівненського педінституту. Випуск 1. -Рівне: РДПІ, 1996. -

193-202.

18. Желюк О.М., Грифко Я.М. Навчальний фізичний експеримент

і використанням нових інформаційних технологій // Діяльнісний іідхід у навчально-пошуковому процесі з фізики і математики. Матеріали Всеукраїнської науково - практичної конференції. (Рівне, L6-17 травня 1996р.). Частина 1.-Рівне: РДПІ. 1996. -С. 152-153.

19. Желюк О.М. Засобами сучасної електронної техніки // іова педагогічна думка, 1997. No 1. - С. 19-22.

SUMMARY

Zhelyuk O.N. The improvement of Teaching Physical Experiment by means of modern electronic technique.

The dissertation for the degree of a Candidate of Pedagogical Science in the speciality of Methods of Teaching Physics (13.00.02), Rovno State Pedagogical Institute, Rovno, 1996.

In this dissertation there are scientifical based methods and technical use of equipment of modern electronic and computer technicue in school course of physics. Here is given the description of hardware and software for conducting experimental and research works with using electronic and computer devices in educational physical experiment. The main principles of this dissertation are reflected in 40 printed works.

АННОТАЦИЯ

Желюк О.Н. Усовершенствование учебного физического експерименте средствами современной электронной техники.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата педагогических наук по специальности 13.00.02 - методика преподава ния физики. Ровенский государственный педагогический институт Ровно, 1996.

В диссертации представлена научно обоснованная методик; и техника использования средств современной электронно-вычисли тельной техники в школьном курсе физики. Описаны аппаратно-прог раммные средства для проведения экспериментально-исследователь ских работ с применением электронной и вычислительной техники учебном физическом эксперименте. Основные положения диссертаци отражены в 40 печатных работах.

Ключові слова: навчальний фізичний експеримент, педагогічні програмні засоби, апаратно-програмні засоби, радіоелектрс ніка, електронно-обчислювальна техніка. •

Підписано до друку 6.05.1997 р. Формат 60x84. Наклад 100 прим.

ДЦ РДПІ, 266000, Остафова 31, т. 22-60-69