Помощь студентам в учебе
МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗАДАЧ ПО ФИЗИКЕ В КОМПЬЮТЕРНОЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ СРЕДЕ
|
Актуальность исследования. В связи с массовым оснащением компьютерами школ по общероссийской программе компьютеризации, усилился интерес к использованию компьютеров в предметном обучении. Компьютер как
техническое средство открывает большие возможности для совершенствования учебного процесса. Однако, использование компьютера в обучении по
предметам, в частности, физике не получило широкого распространения и
носит ограниченный характер. С одной стороны, это связано с недостаточной методической разработкой программных средств и обучающих программ. Выявление данной проблематики прослеживается в диссертационных
исследованиях А.М. Короткова, Л.Ю. Кравченко, Е.А. Локтюшиной, Н.А. Гомулиной, А.С. Каменева, Ш.Д. Махмудовой. С другой стороны, мы считаем,
что предлагаемые разработчиками компьютерные программы по физике, в
большем количестве являются закрытыми для пользователя: содержат готовый банк задач, тестов, теорию и демонстрации, которые не всегда сочетаются с методикой преподавания учителя и зачастую не увязаны с учебным процессом ни организационно, ни методически. Программы же, позволяющие
достичь открытости для пользователя обычно не поддерживают решение физических задач или достаточно громоздки в обучении, требуют знания языков программирования – Pascal, C, Delphi или численных методов – Mathcad,
Excel. Поэтому остается актуальным поиск общих подходов и методов, повышающих эффективность обучения физике с помощью компьютера. В частности, актуальна проблема создания такой среды, в которой органично сочетаются традиционные и компьютерные методы обучения. Одним из эффективных методов обучения решению физических задач, является метод компьютерного моделирования, который интегрирует дидактические возможности в обучении решению задач и является средством развития умственных
и творческих способностей учащихся. А внедрение новых образовательных
технологий в учебный процесс позволяет наряду с традиционными методами
решения задач использовать моделирование.
Анализ результатов контрольных работ школьников и студентов показывает, что основной проблемой изучения предмета «физика» являются трудности, связанные с решением задач. Причинами ошибок, допускаемых при
решении, являются затруднения в первичном восприятии задачи, затруднения в определении условия и требования задачи, их соотнесения, т.е. в неумении проводить анализ задачи, определять ориентировочную основу действий. По этой причине большинство учащихся начинают считать физику
очень трудным предметом, и теряют интерес к уроку и предмету. Поэтому
актуальным выходом, позволяющим добиться эффективного образовательного результата – получить навык решения вычислительных задач, индивидуализировать обучение и самостоятельно осуществлять подбор необходимых задач, для корректировки знаний, контроля или решения домашних заданий, является моделирование. Использование данного метода на уроках
физики требует разработки методики и создания Компьютерной образовательной среды – КОС по физике, которая сочетает традиционные и компьютерные средства, позволяющие решать конкретные педагогические задачи.
Настоящая работа посвящена созданию компьютерной образовательной
среды с возможностью моделировать физические задачи, вопросам повышения эффективности преподавания физики путем разработки методики решения вычислительных задач в КОС.
Цель исследования. Разработка КОС, ее содержания и методики использования в учебном процессе для активизации познавательной деятельности,
повышения уровня усвоения знаний, улучшения умения решать задачи по
физике.
Объект исследования. Процесс обучения физике в школе и ВУЗе.
Предмет исследования. Создание компьютерной образовательной среды
(КОС) с элементами моделирования физических задач в обучении физике в
школе и вузе.
Гипотеза исследования: если при обучении физике использовать компьютерную образовательную среду то произойдет активизация познавательной деятельности учащихся, повысится уровень усвоения знаний, улучшится
умение решать задачи.
В соответствии с целями и гипотезой были определены следующие задачи:
– Провести анализ компьютерных обучающих программ и программных
средств по физике. Определить их достоинства и недостатки, выявить проблематику их использования в школе.
– Исследовать и определить приемлемую классификацию задач по физике
для компьютерного моделирования.
– Разработать методику, позволяющую формализовать решение вычислительных задач в среде моделирования, для развития у обучаемых навыков алгоритмизации, логического, системного и творческого мышления, конкретизации полученных элементов знания.
– Разработать банк задач по кинематике и динамике и теоретический материала к этим разделам, позволяющего научиться моделировать и решать
вычислительные задачи физики.
– Выявить различие в методике традиционного решения задач по физике
и методике компьютерного моделирования.
– Определить возможность применения компьютерного моделирования в
рамках учебного процесса по физике.
техническое средство открывает большие возможности для совершенствования учебного процесса. Однако, использование компьютера в обучении по
предметам, в частности, физике не получило широкого распространения и
носит ограниченный характер. С одной стороны, это связано с недостаточной методической разработкой программных средств и обучающих программ. Выявление данной проблематики прослеживается в диссертационных
исследованиях А.М. Короткова, Л.Ю. Кравченко, Е.А. Локтюшиной, Н.А. Гомулиной, А.С. Каменева, Ш.Д. Махмудовой. С другой стороны, мы считаем,
что предлагаемые разработчиками компьютерные программы по физике, в
большем количестве являются закрытыми для пользователя: содержат готовый банк задач, тестов, теорию и демонстрации, которые не всегда сочетаются с методикой преподавания учителя и зачастую не увязаны с учебным процессом ни организационно, ни методически. Программы же, позволяющие
достичь открытости для пользователя обычно не поддерживают решение физических задач или достаточно громоздки в обучении, требуют знания языков программирования – Pascal, C, Delphi или численных методов – Mathcad,
Excel. Поэтому остается актуальным поиск общих подходов и методов, повышающих эффективность обучения физике с помощью компьютера. В частности, актуальна проблема создания такой среды, в которой органично сочетаются традиционные и компьютерные методы обучения. Одним из эффективных методов обучения решению физических задач, является метод компьютерного моделирования, который интегрирует дидактические возможности в обучении решению задач и является средством развития умственных
и творческих способностей учащихся. А внедрение новых образовательных
технологий в учебный процесс позволяет наряду с традиционными методами
решения задач использовать моделирование.
Анализ результатов контрольных работ школьников и студентов показывает, что основной проблемой изучения предмета «физика» являются трудности, связанные с решением задач. Причинами ошибок, допускаемых при
решении, являются затруднения в первичном восприятии задачи, затруднения в определении условия и требования задачи, их соотнесения, т.е. в неумении проводить анализ задачи, определять ориентировочную основу действий. По этой причине большинство учащихся начинают считать физику
очень трудным предметом, и теряют интерес к уроку и предмету. Поэтому
актуальным выходом, позволяющим добиться эффективного образовательного результата – получить навык решения вычислительных задач, индивидуализировать обучение и самостоятельно осуществлять подбор необходимых задач, для корректировки знаний, контроля или решения домашних заданий, является моделирование. Использование данного метода на уроках
физики требует разработки методики и создания Компьютерной образовательной среды – КОС по физике, которая сочетает традиционные и компьютерные средства, позволяющие решать конкретные педагогические задачи.
Настоящая работа посвящена созданию компьютерной образовательной
среды с возможностью моделировать физические задачи, вопросам повышения эффективности преподавания физики путем разработки методики решения вычислительных задач в КОС.
Цель исследования. Разработка КОС, ее содержания и методики использования в учебном процессе для активизации познавательной деятельности,
повышения уровня усвоения знаний, улучшения умения решать задачи по
физике.
Объект исследования. Процесс обучения физике в школе и ВУЗе.
Предмет исследования. Создание компьютерной образовательной среды
(КОС) с элементами моделирования физических задач в обучении физике в
школе и вузе.
Гипотеза исследования: если при обучении физике использовать компьютерную образовательную среду то произойдет активизация познавательной деятельности учащихся, повысится уровень усвоения знаний, улучшится
умение решать задачи.
В соответствии с целями и гипотезой были определены следующие задачи:
– Провести анализ компьютерных обучающих программ и программных
средств по физике. Определить их достоинства и недостатки, выявить проблематику их использования в школе.
– Исследовать и определить приемлемую классификацию задач по физике
для компьютерного моделирования.
– Разработать методику, позволяющую формализовать решение вычислительных задач в среде моделирования, для развития у обучаемых навыков алгоритмизации, логического, системного и творческого мышления, конкретизации полученных элементов знания.
– Разработать банк задач по кинематике и динамике и теоретический материала к этим разделам, позволяющего научиться моделировать и решать
вычислительные задачи физики.
– Выявить различие в методике традиционного решения задач по физике
и методике компьютерного моделирования.
– Определить возможность применения компьютерного моделирования в
рамках учебного процесса по физике.
В заключении излагаются выносимые на защиту результаты диссертационного исследования, их соотношение с общей целью, гипотезой и поставленными задачами, указываются пути дальнейшего исследования и развития
темы.
В результате проведенного диссертационного исследования подтверждены положения:
1. Разработаны программно-педагогические средства компьютерной образовательной среды – КОС по физике и обеспечено их эффективное взаимодействие.
2. Разработана методика, позволяющая формализовать решение вычислительных задач в среде моделирования.
3. Разработана методика наполнения банка задач по физике с использованием классификатора задач.
При этом решены следующие задачи:
4. Выделен приемлемый классификатор задач для компьютерного моделирования.
5. Выделены основные достоинства и недостатки, проблематика использования в школе компьютерных обучающих программ и программных
средств по физике
6. Методологически обоснована эффективность применения компьютерного моделирования вычислительных задач физики в рамках учебного процесса школы. 7. Разработана методика применения КОС по физике в учебном процессе,
способствующая активизации познавательной деятельности учащихся, повышению качества образования.
8. Проведен сравнительный анализ методики традиционного решения задач и при компьютерном моделировании.
9. Реализован системный – психолого-педагогический и информационный подход при проектировании КОС, выделены дидактические, методические, психологические требования при проектировании программы. Проанализирована возможность реализации основных дидактических концепций
обучения в образовательном процессе с применением КОС.
10. Экспериментально проверена эффективность применения КОС в образовательном процессе. Выявлены условия, влияющие на эффективность
организации и проведения занятий по физике с помощью КОС.
Среди перспектив развития КОС могут быть выделены следующие: повышение уровня интерактивности программного обеспечения; включение элементов мультимедиа в компьютерный учебник; развитие электронных библиотек; совершенствование автоматизированной системы контроля знаний и
обработки результатов; совершенствование методического обеспечения с
учетом современных психолого-педагогических требований.
темы.
В результате проведенного диссертационного исследования подтверждены положения:
1. Разработаны программно-педагогические средства компьютерной образовательной среды – КОС по физике и обеспечено их эффективное взаимодействие.
2. Разработана методика, позволяющая формализовать решение вычислительных задач в среде моделирования.
3. Разработана методика наполнения банка задач по физике с использованием классификатора задач.
При этом решены следующие задачи:
4. Выделен приемлемый классификатор задач для компьютерного моделирования.
5. Выделены основные достоинства и недостатки, проблематика использования в школе компьютерных обучающих программ и программных
средств по физике
6. Методологически обоснована эффективность применения компьютерного моделирования вычислительных задач физики в рамках учебного процесса школы. 7. Разработана методика применения КОС по физике в учебном процессе,
способствующая активизации познавательной деятельности учащихся, повышению качества образования.
8. Проведен сравнительный анализ методики традиционного решения задач и при компьютерном моделировании.
9. Реализован системный – психолого-педагогический и информационный подход при проектировании КОС, выделены дидактические, методические, психологические требования при проектировании программы. Проанализирована возможность реализации основных дидактических концепций
обучения в образовательном процессе с применением КОС.
10. Экспериментально проверена эффективность применения КОС в образовательном процессе. Выявлены условия, влияющие на эффективность
организации и проведения занятий по физике с помощью КОС.
Среди перспектив развития КОС могут быть выделены следующие: повышение уровня интерактивности программного обеспечения; включение элементов мультимедиа в компьютерный учебник; развитие электронных библиотек; совершенствование автоматизированной системы контроля знаний и
обработки результатов; совершенствование методического обеспечения с
учетом современных психолого-педагогических требований.