Изучение физики с использованием ИКТ

В 2007 году наша школа получила первый мобильный класс портативных компьютеров. Это открыло возможность интенсивного использования компьютера в роли инструмента учебной деятельности практически на каждом уроке физики. Экспериментировать я начал с 9-м классом. Выбор был обусловлен тем, что у меня к тому времени скопилось большое количество материала и наработок именно по этому классу: видеоролики экспериментов, тексты заданий для учащихся, рисунки, краткие конспекты теории. Весь этот материал я сделал доступным для поддержки самостоятельной работы учащихся, а заодно и для учителей.

Предпосылки

Помимо ноутбуков, в моем распоряжении были еще и другие средства информационно-коммуникационных технологий, предназначенные для организации деятельности учащихся: цифровая лаборатория «Архимед», виртуальная физическая лаборатория «Живая физика», аппаратно-программный комплекс для приема спутниковых изображений Земли «Космос-М2», ну и, конечно же, школьная информационная среда, размещенная на сайте http://learning.9151394.ru. Они появились в нашей школе практически одновременно, как реализация еще только формируемой концепции «Школы информатизации» в 2007 году и сделали возможным совершенно новое построение уроков физики.

Я начал с того, что выстроил тематическое планирование курса физики в 9-м классе, опирающееся на применение ИКТ. (В информационной среде оно доступно по адресу http://learning.9151394.ru/course/view.php?id=729.)

Сразу же стало ясно, что использование цифровых инструментов приведет к некоторому сокращению объема изучаемого материала – придется выделить небольшое время на освоение самих инструментов. Это осознанная необходимость: если мы хотим внести в содержание обучения деятельность, формирующую исследовательские навыки современных школьников и реализующую другие «компетентностные» и «метапредметные» цели, то нужно предусмотреть перераспределение времени. Хотя, как показал дальнейший опыт моей работы, время на освоение ИКТ не добавляется простым арифметическим сложением, а интегрируется в процесс изучения содержания самой физики, не съедая у последнего слишком много времени. Для ясности приведу один пример. Учащиеся должны выполнить практическую работу «Изучение трения скольжения», в которой исследуют зависимость трения скольжения от веса тела. Раньше эту работу они делали, используя для измерения силы динамометр и записывая результаты измерений в тетрадочку в клетку «Для лабораторных работ», а теперь используют цифровой датчик, и результаты сразу появляются на экране компьютера. Ход работы в основном не изменился, существенно сократилось время на запись результатов, мы отвели дополнительное время на их анализ и обсуждение. Требуемые выводы из эксперимента стали намного более наглядными, очевидными. Их удалось самостоятельно сделать большему числу учащихся. Часто приходится слышать: но ведь учащиеся должны сперва научиться пользоваться цифровыми средствами измерения. Да, но это происходит как-то само собой – у современных детей процесс освоения цифровых устройств идет поразительно быстро. Это у учителей он вызывает проблемы!

Необходимость использования цифровых инструментов

Возникает парадоксальная ситуация: именно учителя пассивно препятствуют внедрению информационных технологий в учебный процесс. При этом высказывается подчас множество «разумных» доводов против использования их на уроке, в основном сводящихся к одному утверждению: «не эффективно». Действительно, достижение традиционных для школы результатов – умение решать задачи из задачников, знание формул и законов, положенные в основу аттестационных процедур, – может быть обеспечено без использования компьютера. Однако без использования компьютера у нас намного меньше шансов дать учащемуся возможность самому открыть эти формулы и законы, а значит, и намного лучше их понять и запомнить (не наизусть и не мнемонически, а реально, создав внутреннюю модель) и одновременно сформировать важную модель интеллектуальной деятельности – самостоятельное открытие закономерности окружающего мира. Еще более очевидно, что без ИКТ не может быть обеспечено формирование ИКТ-компетентности в конкретной предметной области – одного из самых востребованных качеств современного профессионала. Уроки информатики не могут быть естественным местом для формирования содержательной, предметной ИКТ-компетентности вне самой информатики. Физический эксперимент надо ставить на уроке физики, объекты на карте отмечать на уроке географии и так далее. При этом, естественно, осваиваются средства ИКТ и формируется ИКТ-компетентность.

Многих смущает еще и недостаточный уровень цифровых средств: «датчики не слишком точны», «Интернет тормозит» и так далее. Надо сказать, что «технические проблемы» часто в большей степени связаны с низким уровнем владения информационно-коммуникационными технологиями в среде самих учителей. С другой стороны, технические проблемы действительно существуют, и надо, не боясь, решать их вместе с детьми, быть готовым к разным вариантам развития событий. Но ведь и с лабораторным оборудованием больше проблем, чем с учебником, но мы не отказываемся от его использования в курсе физики, понимая, насколько важен эксперимент.

Есть, правда, у многих учителей и другое возражение против использования ИКТ: «А зачем это вообще надо использовать на уроках, когда можно обойтись и без них?». К счастью, число таких учителей стремительно уменьшается, поскольку общественное сознание постепенно привыкает к «цифровой неизбежности». Независимо от желания большинства педагогов в ближайшем будущем столь милые их сердцу мел, доска, учебник и журнал с оценками будут вытеснены стило, интерактивной доской, компьютером, Интернетом и цифровым портфолио.

Плодотворность понятия «Инструмент учебной деятельности»

К сожалению, родившаяся в отечественной психологической школе теория деятельности так и не стала основой педагогической практики российской школы. В теории деятельности одним из важнейших стало понятие «средства» – того инструмента, при помощи которого мы решаем любую практическую задачу. По сути, любая педагогическая задача может быть сведена к обучению ребенка владению определенным инструментом: материальным, знаковым, цифровым. В этом смысле компьютер ничем не отличается от лопаты, только лопата помогает человеку копать землю, а компьютер – перерабатывать информацию.

В теории деятельности содержание обучения включает в себя в первую очередь способы деятельности, в том числе и умение использовать различного рода средства этой деятельности. В процедурах аттестации тем не менее до сих пор первостепенную роль играет проверка знаний как основного элемента содержания обучения. При этом реалии профессиональной деятельности состоят в том, чтобы уметь применять эти знания на практике, что зачастую сводится к решению проблем, которые требуют от человека умения искать и находить нужную информацию.

В этой связи исключительно плодотворно различение цифровых источников и цифровых инструментов учебной деятельности, проходящее красной нитью через концепцию использования информационных и коммуникационных технологий в общем образовании, разрабатываемую ректором МИОО Алексеем Семеновым. В ней обосновывается необходимость оснащения школ в первую очередь компьютерами, цифровыми лабораториями, виртуальными компьютерными средами, поскольку они – инструменты учебной деятельности учащегося. Причем инструменты интерактивные, способные к диалогу с пользователем, то есть обеспечивающие самостоятельную работу учащихся. В то же время мультимедийные пособия и электронные учебники представляют собой на самом деле пассивные источники информации, которые не могут обеспечить процесс самообучения и развития ребенка.

Компьютер как инструмент учащегося

С появлением компьютера на моих уроках появились дополнительные возможности. Не буду описывать те из них, которые становятся доступны, когда в распоряжении класса имеется всего один компьютер – тогда это инструмент учителя, безусловно, абсолютно необходимый в современных условиях. Меня интересует прежде всего ИКТ как инструментарий учащегося, поскольку основная задача школы на сегодняшний день – научить учиться самостоятельно. И для меня лично аксиома то, что на сегодняшний день именно компьютер – самый подходящий инструмент для достижения этой цели.

Перечислю те возможности, которые открылись при использовании компьютеров учащимися на моих уроках:

повышение мотивации к учебной работе;

самостоятельная работа в индивидуальном темпе;

оперативный доступ к разнообразным информационным источникам (Интернет);

возможность выполнять задания и получать оценку при отсутствии возможности посещать школу (болезнь, экстернат, инвалидность);

продуктивная работа в различных компьютерных средах, моделирующих реальные процессы (у меня это были «Живая физика» и приложение-планетарий к «Гугл планета Земля»);

эксперименты с точной фиксацией и графическим анализом движения тела (при помощи цифровой лаборатории);

опыт использования компьютера в целях самообразования.

В этой связи для меня очень значим такой пример: один из очень слабых учеников заявил мне в самом начале курса, что у него дома вообще нет компьютера, так что он не сможет выполнять домашние задания, которые выложены на дистанционном курсе. Пришлось разрешить ему выполнять эту работу по-старому, в тетради. Через пару недель этот учащийся с гордостью сообщил мне, что он теперь делает домашние задания на компьютере: его родители, видя, что компьютер нужен для образования ребенка, сделали мальчику такой подарок. В итоге вот его оценка изучения физики с помощью компьютера: «Я узнал, что могу в полной мере работать на компьютере. Я узнал, что очень много можно сделать того, чего я не делал до этого».

Здесь важнее всего дать возможность учащимся приобрести опыт использования компьютера и Интернета в образовательных целях. В этом одна из ключевых задач современной школы.

Уникальные педагогические возможности школьной информационной среды

Размещение курса в Интернете позволяет мне держать в открытом доступе материалы для учащихся, организовывать работу в группах над различными заданиями, проводить оперативный контроль и автоматизировать оценивание, хранить выполненные учащимися задания. Интернет-пространство позволяет также учащимся видеть работу друг друга и вступать в коммуникацию друг с другом и учителем по поводу содержания изучаемого предмета.

Как используется на уроке курс, выложенный в информационной среде? В первую очередь он помогает организовать самостоятельную работу учащихся, поскольку позволяет уйти от давления фронтальной формы работы: теперь каждый ученик может работать в индивидуальном темпе и на доступном ему уровне. На моих уроках компьютер появлялся на парте либо в середине, либо в конце занятия. В середине – для того чтобы отработать понимание нового материала. Мы проанализировали опыт, совместно построили его объяснение, сформулировали закономерность, учитель ввел новые понятия и формулы. Теперь наступает черед самостоятельной работы учащихся, которая, на мой взгляд, дает порой даже больший вклад в индивидуальное понимание многих учащихся, поскольку основана на их собственной активной познавательной деятельности.

Развитие компетентностного подхода не сводится только к использованию ИКТ. Учителю приходится самостоятельно формулировать вопросы и задания, поскольку они должны быть не репродуктивного типа: запомнил – воспроизвел. Это в первую очередь качественные и расчетные задачи. Простые и сложные. Их приходится собирать по разным книгам и придумывать самому – здесь дистанционная среда как нельзя лучше подходит для оперативного размещения, хранения и организации доступа. Представьте себе, как бы расширилось образовательное пространство, если бы все педагоги-профессионалы открыли таким образом доступ к сокровищницам своего опыта!

Учащийся не обязан решать все задачи – он имеет право выбора. Решая их, учащийся использует новое знание в качестве средства, что обладает очевидными преимуществами для достижения образовательного результата – формирования понимания.

В конце урока дистанционная среда чаще всего служит коллективным электронным лабораторным журналом, в котором учащиеся размещают результаты своих наблюдений и экспериментов: описания, фотографии и видеозаписи опытов, данные измерений, расчетов и анализа. Это дает возможность и педагогу, и учащемуся возвращаться к работе, если надо, анализировать ее результаты совместно с результатами других работ. Лабораторные работы учащегося получают комментарий учителя и входят в цифровое портфолио учащегося.

Различные типы заданий и их методические возможности

В курсе физики для 9-го класса я использовал в основном 5 типов заданий, стандартных в используемой информационной среде (на базе Moodle), каждое из которых обладает своими дидактическими возможностями:

Задание «Ответ в виде текста» использовалось, когда нужно было, чтобы учащиеся ответили на вопросы только в виде голого текста.

Задание «Ответ в виде файла» удобно, если ответ учащегося должен содержать помимо текста еще и другую информацию: график, таблицу, рисунок, фотографию опыта или видеофрагмент. В этом случае он может прислать ответ в виде файла в формате Word и вставить в него любые изображения.

Задание «Ответ в виде нескольких файлов». Если учащийся ставил опыт, описание которого дал учитель, и заснял его на видео, он может выложить на сервере и текстовое описание, и видеозапись. У меня в курсе такое задание чаще всего давалось после демонстрации опытов учителем, поскольку учащимся рекомендовалось фиксировать демонстрационные эксперименты на видео или фото.

«Форум» – самый универсальный тип заданий, обладающий множеством возможностей. В нем учащиеся могут вставлять в текст ответа любое изображение. Но гораздо важнее этого возможность учащихся видеть ответы друг друга и комментировать их. Кроме того, каждый получает возможность оставлять неограниченное число сообщений – этот вариант незаменим при выполнении проекта, когда учащиеся получают фактически в свое распоряжение целый раздел, который они могут самостоятельно вести, постепенно наполняя информацией. Я широко использовал форумы в других курсах, обеспечивающих проектную деятельность: «Музей» и «Физика погоды».

Тест используется по прямому назначению – для оперативного контроля усвоения. В первую очередь – для контрольных работ. Удобство в том, что процесс оценивания становится намного оперативнее – учащийся получает баллы сразу же после того, как отправил ответ. Единственное, что остается учителю, – проверить задания с открытым ответом и выставить отметку. Оценка тем самым становится существенно более объективной (число заданий с открытым ответом невелико).

Достоинством курса с ИКТ-поддержкой я считаю также возможность фиксировать, просматривать и хранить в портфолио полную информацию о результатах деятельности учащихся: не только выполненные ими тесты, но и все остальные задания, которые они делали и даже просто просматривали.

Цифровые измерители взамен обычных

Цифровая лаборатория (комплект цифровых измерительных приборов (датчиков) вместе с регистратором данных) обладает целым рядом неоспоримых преимуществ по сравнению с обычными измерительными приборами:

универсальностью, что позволяет использовать один и тот же измерительный инструмент практически во всех разделах физики;

возможностью существенно расширить фронтальный и демонстрационный лабораторный эксперимент, а также организовать практикум;

уникальной возможностью проследить за процессами изменения физических величин во времени (координаты и скорости при свободном падении и механических колебаниях; температуры при нагревании и плавлении; силы тока и напряжения в колебательном контуре и т. д.);

возможностью не только фиксировать, но и запоминать результаты измерений;

возможностью строить графики, избавляя учащихся от рутинной работы;

возможностью автоматизировать процесс обработки результатов измерений, например, получать данные о скорости изменения измеряемой величины.

Виртуальная физическая лаборатория дополняет реальный эксперимент (опыт моделирования задачи)

Например, на элективном курсе мы решали задачи из сборника «Задачи по физике для поступающих в вузы»: учебное пособие / Г.А.Бендриков, Б.Б.Буховцев, В.В.Керженцев, Г.Я.Мякишев. Добрались до задачи №105, обсудили физическую ситуацию задачи, набросали возможный ход решения, решили. В процессе обсуждения мне пришла в голову мысль, что было бы здорово смоделировать эту задачу в реальном эксперименте. Говорю: «Эх, ребята! Сделать бы ее с помощью датчиков!» На этом урок и кончился! Прихожу на следующий урок с новыми задачами, а мне ребята говорят: «Сергей Александрович! А давайте ее это… того… с помощью датчиков!» Так зародился небольшой проект. Вот план нашего проекта:

Смоделировать физическую ситуацию задачи с помощью «Живой физики».

Подробнее исследовать ситуацию в реальном и компьютерном эксперименте.

Сопоставить данные всех трех способов решения задачи – аналитического, экспериментального и компьютерного.

Сделать фото- и видеоотчет.

Рассказать всем о нашем проекте…

Над проектом мы работали несколько занятий подряд: я размещал в дистанционной среде задания, учащиеся их выполняли и свои ответы также сохраняли на сервере. В результате весь процесс работы над проектом был запротоколирован и выложен в сеть для других учителей, а также представлен учащимися на конкурсе «Архимед» в 2008 году.

Здесь важно отметить, что специальных занятий на освоение программы «Живая физика» нам не потребовалось – ребята осваивали ее попутно с выполнением данного им задания, используя интерактивные возможности компьютера (сделал – запустил – увидел результат – откорректировал…).

Возможности использования на уроках интерактивной доски

Интерактивная доска появилась у меня в 2005 году после победы на конкурсе «Учитель года Москвы-2005». Поскольку тогда курсов по ней почти не было, пришлось осваивать ее самостоятельно. При первом же знакомстве обнаружилось множество достоинств нового средства обучения:

«Цифровые чернила» – сохранение содержимого доски в компьютере.

«Прожектор» – при необходимости можно «высветить» только ту часть экрана-доски, на которую в данный момент должно быть обращено внимание класса.

«Drag & drop» – свободное перемещение объектов: формулы и рисунки, по отдельности созданные во время объяснения или обсуждения, можно легко перемещать на доске, группируя их по своему усмотрению.

Чистые руки.

Интерес и внимание класса.

Дистанционное управление компьютером.

Сергей ЛОВЯГИН, учитель физики школы №1060