Карточки кончились. Даешь тренажеры! Результат можно видеть на экране

За последние десять лет в России выросло поколение, для которого компьютер является таким же естественным предметом окружающего мира, как карандаш, электрическая лампочка или телевизор. В то же время российская школа в силу исторического перелома конца XX века в массе своей осталась на уровне материального обеспечения двадцатилетней давности, педагогическая наука и школьная практика не пополняются молодыми кадрами. Это, естественно, отражается и на содержании, и на методике преподавания.

Достаточно взглянуть на предметный мир учебников и задачников, например по физике, как станет очевидным, что ученики с трудом верят в то, что физика – наука об окружающем мире, основа всех технических достижений цивилизации. Однако учащийся черпает знания не только в учебных изданиях. Число разнообразных полиграфических изданий с яркими иллюстрациями, стремительный рост числа аудио- и видеопродукции на цифровых носителях оказывает влияние на формирование психики школьника и формирует его личность. Некоторые педагоги говорят, что школа уже почти не оказывает влияния на процесс образования и воспитания и следует искать средства вернуть школьника от телевизора к учителю.

Растет число учеников, которые только слушают аудиокниги, читают произведения художественной литературы только с экрана монитора, черпают все справочные сведения только из интернета. Рост числа компаний производящих электронные средства учебного назначения (ЭСУН), журналов, приводящих обзоры этих продуктов, свидетельствует о том, что спрос на такую продукцию повышается за счет компьютеризации населения.

С одной стороны, это означает, что в школе не задействован огромный ресурс средств влияния на образование школьника, с другой стороны, свидетельствует о том, что вскоре общество даже на уровне утилитарных мотивов должно втолкнуть компьютерные технологии в школьное образование. Даже самые консервативные бухгалтеры усвоили на процедурном уровне компьютерные программы по бухучету. Это произошло не только под давлением обстоятельств, но и потому, что после преодоления психологического барьера поняли, что эта технология облегчает их рутинный труд. Когда и учитель поймет, что компьютер может облегчить его труд, наступит перелом в отношении к электронным средствам обучения. Если оплата труда учителя станет достойной, то владение компьютерными технологиями в образовании естественно войдет в число аттестационных требований любого учителя-предметника.

Развитие электронных изданий (ЭИ) для школьников в истекшее десятилетие развивалось достаточно хаотично. Колебания от простого сканирования текстовых материалов (или воспроизведения их в электронном виде) до абсолютизации интернет-технологий, от полной универсальности электронного издания, заменяющего и учебник, и задачник, и все наглядные пособия, до создания специализированных комплексов, направленных только на аттестацию школьников, привело к созданию изданий, впитавших все разнообразие и богатство компьютерных технологий. Этот хаос, безусловно, диктовался желанием разработчиков выжить в условиях рынка, направленного на индивидуального потребителя. Однако появление госзаказа позволило вести методически продуманное создание объектов в составе ЭИ, разработку методик их использования и выработку стратегии ознакомления с ними учителей и администрации школьных учреждений.

Конечно, научить компьютер делать все то, что умеет учитель, не удастся не только в обозримом, но и в отдаленном будущем. И дело не только в том, что огромна доля воздействия учителя на обучаемого как воспитателя личности, что происходит это воздействие на эмоциональном уровне. Хороший педагог может понять, оценить проблемы ученика, помочь, направить так, что ученику будет казаться, что он сам это решение и принял. Личность педагога зачастую оказывается решающим фактором в выборе любимого предмета.

Однако это не значит, что следует отказываться от создания нового инструментария для педагога. В медицинских учреждениях, например, теперь уже очевидно, что эффективная диагностика невозможна без технологий, использующих компьютер, хотя никто не отвергает, что значение талантов врача по-прежнему необходимо. В учреждениях образования еще просто не познали, сколько традиционных методических приемов учителя компьютер может ускорить, облегчить, обогатить, какие возможности в создании новых дидактических материалов появляются.

Кроме того, давая в руки учителя такое мощное средство, как компьютер, мы приближаем его к мироощущению современного школьника, в котором компьютер разве что не рубит дрова. В недалеком будущем учителю станет невозможно скрывать, что он не владеет компьютером, так же как он не смог бы скрыть, что он умеет писать шариковой ручкой.

Физики в нашей стране всегда шли впереди остальной педагогической когорты, поскольку оказались по роду своей деятельности ближе всего и к пониманию возможностей компьютера, и к программированию на нем. «Физика в картинках» компании «Физикон» до сих пор признается многими преподавателями лучшим российским электронным изданием для школы. Арсенал учителя для сопровождения урока на стадии объяснения, введения новых понятий в последнее время существенно пополнился электронными наглядными пособиями в виде анимаций, видеофрагментов, компьютерных моделей (симуляций) физических процессов. В 2003-2004 году федеральный экспертный совет по физике Министерства образования и науки РФ допустил в качестве учебного пособия два диска «Библиотека электронных наглядных пособий по физике. 7-11 класс» (Дрофа-1С-Формоза Альтаир – РЦИ Пермского РТУ) и «Физика. 7-11 класс» («Физикон»).

До недавнего времени казалось, что процесс закрепления материала, освоения стандартных процедур, решения задач навечно останется за учителем. Считалось, что вряд ли компьютер сможет проверить, как ученик рисует приложенные к телу силы, чертит график или электрическую схему, строит изображение в линзе или пишет алгебраические формулы. Однако компьютерные технологии быстро идут вперед. Недавно экспертизу ФЭС по физике прошел CD-диск, «1С:Школа. Физика 10-11 кл. Подготовка к ЕГЭ». Его основной «изюминкой» как раз и являются интерактивные задания, направленные на отработку навыков таких процедур. В ходе их выполнения компьютер, а не учитель анализирует каждый шаг ученика и подсказывает ему его ошибки. Конечно, создание таких тренажеров потребовало хорошего знания типичных ошибок учеников при выполнении таких типовых заданий, большого труда методистов и дизайнеров.

Такие интерактивные задания (тренажеры) выполняют примерно такую же роль в преподавании физики, как знакомые преподавателям основной школы карточки М. А. Ушакова, другие раздаточные материалы, издававшиеся в виде «Дидактических материалов» или «Рабочих тетрадей». Отличие же не только в том, что выглядят они гораздо современнее, но и в том, что 25 розданных карточек еще надо проверить, а еще лучше – указать каждому его личные ошибки.

Среди тренажеров диска – и построение изображения в линзе, и построение графиков изопроцессов, и вычерчивание электрических цепей (схема 1).

При построении изображения в линзе, например, надо из кончика «стрелки-источника» провести два луча, зная их свойства, поставить в нужное место и должным образом «стрелку-изображение», и охарактеризовать его (схема 2).

Компьютер выдает в зависимости от ошибки ученика 10 разных комментариев:

Доведите до конца построение хода двух лучей в линзе.

Для построения изображения рекомендуется использовать два луча: идущий из S параллельно оптической оси, и луч, идущий из S в центр линзы.

Луч, параллельный оптической оси, после прохождения собирающей линзы проходит через ее фокус.

Луч, идущий через центр линзы, проходит через нее, не преломляясь.

Изображение точки S располагается в точке пересечения лучей, идущих из S, или в точке пересечения их продолжений.

Изображение точки N, лежащей на оптической оси, лежит также на оси.

Изображение стрелки перпендикулярной оптической оси должно быть также перпендикулярно оптической оси.

Изображение неверно охарактеризовано.

Вы справились с заданием!

В этом случае изображения нет.

В других тренажерах можно собирать формулы, сортировать рисунки и формулы, вводить числовой ответ.

Оказалось, что даже проверку решения сложной задачи можно поручить компьютеру. К примеру, у вас имеется задача об установлении теплового равновесия в теплоизолированном сосуде, разделенном на две части пористой перегородкой. Ее решение требует анализа того, что происходит с энергиями, скоростями молекул в ходе установления равновесия в системе, как они распределяются в сосуде в этом процессе, знания соотношения масс молекул, составления уравнений со знанием физических законов, решения получившейся системы уравнений, подстановки чисел в алгебраический ответ и получения числового ответа. В интерактивном задании можно в произвольном порядке выполнить любой из этапов решения, вплоть до того, что начать с численного ответа. Однако для получения полного балла вам придется все-таки продемонстрировать не только то, что вы знаете ответ, но и что получили его сознательно. На первом этапе понимание процесса проверяется с помощью «рисования» картины, описывающей состояние системы молекул в сосуде в начале и в конце процесса. Придется собрать «сосуд с поршнем», разместить в нем атомы аргона и гелия, продемонстрировать, у каких молекул больше масса (размер шариков), у кого больше скорость (длина стрелки). Причем приготовленный для учеников инструментарий позволяет проделать это все с помощью мыши «кликая», «хватая», «перетаскивая», «вытягивая» заготовки авторов программы.

А что же делает компьютер?

После того как детали установки будут размещены в рабочие поля, левая и правая части будут заполнены некоторым количеством молекул, программа начинает проверять множество параметров левого и правого рисунков.

На «Рисунке для начала процесса» проверяется, что и как должно быть:

А) размер молекул аргона больше размера молекул гелия,

Б) число молекул аргона в 2 раза меньше числа молекул гелия,

В) поршень скреплен с цилиндром,

Г) молекулы аргона и гелия в разных половинках,

Д) скорость молекул гелия больше, чем скорости молекул аргона, что соответствует условиям задачи.

На каждую из ошибок выдается соответствующее замечание. На «Рисунке для конца процесса» проверяется, что:

А) массы молекул в ходе процесса не меняются,

Б) число молекул аргона и гелия не изменилось,

В) поршень остался неподвижным,

Г) молекулы аргона остались с той же стороны от поршня, молекулы гелия распределились поровну слева и справа от поршня,

Д) скорость молекул гелия еще больше возросла, а скорость молекул аргона еще больше уменьшилась, так как средние кинетические энергии обоих сортов молекул выровнялись.

При несовпадении с авторским первого по списку пункта он выносится в качестве комментария до тех пор, пока все пункты не будут выполнены (схема 3).

Таким образом, число комментариев оказывается не менее 10, причем ошибки настолько типичны, что среднему ученику практически ни одного замечания избежать не удается.

А далее на других этапах еще предстоит отметить законы физики, нужные для решения, связать их с формульной записью этих законов, получить и набрать алгебраический ответ. Только после этого набранный числовой ответ и результаты «борьбы» ученика с компьютером выносятся на экран вместе с верным решением. На рисунке показан такой «протокол», из которого видно, что ничего, кроме правильного ответа, ученик так и не смог выполнить (рис. 1).

Если учитель считает, что задача непосильна для учащихся данного класса, то перед его выполнением можно рекомендовать забавную анимацию с решением аналогичной задачи, в которой проведен анализ процессов, происходящих в аналогичной системе (рис. 2).

Диск устроен так, что в ходе закрепления материала по теме, то есть при выполнении заданий ученик всегда может обратиться к справочным материалам и не только прочитать тексты, но и отсмотреть сопровождающий иллюстративный материал в виде анимаций, компьютерных моделей и видеофрагментов. В случае контрольного тестирования он такой возможности лишен, однако получает автоматически результаты выполнения теста с индивидуальным анализом его выполнения.

В ходе авторской апробации диска в 82-й школе города Черноголовки мы не видели детей, которые при работе с диском, и особенно с тренажерами, оставались равнодушными.

Большой азарт вызвали также две игры на физическом материале (сила – скорость – ускорение, условие равновесия тела), включенные в состав диска, однако их обучающий эффект еще предстоит выяснять. Как замечают многие преподаватели, в группах с углубленным изучением физики сейчас почти у всех детей в школе имеются компьютеры, так что в ходе апробации мы использовали подсказанный нам методистами из Перми способ использования диска для выполнения домашних заданий. Конечно, поскольку тренажер позволяет выполнять задание бесконечное число раз, ученики почти все приносили полностью «позеленевшие» протоколы (отметки о прохождении темы на мониторе – зеленого цвета). Учителю же такой протокол удобен тем, что достаточно взглянуть на экран, как виден результат (рис 3).

Мы очень надеемся, что у учителей наша работа вызовет столь же положительные эмоции, что и у детей. По крайней мере, на выставке международной конференции «Информационные технологии в образовании» (Москва, ноябрь 2004) рекламный ролик вызывал живой интерес посетителей, а еще не вышедший в продажу диск за дни проведения конференции занял 2-е место в рейтинге образовательных продуктов по физике после «Живой физики».

Наиль ХАННАНОВ, научный руководитель проекта – ведущий научный сотрудник ЦЭПД РАО

Черноголовка, Московская область