На чтение: ≈ 14 мин.В информатике под информационной (компьютерной) технологией понимают технологию переработки информации на ЭВМ, в результате которой получается новый информационный продукт (текстовый, графический, звуковой или видеофайл). Цель использования компьютеров в педагогической деятельности – оказание педагогического воздействия на ученика, что сводится к сообщению ему новых знаний, формированию умений, созданию оптимальных условий развития существенных сторон его личности и так далее.
Понятие информационной технологии в педагогике означает технологию обработки информации на электронных устройствах, связанную с сообщением учебного материала в текстовом, графическом, аудио- и видеопредставлениях, решением задач по программированию, выполнением измерений, тестированием учеников и оценкой их знаний и умений. При этом применяются автоматизированные и экспертные обучающие системы, учебные базы знаний, тестирующие программы, электронные книги и энциклопедии, информационно-поисковые системы, мультимедийные системы, создающие эффект виртуальной реальности, образовательные телекоммуникационные сети.
Каковы же основные направления применения компьютерной техники в физическом образовании?
Изучение методов обработки информации на ПК. Это предполагает знакомство учеников с различными текстовыми и графическими редакторами, базами данных и динамическими таблицами, а также создание и обработку видео-, аудио- и графических файлов. При изучении информатики дети осваивают методы алгоритмизации и программирования, изучают языки Basic, Pascal, Visual Basic, Delphi и другие, что позволяет им создавать несложные программы и решать соответствующие задачи.
Современный персональный компьютер – весьма эффективное средство для создания чувственно-наглядных образов изучаемых объектов и явлений, построения виртуальной модели реального мира. Интеграция современных средств ИКТ делает возможным дистанционное образование, получение доступа к информационным ресурсам глобальной сети.
При изучении естественно-научных и технических дисциплин компьютер может успешно использоваться как часть экспериментальной установки, учебной автоматизированной системы управления, а также в качестве программируемого источника сигналов и регистрирующего устройства.
Мультимедиатехнологии. В учебном процессе они могут использоваться для обработки графических, видео- и аудиофайлов, для создания различных презентаций, обучающих, развивающих программ, компьютерных энциклопедий и гипермедиа- и телемедиакниг. При этом достигается эффект виртуальной реальности – некоторой модели реального мира, содержащей реально несуществующие объекты, с которыми взаимодействует пользователь. Преимуществ у мультимедийных продуктов немало: одновременное использование нескольких каналов восприятия, создание виртуальных моделей реальных ситуаций, явлений и экспериментов, визуализация абстрактной информации за счет динамического отображения процессов, установление ассоциативных связей между различными объектами.
Система виртуальной реальности погружает обучаемого в воображаемую трехмерную модель реального мира. Она обеспечивает «непосредственное» взаимодействие с различными объектами этого мира и манипулирование ими. Это качественно изменяет механизм восприятия и осмысления получаемой информации, что способствует формированию чувственно-наглядного образа изучаемого явления.
Современный электронный учебник. Это комплекс программного и педагогического обеспечения, в котором широко используются интерактивный текст, мультимедийные картинки, видеофрагменты, анимации, а учебный материал разбит на систему модулей, связанных гиперссылками. Электронная учебная энциклопедия – упорядоченная система отдельных модулей, в каждом из которых представлена информация по соответствующему вопросу. Здесь используется гипертекст, содержащий рисунки, фотографии, анимации, фильмы с аудиосопровождением. Иногда содержатся методические рекомендации и задания для учеников.
Набор образовательных CD и DVD-дисков, содержащих различные обучающие и тестирующие программы, электронные учебники и энциклопедии, учебные фильмы, тематический каталог предметных и методических пособий, позволяет создать электронную медиатеку, которую удобнее всего организовать на базе компьютерного класса, имеющего выход в Интернет.
Использование сетевых технологий. Развитие компьютерной техники и средств связи обусловило появление и распространение вычислительных сетей. Школы и вузы имеют компьютерные классы и лаборатории, в которых ПК объединены в локальную сеть, допускающую выход в Интернет.
Совокупность ПК после их объединения в сеть приобретает качественно иные свойства, что значительно расширяет возможности пользователя. Использование общих информационных и аппаратных ресурсов позволяет изменить работу преподавателя и школьников. Учитель, сидя за головным компьютером, может обратиться по сети к ученику, сидящему за другим ПК, скачать файлы либо использовать его аппаратные ресурсы (накопитель, web-камера, сканер, принтер и так далее).
Связь между физикой и информатикой. Преподавание физики, в первую очередь электродинамики, связано с изучением вычислительной техники и современных технологий сбора, хранения, обработки и передачи информации. Это обусловлено объективными причинами: развитие компьютерной техники и средств телекоммуникации стало возможным как раз благодаря достижениям микроэлектроники, развитие которой опирается на физические законы. На примере этих устройств может быть показано значение физики для современной техники, ее роль в практической деятельности.
Рассмотрение различных вопросов школьного курса физики может сопровождаться ссылками на использование изучаемых явлений в устройствах сбора и обработки информации. Так, при изучении протекания электрического тока в различных средах дети знакомятся с полупроводниковыми приборами – диодами и транзисторами. Учителю следует сообщить о возможности построения различных электронных устройств: логических элементов, выполняющих операции И, ИЛИ, НЕ, генератора импульсов, вырабатывающего прямоугольные импульсы, триггера, способного находиться в двух устойчивых состояниях и запоминать 1 бит информации, и так далее. Ученики должны понимать, что на основе этих устройств могут быть созданы такие узлы ЭВМ, как регистр памяти, сумматор, арифметико-логическое устройство, оперативная память, шифратор и дешифратор и многое другое.
На уроке, посвященном принципу радиосвязи и передаче информации посредством электромагнитных волн, учитель может напомнить ребятам о современных достижениях в области телекоммуникации. Имеет смысл рассмотреть или упомянуть амплитудную, частотную и фазовую модуляции, принцип частотного и временного разделения канала связи, применение оптоволоконного кабеля для одновременной коммутации нескольких источников и потребителей информации и так далее. Примерами использования внешнего и внутреннего фотоэффекта служит работа лазерного принтера, сканера, фото- и видеокамеры, оптодатчиков. Изучение магнитных свойств вещества, явления остаточной намагниченности, электромагнитной индукции может сопровождаться рассмотрением работы магнитных запоминающих устройств.
Рассматривая технологии изготовления микросхем, учитель может напомнить, что большие и сверхбольшие интегральные схемы (БИС и СБИС) составляют элементную базу современных ЭВМ. Электронная промышленность продолжает развиваться в направлении уменьшения размеров транзисторов и увеличения плотности их размещения на кристалле. Это приводит к увеличению производительности процессора, росту тактовой частоты, снижению напряжения питания. Так, в 2003 году был освоен 90-нм технологический процесс, в 2005-м осуществлен переход на 65-нм технологию, в 2007-м внедрена 45-нм технология.
На уроке физики могут быть обсуждены перспективные направления развития компьютерной техники.
Молекулярные компьютеры. Еще в 1974 году компания IBM получила ротаксан – вещество, молекула которого обладает свойствами диода. Из нее можно сделать аналог транзистора, а из двух – аналог триггера. Переключения молекулы ротаксана из одного состояния в другое осуществляется с помощью света или слабого электрического поля. Тактовая частота процессора возрастет до 1 ТГц.
Биокомпьютеры. Классический пример – мозг человека. Применение в вычислительной технике биологических материалов делает возможным построение белковой памяти, а также создание биокомпьютера на ДНК. Он будет иметь малые размеры, высокое быстродействие, потреблять мало энергии и может служить частью живого организма.
Нейрокомпьютеры. Это вычислительная система, созданная на базе нейронных систем живого мира. Примером искусственной нейронной сети является перцептрон Розенблата. Нейрокомпьютерам присущи параллельность обработки информации, способность к обучению, распознаванию образов, установлению ассоциативных связей, высокая надежность.
Оптические компьютеры. Логические операции могут быть реализованы с помощью оптических элементов, что позволяет упростить работу оптических повторителей и усилителей оптоволоконных линий дальней связи. При этом используется явление оптической бистабильности: за счет нелинейности оптической среды возможны два стационарных состояния прошедшей световой волны, отличающихся интенсивностью и поляризацией. ЭВМ, используемые для передачи информации через оптоволокно, перейдут на оптическую основу, это позволит сохранять сигнал в световой форме и существенно повысить быстродействие.
Квантовые компьютеры. Квантовые вычислительные системы состоят из совокупности микрочастиц (атомов), способных переходить из одного энергетического состояния в другое. Это осуществляется за счет вынужденных переходов атомов под действием световых волн (фотонов) определенной частоты. Спонтанные переходы должны быть исключены. При этом могут быть реализованы все логические операции: И, ИЛИ, НЕ. Единицей информации является кубит (qubit, Quantum Bit). Двум значениям кубита 0 и 1 могут соответствовать основное и возбужденное состояния атома, различная ориентация спина атомного ядра, направление тока в сверхпроводящем кольце и т.д.
Роберт МАЙЕР, заведующий кафедрой дидактики физики и информационных технологий
Глазовского государственного педагогического института имени В.Г.Короленко
Выбор читателей
Комментарии