Методика организации учебной деятельности обучающихся средствами демонстрационного эксперимента

Дата добавления: 2014-11-24 | Просмотров: 1684

Процесс обучения физике начинается с постановки общей дидактической цели и предъявления различными способами учебного теоретического материала и его осознанного восприятия обучающимися, что предполагает обязательным образом использование демонстрационного эксперимента. Естественно, что демонстрационный эксперимент имеет свои сугубо специфические дидактические задачи, технологию и технику проведения, поэтому нам необходимо определить, каким образом осуществляется организацияучебной деятельности обучающихся при использовании демонстрационного эксперимента в процессе обучения физике.

Демонстрационный эксперимент представляет собой один из классов учебного эксперимента и составляет большую и чрезвычайно важную его часть. Под демонстрационным экспериментом мы понимаем воспроизведение объектов или явлений и связей между ними педагогом на демонстрационном столе с помощью специальных приборов. Демонстрационный эксперимент предназначен для одновременного восприятия демонстрируемых преподавателем объектов и явлений всеми обучающимися.

Роль демонстрационного эксперимента в процессе обучения физике состоит в том, что он, во-первых, выступает как источник информации об исследуемых объектах и явлениях и критерий их истинности, а, во-вторых, в его возможности организовать коллективную учебную деятельность обучающихся.

В процессе организации учебной деятельности обучающихся демонстрационный эксперимент занимает одно из основных мест в процессе обучения. В настоящее время, хотя лабораторный эксперимент и получил достаточное развитие в процессе обучения физике, но, безусловно, наряду с самостоятельным экспериментом обучающихся необходимо осуществлять демонстрационный эксперимент педагогом. И это необходимо делать, прежде всего, потому что при использовании учебного эксперимента нужно добиваться наибольшей их эффективности. А как показываетпрактика, в одних случаях наибольшая эффективность будет достигнута при применении демонстрационного эксперимента, а в других, наоборот, путем проведения обучающимися самостоятельных лабораторных экспериментов. Еще одна причина, которая ограничивает применение лабораторных работ и заставляет заменять их демонстрациями, заключается в наличии определенного, часто краткого времени для прохождения тех или иных тем курса или разделов физики. При этом лабораторный эксперимент обучающихся требует в рядеслучаев больше времени, чем демонстрационный эксперимент.

Разнообразие приемов и методов оживляет процесс обучения физике, делает его более гибким, не утомляет обучающихся. С этой точки зрения также важна смена демонстрационного эксперимента педагога экспериментами самих обучающихся и наоборот. Что отнести к самостоятельному эксперименту обучающихся, а что – к демонстрационному эксперименту, зависит от ряда имею­щихся условий: оборудования лабораторий, наличия технических и программных средств проведения учебного натурного и модельного эксперимента, развития интересов обучающихся и т.д. Поэтому задачей, стоящей перед учебным демонстрационным экспериментом, является максимальное содействие оптимизации процесса обучения физике в соответствии с требованиями развивающего обучения.

Естественно, что демонстрационный эксперимент не может быть подменен примерами из жизненных наблюдений обучающихся. Это обусловлено тем, что, во-первых, имеющийся багаж знаний и наблюдений неодинаков у всех обучающихся, вследствие чего они не могут являться основой для формирования нового знания, а во-вторых, то или иное явление или объект находятся в сложной взаимосвязи с другими побочными явлениями, которые воспроизводятся демонстрационным экспериментом с минимальным числом побочных факторов. Поэтому при проведении педагогом демонстрационного эксперимента обучающиеся имеют возможность непосредственно наблюдать особенности изучаемых объектов и явлений, выделять их существенные черты и т.д., что, в свою очередь, обеспечивает усвоение содержания нового учебного материала по физике.

Кроме того, что демонстрационный эксперимент играет важную роль в процессе усвоения обучающимися содержания новой информации, он выполняет незаменимую функцию в процессе приобретения нового опыта деятельности. Это связано с тем, что в процессе восприятия и осмысления демонстрационного эксперимента обучающиеся овладевают первоначальными знаниями, позволяющими наблюдать за объектами и явлениями, выдвигать гипотезы, планировать эксперимент, использовать различные технические и программные средства проведения эксперимента, проводить измерения, обрабатывать результаты измерений, устанавливать зависимости между величинами, делать выводы и т.д. Все это готовит обучающихся к дальнейшему использованию полученных новых знаний и нового опыта деятельности для проведения самостоятельного лабораторного эксперимента [138].

Следовательно, значение демонстрационного эксперимента в процессе организации учебной деятельности обучающихся заключается [122; 233]:

- в знакомстве обучающихся с экспериментальными методами познания, с ролью эксперимента в исследованиях по физике и, в конечном итоге, формировании научного мировоззрения;

- в формировании у обучающихся следующих видов опыта деятельности: наблюдать явления, выдвигать гипотезы, планировать эксперимент, проводить измерения, анализировать результаты, устанавливать зависимости между величинами, делать выводы и т.п.;

- в демонстрации объектов и явлений, систем и закономерностей, которые служат определяющими для понимания содержания темы или раздела физики;

- в иллюстрации типичных применений изучаемых явлений и объектов в различных областях техники и связи с окружающей жизнью, иными словами, обеспечивается выполнение дидактических принципов политехнизма и связи теории с практикой;

- в подготовке обучающихся к самостоятельному проведению лабораторного эксперимента.

Вследствие того, что любой демонстрационный эксперимент не является самостоятельным, независимым от изложения и составляет органическую часть изложения учебного материала, то каждый демонстрационный эксперимент должен ставиться вовремя, т.е. на том занятии, на котором разбирается тема, включающая и данный демонстрационный эксперимент, и при этом в определенной части занятия, когда необходимость в нем возникает в процессе беседы. С помощью демонстрационного эксперимента педагог организует учебную деятельность обучающихся при изучении объектов и явлений, закономерностей и связей между ними [97]. Из этого следует одно из главных правил проведения демонстрационного эксперимента в процессе организации учебной деятельности обучающихся: демонстрация должна быть органически связана с излагаемым теоретическим материалом, что, в частности, является одним из важнейших условий успешного формирования понятий. Действительно, если демонстрационный эксперимент проводится в отрыве от теоретического разбора темы или раздела, после ее прохождения, то в данном случае эффективность постановки демонстрационного эксперимента в значительной мере теряет свое значение, т.к. у обучающихся он вызывает значительно меньший интерес. При этом процесс обучения, несмотря на выполнение последующих демонстрационных экспериментов, все же носит словесный и «меловой» характер. Поэтому важно, чтобы демонстрационный эксперимент вытекал из самого изложения, а не являлся чисто механическим придатком, чтобы обучающимся была очевидна необходимость данного демонстрационного эксперимента, ясна его целевая установка. Поэтому демонстрационный эксперимент должен дать ответ на вопрос или на ряд вопросов, которые возникли в предшествующей беседе, и проводится динамически в процессе развивающегося изложения [97].

Немаловажным методическим вопросом является место демонстрационного эксперимента, являющегося органической частью занятий, при организации учебной деятельности обучающихся. Место демонстрационного эксперимента в первую очередь определяется выбранной педагогом технологии изложения информации о новом учебном материале.

Демонстрационный эксперимент в процессе организации учебной деятельности обучающихся может служить иллюстрацией положения или закона, обоснованного преподавателем теоретически. Демонстрационный эксперимент при этом является завершающим звеном в изучении той или иной темы или раздела. Так, с одной стороны, при эвристическом методе в большинстве случаев беседа педагога должна подвести обучающихся к постановке вопроса, ответ на который дает намеченный демонстрационный эксперимент. С другой стороны, в ряде случаев, когда раскрывается сущность различных закономерностей, демонстрационный эксперимент ставят после теоретического его разъяснения. В этом случае он выступает как качественная иллюстрация изложенной педагогом закономерности.

Несомненно, демонстрационный эксперимент, выступающий завершающим звеном в изучении темы, будет иметь место в процессе обучения физике. Однако использование демонстрационного эксперимента только для иллюстрации теоретических положений нельзя отнести к организации поиска, т.к. такое применение демонстрационного экспе­римента недостаточно полно развивает самостоятельную учебную деятельность обучающихся, не обеспечивает создание условий для ее развития. Для организации самостоятельной учебной деятельности обучающихся необходимо создать условия для наблюдения, сравнения, сопоставления, обобщения и вывода. Такие условия могут быть созданы и при использовании демонстрационного эксперимента как источника для создания проблемных ситуаций и как средства для формирования понятий, законов, теории, что, по нашему мнению, является основным значением демонстрационного эксперимента в процессе изложения нового материала при обучении физике. В этом случае, педагог, ставя перед обучающимися определенные проблемы, опытно их исследует при активном участии последних, заставляя их продумывать каждый шаг, каждую деталь [97].

Выдвижение проблемы при обучении физике может быть осуществлено различными путями: решением задач, постановкой вопросов проблемного характера, постановкой демонстрационного эксперимента.

Под проблемной ситуацией в обучении понимают субъективное психологическое состояние обучающегося, в основе которого лежит интеллектуальное затруднение в совокупности со стремлением разрешить его. Это стремление основано на ощущении возмож­ности найти ответ собственными силами, на эмоциональном напряжении и/или осознании значимости получения новых знаний. Интеллектуальное затруднение возникает при несоответствии структуры имеющихся у обучающегося на данном этапе обучения представлений, знаний и опыта деятельности тем, которые необходимы для объяс­нения какого-то явления или освоения нового действия.

В ряде пособий, где затрагиваются вопросы использования учебного эксперимента для создания проблемных ситуаций [137, 234 и др.], широко применяется типология проблемных ситуаций, разработанная Т.В. Кудрявцевым. По степени указанного выше несоответствия выделяются следующие усло­вия возникновения проблемных ситуаций.

1. Несоответствие имеющихся знаний с теми, которые требуются для решения возникшей познавательной задачи.

2. Несоответствие между теоретически возможным путем решения проблемы и ее практической неосуществимостью, а также между практически достигнутым результатом и отсутствием теоретического обоснования.

3. Противоречие между многообразием сложившихся систем знаний и необходимостью выбора одной из них.

4. Противоречие между сложившимися способами использования знаний и необходимостью применять их в новых условиях.

5. Противоречие между статическим характером технической схемы и необходимостью представить по ней динамику работы изображенного устройства.

6. Несоответствие сложившегося представления о внешнем виде принципиальной схемы и многообразием конструктивных решений технического устройства.

Проблемная ситуация должна быть такой, чтобы ее решение ориентировало обучающихся на их собственную активную учебную исследовательскую деятельность. Вопросы, которые она вызывает, должны быть значимыми для обучающихся, т.е. быть обращены к интересам и прошлому опыту или основываться на реально наблюдаемых явлениях или объектах. Некоторые из этих явлений могут быть воспроизведены с помощью демонстрационного эксперимента [122].

Осознание и самостоятельное или под руководством педагога преодоление проблемной ситуации является важным элементом в учебной деятельности обучающихся, который можно эффективно развивать с помощью демонстрационного эксперимента. Такие опыты превращают изложение информации в образец решения вопроса той или иной темы или раздела с помощью учебного эксперимента [232].

Проблемный опыт – это такой учебный демонстрационный эксперимент, который обнаруживает несоответствие между имеющимися у обучающихся знаниями, опытом деятельности и теми требованиями, которые выдвигаются при решении новых познавательных задач.

При проблемном подходе учебная проблема ставится перед началом изучения или обобщения темы, вопроса [234]. Проблемный опыт не может демонстрироваться в процессе изложения темы или в конце ее, когда этот вопрос уже разрешается.

Проблемные опыты отличаются от остальных не только местом в учебном процессе, но и содержанием и их трактовкой. Необходимо отметить, что речь идет не о каких-то сложных экспериментах, требующих специального оборудования, условий для проведения и особых экспериментальных умений обучающего. Проблемные демонстрационные эксперименты в большинстве случаев не являются оригинальным и проводятся на обычном оборудовании, имеющимся в лаборатории, хотя содержание, место в учебном процессе и методика их постановки являются принципиально отличными от традиционных демонстраций.

Объяснение проблемных опытов не может быть догматическим, т.к. обучающийся поставлен в ситуацию затруднения и ему предлагается самостоятельно дать ответ на вопрос о наблюдаемом объекте или явлении и, не находя его в полной мере, получать ответ при личном активном участии в процессе последующего рассмотрения этого вопроса на занятии при соответствующей организации педагога. Отсюда следует также и то, что демонстрационные эксперименты не имеют самостоятельного значения в усвоении учебного материала, а лишь подготавливают благоприятные условия для всего учебного процесса в целом.

Значение проблемных опытов в процессе организации учебной деятельности обучающихся заключается в следующем:

1. Использование в ряде случаев демонстрационного эксперимента в форме постановки очередных учебных проблем способствует развитию и тренировке логического мышления, воспитывает у обучающихся не технику запоминания, а научное воображение.

2. Выдвижение «проблемы» путем постановки демонстрационного эксперимента вызывает интерес у обучающихся, способствует активизации учебного процесса и развитию внимания и наблюдательности.

3. При постановке опытов, в которых ставится перед обучающимися определенный вопрос, проблема, каждое занятие получает практическое, осмысленное для них значение, создает мотивы обучения, а последующее решение вопроса доставляет им удовольствие.

4. Показ демонстрационного эксперимента перед объяснением позволяет подвести обучающихся от наблюдений за опытом сначала к некоторым самостоятельным несложным выводам, а затем и к более широким теоретическим обобщениям.

Требования к постановке учебного эксперимента, должны выполняться и при демонстрации проблемных опытов, однако имеется ряд специфических требований, предъявляемых к ним:

1. Содержание проблемных демонстрационных экспериментов должно быть таким, чтобы в самом эксперименте не было подсказывающих моментов, и содержание опыта было построено на известных уже обучающимся знаниях о явлениях, объектах и закономерностях, изученных ими ранее. Оно должно создать опорный образ для обучающихся, который окажет впечатляющее действие на весь последующий процесс усвоения материала.

2. Проблемные демонстрационные эксперименты чаще всего ставятся в начале изучения нового раздела, темы и даже отдельного вопроса темы. В этом случае они концентрируют внимание всей аудитории на предстоящем изучении нового материала, вызывают интерес к изложению, заставляют обдумывать наблюдаемое явление и поддерживают активное восприятие учебного материала в течение изучения всей темы или раздела.

3. В большинстве случаев демонстрации проблемного опыта должен предшествовать другой демонстрационный эксперимент, легко объяснимый обучающимися на основе имеющихся у них знаний и опыта деятельности. Затем демонстрируется проблемный опыт, который вызывает у обучающихся недоумение и даже удивление, т.к. наблюдаемое явление не согласуется с их сложившимися представлениями, а поэтому данный опыт является постоянным возбудителем любознательности.

Зачастую при постановке проблемных опытов целесообразно задавать обучающимся наводящие вопросы, которые в дальнейшем помогут им разрешить возникшую перед ними проблему.

В учебном демонстрационном эксперименте далеко не все сигналы, выдаваемые экспериментальной установкой, имеют одинаковую методическую ценность в данных условиях опыта. Зачастую бывает трудно выделить из огромного числа информации ту, которая является существенной для наблюдения. Поэтому при создании проблемного демонстрационного эксперимента необходимо отобрать те демонстрации, которые бы отвечали требованиям проблемного подхода в обучении. Процесс конструирования проблемного демонстрационного эксперимента, как правило, состоит из трех этапов. Первый этап должен быть посвящен созданию проблемной ситуации. Второй этап связан с дидактической оценкой учебного эксперимента – выполнением дидактических принципов учебного эксперимента (доступность, наглядность и т.д.). Третий этап должен выявить методическую ценность опыта, рассматриваемого как проблемного. Если постановка демонстрационного эксперимента будет осуществляться в проблемном плане, то необходимо продумать, каким путем предполагается раскрывать поставленную проблему: эвристическим, поисковым или исследовательским. Рассмотрим этапы конструирования проблемного демонстрационного эксперимента более подробно [235].

На первом этапе с помощью демонстрационного эксперимента создается ситуация затруднения. В психологическом аспекте она выражается в возникновении противоречия между знаниями, которые обучающиеся уже имеют, и знаниями, которые им предстоит приобрести. Необходимо отметить, что способность видеть проблему не является чем-то заведомо более легким или менее важным по сравнению с решением проблемы, которая уже поставлена. Мастерство педагога как раз и состоит в умении обнаружить противоречивость наблюдаемого явления или объекта с имеющимися у обучающихся знаниями и опытом деятельности и на этой основе создать проблемную ситуацию. Для этого необходимо провести тщательный анализ учебного материала, включая учебный эксперимент, с точки зрения его содержания, логической структуры, особенностей его усвоения обучающимися. Данный анализ позволит увидеть проблему и создать проблемный демонстрационный эксперимент.

Второй этап создания проблемного демонстрационного эксперимента предусматривает учет дидактических условий, которые предъявляются к его содержанию: возникшая на основе проведенного демонстрационного эксперимента проблемная ситуация должна создавать не только противоречие, но также и потенциальную возможность его снятия, иными словами, содержание проблемного демонстрационного эксперимента обязано быть доступным для понимания учебной проблемы обучающимися.

Третий этап конструирования проблемного демонстрационного эксперимента решает вопрос о конкретном его месте в процессе изучения обучающимися того или иного раздела или темы физики. В данном случае проблемный демонстрационный эксперимент может ставиться либо перед изложением нового материала, либо в начале обобщения изучаемого теоретического материала. В любом из этих случаев необходимо соблюсти главное требование, предъявляемое к проблемному демонстрационному эксперименту, а именно: создавать ситуацию затруднения. При этом проблемный демонстрационный эксперимент концентрирует внимание обучающихся на предстоящем объяснении нового материала или обобщении старого, вызывает интерес к изложению, поддерживают активное восприятие учебного материала. Кроме того, необходимым является требование о содержании и количестве демонстрационных экспериментов, предваряющих проблемный демонстрационный эксперимент, которые позволят обучающимся легче и глубже понять содержание последнего [235].

Кроме того, демонстрационные эксперименты используются также для постановки экспериментальных задач, при опросе обучающихся и повторении учебного материала.

Повторно проводимые опыты позволяют обучающимся ярче воспроизвести в памяти ранее изученный материал, глубже вникнуть в сущность изучаемых объектов или, подметить ранее ускользнувшие от внимания их черты и свойства.

Наконец, в некоторых случаях педагогически целесообразно показывать на занятии один и тот же демонстрационный эксперимент дважды: один раз перед началом в целях создания определенной проблемной ситуации, а затем второй раз – после объяснения преподавателя [138].

Таким образом, демонстрационный эксперимент обладает большими учебными возможностями в процессе организации учебной деятельности обучающихся и является важным резервом повышения качества знаний, приобретения нового опыта деятельности и усиливает его роль в процессе обучения физике. Демонстрационный эксперимент может использоваться при обучении физике для решения следующих дидактических задач [233]: мотивации изучения нового материала; выдвижение познавательной задачи; создания проблемной ситуации; проверки гипотезы; получения индуктивного вывода; проверки дедуктивного вывода (теоретического предсказания, выведения следствия и т.п.); иллюстрации объяснения преподавателя.

Педагогической эффективностью любого демонстрационного эксперимента, иными словами, наиболее полного восприятия и осмысления его обучающимися можно достичь только при определенной технологии его проведения. В свою очередь, технология проведения демонстрационных экспериментов непременным образом связана с технологией обучения вообще. Поэтому дидактические принципы, положенные в основу технологий обучения физике, относятся и к технологии проведения демонстрационных экспериментов. Во-первых, это общие дидактические требования к учебному эксперименту, которые, естественно, выполняются и при проведении демонстрационного эксперимента. Кроме общих дидактических принципов, к демонстрационному эксперименту также предъявляется и ряд частных дидактических требований, характерных только для него: соблюдение правил техники безопасности; наглядности; видимости; выразительности иэмоциональности; занимательности; надежности; кратковременности; убедительности и повторностиучебного демонстрационного эксперимента [более подробно см. 27, 97, 122, 138, 172, 233, 235, 259].

Следовательно, как учебный материал подвергается дидактической обработке, так и демонстрационный эксперимент должны быть подвергнуты дидактическому анализу. Это значит, что на каждом этапе проработки занятия, темы или раздела демонстрационные эксперименты подбираются в таком количестве, такого содержания и так должны быть взаимосвязаны между собой, чтобы в максимальной степени способствовать пониманию и уяснению изучаемого материала, соответствовать темпу изложения материала, дидактическим принципам обучения и частным дидактическим требованиям, предъявляемым к демонстрационному эксперименту. Зачастую из большого числа демонстрационных экспериментов по изучаемому вопросу следует отобрать ограниченное количество в соответствии с дидактическими требованиями и проводить их в последовательности, отвечающей принципу систематичности и научности. Последовательность проведения демонстрационных экспериментов должна быть такой, чтобы демонстрации в соответствии с объяснением теоретического материала могли усложняться, развиваться и быть взаимосвязанными. Из-за этого демонстрационные эксперименты могут быть разбиты на следующие группы:

1. Пропедевтический демонстрационный эксперимент, подводящий обучающихся к пониманию проблемы занятия, темы или раздела.

2. Проблемный демонстрационный эксперимент, который уже не может быть объяснен на основании знаний, имеющихся у обучающихся, а поэтому вызывает интерес к предстоящему объяснению, повышает активизацию учебной деятельности обучающихся.

3. Демонстрационный эксперимент для выявления сущности явления.

4. Демонстрационный эксперимент, посвященный использованию изучаемого явления или объекта в быту, на производстве, техническому применению.

5. Демонстрационный эксперимент для закрепления и углубления обучающимися изучаемого материала, в процессе которого иллюстрируются более сложные объекты или явления [235].

Деятельность педагога при подготовке и проведению демонстрационного эксперимента включает в себя следующие этапы:

1. Подготовка к проведению демонстрационного эксперимента.

2. Проведение демонстрационного эксперимента.

3. Связь демонстрационного эксперимента с изучаемым материалом и произнесенными при этом словами педагога.

4. Заключительный этап работы с демонстрационной установкой или прибором.

Конечно, в эти этапы не вошли те элементы, которые связаны с самой деятельностью педагога, т.к. он должен думать не только о познавательном эффекте, но и об эстетической стороне своей деятельности, иными словами, должен правильно стоять, разумно действовать руками, представлять определенный интерес сам как личность. Всю эту совокупность действий и следует называть технологией проведения демонстрационного эксперимента[122; 233].

Мы не будем рассматривать этапы классической деятельности педагога при подготовке и проведении демонстрационного эксперимента, подробно изложенные в ряде публикаций [27, 97, 122, 138, 172, 233, 235, 259], а исследуем более подробно использование современных средств обучения, с помощью которых осуществляется организация учебной деятельности обучающихся при проведении демонстрационного эксперимента по физике.

Необходимо отметить, что в настоящее время деятельность педагога при подготовке и проведении демонстрационного эксперимента должна обязательным образом строится с учетом использование компьютеризированной системы средств обучения (рис. 12), главной частью которой является персональный компьютер.

В процессе постановки общей дидактической цели можно выделить развитие мотивационно-ценностной сферы личности обучающегося, его убеждений, интересов и направленности качеств личности в целом. Персональный компьютер и средства информационных технологий, включенные в состав учебного демонстрационного оборудования, будут способствовать повышению интереса обучающихся к изучению физике, стимулируя более глубокое их изучение, а также познание объектов и явлений.

При постановке общей дидактической цели и предъявлении учебного теоретического материала, как отмечает В.В. Лаптев [124], характерно устное изложение системы знаний во взаимодействии с наглядностью и демонстрационным экспериментом, раскрытие признаков понятий и связей между ними, закономерностей явлений и процессов, их практическое применение. Именно здесь обучающимся предоставляется возможность видеть реальную цель обучения физике, использование приобретаемых знаний и опыта деятельности на практике, потому что в противном случае их учебная деятельность снижается, трудности, недопонимание порождают формализм в знаниях, оторванность их от явлений окружающей действительности. Чтобы преодолеть формализм в знаниях обучающихся в процессе постановки общей дидактической цели и предъявления учебного теоретического материала, необходимо повысить наглядность изучаемого теоретического материала, показать его практическое применение. Это, естественно, невозможно показать педагогу с мелом у доски, сколько бы на это ни было затрачено времени. Поэтому при постановке общей дидактической цели и предъявлении учебного теоретического материала необходимо одновременное воздействие на органы чувств обучающихся визуальной, звуковой и сенсомоторной информации для более эффективного представления теоретического материала, что в настоящее время невозможно осуществить без внедрения в систему обучения физике персонального компьютера и средств информационных и телекоммуникационных технологий.

В данном случае удобно использовать персональный компьютер с характерными для него наглядными средствами представления теоретического и экспериментального материала для проведения педагогом демонстрационного эксперимента, дополнения сообщаемой им информации различного рода справочными данными, которые могут храниться в управляемой компьютером базе данных.

Однако, как показал проведенный анализ, применение отдельных технических средств, пусть даже одного из совершенных – персонального компьютера, не решает данной проблемы. Для современного представления информации при изложении учебного теоретического материала и проведении педагогом демонстрационного эксперимента необходима современная система средств обучения.

Представленная на рис. 12 компьютеризированная система средств обучения для постановки общей дидактической цели и предъявления учебного теоретического материала позволяет представить аудитории информацию не только с бумаги, магнитных, оптических дисков, информационных сетей, но, что самое главное, проводить принципиально новые по своим информационным и наглядным функциям демонстрационные эксперименты по физике.

Для этой цели, несмотря на широкие возможности мультимедиа-компьютера, одних только его возможностей недостаточно. Для повышения информативности и наглядности демонстрационного эксперимента в состав компьютеризированной системы средств обучения для постановки общей дидактической цели и предъявления учебного теоретического материала необходимы мультимедиа-проектор, демонстрационный телевизор и другие технические средства, позволяющие развить мотивационно-ценностную сферу личности обучающихся.

Исследование быстропротекающих процессов и явлений, которые педагог демонстрирует на демонстрационном столе с помощью цифровой или документ видеокамеры, телемикроскопа непосредственно через ПК, мультимедиа-проектор или плату ТВ-тюнера выводится, как и всякая другая информация, на экран или интерактивную доску. Использование последней в данном случае предпочтительней, поскольку она позволяет педагогу прямо на доске проводить дополнительную коррекцию излагаемого теоретического материала, совершенно не прибегая к меловой доске. В этом случае вся информация, внесенная педагогом на интерактивной доске, может быть сохранена в электронном виде. Аудиоинформация выводится через звуковые колонки.

В составе представленной на рис. 12 системы средств обучения обязательным образом присутствуют схемы, графики, диаграммы, планы на бумажной основе. Их можно продемонстрировать всем обучающимся через цифровую видеокамеру или документ-камеру, но удобнее их заранее перевести на оптические носители, с которых и осуществлять показ во время изложения теоретического материала, а дорисовки и необходимые изменения проводить непосредственно на интерактивной доске.

Кроме того, необходимо в процессе постановки общей дидактической цели и предъявления учебного теоретического материала иметь конспекты лекций на магнитных или оптических дисках, дополнительные мультимедиа-пособия (в виде мультимедиа-энциклопедий, мультимедиа-журналов), компьютеризированные учебно-методические комплексы, видео- и аудиозаписи на магнитных и оптических дисках. Желательно, чтобы персональный компьютер лекционной аудитории был подключен к локальной сети и глобальной сети Интернет.

Излагаемый теоретический материал может быть существенно расширен фото- и видеофрагментами, представляемыми аудитории с магнитных и оптических носителей информации.

Для проведения педагогом демонстрационного эксперимента в процессе обучения физике с использованием компьютеризированной системы средств обучения в ней представлены средства обучения группы натуральных объектов, необходимые для демонстраций: оборудование для проведения демонстрационного эксперимента (см. рис. 14), вспомогательное оборудование, технические приспособления. Кроме того, обязательно наличие материальных моделей, предназначенных для воспроизведения структуры реального объекта или явления, которые необходимы, например, для демонстрации принципа действия различных машин и технических устройств.

В процессе выполнения демонстрационного эксперимента педагог осуществляет показ реальных явлений и объектов, осуществляет обработку и демонстрацию его результатов в реальном времени, проводит модельный эксперимент над материальными моделями и компьютерный модельный эксперимент, отражающие цель изучаемого теоретического материала.

Проведение демонстрационного эксперимента с использованием персонального компьютера позволяет педагогу выполнять перед всей аудиторией натурный и модельный эксперимент, проводить диалог со всеми обучающимися, вмешиваться в процесс его протекания.

В настоящее время заключительной частью этапа подготовки педагога к проведению демонстрационного эксперимента должен быть процесс записи подготовленной демонстрации с помощью цифровой и/или документ видеокамеры на жесткий диск персонального компьютера или цифровой фотокамеры на flash карту (CF, SD, MMC, MemoryStick, xD-Picture и др.) с последующим переносом информации в ПК. Полученная цифровая запись, а также результаты измерений в виде графиков зависимостей затем записываются на CD или DVD-диск, и осуществляется их демонстрация в процессе излагаемого теоретического материала.

Преимущества такой подготовки и последующей записи видеофрагментов демонстрационного эксперимента заключаются в том, что, во-первых, для такой демонстрации необходимо единожды сконструировать и/или собрать демонстрационную установку, зачастую содержащую такие элементы, которые необходимо каждый раз готовить при постановке демонстрационного эксперимента; во-вторых, может быть предварительно записан и затем на занятиях показан демонстрационный эксперимент, в котором используется дорогостоящее оборудование, реальный эксперимент опасен для здоровья обучающихся или недоступен для проведения в рамках учебного демонстрационного эксперимента, высокая трудоемкость и продолжительность выполнения натурного демонстрационного эксперимента; в-третьих, решается проблема с недостаточной материально-технической оснащенностью оборудованием для проведения демонстрационного эксперимента, поскольку все записанные видеофрагменты могут быть помещены на web-страницах в сети Internet и доступны для скачивания любому пользователю; в-четвертых, видеофрагмент демонстрационного эксперимента записан в цифровом виде на оптических дисках (CD или DVD), которые имеют только гарантийный срок хранения десятки лет.

Помимо записи видеофрагментов учебного натурного демонстрационного эксперимента можно записать видеофрагменты компьютерного модельного эксперимента с применением программ Camtasia Studio и uvScreenCamera, что позволяет с помощью предварительной обработки и монтажа обеспечить соотношение и взаимное дополнение натурного и модельного эксперимента в процессе обучения физике. Сначала проводится демонстрация записи фрагмента демонстрационного натурного эксперимента и если его результаты являются «неудовлетворительными» (или его вообще невозможно осуществить), педагог демонстрирует видеофрагмент построения модели (материальной или идеальной) и выполняет все этапы модельного эксперимента. Затем, перенося результаты модельного эксперимента непосредственно на реальный объект или явление, с их учетом демонстрирует видеофрагмент демонстрационного натурного эксперимента.

Демонстрация записанного в цифровом виде демонстрационного эксперимента (натурного и/или модельного) естественным образом обеспечивает реализацию частных дидактических требований, предъявляемых к демонстрационному эксперименту.

Требование видимости демонстрационного эксперимента реализуется посредством проецирования записанного видеофрагмента демонстрационного эксперимента с персонального компьютера на мультимедиа-проектор или интерактивную доску. При этом всем обучающимся будут видны все детали демонстрации, ее различные аспекты, части демонстрационной установки и т.п., что зачастую не удается обеспечить при реальной демонстрации. Выполнение принципа наглядности с применением видеофрагментов демонстрационного эксперимента обеспечивает ясную и понятную его постановку. Это требует тщательной подготовки демонстрационного эксперимента: педагог в демонстрационной установке удаляет или скрывает не столь существенные детали в демонстрационной установке как до записи, так и во время ее, из нескольких записанных демонстрационных экспериментов выбирает такой вариант, который будет легче всего понят обучающимися. При исследовании быстропротекающих процессов и явлений выполнение таких демонстрационных экспериментов затруднено, но их запись и последующая обработка позволяет уменьшить скорость воспроизведения и осуществить покадровую подачу записанной информации, что невозможно в реальной демонстрации. В свою очередь, запись демонстрационных экспериментов при исследовании медленнопротекающих явлений и процессов позволяет путем предварительной обработки и монтажа демонстрировать их в цифровом виде в режиме реального времени или с увеличением скорости воспроизведение, что ранее было недоступно.

Соблюдение принципа надежности с использованием видеофрагментов записи демонстрационного эксперимента обеспечивается многократным повторением и записью демонстрационного эксперимента до достижения положительного результата. Подразумевая под надежностью демонстрации тот факт, что каждый проводимый педагогом демонстрационный эксперимент должен удаваться, в случае, если при записи демонстрационный эксперимент у педагога не удался, он может остановить запись и/или продолжить его заново до тех пор, пока не получит необходимый положительный результат. Затем он может просмотреть записанный демонстрационный эксперимент на персональном компьютере и в том случае, если результаты будут неудовлетворительны, записать его вновь полностью или частично с последующим монтажом. При демонстрации такой записи на занятии у педагога демонстрационный эксперимент будет всегда удаваться, и он не будет терять авторитет у обучающихся как в случае с неудавшимися реальными демонстрациями, что бывает даже и у опытных демонстраторов.

Выполнение принципа кратковременности демонстрации усиливается с применением записей видеофрагментов демонстрационного эксперимента. Заранее записанная, строго хронометрированная демонстрация, обеспечивает, с одной стороны, возможность не занимать на занятии много времени, а с другой, правильная постановка и запись демонстрационного эксперимента обеспечит показ демонстрационного эксперимента столько времени, сколько требуется для обеспечения эффективного усвоения знаний обучающимися.

Использование видеофрагментов записи демонстрационного эксперимента усиливает выполнение требования повторности демонстрационного эксперимента. Созданный видеофрагмент, в отличие от демонстрационной установки, надежно застрахован от каких-либо изменений в конструкции и/или соединительных частях даже в течение одного занятия, поэтому повторная демонстрация не требует дополнительной проверки демонстрационной установки и может быть осуществлена неограниченное количество раз, что подтверждает закономерность наблюдаемого объекта или явления.

Требования соблюдения правил техники безопасности, выразительности, эмоциональности, занимательности и убедительности должны реализовываться независимо от вида представляемой информации – натурный демонстрационный эксперимент, цифровая запись демонстрационного эксперимента или демонстрационный компьютерный модельный эксперимент.

Одним из наглядных способов постановки общей дидактической цели и предъявления учебного теоретического материала в процессе организации учебной деятельности обучающихся с использованием компьютеризированной системы средств обучения является применение предварительно созданных педагогом презентаций демонстрационного эксперимента с помощью программного средства Microsoft PowerPoint.

Презентация проведения демонстрационного эксперимента в процессе обучения физике, выполненная с помощью программы Microsoft PowerPoint, состоит из следующих слайдов:

1. Название демонстрационного эксперимента.

2. Цель демонстрационного эксперимента.

3. Теоретические сведения об изучаемом явлении или объекте (при иллюстративном типе).

4. Проблема демонстрационного эксперимента.

5. Принципиальная схема демонстрационной установки.

6. Технические и программные средства проведения демонстрационного эксперимента.

7. Техника демонстрационного эксперимента (монтаж демонстрационной установки).

8. Подготовка компьютерной лаборатории или программного средства компьютерного модельного эксперимента к работе (если проводится компьютеризированный или компьютерный эксперимент).

9. Порядок проведения демонстрационного эксперимента.

10. Постановка вопросов перед обучающимися о наблюдаемом объекте или явлении.

11. Результаты демонстрационного эксперимента (вычисления и анализ).

12. Интерпретация результатов демонстрационного эксперимента.

13. Постановка перед обучающимися экспериментальных задач.

14. Выводы.

При проведении педагогом демонстрационного эксперимента использование презентации демонстрационного эксперимента обеспечивает реализацию: ­покадровой подачи материала; ­поддержки технологии вставки и внедрения объектов (рисунков, видео, аудио, диаграмм, формул, документов и др.); поддержки технологии гиперссылок (как внутри документа, так и внешних); анимации любого элемента презентации; вызова внешних программных средств; публикации презентации в Internet или в Intranet, распространения презентации по сети в реальном времени; ­разделенных презентаций на сетевых конференциях.

Данные возможности, реализуемые программой Microsoft PowerPoint, позволяют включать в состав презентаций демонстрационного эксперимента следующие объекты:

Ø видеофрагменты, непосредственно транслирующиеся с помощью цифровой или документ видеокамеры, цифрового микроскопа с демонстрационного стола или записанные заранее;

Ø программные средства компьютерного моделирования для проведения компьютерного модельного эксперимента;

Ø программные средства для обработки результатов демонстрационного эксперимента, поступающих от датчиков физико-химических величин, для выполнения компьютеризированного эксперимента.

Использование презентаций при проведении демонстрационного эксперимента при постановке общей дидактической цели и предъявлении учебного теоретического материала в процессе обучения физике обеспечивает:

§ последовательность и систематичность изложения учебного материала при выполнении педагогом демонстрационного эксперимента;

§ визуализацию информации (ход протекания, результаты и пр.) об исследуемом в демонстрационном эксперименте явлении или объекте;

§ возможность варьирования сложности учебного материала;

§ повышение информативности, видимости и наглядности демонстрационного эксперимента.

При проведении демонстрационного эксперимента использование презентаций, подготовленных в программе Microsoft PowerPoint, позволяет спланировать занятие с точностью до секунды, что немаловажно вследствие того, что на занятиях дорога каждая секунда.

Реализация полиэкранной функции, содержащейся в современных мультимедиа-проекторах и интерактивных досках, позволяет на экране получать как минимум два окна, в которых одновременно могут быть отражены следующие объекты:

· презентация демонстрационного эксперимента Microsoft PowerPoint и видеофрагмент протекания явления или процесса с помощью цифровой или документ видеокамеры, телемикроскопа;

· презентация демонстрационного эксперимента Microsoft PowerPoint и измерение физико-химических величин интерфейсным блоком и датчиками физико-химических величин (компьютеризированный эксперимент);

· презентация демонстрационного эксперимента Microsoft PowerPoint и проведение компьютерного модельного эксперимента;

· измерение физико-химических величин интерфейсным блоком и датчиками физико-химических величин (компьютеризированный эксперимент) и проведение компьютерного модельного эксперимента;

· видеофрагмент протекания явления или процесса с помощью цифровой или документ видеокамеры, телемикроскопа и его измерение интерфейсным блоком и датчиками физико-химических величин (компьютеризированный эксперимент);

· видеофрагмент протекания явления или процесса с помощью цифровой или документ видеокамеры, цифрового микроскопа и проведение компьютерного модельного эксперимента.

По нашему мнению, для более эффективного применения полиэкранной функции, реализуемой в мультимедиа-проекторах и интерактивных досках, необходимо на экране реализовывать два окна. Это, главным образом, связано с тем, что внимание обучающихся при наличии трех и более окон рассеивается, они не успевают следить за состоянием каждого из них. Применение же двух окон на экране обеспечивает более глубокое понимание обучающимися наблюдаемого явления или объекта.

Применение функции полиэкрана в процессе обучения физике с использованием представленной компьютеризированной системы средств обучения лекционной аудитории позволяет повысить информативность, видимость и наглядность демонстрационного эксперимента.

Возможности современных телекоммуникационных сетей, в частности глобальной сети Internet, обеспечивают возможность во время изложения теоретического материала пользоваться базой данных не только персонального компьютера, с которым работает педагог, но и любой базой данных, получаемой по сети. Все это позволяет обучающимся воспринимать разностороннюю информацию рассматриваемого теоретического материала, что положительно сказывается на ее осознанном восприятии.

От педагога такой процесс постановки общей дидактической цели и предъявления учебного теоретического материала требует не только большей методической проработки представляемого материала, но и грамотного владения персональным компьютером и всей компьютеризированной системой средств обучения.

Использование компьютеризированной системы средств обучения в процессе проведения демонстрационного эксперимента при постановке общей дидактической цели и предъявлении учебного теоретического материала позволяет реализовать ряд функций персонального компьютера.

При проведении демонстрационного эксперимента в процессе обучения физике, если производятся измерения физико-химических величин, то к персональному компьютеру подключается интерфейсный блок и датчики различных физико-химических величин. Результаты измерений такого компьютеризированного демонстрационного эксперимента в реальном масштабе времени представляются через мультимедиа-проектор (или демонстрационный телевизор) на экран, на котором выстраивается график исследуемой зависимости и проводится его анализ. В процессе проведения такого компьютеризированного демонстрационного эксперимента реализуется измерительная функция персонального компьютера.

В том случае, если проведение натурного демонстрационного эксперимента по исследованию и познанию объекта-оригинала или реальной системы невозможно в силу ряда объективных и субъективных причин, то педагогом (зачастую совместно с обучающимися) принимается решение о проведении демонстрационного эксперимента над моделью познаваемого реального объекта или явления. В данном случае выполняется моделирующая функция персонального компьютера.

Вторым этапом технологии проведения демонстрационного эксперимента в процессе организации учебной деятельности обучающихся является непосредственное проведение демонстрационного эксперимента. Необходимо отметить, что в этот этап непременным образом включен сразу и третий этап технологии проведения демонстрационного эксперимента – связь демонстрационного эксперимента с изучаемым материалом и произнесенными при этом словами педагога. Несмотря на то, что это совершенно разные этапы, необходимо отметить, что они тесно связаны друг с другом, и исследование технологии проведения демонстрационного эксперимента невозможно без их совместного рассмотрения.

Технология проведения демонстрационного эксперимента предполагает определение этапов этой работы, которые должны следовать один за другим и при их правильном выполнении привести к запланированному конечному результату.

Термин «демонстрационный эксперимент», подчеркивающий визуальное воздействие этого метода, не означает, однако, что педагог будет только лишь иллюстрировать те или иные явления или объекты, оставляя обучающимся роль пассивных наблюдателей. Учебная деятельность последних при проведении демонстрационного эксперимента обязательно должна быть специально организована. Кроме того, используя демонстрационный эксперимент, педагог может не только просто показать те или иные объекты или явления, но, например, поставить и решить с обучающимися экспериментальную задачу или организовать проблемную ситуацию [97].

Любая педагогическая система призвана обеспечить активную учебную деятельность обучающихся, без которой невозможно ни воспитание, ни развитие, ни обучение. Информация, накопленная человечеством, не может быть передана обучающимся при пассивном созерцании, в готовом виде, а в процессе проведения демонстрационного эксперимента может быть усвоена обучающимися лишь в результате собственной учебной деятельности, в данном случае – с помощью наблюдения и эксперимента. Успешное приобретение новых теоретических знаний и нового опыта деятельности обучающихся зависит от целенаправленности и активности их самостоятельной учебной деятельности.

Обеспечить указанные условия и реализовать активные методы без использования в учебном процессе компьютеризированной системы средств обучения не представляется возможным. Традиционно средства обучения рассматривались лишь как условие взаимодействия педагога и обучающихся, реализации того или иного метода обучения. Однако это могло бы быть, если бы структура педагогической системы была линейной, как ее иногда представляют, и педагог располагался бы между информацией и средствами обучения, но это невозможно по нескольким причинам. Прежде всего, он сам приобретает знание, воспринимая информацию через средства обучения. Реализуя педагогическую технологию, необходимо обеспечить условия совместной деятельности для педагога и обучающихся при проведении демонстрационного эксперимента (натурного и/или модельного), а это возможно лишь при равных их условиях доступа к средствам обучения и информации. В данном случае при проведении демонстрационного эксперимента информация об изучаемом явлении или объекте непременным образом будет восприниматься обучающимися через компьютеризированную систему средства обучения.

Необходимо также отметить, что очень важную роль в процессе проведения демонстрационного эксперимента играет интерактивность, т.е. взаимодействие между педагогом и обучающимся, обучающимся и средствами обучения, которая позволяет сделать процесс познания явления или объекта управляемым и высокоэффективным.

Содержанием учебной деятельности обучающихся при проведении демонстрационного натурного и модельного эксперимента является наблюдение и восприятие информации о демонстрируемом объекте или явлении, ее осмыслении, переработке, приводящим к получению новых знаний и нового опыта деятельности. В этом случае новые знания об исследуемом явлении и объекте и приобретаемый новый опыт деятельности не могут быть даны обучающимся без их соответствующих усилий, направленных на их приобретение, т.к. оно предполагает определенные качественные изменения в структуре мыслительной деятельности, основанные на личном восприятии обучающимися соответствующей информации, что обеспечивает ускорение процесса овладения новым знанием и базируется на активности работы мозга.

При этом учебная деятельность обучающихся выступает как учебное сотрудничество самих обучающихся в решении учебных задач и проблем посредством демонстрационного эксперимента, чтобы сформировался коллективный субъект и реализовался принцип коллективной коммуникативности обучения [95]. В данном случае этот принцип может быть соотнесен с третьим принципом активизации резервных возможностей личности, по Г.А. Китайгородской, – принципом «индивидуального обучения через групповое» [107]. Поэтому в процессе проведения демонстрационного эксперимента схема взаимодействия педагога и обучающихся представляется в виде , где S₁ – педагог, S_i – обучающиеся, в результате чего образуется единый взаимодействующий коллективный, совокупный субъект.

Роль педагога заключается в организации и управлении коллективной учебной деятельностью обучающихся, подборе, дозировке и структурировании информации, обеспечении оптимальных условий для ее восприятия, выборе класса эксперимента (натурного и/или модельного). Но именно он при проведении демонстрационного эксперимента определяет содержание элементов представленной модели (рис. 11) «информация» и «компьютеризированная система средств обучения» (включая технические и программные средства проведения демонстрационного эксперимента), обеспечивая их соответствие целям организации учебной деятельности обучающихся в процессе изучения физики.

Независимо от целей демонстрационного эксперимента можно указать общую систему действий, которые выполняет педагог, проводя демонстрационный эксперимент: создание мотивации и организация внимания обучающихся; формулирование учебной (в том числе и проблемной) задачи; описание экспериментальной установки; выделение объекта познания и наблюдения; выполнение демонстрационного эксперимента, при необходимости его повторение; фиксация результатов демонстрационного эксперимента; анализ результатов демонстрационного эксперимента и обсуждение выводов. В зависимости от целей демонстрационного эксперимента и подготовки обучающихся педагог выполняет эти этапы сам или совместно с обучающимися, что предпочтительнее.

Основными компонентами демонстрационного эксперимента как педагогической системы являются объект исследования, компьютеризированная система средств обучения (учебные средства проведения демонстрационного эксперимента: технические и программные), организующая деятельность педагога, связанная с подготовкой и проведением эксперимента, и коллективная учебная деятельность обучающихся по приобретению новых знаний и нового опыта деятельности, а также развитию системного мышления, приобретению опыта творческой деятельности.