Методические подходы к организации учебного процесса на уроках физики

Важное место в формировании практических умений и навыков у учащихся на уроках физики отводится демонстрационному эксперименту и фронтальной лабораторной работе. В ходе эксперимента, проводимого учащимися самостоятельно во время лабораторных работ, они познают закономерности физических явлений, знакомятся с методами их исследования, учатся работать с физическими приборами и установками, то есть учатся самостоятельно добывать знания на практике.

Но для проведения полноценного физического эксперимента, как демонстрационного, так и фронтального, необходимо в достаточном количестве соответствующее оборудование. В настоящее время школьные лаборатории по физике очень слабо оснащены приборами и учебно-наглядными пособиями для проведения демонстрационных и фронтальных лабораторных работ. Имеющееся оборудование не только пришло в негодность, оно также морально устарело и имеется в недостаточном количестве. Применение только традиционной методики проведения физического эксперимента приводит к низкому уровню умений и практических навыков учащихся по физике.

Если наряду с реальным экспериментом проводить физический эксперимент и фронтальные лабораторные работы, используя виртуальные модели посредством компьютера, то можно скомпенсировать недостаток оборудования в физической лаборатории школы. Таким образом, появляется возможность научить учащихся самостоятельно добывать физические знания в ходе физического эксперимента на виртуальных моделях, то есть формируется необходимая информационная компетентность у учащихся. Компьютерный эксперимент способен дополнить “экспериментальную” часть курса физики.

Применение информационных технологий в процессе обучения позволяет выделить две группы планируемых образовательных результатов.

Относительно учащихся:

Учащимся предоставляется возможность индивидуальной исследовательской работы с компьютерными моделями.
Задается индивидуальный темп обучения для каждого ученика.
Появляется реальная возможность выполнения компьютерной лабораторной работы, которую невозможно выполнить в условиях школьной лаборатории.
Ученики приобретают навыки оптимального использования персонального компьютера в качестве обучающего средства.
Учащиеся получают навыки работы с электронными ресурсами.

Относительно учителя:

У учителя высвобождается время для индивидуальной работы с учащимися.
Появляется возможность проведения быстрой индивидуальной диагностики результатов процесса обучения.

Эксперимент является основой принципа наглядности, базой для формирования практических умений. Вместе с тем, образовательный стандарт по физике ориентирует учителя на организацию учебного процесса, в котором ведущая роль отводится самостоятельной деятельности учащихся. Это принципиально изменяет роль, место и функции эксперимента в организации учебного процесса сравнительно с отмеченными выше его функциями: эксперимент — не только средство обучения, но и основа для освоения учащимися естественнонаучного метода познания.

Использование компьютера на уроках оправдано, прежде всего, в тех случаях, в которых он обеспечивает существенное преимущество по сравнению с традиционными формами обучения. Одним из таких случаев является использование компьютерных моделей в учебном процессе. Следует отметить, что под компьютерными моделями понимаются компьютерные программы, которые позволяют имитировать физические явления, эксперименты или идеализированные моделируемые ситуации.

Компьютерное моделирование позволяет получать наглядные динамические иллюстрации физических экспериментов и явлений, воспроизводить их тонкие детали, которые часто ускользают при наблюдении реальных явлений и экспериментов. При использовании моделей компьютер предоставляет уникальную, не достижимую в реальном физическом эксперименте, возможность визуализации не реального явления природы, а его упрощённой модели. Кроме того, компьютерное моделирование позволяет варьировать временной масштаб событий, а также моделировать ситуации, нереализуемые в физических экспериментах.

Работа учащихся с компьютерными моделями чрезвычайно полезна, так как они позволяют в широких пределах изменять начальные условия физических экспериментов, что дает возможность выполнять многочисленные виртуальные опыты. Некоторые модели позволяют одновременно с ходом экспериментов наблюдать построение соответствующих графических зависимостей, что повышает их наглядность. Подобные модели представляют особую ценность, так как учащиеся обычно испытывают значительные трудности при построении и чтении графиков.

Разумеется, компьютерная лаборатория не может заменить настоящую физическую лабораторию. Тем не менее, выполнение компьютерных лабораторных работ требует определенных навыков, характерных и для реального эксперимента – выбор начальных условий, установка параметров опыта и т. д.

Компьютерные модели легко вписываются в урок и позволяют учителю организовать новые нетрадиционные виды учебной деятельности учащихся. В качестве примера можно привести три вида уроков с использованием компьютерных моделей:

Урок решения задач с последующей компьютерной проверкой. Учитель предлагает учащимся для самостоятельного решения в классе или в качестве домашнего задания индивидуальные задачи, правильность решения которых они смогут проверить, поставив компьютерные эксперименты. Самостоятельная проверка полученных результатов при помощи компьютерного эксперимента усиливает познавательный интерес учащихся, делает их работу творческой, а в ряде случаев приближает её по характеру к научному исследованию.
Урок – исследование. Учащимся предлагается самостоятельно провести небольшое исследование, используя компьютерную модель, и получить необходимые результаты. Многие модели позволяют провести такое исследование буквально за считанные минуты. Учитель формулирует темы исследований, а также помогает учащимся на этапах планирования и проведения экспериментов.
Урок – компьютерная лабораторная работа. Для проведения такого урока необходимо, прежде всего, разработать соответствующие раздаточные материалы, то есть бланки лабораторных работ. Задания в бланках работ следует расположить по мере возрастания их сложности. Вначале имеет смысл предложить простые задания ознакомительного характера и экспериментальные задачи, затем расчетные задачи и, наконец, задания творческого и исследовательского характера. При ответе на вопрос или при решении задачи учащийся может поставить необходимый компьютерный эксперимент и проверить свои соображения.

Задания творческого и исследовательского характера существенно повышают заинтересованность учащихся в изучении физики и являются дополнительным мотивирующим фактором. По указанной причине уроки последних двух типов особенно эффективны, так как ученики получают знания в процессе самостоятельной творческой работы. Ведь эти знания необходимы им для получения конкретного, видимого на экране компьютера, результата. Учитель в таких случаях является лишь помощником в творческом процессе формирования знаний.

При регулярной работе с компьютерными моделями из придуманных заданий имеет смысл составить компьютерные лабораторные работы, в которых вопросы и задачи расположены по мере увеличения их сложности.

Существуют различные формы проведения лабораторных работ с применением компьютера:

Работа с готовой программой.
Самостоятельное решение предлагаемой учителем задачи.
Моделирование и усложнение предлагаемой учителем программы.

План работы:

Постановка задачи (что надо сделать).
Цель работы с моделью (зачем это делаем).
Указания по проведению работы.
Краткое содержание вычислительного эксперимента.
Указания по оформлению отчёта.

Деятельность учащегося при самостоятельном решении задачи:

Построить модель задачи лабораторной работы.
Провести лабораторную работу.
Разработать алгоритм решения задачи:
1. по заранее готовому плану.
2. по самостоятельно разработанному плану.

Деятельность учащегося при моделировании готовой задачи:

Собрать модель задачи.
Внести в программу изменения с учетом тех или иных условий.
Провести лабораторную работу по заданному плану и проанализировать результат.

Методические рекомендации:

Необходимо, чтобы демонстрация была тесно связана со словами учителя (надо не только слышать, но и видеть).
Важное правило при проведении опыта - это определение его цели.
Учащиеся должны быть подготовлены к восприятию опытов, т. е. владеть необходимым багажом знаний.
Используемые объекты должны быть наиболее простыми.
Необходимо учитывать возрастные и индивидуальные возможности учащихся.

Методические преимущества проведения виртуальной лабораторной работы перед традиционной:

Нет необходимости собирать заново всю установку перед каждым уроком.
Техника безопасности на порядок выше, чем в обычных условиях.
Можно за короткое время провести несколько экспериментов при разных начальных условиях, а потом обобщить результаты и сделать выводы.
Можно замедлить или ускорить время демонстрации.

Таким образом, проведение физического эксперимента и фронтальных лабораторных работ с использованием виртуальных моделей посредством компьютера позволяет компенсировать недостаток оборудования в школьной лаборатории и создать реальную возможность для формирования у учащихся необходимой информационной компетентности через самостоятельное добывание физических знаний.