Методи реалізації комп"ютерної підтримки пізнавальної діяльності школярів з фізики

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України Глухівський національний педагогічний університет ім. О. Довженка Кафедра фізики та методики викладання Курсова робота з методики навчання фізики на тему: Методи реалізації комп’ютерної підтримки пізнавальної діяльності школярів з фізики Глухів, 2012

Вступ

Особливості сучасного етапу розвитку освіти в Україні потребують впровадження розвинених форм і методів навчання, що сприяють становленню особистості школяра. Як стверджують сучасні педагоги і психологи саме в період середнього шкільного віку відбувається бурхливий розвиток пізнавальних інтересів учня, які потім, у старшому шкільному віці, переходять у стадію формування загальної і профільної культури учня.

Всебічне застосування в навчально-виховному процесі інформаційних та телекомунікаційних технологій навчання має великі перспективи. Воно сприятиме гуманізації освіти школяра, а також підвищенню ефективності навчання та його інтенсифікації і індивідуалізації в залежності від інтересів, здібностей та власного досвіду учнів, активізації навчально-пізнавальної діяльності школярів за рахунок введення в навчальну роботу елементів дослідницького характеру, збільшення частки самостійної роботи в навчальній діяльності учнів, що є визначальним для розвитку творчої особистості.

Програми можуть використовуватися як інформаційно-пізнавальний, інформаційно-тренінговий, інформаційно-контро-люючий засіб навчання. Важливо, що в рамках мультимедійного середовища навчальні завдання адаптуються до освітніх можливостей дитини, учень сам приймає рішення, визначає характер і рівень необхідної йому допомоги, вибирає спосіб дії. Активна діяльність учня впливає на мотивацію навчання і забезпечує одержання глибоких знань і розвинених умінь та навичок.

Уроки з використанням комп’ютерних навчальних середовищ можна проводити за будь-якою формою організації діяльності учнів, наприклад, ефективним є застосування сучасних методик колективно-групового навчання «Ажурна пилка», «Мозаїка», «Коло ідей», фізичних експериментів, віртуальних лабораторних практикумів тощо.

В результаті організації навчальної діяльності учня поєднуються різні способи взаємодії його з комп’ютером, перед школярами відкривається багато нового, цікавого і незрозумілого, такого, що вражає, дивує і зачаровує, і тим самим стимулює дитину до напруженої праці, спонукає її до творчих пошуків, завдяки чому учень легше і швидше засвоює як навчальний матеріал, так і вміння і навички роботи з комп’ютером. Таким чином, нові інформаційні та телекомунікаційні технології навчання роблять навчально-пізнавальну діяльність учня значно вагомішою, надають цій діяльності пошукового, творчого спрямування, що природно стимулює розвиток пізнавального інтересу.

Ефективність застосування в навчальному процесі мультимедійних навчальних програм залежить, з одного боку, від визначення навчальних цілей його використання, місця на уроці, його дидактичних функцій і, з другого боку, від наявності програмних педагогічних засобів, які не тільки відповідають шкільним програмам, але й реалізують чітко встановлене педагогічне призначення.

Мета: визначити оптимальні методи формування і розвитку пізнавальної діяльності учнів з фізики засобами комп’ютерних технологій.

Об'єкт: навчально-виховний процес на уроках фізики.

Предмет: методика використання комп’ютерних технологій у процесі вивчення фізики при вивченні теми «Магнітне поле» у 9 класі ЗОШ.

Завдання:

1. проаналізувати шкільної програми та навчальних посібників.

2. виявити ефективні методи і засоби розвитку пізнавальної діяльності учнів на уроках фізики.

3. розробити методики використання ІКТ на уроках фізики в 9-х класах ЗОШ.

4. перевірити доцільність запропонованих методик у шкільній практиці засобами педагогічного експерименту.

Розділ 1. Пізнавальна діяльність учнів з фізики

1.1 Поняття пізнавальної діяльності

Відомо, що процес учіння є своєрідним процесом самостійного «відкриття» учнем уже відомих у науці знань. У цьому розумінні учень опановує суб'єктивно нове, тобто те, що йому не відоме, але вже пізнане наукою, відоме іншим людям.

Дослідження Ю. К. Бабанського, П.Я. Гальперіна, Б. С. Гершунського, В. В. Давидова, І.Я. Лернера, Є.І. Машбиця, С.І. Подмазіна, О. Я. Савченко, Н.Ф. Тализіної, В.Я. Якуніна та інших учених дають змогу реалізувати особистісно-орієнтоване навчання, активізувати самостійну роботу учнів і практико-орієнтовану складову в методичних системах навчання предметам фізико-математичного циклу. Керування цими процесами має бути цілеспрямованим і системним, яке неможливо вирішити без спланованої комплексної педагогічної системи, що відповідає оновленим педагогічним цілям предметної підготовки учнів.

Навчальна діяльність також тісно пов’язана з пізнавальною.

Учіння вимагає повного «розпредмечування знань». Процес цей має три взаємопов'язані стадії (етапи).

· На першій стадії відбувається сприймання, осмислення і запам’ятовування матеріалу, що вивчається, або засвоєння теоретичних знань.

· На другій стадії засвоюються навички і вміння практичного застосування знань, що вимагає проведення спеціальних тренувальних вправ.

· На третій стадії здійснюється повторення, поглиблення і закріплення знань, удосконалення практичних умінь і навичок. Тобто, для того, щоб оволодіти новим матеріалом, учневі необхідно здійснити повний цикл навчально-пізнавальних дій: сприймання нового матеріалу, його первинне і наступне осмислення, запам’ятовування, вправляння в застосуванні теорії на практиці, повторення з метою поглиблення і засвоєння знань, умінь і навичок.

Розглянемо детальніше кожну з названих стадій.

1. Засвоєння теоретичних знань. Засвоєнням знань називається навчально-пізнавальна діяльність учнів, спрямована на свідоме і міцне оволодіння знаннями, способами виконання навчальних дій. Суть даної дії полягає в тому, що учні за допомогою органів чуття (слуху, зору, дотику і нюху) сприймають зовнішні властивості, особливості й ознаки предметів і явищ, які вивчаються. Так, за допомогою зорового сприймання можна розглянути картину, скульптуру, виставку, навколишню природу та ін., слухового — почути розповідь, вокальний чи інструментальний концерт, дотику — відчути основні частини предмета, його властивості тощо.

Сприймання — це відображення в свідомості зовнішніх властивостей, якостей і ознак предметів та явищ, що безпосередньо впливають на органи чуття. Результатом сприймання є формування уявлень як нижчої форми знань: у свідомості людини зберігаються лише зовнішні образи (ознаки, властивості) сприйнятих предметів і явищ, проте не розкривається їх сутність. Наведемо приклади. Учні вивчають електричний струм, вони добре знають для чого він потрібен, як ним користуватися, але ж це лише поверхневі знання про струм. При вивченні теплових явищ учні добре розуміють про що йде мова, але не розуміють звідки і чому проходять обміни.

Осмислення — вищий ступінь розуміння. У загальному плані осмислення— це така розумова діяльність, в процесі якої людина розкриває сутність предметів і явищ, що пізнаються (вивчаються), формує наукові поняття. Процес осмислення складається з таких мисленєвих операцій (дій):

а) аналіз сприйнятих, зафіксованих в уявленнях зовнішніх властивостей і ознак предметів та явищ, що підлягають вивченню;

б) синтез — логічне групування ознак і властивостей предметів та явищ, що вивчаються, і виділення з-поміж них найсуттєвіших, найбільш загальних;

в) мисленєве осягнення суті (причин і наслідків) предметів і явищ, що підлягають вивченню, формування теоретичних понять, узагальнюючих висновків, правил тощо;

г) перевірка обґрунтованості й достовірності зроблених теоретичних висновків.

Поняття — це форма наукового знання (думки), в якій розкривається суть пізнаних предметів і явищ, що виражається у вигляді законів, правил, висновків та інших теоретичних узагальнень.

Для того, щоб домогтися глибокого осмислення, учителю необхідно в різних формах, двічі пояснити новий матеріал, забезпечити первинне і наступне, ґрунтовніше осмислення.

Оволодіння новим матеріалом не зводиться лише до його розуміння і формування наукових понять. Буває так, що учень начебто все розуміє, якщо інший відповідає на питання з нової теми, проте сам передати її зміст не може. Значить, виучуваний матеріал потрібно не лише розуміти, а й зберігати в пам’яті, уміти вільно і логічно його відтворювати.

Запам’ятовування матеріалу є органічною частиною навчально-пізнавальної діяльності учнів. Воно базується на глибокому і всебічному розумінні засвоєних знань. А знати навчальний матеріал — означає вміти:

— осмислено і повно відтворювати його в скороченому вигляді;

— виділяти в матеріалі головні положення;

— пояснювати суть засвоєних правил, висновків та інших теоретичних узагальнень;

— доводити правильність і обґрунтованість теоретичних положень;

— відповідати на прямі й непрямі питання з матеріалу, що вивчається;

— ілюструвати засвоєні теоретичні положення своїми прикладами і фактами;

— письмово відповідати на питання з вивченого матеріалу;

— встановлювати зв’язки вивченого матеріалу з раніше пройденим;

— застосовувати одержані знання на практиці;

— переносити засвоєні знання на пояснення інших явищ і фактів;

Наведені положення показують, що запам’ятовування не може зводитися до механічного зазубрювання. Запам’ятовування часто здійснюється шляхом повторення — відтворення вивченого матеріалу. При цьому воно може бути пасивним, коли учень сприймає те, що й сприймав раніше; і активним, коли учень самостійно відтворює знання: переказує вголос чи про себе, дає усні відповіді на питання підручника, складає план прочитаного, тези тощо.

Суттєвою умовою успішного запам’ятовування є його довільність, що спричиняє мобілізацію вольових зусиль учня з метою міцного засвоєння навчального матеріалу.

Важливість використання вправ на застосування знань на практиці та формування умінь і навичок в процесі оволодіння новим матеріалом виявляється в тому, що формування практичних умінь і навичок сприяє глибшому осмисленню матеріалу, який вивчається, розвитку кмітливості та творчих здібностей. Для організації вправ суттєве значення мають два положення [10]:

1) до виконання тренувальних вправ учні можуть приступати лише тоді, коли вони добре опанували теорію, осмислили і засвоїли знання;

2) процес застосування засвоєних знань на практиці має труднощі, пов’язані з тим, що загальне проявляється у великій різноманітності конкретного, коли сформоване правило, висновок чи закон учень повинен застосувати в новій ситуації.

У сучасній дидактичній системі вправ перші завдання мають репродуктивний характер. Вони спрямовані на актуалізацію (оживлення) раніше набутих знань, чуттєвого і практичного досвіду, на які повинно опиратися засвоєння нових навичок і умінь. Вони виконуються за допомогою вчителя. Перехід до наступних видів вправ передбачає постійне наростання труднощів і складності завдань, підвищення самостійності учнів у їх виконанні і творчий підхід до їх вирішення.

Під узагальненням розуміють мислене виділення якихось властивостей, що належать певному класу предметів, перехід від одиничного до загального. На основі узагальнення учні засвоюють поняття, закони, ідеї, теорії, тобто окремі знання, їх системи і структури.

Систематизація — це мисленєва діяльність, у процесі якої знання про об'єкти, що вивчаються, організуються в певну систему за обраним принципом.

Сучасна дидактика вимагає від суб'єктів учіння не тільки зрозуміти, запам’ятати й відтворити отримані знання, вміти ними оперувати, ефективно застосовувати в професійній діяльності й творчо розвивати. Досягненню цієї мети сприяють методи активізації навчально-пізнавальної діяльності, спрямовані на розвиток в учнів творчого самостійного мислення і здатності кваліфіковано розв’язувати професійні завдання.

1.2 Види пізнавальної діяльності

Одночасно з процесом викладання й учіння відбувається внутрішній процес засвоєння знань і способів діяльності.

Засвоєння — пізнавальна активність особистості, внаслідок якої формуються знання, уміння та навички.

Засвоєння знань відбувається поетапно і передбачає кілька процесів: сприймання, осмислення і розуміння, узагальнення, закріплення, застосування.

Сприймання (первинне ознайомлення з новим матеріалом). Воно полягає у відображенні у свідомості окремих властивостей предметів і явищ, які в цей момент діють на органи чуття. Для забезпечення ефективного сприймання необхідні мотивація, зосередження уваги тощо.

Сучасні підходи до процесу засвоєння наголошують на активності самостійного сприймання навчальної інформації.

Осмислення і розуміння. Ця ланка процесу засвоєння передбачає виявлення зв’язків між явищами, визначення їх складу, будови, призначення, знаходження причин, мотивів.

Узагальнення. Етап узагальнення полягає у виокремленні й синтезі істотних ознак предметів і явищ. Щоб узагальнити знання про щось, потрібно проаналізувати його властивості, абстрагуватися від деталей, дійти відповідних висновків.

Закріплення. Цей процес передбачає повторне осмислення вивченого з метою його запам’ятовування. Для учня важливо завчити деякі основні факти, визначення, зв’язки, але свідомо й осмислено, не механічно «зубрити». Закріплювати знання доцільно на новій основі, нових прикладах.

Застосування. Це перевірка дієвості знань за допомогою лабораторних робіт, трудової діяльності.

Для дидактичної теорії важливим є питання визначення тих елементів у структурі особистості учня, які впливають на його активність (потреби, мотиви, пізнавальний інтерес, ціннісні орієнтації, суб'єктивні позиції у процесі здійснення навчальної діяльності), зумовлюють внутрішню роботу, спрямовану на співвіднесення себе, можливостей свого Я з вимогами педагогічних обставин.

Потреби — джерело активності особистості, оскільки процес задоволення потреб є цілеспрямованою діяльністю. Потреби виявляються у мотивах, що спонукають до діяльності. Основу мотивації становлять потреби, інтереси, бажання, емоції, установки та ідеали особистості.

Мотивація учіння — комплекс мотивів, які спонукають і спрямовують пізнавальну діяльність учнів, визначають її успішність.

У навчальній діяльності дві основні групи мотивів:

1. мотиви діяльності:

а) мотиви, пов’язані із сенсом діяльності: прагнення пізнати нові факти, оволодіти знаннями, способами дій, вникнути в суть явищ та ін.;

б) мотиви, пов’язані із самим процесом діяльності: прагнення проявити інтелектуальну активність, міркувати, долати перешкоди в процесі розв’язування завдань.

2. мотиви, що не належать до сфери навчальної діяльності:

а) соціальні мотиви: обов’язку і відповідальності перед собою, суспільством; самовдосконалення (усвідомлення значення професійних знань, розвитку активності);

б) вузькоособистісні мотиви: прагнення одержати схвалення, винагороду; бажання бути «першим», мати високий професійний рейтинг;

в) негативні мотиви: прагнення уникнути покарання чи неприємностей від керівництва школи, учителів, батьків, товариств.

З огляду на психічні особливості перебігу мотиви класифікують на зовнішні та внутрішні; усвідомлені і неусвідомлені; реальні та уявні.

Внутрішню мотивацію визначають чинники, зсередини закорінені в особистісному Я суб'єкта і його поведінці. Учень залучається до навчальної діяльності заради неї самої, а не для отримання якихось нагород. Така діяльність є самоціллю, а не засобом для досягнення якоїсь іншої мети. Якщо учень прагне поліпшити свою навчальну діяльність, то він демонструє приклад внутрішньо вмотивованої поведінки.

Усвідомлені мотиви — це цілі, до яких учень свідомо прагне у процесі навчання, знаючи, що спонукає його до діяльності, що становить зміст його потреб. До них належать інтереси, прагнення, переконання.

Неусвідомлені мотиви — це реальні рушійні сили поведінки учня, які він часто не усвідомлює, вдаючись до виправдовування.

Реальні мотиви сприймаються і усвідомлюються суб'єктом як предмет навчальної діяльності, який може бути як матеріальним, так і ідеальним.

Уявні мотиви можуть бути зумовлені уявними об'єктами, образами, цілями, що володіють здатністю змінюватися в процесі дій особистості.

У практичній педагогіці мотиви навчання за спрямованістю та змістом об'єднують у кілька груп: соціальні, пізнавальні, професійно-ціннісні, естетичні, комунікативні, статусно-позиційні, традиційно-історичні, утилітарно-практичні (меркантильні).

Важливе значення для процесу засвоєння знань має емоційно-почуттєва сфера. Емоційні хвилювання (радість, здивування, сум, страх, співчуття тощо) спричинюють передовсім активна позиція вчителя, зміст навчального матеріалу.

Основними прийомами стимулювання учнів у навчально-виховному процесі є: опора на бажання, використання ідентифікації, урахування інтересів і нахилів, заохочення бажання домогтися успіху, демонстрування результатів навчальних дій, визнання успіхів, використання виховних ситуацій та ін.

1.3 Активізація пізнавальної діяльності

Під активізацією навчально-пізнавальної діяльності розуміють підвищення рівня усвідомленого пізнання об'єктивно-реальних закономірностей у процесі навчання.

Кожен учитель застосовує у навчальному процесі свої прийоми активізації пізнавальної діяльності учнів, але досвід роботи одного вчителя не може бути механічно перенесений іншим учителем в інший клас. У зв’язку з цим виникає потреба в теоретичному обґрунтуванні системи роботи вчителів з активізації пізнавальної діяльності учнів.

Основна мета роботи вчителя з активізації пізнавальної діяльності учнів полягає в розвитку їх творчих здібностей. Засобом розвитку пізнавальних здібностей учнів є вміле застосування таких методів і прийомів, які забезпечують високу активність учнів у навчальному пізнанні. Методи і прийоми активізації, що їх застосовує вчитель, повинні враховувати рівень пізнавальних здібностей учнів, бо непосильні завдання можуть підірвати віру учнів у свої сили і не дадуть позитивного ефекту.

Активізація пізнавальної діяльності учнів тісно пов’язана з активізацією їх мислення. У мисленні школярів виділяється три рівні: рівень розуміння, рівень логічного мислення і рівень творчого мислення.

Розуміння — це аналітико-синтетична діяльність, яка спрямована на засвоєння готової інформації. Вчитель повідомляє нові факти, аналізує результати дослідів, виконує розумові операції (аналіз, синтез, абстракція, узагальнення) та застосовує прийоми розумової діяльності (порівняння, класифікація, означення). Учні слідкують за ходом мислення вчителя, за логічністю і несуперечливістю доведень. Це вимагає від учнів певних розумових зусиль, певної аналітико-синтетичної діяльності.

Під логічним мисленням розуміють процес самостійного розв’язання пізнавальних задач. У процесі логічного мислення учень сам приходить до нових висновків, тоді як суть розуміння полягає в пізнаванні, усвідомленні і фіксації того, що сприймається і засвоюється. Логічне мислення розвивається під час евристичних бесід і лабораторних робіт, виконання логіко-пошукових завдань, застосування деяких прийомів роботи з підручником, розв’язуванні задач тощо.

Рівень творчого мислення формується при виконанні творчих завдань. Творчими завданнями у навчальному процесі вважають такі завдання, принцип виконання яких учням не вказується і в явному вигляді їм невідомий. Творче мислення здійснюється у три етапи:

ѕ Перший етап характеризується виникненням проблемної ситуації, її попереднім аналізом і формулюванням проблеми.

ѕ Другий етап — це етап пошуку розв’язку проблеми.

ѕ На третьому етапі знайдений принцип розв’язку реалізується і здійснюється його перевірка.

Учитель не тільки пояснює навчальний матеріал, а й організовує пізнавальну діяльність учнів. Починається виклад матеріалу з повідомлення теми. Перш за все треба показати необхідність вивчення теми і логіку вивчення кожного її питання. Важливо викликати інтерес до теми. Для цього можна навести цікаві факти встановлення закону, показати досліди, які учні зможуть пояснити в ході розгляду теми, вказати пізнавальні задачі, що будуть розв’язуватися на уроці (закони збереження різних фізичних величин є досить широкими узагальненнями, закон Кулона є дослідним законом і теоретичного пояснення не має) та суті фізичних понять.

Розумінню учнями матеріалу та розвитку їх мислення сприяє систематична і цілеспрямована самостійна робота з підручником на уроках. У процесі оволодіння навичками роботи з підручником виділяють чотири етапи:

I етап — вироблення початкових умінь роботи з підручником:

· вчитатися в текст;

· знайти відповіді на поставлені вчителем запитання;

· одержати необхідну інформацію з малюнків, таблиць, графіків;

· користуватися змістом підручника.

II етап — вироблення вміння виділяти головну думку в тексті за допомогою планів узагальнюючого характеру.

Приклади таких планів

Фізичне явище

1. Ознаки явища.

2. Умови, в яких спостерігається дане явище.

3. Суть явища, його пояснення на основі сучасних уявлень.

4. Зв’язок даного явища з іншими явищами.

5. Застосування явища на практиці.

Фізичний закон

1. Зв’язок між якими величинами чи явищами виражає даний закон?

2. Формулювання закону.

3. Математичний вираз закону.

4. Досліди, що підтверджують закон.

5. Пояснення закону на основі сучасних уявлень.

6. Приклади застосування закону на практиці.

III етап — закріплення умінь визначати тип тексту, сукупність основних питань в ньому, складання плану відповіді за змістом тексту.

IV етап — розширення вмінь самостійно працювати над комбінованим текстом.

Розуміння учнями навчального матеріалу, що вивчається, є лише першою сходинкою в активізації пізнавальної діяльності і тією базою, на основі якої застосовуються інші методи, що вимагають більшої самостійності учнів і розраховані на більш ґрунтовний розвиток їх логічного мислення. Розглянемо деякі з них.

Метод евристичної бесіди.

Проведення уроку методом евристичної бесіди вимагає від вчителя ретельної підготовки. Перш за все потрібно чітко визначити пізнавальні задачі уроку та відмітити ті з них, які будуть розв’язуватися учнями шляхом власної розумової діяльності в ході бесіди. По-друге, треба вибрати об'єкти для аналізу. При підготовці до уроку потрібно виділити знання, які будуть необхідні учням для аналізу об'єктів, які розглядаються [5, с. 123−125].

Завдання на порівняння і систематизацію матеріалу:

Розвитку логічного мислення учнів сприяють завдання на порівняння та систематизацію вивченого матеріалу. Нижче подано заповнену таблицю результатів порівняння гравітаційних та електромагнітних сил.

Розглянутими прикладами можливі завдання для учнів не вичерпуються.

До частково-пошукових завдань належать: завдання на передбачення результатів експерименту, завдання на планування експерименту, завдання на передбачення принципів пояснення дослідів, завдання на передбачення нових наслідків тощо.

1.4 Методи організації пізнавальної діяльності

Методи організації навчально-пізнавальної діяльності — це сукупність прийомів і способів психолого-педагогічного впливу на учнів, що (порівняно з традиційними методами навчання) першою чергою спрямовані на розвиток у них творчого самостійного мислення, активізацію пізнавальної діяльності, формування творчих навичок та вмінь нестандартного розв’язання певних професійних проблем і вдосконалення навичок професійного спілкування.

Деякі автори, наприклад Ю. К. Бабанський, цю групу методів визначають як активні методи навчання чи методи активного навчання.

Основними факторами, які сприяють творчому ставленню учнів до дидактичного процесу і його результатів, є:

ѕ професійний інтерес;

ѕ нестандартний характер навчально-пізнавальної діяльності;

ѕ змагальність;

ѕ ігровий характер занять;

ѕ емоційність;

ѕ проблемність[7].

До методів організації навчально-пізнавальної діяльності належить сукупність методів (словесні, наочні, практичні), спрямованих на передачу і засвоєння учнями знань, формування умінь і навичок.

Словесні методи навчання

Головна їх особливість у тому, що інформація подається учням через слово, а сприймання здійснюється у процесі слухання її. Усю їх різноманітність іноді зводять до двох методів: евристичного (запитального) — бесіда, та акроматичного (викладального) — пояснення, розповідь, лекція, інструктаж, робота з підручником.

ѕ Бесіда — діалогічний метод навчання, за якого вчитель із допомогою вдало поставлених питань спонукає учнів відтворювати раніше набуті знання, робити самостійні висновки-узагальнення на основі засвоєного фактичного матеріалу.

ѕ Пояснення — словесне тлумачення понять, явищ, слів, термінів, принципів дій, прикладів тощо.

ѕ Розповідь — образний, динамічний, емоційний виклад інформації про різні явища і події.

ѕ Лекція — інформативно-доказовий виклад великого за обсягом, складного за логічною побудовою навчального матеріалу.

ѕ Інструктаж — короткі, лаконічні, чіткі вказівки (рекомендації) щодо виконання дії. Поділяється на вступний, поточний і заключний.

До наочних методів навчання належать: ілюстрування, демонстрування, самостійне спостереження.

ѕ Метод ілюстрування — оснащення ілюстраціями статичної (нерухомої) наочності, плакатів, малюнків, картин, карт, схем та ін.

ѕ Метод демонстрування — показ рухомих засобів наочності, приладів, дослідів, технічних установок тощо. Можливий показ учням різноманітних наочних об'єктів — реальних предметів (безпосередня наочність) та їх зображень (опосередкована наочність).

ѕ Самостійне спостереження — безпосереднє споглядання та сприймання явищ дійсності. Спостереження — це складна діяльність, що виражається у єдності сприймань і мислення. Спостереження і досліди в навчальному процесі можуть виконувати демонстраційно-ілюстративну (є засобом закріплення раніше засвоєних знань, навичок та умінь) і дослідницьку (є засобом здобуття нових знань) функції. Практичні методи навчання

Використовують для безпосереднього пізнання дійсності, поглиблення знань, формування вмінь і навичок. До них належать: вправи, лабораторні, практичні, графічні й дослідні роботи.

Вправи — цілеспрямоване, багаторазове повторення учнями певних дій та операцій (розумових, практичних) для формування навичок і вмінь.

Лабораторні роботи — вивчення у школі природних явищ за допомогою спеціального обладнання.

Практичні роботи — застосування знань учнями у ситуаціях, наближених до життєвих.

Графічні роботи —- відображення знань учнів у кресленнях, графіках, діаграмах, гістограмах, таблицях, ілюстраціях, ескізах, замальовках із натури.

Дослідні роботи — пошукові завдання, проекти, що передбачають індивідуалізацію навчання, розширення обсягу знань учнів, використовують на факультативних, гурткових заняттях з метою підготовки учнів до виконання навчальних завдань на найвищому рівні пізнавальної активності та самостійності.

Розділ 2. Методика організації пізнавальної діяльності за допомогою комп’ютерної підтримки

2.1 Особливості використання ІКТ на уроках фізики

Фізика є одним з тих навчальних предметів, що дає багатий матеріал длявідпрацювання найрізноманітніших методів і прийомів роботи зінформацією. Викладання фізики пов’язане з використанням великогообсягу різноманітної інформації, що робить застосування комп’ютерної техніки особливо ефективним, оскільки дозволяє дуже швидко опрацюватицю інформацію і представити її у вигляді таблиць, схем, діаграм, визначитизалежність між різними об'єктами і явищами, будовою.

Комп’ютер універсальний, він — набагато краща «контролююча машина», ніж ті, що розроблялися раніше; при роботі з ним можна використовувати всі корисні напрацювання програмованого навчання, їм можна замінити телевізор і кінопроектор, таблиці, плакати, кодограми, калькулятори і багато що інше.

Фізика — наука експериментальна, і для її вивчення необхідно використовувати досліди. Комп’ютер виступає як частина дослідницької установки, лабораторного практикуму, на ньому можна моделювати різні фізичні процеси.

На допомогу вчителю фізики, астрономії для організації занять за допомогою комп’ютера сьогодні випускається безліч навчальних програм.

Виділимо основні напрями застосування комп’ютерної техніки на уроках фізики:

1) підготовка друкованих роздаточних матеріалів (контрольні, самостійні роботи, дидактичні картки для індивідуальної роботи);

2) мультимедійний супровід пояснення нового матеріалу (презентації, аудіо-, відеозаписи реальних лекцій, навчальні відеоролики, комп’ютерні моделі фізичних експериментів);

3) інтерактивне навчання в індивідуальному режимі;

4) проведення комп’ютерних лабораторних робіт;

5) обробка учнями експериментальних даних (побудова таблиць, графіків, створення звітів);

6) контроль рівня знань з використанням тестових завдань;

7) використання на уроках і при підготовці до них інтернет-ресурсів.

Розглянемо інтерактивне навчання в індивідуальному режимі. Його можуть забезпечити у першу чергу мультимедійні програми з інтерактивним інтерфейсом. Ці програми використовують графічне, звуковим і видеосупроводження навчального матеріалу, перетворюють роботу користувача на творчу працю, що приносить задоволення. Це відчуття особливо цінне в процесі пізнання. Настав час перетворень у роботі школяра і вчителя, на зміну традиційним технічним засобам навчання (епіпроекторам, епідіапроекторам, діапроекторам, графопроекторам, кінофрагментам, магнітофонним аудиоі відеозаписам), приходить інструмент, який здатний замінити всі вище перераховані технічні засоби навчання, перевершивши їх за якістю. Ми вважаємо, що комп’ютер із просто обчислювальної машини повинен перетворитися на ще один технічний засіб навчання, можливо найефективніший зі всіх технічних засобів, що існували до цього часу, і який би мав у своєму розпорядженні шкільний вчитель.

Добре відомо, що курс фізики середньої школи включає розділи, вивчення і розуміння яких вимагає розвиненого образного мислення, уміння аналізувати, порівнювати. Насамперед мова йде про такі розділи, як «Молекулярна фізика», деякі розділи «Електродинаміки», «Ядерна фізика», «Оптика» і ін. Багато явищ в умовах шкільного фізичного кабінету не можуть бути продемонстровані. Наприклад, явища мікросвіту, або процеси, що швидко протікають, або досліди із приладами, відсутніми в кабінеті. В результаті учні зазнають труднощі їхнього вивчення, оскільки не в змозі їх уявити. Комп’ютер може не лише створити модель таких явищ, а й дозволити змінювати умови протікання процесу, «прокрутити» із оптимальною для засвоєння швидкістю. Для глибокого розуміння учнями явищ, процесів, описаних в даних розділах вчителю необхідно використовувати персональний комп’ютер, з'єднаний з необхідним фізичним устаткуванням, проектором, мультимедійною дошкою, телевізором.

Демонстрацію фізичних явищ, процесів зручно і доцільно здійснювати за допомогою комп’ютерних програм навчального призначення. Відповідно до правил використання комп’ютерних програм у навчальних закладах, комп’ютерна програма навчального призначення — це комп’ютерна програма, яка є засобом навчання, що зберігається на цифрових або аналогових носіях даних і відтворюється на електронному обладнанні.

Пропонуємо реалізувати метод демонстрування за допомогою комп’ютера та засобів ІКТ. Тобто, демонструвати учням відеозаписи реальних експериментів з поясненнями при вивченні нового матеріалу.

2.2 Аналіз шкільної програми

Для реалізації комп’ютерної підтримки пізнавальної діяльності учнів, проаналізуємо шкільну програму та навчальні підручникиз фізики (9 клас).

Програма 9 класу предбачає вивчення більш складного матеріалу, ніж програми попередніх класів. Школярі познайомляться з такими розділами, як електричне поле, електричний струм, магнітне поле, атомне ядро, ядерна енергетика.

Проаналізуємо кожний розділ докладніше, використовуючи шкільний підручник «Фізика. 9 клас» (Божинова Ф.Я.)[4].

Розділ «Електричне поле» включає в себе такі підрозділи, як електризація тіл; електричний заряд; два роди електричних зарядів; дискретність електричного заряду; будова атома; електрон; йон; закон збереження електричного заряду; електричне поле; взаємодія заряджених тіл; закон Кулона. При вивченні даного розділу передбачається виконання лабораторної роботи на тему: «Дослідження взаємодії заряджених тіл» та ряду демонстрацій — електризація різних тіл, взаємодія наелектризованих тіл, два роди електричних зарядів, подільність електричного заряду, будова і принцип дії електроскопа, закон Кулона.

До об'ємного розділу «Електричний струм» входять підрозділи: електричний струм; дії електричного струму; електрична провідність матеріалів: провідники, напівпровідники та діелектрики; струм у металлах; електричне коло; джерела електричного струму; гальванічні елементи; акумулятори; сила струму; амперметр; вимірювання сили струму; електрична напруга; вольтметр; вимірювання напруги; електричний опір; залежність опору провідника від його довжини, площі поперечного перерізу та матеріалу; питомий опір провідника; реостати; залежність опору провідників від температури; закон Ома для однорідної ділянки електричного кола; з'єднання провідників; розрахунки простих електричних кіл; робота і потужність електричного струму; закон Джоуля—Ленца; електронагрівальні прилади; електричний струм в розчинах і розплавах електролітів; кількість речовини, що виділяється під час електролізу; застосування електролізу у промисловості та техніці; струм у напівпровідниках; електропровідність напівпровідників; залежність струму в напівпровідниках від температури; термістори; електричний струм у газах; самостійний і несамостійний розряди; застосування струму в газах у побуті, в промисловості, техніці; безпека людини під час роботи з електричними приладами і пристроями. Передбачено проведення таких лабораторних робіт, як «Вимірювання сили струму за допомогою амперметра»; «Вимірювання електричної напруги за допомогою вольтметра»; «Вимірювання опору провідника за допомогою амперметра і вольтметра»; «Вивчення залежності електричного опору від довжини провідника і площі його поперечного перерізу, матеріалу провідника»; «Дослідження електричного кола з послiдовним з'єднанням провідників»; «Дослідження електричного кола з паралельним з'єднанням провідників»; «Вимірювання потужності споживача електричного струму»; «Дослідження явища електролізу».

Розділ «Магнітне поле» включає в себе вивчення таких тем, як постійні магніти; магнітне поле Землі; взаємодія магнітів; магнітна дія струму; правило лівої руки; магнітне поле провідника зі струмом; магнітне поле котушки зі струмом; електромагніти; дія магнітного поля на провідник зі струмом; електричні двигуни; гучномовець; електровимірювальні прилади; електромагнітна індукція; досліди Фарадея; явище електромагнітної індукції. При вивченні теми «Магнітне поле» передбачена лабораторна робота на тему: «Складання найпростішого електромагніту і випробування його дії».

Розділ «Атомне ядро. Ядерна енергетика» передбачає вивчення тем, як атом і атомне ядро; радіоактивне випромінювання; активність радіонукліда. Правила зміщення; поглинута та еквівалентна дози йонізуючого випромінювання; отримання та використання радіоактивних ізотопів; ланцюгова ядерна реакція. ядерний реактор; екологічні проблеми атомної енергетики. Вивчаючи даний розділ планується проведення лабораторної роботи: «Вивчення будови дозиметра і проведення дозиметричних вимірювань».

Для реалізації пізнавальної діяльності учнів за допомогою ІКТ, ми візьмемо розділ «Магнітне поле». Дана тема передбачає проведення демонстрацій таких явищ, які скаладно для учнів уявити, вони мало зв’язані з їхнім попереднім досвідом. Це такі досліди, як дослід Ерстеда, рух провідника зі струмом у магнітному полі, орієнтація рамки зі струмом у магнітному полі, принцип роботи електричного двигуна тощо.

2.3 Методика проведення демонстраційних дослідів при вивченні теми «Магнітне поле»

Аналіз шкільних підручників, навчальної програми та науково-методичної літератури показує, що при вивченні магнітних явищ в основній школі потребують вирішення наступні проблеми:

* поняття магнітного поля (МП) вводять на основі досліду Ерстеда. Методика вивчення явища пропонує спочатку ввести достатньо складне загальне поняття магнітного поля як такого, що існує навколо провідників зі струмом, а значить, і навколо рухомих електрично заряджених частинок. При цьому не враховують, що магнітна взаємодія у свідомості учнів асоціюється спочатку не зі струмом, а через взаємодію постійних магнітів, яка за навчальною програмою вивчається в другу чергу;

* під час вивченні сили Ампера обмежуються тільки випадком взаємно перпендикулярного розташування провідника зі струмом і ліній магнітного поля. Крім того, учні не мають чіткого уявлення про «джерела» магнітного поля. Не проаналізована магнітна взаємодія паралельних провідників зі струмом, унаслідок чого виявився не розкритим фізичний зміст одиниці сили струму 1 А;

* потребує вдосконалення методика вивчення принципу роботи електричного двигуна, розгляд якої необхідний для надання учням цілісних уявлень про механічну дію магнітного поля.

Отже, ми пропонуємо вирішити дану проблему методом відео-демонстрацій дослідів, проведення яких передбачено під час вивчення розділу «Магнітне поле».

2.3.1 Проведення досліду Ерстеда

На початку слід повідомити учням деякі історичні факти даного досліду: «Ще вчені Давньої Греції висловлювали припущення, що магнітні й електричні явища якимось чином пов’язані між собою, проте встановити цей зв’язок удалося лише на початку XIX ст. Данський учений X. Ерстед демонстрував студентам досліди з нагріванням провідників електричним струмом. Під час одного з дослідів він помітив, що при проходженні електричного струму по провіднику магнітна стрілка, розташована поблизу провідника, відхиляється від напрямку «північ — південь». У разі ж відсутності струму стрілка знов встановлюється вздовж ліній магнітного поля Землі. Так учений з’ясував, що електричний струм чинить певну дію на магнітну стрілку.

Обладнання: стрілка магнітна на підставці, реостат, вимикач демонстраційний, джерело живлення, провід довжиною 1 м (2 шт.), магніт, похиле дзеркало, провідники.

Рис. 2.2.1.1

Складаємо установку (рис.1). Провід затискаємо у лапках штатива і розташовуємо як можна ближче до стрілки. Кінці проводу через реостат і ключ під'єднуємо до джерела живлення. Магнітна стрілка встановлюється вздовж проводу. На реостаті встановлюємо опрі 1−1,5 Ом. При замиканні вимикача, стрілка повертається навколо осі на деякий кут, прагнучи встановитись перпендикулярно проводу.

Методичні рекомендації: для досліду краще взяти товстіщий провід, щоб була можливість подавати більш сильніший струм. Поворот магнітної стрілки потрібно демонструвати в вертикальній площині, тому краще застосувати дзеркало.

Питання до учнів. У яку сторону повернеться північний полюс магнітної стрілки в досліді Ерстеда, якщо струм тече ліворуч (праворуч), а магнітна стрілка знаходиться під проводом (над проводом)?

пізнавальний урок фізика комп’ютерний

2.3.2 Проведення досліду «Взаємодія двох паралельних провідників»

Після досліду Ерстеда наступний крок у зближенні «електрики» і «магнетизму» зробив французький фізик Андре Марі Ампер. Він здогадався, що якщо провідники зі струмами взаємодіють з магнітами, то ці провідники повинні взаємодіяти й один з одним, причому фізична природа цієї взаємодії така сама, як і природа взаємодії магнітів.

Досліди, поставлені Ампером, підтвердили його здогад. Виявилося, що провідники зі струмами дійсно взаємодіють один з одним — наприклад, паралельні провідники зі струмом притягуються, якщо струми в провідниках течуть в одному напрямку, і відштовхуються, якщо струми течуть у протилежних напрямках.

Рис. 2.2.2.1

Спостерігаючи подібність у взаємодії котушок, по яких течуть струми, і магнітів, Ампер припустив, що всі магнітні взаємодії обумовлені взаємодією електричних струмів. Це припущення одержало назву гіпотези Ампера. Відповідно до цієї гіпотези: властивості постійних магнітів обумовлені циркулюючими в них однаково спрямованими незатухаючими «молекулярними» струмами.

У внутрішніх частинах магніту «сусідні» молекулярні струми спрямовані протилежно і тому компенсують один одного. Але поблизу поверхні магніту ці струми течуть в одному напрямку, утворюючи ніби струм, що обтікає поверхню магніту.

Цей «поверхневий струм», як вважав Ампер, і надає постійному магніту його магнітних властивостей.

Взаємодія провідників, по яких течуть струми, обумовлена не електричною взаємодією, тому що ці провідники електрично нейтральні.

Взаємодію провідників, по яких течуть струми, використовували для визначення одиниці сили струму в системі СІ.

Одиницю струму на честь Ампера назвали ампером (позначається А).

1 А — це сила такого постійного струму, що при проходженні по двох паралельних прямолінійних нескінченно довгих провідниках дуже малого перерізу, розташованих у вакуумі на відстані 1 м один від одного, викликає між провідниками силу взаємодії, що дорівнює 2 · 10−7 Н на кожен метр довжини.

Досліджуючи взаємодію котушок, по яких течуть струми, однієї з одною і з постійними магнітами, Ампер помітив, що торці котушок зі струмами подібні до полюсів магніту.

Гіпотеза Ампера пояснює також, чому не вдається роз'єднати полюса магніту: адже кожна половинка магніту знову подібна котушці зі струмом.

Обладнання: штатив, два паралельні провідники, джерело живлення, вимикач.

Питання до учнів: У чому суть суть дослідів Ампера? Які положення можна пояснити, використовуючи результати досліду? Учому полягає суть гіпотези Ампера?

2.3.3 Проведення досліду « Виштовхування провідника зі струмом в магнітному полі»

Дослід Ерстеда довів, що електричний струм породжує магнітне поле, що діє на магнітну стрілку, і повертає її так, що вона розташовується перпендикулярно провіднику, по якому йде струм. Вивчимо це явище ретельніше. Зберемо установку, зображену на рисунку 2.2.3.1.

Рис. 2.2.3.1

Поки струму в провіднику немає, магнітне поле на нього не діє, у чому неважко переконатися, переміщаючи магніти.

Отже, магнітне поле не діє на нерухомі електричні заряди. При замиканні ключа провідник починає виштовхуватися з магнітного поля, при розмиканні — повертається у вихідне положення.

Робимо висновок: на провідник зі струмом з боку магнітного поля діє сила. Ця сила називається силою Ампера.

Досліди показують, що сила Ампера пропорційна силі струму в провіднику і довжині активної частини провідника. Вона збільшується при збільшенні інтенсивності магнітного поля і залежить від розташування провідника в магнітному полі.

У випадку, коли провідник зі струмом розташований перпендикулярно до вектора магнітної індукції, напрямок сили Ампера можна знайти за правилом лівої руки: якщо розкриту долоню лівої руки розташувати так, щоб силові лінії магнітного поля входили в долоню, а чотири витягнутих пальці вказували напрямок струму в провіднику, то відігнутий у площині долоні великий палець покаже напрямок сили, що діє на провідник з боку магнітного поля.

Рис. 2.2.3.2

При зміні напрямку електричного струму в провіднику змінюється і напрямок руху провідника, а значить, і сили, що на нього діє.

Обладнання: провід-качелі, магніт дугоподібний, реостат, вимикач демонстраційний, джерело живлення, провідники.

Для проводу-качелей застосований гнучкий провід у хлорвініловій ізоляції, припаяний до мідного проводу діаметром 1−2 мм. Установку збирають за рис. 2.2.3.1. Кінці гнучкого проводу через вимикач і реостат підключають до джерела живлення. При замиканні ланцюга на провідник зі струмом діє сила з боку магнітного поля дугоподібного магніта. Напрямок цієї сили можна змінювати як зміною напрямку струму, так і зміною полюсів магніту, тобто зміною напрямку магнітного поля на протилежний.

Питання до учнів. У якому напрямі діє сила на провідник, поміщений між полюсами магніту північний полюс розташований угорі, якщо один з кінців проводу з'єднаний з позитивним полюсом джерела струму?

2.3.4 Проведення досліду «Орієнтація рамки зі струмом у магнітному полі»

Ми вже знаємо, що магнітне поле чинить орієнтовну дію на магнітну стрілку. Доведемо, що подібну дію магнітне поле чинить і на рамку зі струмом.

Поворот рамки пояснюємо, застосовуючи правило лівої руки до кожної вертикальної ділянки рамки. При зміні напрямку струму в рамці вона буде повертатися у зворотному напрямку. Те саме ми спостерігаємо, помінявши місцями полюси магніту.

Магнітне поле, діючи на вертикальні сторони рамки, змушує її повертатися так, що її площина розташовується перпендикулярно до силових ліній поля. При цьому за інерцією рамка щоразу проходить трохи далі від положення рівноваги. Якщо в момент проходження рамкою положення рівноваги щоразу змінювати напрямок струму в ній, то вона буде безупинно обертатися.

Рис. 2.2.4.1

Обладнання: прилад для демонстрації обертання рамки зі струмом у магнітному полі, магніти прямі, підставки для магнітів, вимикач, реостат, джерело живлення, провідники.

Варіант 1. Рамку підвішують на двох гнучких провідниках, що затискаються у лапці штатива. Кінці проводу через вимикач і реостат приєднують до джерела живлення. Румку розташовують у площині магнітів. При замиканні ключа рамка повертається. Можна показати, що зі збільшенням сили струму момент обертання буде більший.

Варіант 2. Прилад для демонстрації обертання рамки зі струмом у магнітному полі з установленими кільцями поміщають між полюсами магніту. Затискачі приладу через реостат і вимикач з'єднують з джерелом живлення. При замиканні вимикача рамка повертається.

Питання до учнів. До якого полюса джерела струму підключений один з кінців проводу, якщо при замиканні вимикача рамка починає повертатися за годинниковою стрілкою (вид з верху)?

2.3.5 Проведення досліду «Принцип роботи електродвигуна»

Обертання рамки відбувається в результаті дії магнітного поля на провідники зі струмом і що в цьому процесі відбувається перетворення електричноїенергії на механічну. Принцип будови електродвигунів базується саме на даному явищі.

В електродвигунах обмотка складається з великої кількості витків

дроту. Магнітне поле, у якому обертається якір такого двигуна, створюється сильним електромагнітом. Електромагніт живиться струмом від того самого джерела, що й обмотка якоря.

Двигуни постійного струму знайшли широке застосування у транспорті (електровози, трамваї, тролейбуси).

Рис. 2.2.5.1 Будова електродвигуна (1 — ротор, 2 — статор, 3 — обмотка статора, 4 — колектор).

Обладнання: вольтметр, прилад для демонстрації обертання рамки зі струмом у магнітному полі, магніти прямі, вимикач, провідники, джерело живлення, підставка.

На прилад для демонстрації обертання зі струмом у магнітному полі встановлюють півкільця. Рамку повертають так, щоб її площина виявилась в площині магнітів. Затискачі приладу приєднуються через вимикач до джерела живлення. При замиканні вимикача, рамка починає обертатися.

Питання до учнів: Чим пояснюється обертальна дія магнітного поля на поміщену в нього рамку зі струмом? Якими способами створюється магнітне поле в електродвигуні?

2.4 Педагогічний експеримент

В даній роботі, ми аналізували залежність рівня пізнавальної діяльності учнів від застосування відеозаписів реальних експериментів засобами ІКТ на уроках фізики.

При вивченні розвитку пізнавальної діяльності, як і розвитку бідь-якого іншого педагогічного явища, потрібно розглянути рівні, основні показники і критерії оцінки цього процесу [20, 152]

Пізнавальну діяльність учнів з фізки, як говорилось у розліді 1.3, розділити на такі види: 1) засвоєння знань, 2) мотивація учіння та 3) дослідницька діяльність.

Засвоєння знань характеризується рівнем пізнавальної активності учня, внаслідок якої формуються знання, уміння та навички Засвоєння знань є основним видом діяльності.

Мотивація учіння являє собою комплекс мотивів, які спонукають і спрямовують пізнавальну діяльність учнів, визначають її успішність.

Дослідницька діяльність передбачає виконання навчальних завдань на найвищому рівні пізнавальної активності та самостійності кожного школяра, в даному випадку учня 9 класу.

Наведині вище види пізнвально діяльності не є відокремленими один від одного, а тісно співіснують.

Рівень пізнавальної діяльності школяра доцільно вивчати через сформованість окремих її компонентів. Критерії оцінки рівня пізнавальної діяльності містить у собі сукупність показників.

Компоненти пізнавальної діяльності школярів формуються в процесі навчання, розвитку творчих здібностей та психічних процесів.

У своєму дослідженні ми будемо використовувати розроблені тестові завдання (див. додаток А, Б) для визначення рівня знань з фізики учнів 9 класу, опитувальник Реана (див. додаток В) для діагностики мотивації успіху і стаху невдачі та тест креативності Торранса для визначення рівня дослідницької діяльності школярів. Для розподілу учнів 9 класу за рівнями пізнавальної діяльності крім вище загаданих методик використовуємо власні спостереження та відгуки вчителів-предметників, які викладають фізику в даному класі.