Використання інформаційно-комунікаційних технологій в удосконаленні фізичного експерименту

 "Головне, щоб одночасно учень бачив, спостерігав і робив.
Де є ці три речі, там жива думка, яка загострює розум".
В. О. Сухомлинський

Сьогодні, коли відбуваються зміни в області освіти, особлива увага звернена на роль учителя як організатора освітнього середовища для розвитку особистості. Мета освіти – формування особистості, яка буде здатна отримувати глибокі знання, професійні навички, вільно орієнтуватися, самореалізовуватися, саморозвиватися і самостійно приймати правильні, морально-відповідальні рішення в умовах мінливого світу. Сучасній молоді необхідні ґрунтовні знання про природу, навколишній світ, які вони отримують на уроках фізики.

Сучасна фізика є досить цікавою і водночас складною наукою. Практично всі фізичні висновки й досягнення спираються на правильно поставлений експеримент, спостереження та вимірювання. Фізичний експеримент має першочергове значення як для навчання фізики, так і для загального розвитку особистості школяра, формування світогляду, розвитку індивідуальних якостей. Без перебільшення можна сказати, що якість знань і практична підготовка учнів з фізики перебувають у прямій залежності від якості фізичного експерименту. Шкільний фізичний експеримент підводить учнів до розуміння сучасних фізичних методів дослідження, виробляє у них практичні вміння і навички.

Якість більшості уроків з фізики значною мірою залежить від того, наскільки вдало було підготовлено і проведено демонстраційний експеримент. На мою думку особливістю сучасного підходу до проведення фізичного демонстраційного та лабораторного експерименту є його удосконалення за рахунок використання ІКТ.

Швидкість зміни інформації у сучасному світі висока, сучасні досягнення науки і техніки вимагають сучасних уроків, які враховують ці досягнення, а також матеріальні можливості школи. Підростаюче покоління ще в дошкільному віці спілкується з електронними іграшками, електронними годинниками, різними побутовими автоматичними пристроями тощо.

На противагу цьому в школі, вивчаючи фізику учні користуються часто лише лінійкою і механічним секундоміром для вимірювання таких фізичних величин, як миттєве переміщення, малі проміжки часу тощо, що із необхідною точністю виконати за таких умов неможливо. Застарілість методів і форм гальмує розвиток інтересів і творчих здібностей, формування необхідних вмінь і навичок та загалом політехнічного світогляду. Будь-який метод навчання збагачується за рахунок інтеграції в нього ІКТ. Інформаційно-комунікаційні технології підвищують інформативність уроку, ефективність навчання, додають уроку динамізму і виразності.

Використання інформаційних технологій дозволяє спілкуватися з учнями на сучасному технологічному рівні, зробити навчальний процес більш привабливим, емоційним, ефективним та об’єктивним, зокрема, інтеграція в єдиний комплекс реального та віртуального експерименту створює ситуацію, коли найбільш ефективно поєднуються доступність, зручність при виконанні роботи, наочність і легкість сприйняття матеріалу.

При демонструванні дослідів я використовую такі ситуації комп’ютерної підтримки:

• показ відео- та анімаційних фрагментів для постановки навчальної проблеми, демонстрації фізичних явищ, процесів, об’єктів і т. д.;
• демонстрація класичних дослідів, а також дослідів, які не можна відтворити у шкільних умовах;
• аналіз на комп’ютерних моделях дослідів з варіаціями початкових умов і параметрів;
• використання малюнків, моделей, схем, графіків як засобів віртуальних наочностей;
• проведення комп’ютерних лабораторних робіт;
• побудова графіків, діаграм і т. д. з використанням програм Microsoft Office Excel;
• використання мультимедійних презентацій;
• звернення до електронних енциклопедій, пошук навчальної інформації в Інтернеті.

Віртуальна наочність доповнює фізичний експеримент та інші традиційні форми наочності (таблиці, слайди, діаграми, відео - і аудіо-записи, моделі і пристрої). При цьому віртуальна наочність забезпечує:

• достатню ілюстративність пристрою або установки;
• естетичну привабливість демонстрованого пристрою або установки, їх окремих вузлів;
• відносну простоту маніпуляцій під час проведення експерименту;
• масовість проведення експериментальних завдань, багатократність дій, можливість повторного проведення;
• перехід від електричних схем до реальних елементів, швидке запам'ятовування умовних позначень тощо.

Аналіз рекомендацій науковців і мій власний досвід використання навчального експерименту показують, що він може бути використаний на різних етапах уроку з різною дидактичною метою, а також виступає одночасно як метод навчання, джерело знань і засіб навчання.

При вивченні нового матеріалу експеримент виконує роль наочної опори розумових процесів. Використання віртуального експерименту полегшує виділення в предметах і явищах суттєвих елементів і зв’язків, дозволяє активізувати розумову діяльність учнів, розвивати в учнів аналітико – синтетичне мислення. Найефективнішим є так званий евристичний метод вивчення матеріалу, коли значну частину необхідних висновків учні роблять самостійно, використовуючи дані навчального експерименту (демонстраційного, фронтального, експериментальних задач тощо). Демонстраційні досліди та експериментальні задачі я проводжу, даючи початкове уявлення про явища, досліджуючи властивості тіл і явищ, або щоб показати застосування явищ або використання їх властивостей.

Наприклад, вивчаючи сполучені посудини. Коли розглядаємо будову, демонструємо прилад "Сполучені посудини"; цей же прилад використовуємо при демонстрації властивостей сполучених посудин, а також дослід із скляною трубкою, яка з’єднана гумовою трубкою з піпеткою. Гумова трубка перетиснута затискачем. У скляну трубку наливаємо воду, а піпетку опускаємо якомога нижче. Якщо затискач зняти, то вода струменем почне підніматися над наконечником піпетки. Коли розглядаємо застосування сполучених посудин, можна використати віртуальний дослід: принцип дії фонтана, артезіанського колодязя, шлюзи. На етапі актуалізації та контролю знань застосування інформаційних технологій має дидактичні переваги: яскрава форма показу, швидке відтворення реального демонстраційного експерименту, акцентування уваги на окремих аспектах теоретичного матеріалу, збудження пізнавальної активності на основі емоційності сприйняття.

Віртуальний експеримент ми з дітьми застосовуємо, коли неможливо або важко уявити деякі явища. Наприклад, явища мікросвіту та макросвіту, оскільки, в одних випадках, вони не спостерігаються в реальному житті, а в інших – не перевіряються експериментальним шляхом у фізичній лабораторії - явища атомної та ядерної фізики. (Будова атома, дослід Резерфорда і т. д.) Проведення окремих експериментальних завдань, навіть за наявності обладнання, пов’язано із небезпекою для життя і здоров’я учнів. Деколи неможливо підтвердити теоретичні знання учнів практичними за допомогою фізичного експерименту в зв’язку з відсутністю необхідного лабораторного обладнання, або неможливо здійснити спостереження та дослідження фізичних явищ, виявити їх закономірності, оскільки наявне обладнання розраховане на задані параметри, які не змінюються в процесі роботи. Тому в таких ситуаціях теж можна використати віртуальний дослід, або його модель.

Процес повторення та контролю знань можна організувати як доповнення вже відомого новими знаннями у процесі узагальнення та систематизації, змінюючи параметри віртуального експерименту. На жаль, оснащення кабінету фізики в нашій школі не завжди дозволяє провести лабораторно-практичні роботи на належному рівні. У такому випадку мені допомагає поєднання реального та віртуального експерименту. При проведенні лабораторних робіт з електрики, можна використати прилади, щоб учні навчилися складати кола та робити виміри. Коли потрібно провести дослідження електричних кіл, не завжди є в потрібній кількості необхідне обладнання, тому замінюємо роботу віртуальною. Доцільно використати програмний засіб "Початки електроніки" та інші конструктори.

Використання ЕОМ дало нам можливість створити віртуальну лабораторію, яка дозволила проводити лабораторні роботи (вибирати роботу, змінювати параметри під час її проведення, користуючись при цьому електронними моделями лабораторного устаткування). Виконання віртуальних лабораторних робіт сприяло не тільки підвищенню рівня засвоєння учнями відповідного навчального матеріалу, а й підвищенню рівня безпеки проведення робіт із реальними приладами.

Це досягається за допомогою візуалізації наслідків недотримання вимог техніки безпеки. Застосування комп'ютерної техніки під час проведення практичних занять дозволило підвищити індивідуалізацію групових завдань, оскільки окремі суб'єкти навчальної діяльності були майже незалежними щодо вибору темпу сприймання, обробки та засвоєння інформації.

Не завжди при проведенні експерименту можливо побачити процеси, які відбуваються всередині установки. Такі процеси можна спостерігати за допомогою комп'ютерних моделей, анімацій. Наприклад, при вивченні гідравлічних машин, їх роботу ми можемо побачити за допомогою приладу гідравлічного пресу, а процеси, які відбуваються всередині цього приладу, - за допомогою комп’ютерної анімації або моделі "Гідравлічні машини".

Сучасні електронні засоби дозволяють гармонійно поєднати дидактичні принципи з науковістю матеріалу, зрозуміло описувати експеримент і відтворювати досліджуване фізичне явище у довільному масштабі часу, проводити імітаційне моделювання явищ, недоступних для класичних методів спостереження, таких, як процеси мікросвіту, космосу тощо. Нині розроблені пакети прикладних програм, орієнтовані як на групову роботу під час пояснення матеріалу, практичних і лабораторних занять, так і на позаурочну роботу учня, які ми використовуємо у своїй роботі.

Принцип застосування віртуального демонстраційного експерименту в навчальному процесі зводиться до основної ідеї: реальний експеримент необхідно проводити завжди, коли це можливо, а віртуальний – коли реальний фізичний експеримент важко або неможливо реалізувати, а також в якості доповнення.

Я побачила що, використання реального і віртуального експерименту дає змогу розширити можливості експерименту як виду наочності та джерела знань; підвищити зацікавленість учнів процесом пізнання, що забезпечує значне поліпшення ефективності навчання фізики; збільшити обсяг самостійної роботи – індивідуальної, групової; збільшити інформаційну насиченість навчального матеріалу; розвивати інтерес до дослідницької роботи; створення дидактичних основ технології дистанційного навчання, активізувати пізнавальну діяльність учнів.

Поєднання реального і віртуального експерименту дозволяє: показати явища, що вивчаються, і тим самим створити необхідну експериментальну базу для їх вивчення, проілюструвати встановлені в науці закони і закономірності в доступному для учнів вигляді і зробити їх зміст зрозумілим для учнів, підвищити наочність викладання предмета.

Отже, разом з дітьми ми дійшли висновку, що використання ІКТ в фізичному експерименті у перспективі дозволить:

• формувати уміння одержувати інформацію з різних джерел, обробляти і зберігати її;
• формувати навички дослідницької діяльності за допомогою моделювання роботи наукової лабораторії;
• надати учням можливість управління реальними об’єктами (наприклад, навчальними роботами, що імітують промислові пристрої або механізми);
• надати школярам можливість управління інформаційними моделями різних об’єктів, явищ, процесів;
• створити середовище для дослідницької роботи учнів з різних шкіл, різних регіонів і країн.