Компьютерные технологии: современный урок физики и астрономии

П.И.БЕЛОСТОЦКИЙ, Г.Ю.МАКСИМОВА (школа N 1012), Н.Н.ГОМУЛИНА, методист ЗАО, г. Москва

Несмотря на большие трудности, которые переживает в настоящее время отечественное образование, компьютерная техника, а следовательно, и компьютерные образовательные технологии начинают внедряться в учебный процесс. И конечно, наиболее активны в этом отношении мы, учителя физики, - используем возможности школьных кабинетов информатики, компьютеризированное рабочее место учителя (КРМУ) с большим монитором или видеопроектором, даже домашние компьютеры учащихся. Благо, что имеющееся лицензионное и авторское программное обеспечение позволяет решать совсем по-новому и, полагаем, достаточно эффективно многие проблемы курса физики. На выездных семинарах по теме «Компьютерные технологии в преподавании физики», которые проводит МИПКРО в школе N 1012 Западного административного округа г. Москвы, слушателей знакомят с методикой преподавания физики с использованием компьютерных технологий и, что самое главное, с ролью учителя в этом процессе. На этих семинарах не только слушают, но и активно работают, причем каждому слушателю выделяется подготовленный учащийся-ассистент из 10-11-го классов.

Прежде всего хотим обратить внимание на мультимедийный компьютерный курс в двух частях «Открытая физика» (разработчик ФИЗИКОН, МФТИ), в котором охвачены все разделы, предусмотренные программой общеобразовательной школы. Компьютерный курс состоит из модулей - компьютерных экспериментов, Для каждого эксперимента представлены компьютерная анимация, графики, численные результаты. Изменяя параметры и наблюдая результаты, можно провести всестороннее интерактивное физическое исследование по каждому эксперименту.

Интересно и качественно выполнены видеозаписи многих известных демонстрационных экспериментов. Мы рекомендуем сначала познакомить учащихся с пользовательским интерфейсом на примере какой-нибудь конкретной темы, а затем в течение учебного года давать на дом задачи, предлагаемые авторами курса или учителем. Обсуждать результаты можно на последующих уроках, дополнительных занятиях или семинарах, интерфейс пользователя очень прост, доступен и унифицирован, что позволяет подготовленному учащемуся работать с программой самостоятельно. К сожалению, небольшие размеры окна не позволяют наглядно использовать программу в ходе урока, даже если есть большой монитор. А вот в школах, где есть современные видеопроекторы, «Открытая физика» позволяет сделать урок более интересным и динамичным. Например, в теме «Постоянный ток» натурный эксперимент по выявлению зависимости между силой тока и напряжением можно продублировать компьютерным, практически повторив те же измерения. После того, как установлено доверие к компьютерному конструктору, можно «собрать» и более сложную электрическую цепь (рис.1), расчет которой обычно вызывает большие трудности у учащихся.

В школах или классах с расширенным или углубленным преподаванием физики при изучении механики полезна работа с «Компьютерным физическим практикумом» (разработчики ЦСПИ В.А. Давыдов и др.). «Практикум» также интерактивен, и мы рекомендуем его использовать и при фронтальной работе под руководством учителя, и при демонстрациях на КРМУ, и, опять же, в домашних условиях, поставив перед учащимися конкретную задачу. Например, в теме «Движение по наклонной плоскости» полезно исследование, в ходе которого учащиеся определяют коэффициент трения скольжения, исходя из условия р = tg(a1), где a1 - угол наклона плоскости, при котором брусок начинает соскальзывание.
Очень полезно использовать программу «Физика в вопросах и ответах» (автор В.В. Сизов, МГУ). Это компьютерное пособие предназначено для тестирования знаний учащихся. Наглядная итоговая ведомость дает возможность не только оценить знания учащихся. но и понять, какие вопросы даются наиболее тяжело. В общеобразовательных школах целесообразно использовать эту программу при закреплении соответствующих тем курса и подготовке к итоговому тестированию с уровневой дифференциацией. Благодаря тому, что окна пользовательского интерфейса большие и хорошо подобран шрифт, учитель может фронтально работать с программой на КРМУ. Например, в теме «Механическое движение» полезно предложить учащимся выбрать, какой из четырех заданных графиков движения соответствует данным, указанным в таблице (рис. 2).
Для подготовленных школьников можно организовать работу с компьютерной обучающей программой «Курс физики для школьников и абитуриентов» (автор Л.Я. Боревский, «Компьюлинк»). Курс содержит электронный гипертекстовый учебник и справочник, включающий в себя основной и дополнительный теоретический материал и достаточно полный комплект сложных задач, которые предлагается решать в интерактивном режиме, пошагово. Модели изучаемых явлений и возможности анимации позволяют разобраться и в условии предложенной задачи, и в методах ее решения.
В школах с современным компьютерным классом учитель может организовать сначала вводное занятие для быстрейшего овладения навыками общения с программой, а затем - занятия по обучению решению задач и проверке знаний, причем оценить успехи школьника позволит дневник. Полезно провести вводный курс на КРМУ, а затем уже предлагать учащимся самостоятельно работать с отдельными задачами в кабинете информатики, на дополнительных занятиях или дома с последующим обсуждением или разбором содержания задач и методик их решения. Задачи сопровождаются анимацией, развернутым табло выбора возможных вариантов и т.д. (рис. 3, см. с. 13).
Особое внимание хотим обратить на компьютерную проектную среду «Живая физика» (разработчик фирма «Knowtedge Revolution», русская версия подготовлена ИНТом ). В основном программа ориентирована на изучение движения в гравитационном. электростатическом, магнитном или любых других полях, которые позволяет описать фантазия. Программа объединяет аппарат численного интегрирования, анимацию результатов вычислений и удобные средства управления.
От рассмотренных выше программ эта отличается, во-первых, очень высокой степенью интерактивности: схемы экспериментов, модели физических объектов, силовые поля можно создавать при помощи простых манипуляций мышью, а во-вторых, наглядным отображением физических процессов при помощи анимации, графиков, таблиц, векторов (рис. 4). Возможность произвольно комбинировать идеальные и реальные условия опыта поможет лучше понять новый материал, решить задачу, осмыслить лабораторную работу.
К программе прилагается прекрасно подготовленное «Руководство пользователя», подготовленное ИНТом, позволяющее учителю легко разобраться во всем самому и подготовить учащихся-ассистентов, с помощью которых он может сам разработать огромное число изящных имитационных моделей для КРМУ, удовлетворяющих самым строгим требованиям методики и психологии обучения физике. Кроме того, в самой среде дан целый пакет наглядных иллюстраций, моделей и экспериментов. И наконец, сотрудники ИНТа М.А. Шапиро, В.В. Бронфман и др. разработали очень большой пакет моделей в среде «Живая физика», который придется по душе многим учителям. Например, модель движения тела, брошенного под углом к горизонту (рис. 4), делает одну из наиболее сложных тем курса физики самой любимой и интересной для учащихся. В сочетании с натурным экспериментом, используя КРМУ, учитель может показать зависимость параметров движения от угла бросания и начальной скорости, особенности изменения во времени координат и проекций скорости на оси Ох и Оу и многое другое. В частности, наглядно можно исследовать влияние силы сопротивления, как и почему она сама изменяется во время движения.

Где можно приобрести данные обучающие программы?
Если в вашем городе нет специализированных магазинов, рекомендуем обратиться в федеративный комитет развития педагогических технологий и образовательной инженерии «Школа будущего», который осуществляет внедрение информационно-технических средств в школы,
Адрес «Школы будущего»: 105484, Москва, а/я 6. Тел./факс: (095) 369-6624. На сегодняшний день в каталогах «Школы» более 25 учебных CD-ROM. Наряду с использованием компьютерных обучающих и контролирующих программ перспективно применение компьютера в качестве программно-аппаратного средства, т.е. как измерительного прибора. Да еще какого! Но это уже отдельный разговор...