Дипломная работа: Психолого-педагогічні аспекти комп’ютерного моделювання при вивченні розділу "Геометричної оптики"
Предмет дослідження: Форми, методи і засоби реалізації вивчення геометричної оптики за допомогою комп’ютерного моделювання.
Гіпотеза дослідження
Використання комп’ютерного моделювання при викладанні геометричної оптики повинно підвищити ефективність і якість засвоєння знань (понять, законів, величин, тощо), формування відповідних умінь та навичок.
Відповідно до предмету і гіпотези дослідження були визначенні його конкретні завдання:
1. Провести аналіз літературних джерел, наукових праць, статей з питання використання комп’ютерних моделей при викладанні фізики.
2. Розглянути психолого-педагогічні аспекти ефективного використання комп’ютерного моделювання при викладанні фізики.
3. розробка методичних рекомендацій, щодо використання комп’ютерного моделювання.
4. Розробка системи уроків з використанням комп’ютерного моделювання під час вивчення геометричної оптики в школі.
1 . Історико-методологічні аспекти дослідження
1.1 Технології комп’ютерного моделювання як різновид НІТ
Оскільки нові інформаційні технології навчання (НІТН) включають універсальні засоби опрацювання інформації, то відкриваються перспективи широкої диференціації навчання, розкриття творчого потенціалу, пізнавальних здібностей кожного окремого учасника навчального процесу. За рахунок наявності в складі НІТН наперед розроблених засобів автоматизації рутинних, технічних операцій, виконання яких необхідне під час дослідження різноманітних процесів і явиш, можна значно зменшити навчальне навантаження, надати навчальній діяльності творчого, дослідного характеру, що природно приваблює учня, результати якої приносять задоволення, стимулюють пізнавальну активність.
Аналіз застосовності педагогічного програмного забезпечення (ППЗ) або програмного засобу загального призначення в навчальному процесі потребує аналізу ППЗ як з погляду дидактичних, психолого-педагогічних вимог, так і реалізованості даного ППЗ на наявному апаратному забезпеченні. У більшості випадків постає проблема встановлення програмного засобу на наявному апаратному забезпеченні та його конфігурування для ефективного вирішення навчальної задачі [6].
Сформульовані раніше для шкільних фізичних демонстрацій вимоги з певним застереженням можуть бути перенесені на засоби НІТ, що використовуються для підтримки навчання фізики. Характерними відмінностями, які притаманні засобам НІТ, є:
а) інтерактивність, під якою для навчального процесу розуміють доступність моделі фізичного явища для безпосередньої корекції вхідних даних та параметрів моделі;
б) адаптивність, тобто можливість зміни (у певних межах) темпу навчання, способів подання навчального матеріалу, реакції ППЗ на відповіді учня тощо, причому здійснювану без участі вчителя або за мінімальної особистої участі вчителя;
в) можливість гіпертекстової побудови структури навчального матеріалу (текстового і графічного, включаючи засоби мультиплікації, когнітивної графіки).
На лабораторних роботах з фізики зручно використовувати програми, які дають змогу автоматизувати проведення фізичного експерименту: інформація від фізичних приладів надходить не до людини, яка її обробляє (можливо із застосуванням ЕОМ), а відразу до комп'ютера, який практично миттєво обчислює, будує графіки і т. ін.
Використання датчиків і пристроїв для вимірювання фізичних величин і пристроїв, що забезпечують введення і виведення аналогових і дискретних сигналів (приладового інтерфейсу), лає змогу візуалізувати на екрані ЕОМ різні фізичні закономірності у вигляді моделей, графіків, діаграм, які динамічно змінюються залежно від зміни вхідних параметрів.
При цьому НІТН дають змогу провести десятки експериментів за порівняно невеликий проміжок часу при швидкому зворотному зв'язку і візуалізації результатів експериментів.
Більшість авторів ще 5– 6 років тому передбачали, що зростання «дружності» засобів інформатики суттєво зменшить вимоги до підготовленості користувача для предметного, галузевого використання програмних засобів як спеціалізованих, так і загального призначення.
Нині уже стає зрозумілим, що дана проблема у ряді випадків не розв'язується так, як передбачалося, а саме шляхом ускладнення програмно-апаратного забезпечення і спрощення доступу користувача до нього і використання його можливостей.
Протиріччя, яке виникло між зростаючими можливостями засобів опрацювання інформації і психофізіологічними обмеженнями каналу взаємодії людини з програмно-апаратними засобами, спричинило появу та поширення засобів Multimedia, поняття «віртуальна реальність». Водночас виникло протиріччя між доступністю результатів опрацювання інформації та все зростаючою прихованістю самого процесу опрацювання інформації. При створенні НІТН фізики прихованість опрацювання інформації, на нашу думку, не завжди бажана, оскільки на певних етапах одним з обов'язкових результатів навчання є формування умінь і навичок проведення фізичних вимірювань, а не лише опрацювання їх результатів [2].
Необхідно зазначити, що учні середніх шкіл, а особливо учні шкіл гуманітарних, не володіють необхідними навичками мислення для глибокого розуміння явищ, процесів, які описано в цих розділах. У таких випадках на допомогу приходять сучасні засоби навчання, і в першу чергу – ПК. Такі уроки викликають в учнів справжній інтерес, змушують працювати всіх, навіть слабко підготовлених дітей. Якість знань при цьому відчутно зростає.
Багато явищ в умовах шкільного фізичного кабінету не можна продемонструвати. Це наприклад, явища мікросвіту, або процеси, що швидко відбуваються, досліди з приладами, яких немає в фізичному кабінеті. Діти відчувають труднощі, бо не в змозі уявити ці явища, а комп'ютер може створити моделі явищ; які допоможуть подолати цю проблему.
Комп'ютерне моделювання дає змогу створити на екрані комп'ютера живу, наочну й динамічну картинку фізичного досліду або явища, яке важко пояснити «на пальцях», і відкриває для вчителя широкі можливості для удосконалення уроків.
Слід зазначити, що під комп'ютерними моделями розуміємо комп'ютерні програми, які імітують фізичні досліди, явища або ідеалізовані модельні ситуації, що трапляються у фізичних задачах. Вони легко вписуються у традиційний урок.
Комп'ютер також підвищує і стимулює інтерес до навчання, активізує мислительну діяльність і ефективність засвоєння нового матеріалу, допомагає учням, які пропускають заняття через хворобу, сприяє розвитку самостійності учнів.
Комп'ютерні уроки потребують особливої підготовки. Потрібно чітко визначити мету, якої ми хочемо досягти. До таких уроків треба писати сценарії, продумано «вплітати» справжній і віртуальний експерименти.
Варто пам'ятати, що моделювання різних явищ у жодному разі не замінить справжніх дослідів, а в сукупності з ними дасть змогу на вищому рівні пояснити фізичні закономірності [4].