Психолого-педагогічні умови впровадження в навчальний процес комп'ютерного моделювання

1.3 Психолого-педагогічні умови впровадження в навчальний процес комп'ютерного моделювання

З появою персональних комп'ютерів у загальноосвітніх навчальних закладах учителі фізики отримали потужний інструмент підвищення ефективності навчального процесу зі своєї дисципліни. Попри велику розмаїтість напрямків застосування комп'ютерної техніки при вивченні фізики детальніше розглянемо можливості моделювання фізичних процесів.

Комп'ютерне моделювання уже давно стало предметом досліджень як фундаментальної науки, так і вищої школи. Воно передбачає детальний аналіз фізичного явища чи процесу, побудову фізичної моделі (абстрагування від несуттєвих впливів, вибір законів, які описують відповідні процеси), створення математичної моделі, реалізації її засобами інформаційних технологій, проведення відповідних розрахунків на ПК та аналіз отриманих результатів.

Важливим аспектом реалізації комп'ютерних моделей є отримання вихідної інформації у графічній формі. Особливості людської психіки і фізіології дозволяють швидко аналізувати, миттєво асоціювати з накопиченим досвідом і розпізнавати графічні образи на відміну від сухого набору формул і цифр. До того ж вміння аналізувати графічні залежності між різними величинами – це не лише необхідний елемент фізичної освіти, а й важливий чинник загального розвитку школяра та професійного становлення у будь-якій галузі.

Перша проблема, яку потрібно вирішити, упроваджую чи елементи комп'ютерного моделювання при вивченні фізики – вибір інструментальних засобів його реалізації. У час зародження сучасних інформаційних технологій єдиним способом було використання мов програмування високого рівня.

За останні десятиріччя опубліковано немало книг та статей, де
розглядається розв'язання фізичних задач таким способом. Поява спеціалізованих програмних продуктів для автоматизації математичних обчислень суттєво змінює стан справ у галузі комп'ютерного моделювання. Використання комп'ютера на уроці фізики, яку вивчають усі без винятку школярі, не повинно вимагати від них спеціальних знань з програмування, а давати можливість працювати у простому, інтуїтивно зрозумілому для них середовищі. Це дасть змогу не витрачати зайвий час на непродуктивну діяльність по створенню та налагодженню програми (з таким самим успіхом можна будувати графіки на міліметровому папері, виконуючи обчислення за допомогою калькулятора), а зосереджуватися на аналізі фізичної суті тих процесів, які ховаються за побудованими комп'ютером графіками.

Автори публікацій, що з'являються останнім часом у фахових періодичних виданнях пропонують використовувати для цього електронні таблиці, зокрема табличний процесор Microsoft Exel. Вивчення цієї програми як складової частини пакета Microsoft Office передбачено програмою шкільного курсу інформатики, у неї досить простий інтерфейс, великі обчислювальні можливості та засоби графічного відображення інформації.

У той же час специфіка електронних таблиць така, що робить їх незамінним інструментом для обробки результатів лабораторного експерименту та побудови, графіків на їх основі, але не зовсім зручним для власне комп'ютерного моделювання.

Mathcad 2000 – потужна і гнучка універсальна система комп'ютерної математики. Для неї характерні великі обчислювальні можливості, не тільки числові, а й аналітичні, багатий арсенал графічних засобів та інструментів форматування електронних документів[19]. У той же час – простий. Інтуїтивно зрозумілий інтерфейс, звична і зручна форма завдання вихідних даних – констант, змінних, функцій, виразів (майже повністю відтворюється стандартна математична символіка), Хоч ознайомлення із зазначеним програмним пакетом не є обов'язковим елементом навчальної програми з інформатики для загальноосвітніх шкіл, найпростіші прийоми роботи з Mathcad 2000, необхідні для розв'язання задач комп'ютерного моделювання нескладних фізичних процесів, можуть бути засвоєні учнями впродовж одного додаткового заняття.

Наступне завдання, яке повинен вирішувати вчитель фізики, впроваджуючи елементи комп'ютерного моделювання у навчальний процес з предмета, – визначення кола задач, для розв'язання яких доцільно застосовувати електронно-обчислювальну техніку. Типи задач, які можна доручити комп'ютеру, уже визначено у методичній літературі. У шкільному курсі фізики дуже часто виникають чотири класи графічних задач, які потребують комп'ютерної підтримки:

– побудова графіків складних функціональних залежностей між фізичними величинами;

– побудова траєкторій складних рухів;

– дослідження зміни вигляду графіка функціональної, залежності при зміні одного з параметрів;

– побудова групи характеристик одного явища чи процесу на одному графіку.

Комп'ютерне моделювання у фізиці розгортається у двох напрямках:

-        чисельне моделювання фізичних явищ та процесів;

-        розробка та створення демонстраційних програм з фізики.

Загальновизнано, що чисельне моделювання – невід’ємна складова сучасної фундаментальної та прикладної науки, яка не поступається за важливістю традиційним експериментальним і теоретичним методам. У багатьох випадках тільки чисельне моделювання, що замінює дорогий експеримент. Уміння «обчислювати» є обов’язковим для майбутніх науковців та викладачів.

Побудова фізичної моделі вимагає більш детального та поглибленого розуміння фізичних процесів, що розглядаються, аби обґрунтовано зробити потрібні припущення, виділити першорядні та відкинути другорядні фактори. Задачі, що пропонуються, оригінальні, їх розв'язання потребує опрацювання додаткової літератури, вдумливої та копіткої самостійної роботи. Закінчується етап затвердженням робочої моделі, яка у подальшому може коригуватись.

Математична модель – це система рівнянь, яка відображає прийняту фізичну модель на відповідному рівні знань.

Для фізичного опису явища добирають кілька простих демонстрацій, які найбільш наочно та повно відображають суть явища. Демонстрації не повинні бути складними для програмної реалізації на комп'ютері [17]. Крім того, вони мають добре «виглядати» на екрані дисплею.

Для кількісного зв'язку величин у фізичному явищі наводяться математичні співвідношення, які виражають фізичні закони. Для більшої наочності ці співвідношення підтверджуються доведенням та графіками. Однак виведення співвідношень та інший допоміжний матеріал не повинні захаращувати екран дисплею та відволікати від демонстрації.

Компоновка матеріалу на екрані дисплею, послідовність його подачі, кольорова гама малюнків тощо обговорюються при створенні сценарію демонстраційної програми. Сценарій – це набір ілюстрацій з фрагментами малюнків, пояснюючих написів, математичних формул, розміщених у певному порядку.

Реалізація демонстраційної програми передбачає хорошу комп'ютерну підготовку учня: знання алгоритмічної мови з відповідними графічними можливостями та графічного редактора. Крім того, демонстраційна програма повинна мати дружній та зручний для користувача інтерфейс. У перспективі демонстраційна програма може бути модернізована у навчальну.

Педагогічні спостереження показали, що в роботі з засобами НІТ та конкретними ППЗ, що використовуються для розв'язання навчальної задачі, предметна галузь якої знаходиться за межами власне інформаційних технологій, учень перебуває в ситуації, коли повинен використовувати дві паралельно-послідовні перцептивні схеми. Одна схема – основна – дає йому можливість здійснювати діяльність у предметній галузі навчальної задачі, інша – додаткова – здійснювати діяльність щодо управління засобами НІТ (виступати в ролі активного користувача). Під час використання тієї чи іншої перцептивної схеми, одна з них відступає на другий план, тобто переходить в область «затемнення». Переведення уваги, перенесення акцентів діяльності визначає специфіку застосування засобу НІТ та відповідного ППЗ у навчальному процесі, впливає на процес прийняття рішення [5].

Важливим також є питання про те, в якому співвідношенні повинні формуватися теоретичні уявлення, що пов'язані з використанням засобів НІТ, й операційно-технічні навички використання цих засобів у дітей молодшого віку. Тут треба враховувати той факт, що засоби НІТ не можуть знайти в дитини діяльнісної опори в повсякденній практиці, не виступають як знаряддя праці дитини. Не можна також забувати про те, що штучне розширення сфери використання засобів НІТ дитиною обмежується медико-біологічними проблемами [6, 7].

Особливу увагу слід звернути на дослідження операціонально-технічного компонента специфічно-перцептивних видів навчальної діяльності дитини з використанням засобів НІТ. Актуальним може бути дослідження динаміки формування смислових відношень, що пов'язують перцептивні дії дитини під час використання засобів НІТ з діяльністю, в контексті якої вони здійснюються, враховуючи обмежену множину цієї діяльності, що пов'язано з розумовим віком дитини.

За будь-якої організації навчального середовища, тобто середовища, в якому відбувається навчальна діяльність дитини, використання в ньому програмно-апаратних засобів потребує формування в дитини специфічних структур діяльності, котрі «нав'язуються» цими засобами. Мова йде не про змістовне наповнення навчального курсу, що подається з використанням засобів НІТ, а про діяльнісну складову на рівні управління цим засобом.

Будь-яка операція з засобом НІТ пов'язана з прийняттям рішення про подальшу діяльність [8], тобто, як у нашому випадку, з плануванням дій, спрямованих на використання засобу НІТ, на підставі аналізу ситуації, що сформована низкою попередніх дій, та того представлення щодо результату наступних дій, яке виступає як поведінка, що спрямована на реалізацію мети як «образу майбутнього» в самому матеріалі діяльності дитини [9]. У процесі використання в навчальній діяльності засобу НІТ ця діяльність багато в чому обумовлена специфікою апаратно-програмного комплексу, активне використання якого може здійснюватися тільки у діалоговому режимі. Тут важливим є питання про необхідну і достатню «глибину» аналізу дитиною низки попередніх дій, що привели навчальне середовище «дитина-комп'ютер» до того стану, який повинна аналізувати дитина, та визначення кількості «кроків», яку вона повинна «пройти» до реалізації «образу майбутнього» на екрані комп'ютера. Ці питання пов'язані, з одного боку, з цілепокладанням проектантів та організаторів навчального процесу, а з другого-з рівнем розумового розвитку дитини, тобто потребують комплексного психолого-педагогічного дослідження.

Як показують педагогічні спостереження, ступінь активності дитини в процесі використання засобу НІТ деякою мірою може характеризуватися взаємовідносинами, що встановлюються в навчальному середовищі «дитина-комп'ютер» під час розв'язання питання «ведений-ведучий» у кожній конкретній ситуації [10]. Зрозуміло, що нижчий рівень активності учня притаманний ситуації, коли ведучим виступає комп'ютер (точніше, те програмне середовище, яким оперує дитина), ведений – учень. Такий рівень характерний для ігрової ситуації, організованої у відповідному програмному середовищі. Перехід засобу НІТ від рівня «іграшки» до рівня засобу навчальної діяльності визначає якісний ступінь у його застосуванні. Тут постає питання про місце, яке організатори навчального процесу відводять засобу НІТ у цьому процесі.

Існує велика кількість педагогічних програмних засобів (ППЗ), які зводять засіб НІТ до рівня джерела навчальної інформації, яка візуалізована на екрані комп'ютера або подана його аудіозасобами. Активність в цих ППЗ визначається її реагуванням на питання, що закладені проектантами відповідного засобу. За такого підходу ведучим виступає програмний засіб, тобто здійснюється ретроспективний аналіз дитиною попередніх дій, майже не потрібна побудова «попереднього плану дій» [11]. Така ситуація характерна саме для гри, при цьому «правила гри» встановлюються розробниками ППЗ і є однаковими для всіх користувачів. Питання диференціації тут вирішуються на рівні терміну засвоєння навчального матеріалу, кількістю циклів використання ППЗ або його фрагментів, характером «точок входження» користувача в різні фрагменти ППЗ. Саме такі ППЗ можуть бути використані в навчально-виховному процесі дошкільних навчально-виховних закладів та початкової школи. Але використання і таких програмних засобів повинно мати деякі обмеження, бути змістовно обґрунтованим.

Якщо в старшому шкільному віці здійснення діяльності (цілепокладання, добір засобів, виконання дій, аналіз результатів і т. ін.), зокрема в середовищі «учень-комп'ютер», спирається на достатньо сформовані розумові якості особистості, то в молодшому шкільному віці до вад зазначеного підходу можна віднести відсутність можливості використання подібних засобів НІТ для формування в дитини навичок ретроспективного аналізу власних дій, планування подальшої діяльності, тобто тих компонентів, без яких неможливо сформувати продуктивне мислення. Крім того, «мала» компонента самостійності, що притаманна такому підходу, може закріпити в дитині роль веденого в середовищі «людина-комп'ютер», що ніяк не відповідає меті формування творчої особистості, яка в своїй майбутній діяльності в умовах інформати-зованого суспільства має активно залучати засоби НІТ для досягнення власних цілей.

Окремого розгляду потребує і питання про те, як впливає формування алгоритмічного мислення (на позитивних якостях якого наполягають багато педагогів) на розвиток творчих здібностей учнів. Це важливо хоча б тому, що творчість – це, в першу чергу, вихід за межі засвоєного алгоритму. Алгоритм, як система приписів, виконання яких обов'язково приводить до одержання розв'язку задачі, формує, в основному, навички репродуктивної діяльності. Перевантаження алгоритмічністю, стискання рамками приписів саме дитячого мислення може завдати більше шкоди, ніж користі. Врівноваження компонентів різних форм розумової діяльності молодших школярів повинно бути обґрунтовано з урахуванням превалювання формально-логічного компоненту в розумовій діяльності в процесі оперування алгоритмами. Деякі фахівці навіть наполягають на тому, що постійне оперування засобами інформаційних технологій накладає свій відбиток на психічну структуру розумової діяльності, на особливості її процесів та виробляє відповідну спрямованість мислення. Аналізуючи професійну діяльність програмістів, дослідники помітили, що «комп'ютер подібний до дзеркала, яке відображає зворотний бік розумових процесів програміста» [12].

Ми окреслили далеко не всі питання, що виникають під час аналізу означеної проблеми, але їх вивчення дасть можливість наблизитися до розуміння впливу використання засобів НІТ на розвиток дітей дошкільного та молодшого шкільного віку, на формування потрібних, заздалегідь сформульованих та визначених психологічних властивостей дитини. Це, в свою чергу, дасть змогу прогнозувати результати цього впливу, формувати спектр позитивних педагогічних дій під час реалізації навчально-виховного процесу з використанням засобів НІТ. Ці питання пов'язані, в першу чергу, з кінцевими цілями навчально-виховного процесу, а не з проблемою використання в цьому процесі того чи іншого апаратного та програмного забезпечення засобів НІТ.

Підсумовуючи висловлене вище, зазначимо таке:

1.Сьогодні все більше відчувається потреба в подальшому розробленні вітчизняних програмних засобів, орієнтованих на використання в навчальному процесі як початкової, так і основної школи.

2.Заходи, здійснювані в напрямі поширення НІТН у молодшій та основній школі, повинні бути змістовно обґрунтовані, спиратися на адекватні науково-методичні та психолого-педагогічні дослідження. Не треба забувати, що «експериментальним матеріалом» виступають діти.

3.Для розв'язання окреслених питань потрібна розробка окремої державної програми наукових досліджень, починаючи з уточнення положень концепції інформатизації освіти з урахуванням сучасного рівня апаратно-програмних засобів, тенденції їх розвитку, вітчизняного та світового досвіду.

Сьогодні, коли так багато говориться про комп’ютерізація освіти, а дещо в цій галузі уже робиться, цікаво обговорити питання: що може і чого не може забезпечити комп’ютерізація освіти?

Використаємо так звану уніфіковану модель навчання (див. рисунок).

Вона наочно демонструє стадії, які повинні пройти вчитель і учень у процесі засвоєння учнем відповідного навчального матеріалу.

Проаналізуємо окремі стадії уніфікованої моделі навчання і вияснимо можливості і обмеження дистанційного навчання.

Почнемо із стадії «Мотивація». На успішність навчання великий вплив мають інтереси, мотиви, ціннісні установки і потреби індивіда. Учень повинен мати бажання навчатися і усвідомлювати необхідність цього.

Навчальний процес за своєю природою цілеспрямований, хоч і не виключає елементів випадковості. Розуміння мети і очікування результатів значно полегшує сприйняття нової навчальної інформації. Існують різноманітні методи і прийоми мотивації навчання. До їх числа слід віднести й використання в навчальному процесі комп'ютера і комп'ютерних технологій. Наприклад, можливість отримати як додаток до підручника великого обсягу високоякісну, добре оформлену інформацію на компакт-дисках.

Безперечно, це активізує навчальний процес, суттєво підвищує зацікавленість, мотивацію в навчанні. Але, як показує досвід, часто в учнів зміщуються акценти і замість підвищення зацікавленості у вивченні навчального матеріалу збільшується зацікавленість до можливостей сучасних комп'ютерних засобів. Іншими словами, увага учня зміщується від об'єкта вивчення до засобу вивчення.

Стадія «Організація». Серед організаційних форм навчання виділяється самостійна робота. Тому застосування сучасних технічних засобів, особливо при навчанні «на відстані», може мати достатньо високу ефективність.

На сьогодні є технічні можливості для того, щоб учень, перебуваючи на великій відстані від навчального центру (вузу, коледжу, ліцею), прослухав і продивився лекцію провідного професора, взяв участь у відеоконференції або отримав консультацію, виконав комп'ютерний лабораторний експеримент. При цьому виникає небезпека неякісного навчання, адже навчальні курси в Інтернаті пропонують не тільки провідні університети, а й невеликі молоді компанії.

Стадію «Розуміння» можна вважати кульмінацією навчального процесу. Це найбільш важливий етап, який безпосередньо пов'язаний з інтелектуальною діяльністю учнів. Для того, щоб переконатися в успішності проходження цієї стадії, при будь-якій формі організації навчального процесу намічається такий етап – «Контроль і оцінка». При дистанційному навчанні ця стадія є центральною. Учень повинен переконатися перш за все в тому, чи розібрався він у навчальному матеріалі, чи зрозумів його, запам'ятав основні положення, навчився застосовувати їх на практиці для вирішення відповідних завдань. Якщо мова йде про підсумковий контроль, то учень повинен оцінити досягнутий вчителем рівень засвоєння. Ця стадія дистанційного навчання при підсумковому контролі має специфічний нюанс; вчитель повинен бути впевнений, що на другому кінці телекомунікативного ланцюжка перебуває саме та людина, яка претендує на отримання не тільки певних знань, а й документа (диплома, сертифіката) про засвоєння відповідної освітньої програми. Що стосується дистанційного навчання, то тут є труднощі, які можна подолати тільки внаслідок проведення контрольних випробувань учня в спеціально обладнаних навчальних приміщеннях в присутності осіб, яким повністю довіряє вчитель і адміністрація навчального центру.

Стадія «Повторення» призначена для закріплення отриманих вчителем знань і умінь, доведення їх до рівня навичок і досвіду творчої діяльності.

Цій же меті, але на більш високому рівні служить стадія «Узагальнення».

На стадії «Повторення», а тим більше на стадії «Узагальнення», як правило, потрібне активне спілкування вчителя з учнем, що є найбільш творчою для вчителя частиною навчального процесу. Використання на цих стадіях засобів дистанційного навчання, в принципі, можливе, але, як показує досвід, це збільшує тимчасові витрати, погіршує глибину розуміння і в кінцевому результаті знижує якість навчання [21].

Будь-яка нова форма навчання, потребує створення психологічної бази, без якої неможливо говорити про якість навчального процесу. Можна виділити ряд психологічних принципів, що впливають на якість навчання фізики.

Похожие работы

Підвищення ефективності формування понять з геометричної оптики засобами сучасних інформаційних технологій навчання

Скачать

109593

1

17

... впровадження сучасних інформаційних технологій, що забезпечують подальше вдосконалення навчально-виховного процесу, доступність та ефективність освіти, підготовку молодого покоління до життєдіяльності в сучасному комп’ютеризованому суспільстві [41]. Упровадження сучасних інформаційних технологій навчання розкриває широкі можливості щодо суттєвого зменшення навчального навантаження і, водночас, і ...

Дизайн-освіта майбутнього вчителя трудового навчання

Скачать

177706

3

0

... і посібники. Важливе значення в цьому процесі має і середовище, в якому здійснюється дизайнерська освіта. 2.2 Декоративно-ужиткове мистецтво та дизайн на уроках трудового навчання як засіб творчого розвитку учнів Студенти педагогічних вузів, майбутні вчителі трудового навчання повинні усвідомлювати величезне значення вивчення декоративно-ужиткового мистецтва та основ дизайну на уроках праці, ...

Культурологічний підхід як основа модернізації змісту астрономічної освіти у загальноосвітніх навчальних закладах

Скачать

174575

5

3

... для фахівців в області філософії, історії науки, религиоведения, соціології, соціальної психології, мистецтвознавства і інших наукових дисциплін. 2.3 Модернізація змісту астрономічної освіти на основі культурологічного підходу Модернізація освіти, що базується на інформаційно-комунікаційних технологіях, припускає формування нових моделей учбової діяльності, що використовують інформаційні і ...