Ретельне і детальне планування навчальної діяльності, її організація, чітка постановка цілей і задач навчання

1. Ретельне і детальне планування навчальної діяльності, її організація, чітка постановка цілей і задач навчання.

Варто сказати, що ефективність навчальної діяльності багато в чому залежить від змісту навчального матеріалу, оскільки він детермінує структуру і рівень пізнавальних інтересів – загальних або спеціальних – в залежності від етапу навчання. Для її забезпечення необхідно активізувати минулий досвід учнів і допомогти їм зв’язати його з новим матеріалом, спрямовувати їх, ставлячи перед ними нові задачі.

2. Розробка таких учбово-методичних матеріалів, що спираються на психологічні закономірності сприйняття, пам’яті, мислення, уваги, а також вікові особливості учнів.

Виділимо ряд незалежних від особистості характеристик особливостей, які варто враховувати при розробці учбово-методичних матеріалів з фізики:

• органи почуттів людини обмежені у своїй можливості реагувати на інформаційні сигнали, внаслідок чого можуть уловлювати лише дозовану кількість повідомлень із навколишнього середовища.

• людина сприймає світ в залежності від того, що очікує сприйняти, але якщо його очікування не виправдалися, то він намагається знайти цьому яке-небудь пояснення, а тому його свідомість найбільшу увагу приділяє новому і несподіваному;

• існує «ефект психічного перенасичення», який полягає в тому, що людина не спроможна без варіації виконувати одноманітні завдання протягом навіть короткого часу, іноді непомітно для себе змінюючи розв’язувану задачу.

Врахування цих особливостей сприяє підвищенню рівня сприйняття інформації і засвоєнню навчального матеріалу.

3. Наявність такого зворотного зв’язку між учнем і викладачем, яка забезпечує учневі психологічний комфорт у процесі навчання.

Зміст механізму зворотного зв’язку полягає в тому, що в міжособистісному спілкуванні процес обміну інформацією як би подвоюється, і, крім змістовного аспекту несе в собі від реципієнта до комунікатора відомості про те, як реципієнт сприймає й оцінює поводження комунікатора.

Насамперед, зворотний зв’язок – це інформація, що містить реакцію реципієнта на поводження комунікатора.

4. Здатність учня самостійно працювати з інформацією.

Самостійна робота є основним елементом навчальної діяльності.

У якості головних мотивів самостійної діяльності можуть виступати учбово-пізнавальні і професійні мотиви. Конкретними стимулами можуть виявитися інтерес, відповідальність, страх відрахування і т.д. Різні за змістом мотиви надають діяльності різноманітний зміст, обумовлюючи її якість [2].

Таким чином, врахування методичних і психологічних особливостей ДО є необхідною умовою в організації навчання на відстані.

Сформульовані принципи повинні бути поставлені в основу змістовної частини електронних курсів. Відомо, що створення мультимедіа-навчальних програм, пов’язане з проблемами передачі інформації в електронному вигляді і її сприйнятті. І тут особливо важливо максимально врахувати психолого-педагогічні принципи побудови навчального матеріалу.

Були визначені основні психолого-педагогічні вимоги до програми.

Комп'ютерна програма повинна:

забезпечувати ініціативність, активність дій учня при роботі з нею;

-  відповідати тематиці навчальних програм шкільних предметів;

-  враховувати рівень знань, умінь, навичок розвитку дітей, їхні вікові особливості;

-  враховувати сучасні дидактичні вимоги до проведення уроку;

-  забезпечувати обернений зв'язок «учень – – учитель»;

– мати певний рівень адаптивності до індивідуальних можливостей учня;

-  бути варіативною та функціональною;

-  мати навчальну цінність;

-  мати визначені алгоритми та обсяг пізнавальної діяльності учня.

Досвід застосування комп'ютерного моделювання з фізики виявив ряд позитивних моментів. На нашу думку, одними із суттєвих є: активізація пізнавальної діяльності учнів, розвиток самостійності, вміння через конкретну дію (проведення чисельного експерименту чи створення демонстраційної програми) набувати нові знання.

 

2. Методологічні аспекти поєднання традиційних та НІТН при формуванні понять геометричної оптики

2.1 Проблеми вивчення геометричної оптики в сучасному шкільному курсі фізики

В старших класах не буде докладно вивчатися геометрична оптика (вона розглядається як окремий випадок хвильових явищ). Тому тут головна увага приділяється питанням геометричної оптики.

Спочатку підкреслимо, що вивчення світлових явищ має велике пізнавальне, технічне й виховне значення. Навколишній світ ми сприймаємо й пізнаємо насамперед завдяки світлу й нашим зоровим відчуттям. На законах оптики заснована оптична й освітлювальна техніка. Знання елементів оптики необхідно учням для вивчення інших загальноосвітніх предметів. У центрі розгляду світлових явищ у базовому курсі дві основні проблеми: як поширюється світло від джерела в однорідному середовищі і як веде воно себе на границі двох середовищ. При цьому в навчальному матеріалі можна виділити три головні частини: прямолінійність поширення світла, закон відбивання і явище заломлення світла.

У базовому курсі фізики основні елементи геометричної оптики вивчають в основному на якісному рівні, без глибокого розгляду. Виклад матеріалу ведуть феноменологічно, з використанням моделі «світловий промінь», причому на досвідченій основі, що вимагає залучення великої кількості демонстраційних дослідів, фронтального експерименту учнів, організації спостережень при виконанні класних і домашніх експериментальних завдань [18].

Методична наука відповідає на три питання: навіщо вчити, чому вчити, як учити. Відповіді на ці питання міняються в епоху інформатизації суспільства, що принесла нові інформаційні технології – технології обробки, передачі, поширення й подання інформації за допомогою ЕОМ. Апаратні й програмні засоби, необхідні для реалізації цих технологій, називають засобами нових інформаційних технологій – НІТ.

Розробкою питань впровадження засобів нових інформаційних технологій (НІТ) у середню школу займалися в різні роки багато вчених. Однак основна увага приділялася питанням використання НІТ безпосередньо для вивчення мов програмування й керування загальним навчальним процесом; тільки останнім часом методисти вплотну приступили до розробки питань застосування НІТ при навчанні окремим предметам, у тому числі фізиці.

Включення НІТ у навчальний процес змінює роль засобів навчання, використовуваних у процесі викладання фізики, а використання засобів нових інформаційних технологій змінює навчальне середовище, у якій відбувається процес навчання.

До апаратних засобів нових інформаційних технологій ставиться персональний комп'ютер, до програмних засобів спеціально розроблені дидактичні матеріали, названі програмно-педагогічними засобами (ППС).

Велике значення при вивченні теми має графічна наочність – використання дошки, таблиць, проектора [21]. Але обов'язково до креслення променів і побудови зображень на дошці, у зошиті, на екрані монітора показати учням дійсний вигляд світлових пучків і одержувані зображення предметів за допомогою приладів, тобто прагнути створювати в них наочне подання про світлові явища.

З кількісних залежностей школярі вивчають тільки два – закони відбивання світла й зв'язок між фокусною відстанню й оптичною силою лінзи. Тому число розв'язуваних розрахункових завдань дуже обмежено, причому завдання вирішуються прості.

Головна увага при виборі якісних завдань повинне бути звернене на формування в учнів уміння пояснювати на основі отриманих знань явища, з якими часто зустрічається будь-яка людина у своїй трудовій діяльності й у побуті. Як показує практика, багато складних для сприйняття учнями питання досліджуваної теми (наприклад, побудова зображення великого предмета в малому дзеркалі, дослідження області бачення, побудова багаторазових зображень у двох дзеркалах, розташованих під кутом один до одного, і т. п.) доцільніше розглядати на гурткових або факультативних заняттях.

При вивченні теми увесь час доводиться оперувати поняттям «промінь світла» («світловий промінь»). Строге визначення цьому абстрактному поняттю в цьому місці шкільного курсу дати важко. Тому ці поняття розробили інтерактивними, щоб учні в будь-який момент змогли повторити теоретичний матеріал і тим самим зміцнити знання. У той же час необхідно довести до свідомості учнів, що поняття «світловий промінь» є ідеалізацією й що в дійсності справу мають зі світловими пучками. На перших же уроках по цій темі необхідно продемонструвати ці пучки за допомогою приладу по геометричній оптиці і на екрані ЕОМ показати графічне зображення променів і різних пучків світла.

Світловий промінь можна розглядати як геометричний образ, як вісь світлового пучка. При цьому треба попередити учнів, що не слід уявляти промінь, наприклад, як дуже тонкий пучок світла й вважати що, зменшуючи діаметр світного отвору приладу, можна одержати геометричний промінь. (До цього питання обов'язково треба повернутися в старших класах, при вивченні явища дифракції світла й при демонстрації дифракційної картини на вузькій щілині.) Необхідно, щоб з поняттям «промінь світла» школярі зв'язували подання про лінії, що вказує напрямок поширення світлової енергії, а не просто абстрактний, чисто геометричний образ. Домагаючись формування у свідомості учнів чіткого розуміння того, що зі світлом зв'язане особлива форма енергії, треба на першому ж уроці звернути увагу на різні дії світла: теплове, хімічне, біологічне й т.д. Підкреслюють, що у всіх випадках спостерігається перетворення енергії, що несе світло, в інші види енергії.

Інші приклади ідеалізації в геометричній оптиці – поняття «світлова точка», «точкове джерело світла». Точка не має розмірів, у той час як будь-яке джерело світла має кінцеві розміри. Але якщо розміри джерела світла порівняно невеликі й він розташований досить далеко від приладу, що перетворить світловий пучок, то таке джерело можна вважати точковим.

При вивченні побудови зображення предмета в плоскому дзеркалі в учнів формується поняття «уявне зображення точки (предмета)», а при вивченні лінз – «дійсне зображення точки (предмета)». Тут треба враховувати, що школярі до цього часу ще не знають ролі ока в утворенні зображень, а дана обставина досить істотно для неформального засвоєння названих понять. Питання про напрямок, у якому ми бачимо зображення, і про його місце взагалі важкий для розуміння. Уявне зображення – одне з найбільш складних понять роздягнуте в оптиці навіть для старших класів його важко засвоїти, не простежуючи хід променів до сітківки ока.

Здатність органів зору живих істот бачити предмети тільки прямолінійно, коли від предмета світло безпосередньо попадає в наше око, ставиться до їхньої вродженої здатності, що склалася в процесі тривалого розвитку й пристосування до навколишнього середовища. Наприклад, дивлячись на плоске дзеркало, ми не дивимося на відбитий предмет, (щоперебуває перед дзеркалом), тому світло від предмета безпосередньо не попадає в око, а впливає на нього лише після відбиття від дзеркала. Тому що відбите від дзеркала світло поширюється прямолінійно, то завдяки зоровій звичці нам здається, начебто предмет ми бачимо на прямолінійному напрямку, і саме за дзеркалом, а не там, де він перебуває в дійсності. Таким чином, коли мова йде про уявне зображення, то тут відіграє роль скоріше психолого-фізіологічний фактор, чим фізичний. Фізично існує тільки дійсне зображення. Тому методично поняття «уявне зображення» ефективніше розглядати паралельно з поняттям «дійсне зображення» або після розгляду цього поняття, але показавши при цьому принципову відмінність названих зображень.

Викладають це питання на основі енергетичних уявлень. На місці виникнення дійсного зображення відбувається насправді концентрація енергії світла, що може бути виявлено фотоелементом, термометром, фотопапііром і ін. Уявне зображення не можна одержати на екрані або фоточутливій плівці. Його називають уявним, видуманим тому, що реально в даному місці простору воно не існує (його немає). У тім місці де «перебуває» це уявне зображення, енергія світла не концентрується. Це добре ілюструє відомий досвід зі скляною пластиною, поставленої вертикально, і двома вертикальними свічами, одна з яких запалена. Розташувавши останню перед дзеркалом, ставлять за ним другу свічку, незасвічену, у такім місці, щоб при спостереженні крізь скло вона здавалася палаючою. Вимірюванням доводять, що свічки виявляються розташованими на рівних відстанях від дзеркала.

Вивчення теми починають із нагадування факту прямолінійного поширення світла, котрий уже відомий учням з курсу природознавства й життєвих спостережень, пов'язаних із цим явищем (форма світлового пучка в повітрі від прожектора, кишенькового ліхтаря, пучки сонячного світла, що поширюються через щілини в пиловому повітрі затемненої кімнати і т. п.). Незважаючи на такий достаток життєвих спостережень, на уроці обов'язково потрібно використати експеримент.

На приладі по геометричній оптиці, звертають увагу школярів на те, що подібні досвіди й спостереження переконують у прямолінійному поширенні світла в однорідному середовищі.

Корисно повідомити, що про прямолінійне поширення світла писав ще засновник геометрії Евклід за 300 років до нашої ери й, імовірно, поняття про пряму лінію виникло з подання про прямолінійне поширення світла в однорідному середовищі.

Необхідно розповісти й про практичне застосування цього явища для визначення відстаней до недоступних предметів (у геодезії, військовому справі, астрономії).

З метою закріплення матеріалу й придбання практичних умінь на цьому уроці школярам пропонують короткочасну лабораторну роботу – фронтальний експеримент зі шпильками по «провешиванию прямій лінії» (мал. 2.1.3.). Окремим учням можна рекомендувати виготовити вдома камеру-обскуру (мал. 2.1.4.), а на уроці розповісти про роботу з нею.

Мал. 2.1.4.

Один з наслідків прямолінійного поширення світла в однорідному середовищі – утворення тіні й півтіні й зокрема, сонячне й місячне затьмарення. Причини затьмарень уже з'ясовували в курсах природознавства й географії, тому, опираючись на попередні знання учнів, можна різноманітити методи роботи. На уроках, де розглядається даний матеріал, можна заслухати доповіді й повідомлення учнів, супроводжувані демонстрацією досвідів з таблицями, діапозитивами. Звертають увагу учнів на те, що із затьмареннями в минулі часи, було зв'язано багато марновірств, але сучасна наука дозволяє з великою точністю пророчити час їхнього настання. Корисно запропонувати учнем домашні експериментальні завдання по дослідженню розміру тіні (у порівнянні із предметом) і по визначенню розміру предмета, по його тіні.

Мал. 2.1.5.

Приступаючи до вивчення законів відбивання світла, доцільно насамперед показати явища відбивання й заломлення світла на границі двох прозорих середовищ саме так, як вони відбуваються в дійсності (тобто одночасно). При демонстрації відповідних досвідів з оптичною шайбою (мал. 2.1.5.) або із прямокутною посудиною з водяним розчином флюоресцина (Мал. 2.1.6, а) звертають увагу учнів на те, що при падінні пучка світла на границю двох середовищ (повітря – скло або повітря – вода) пучок роздвоюється: одна його частина повертається в перше середовище (це явище називають відбиванням світла), а інша проникає в друге середовище, змінивши свій напрямок (заломлення світла). Пояснення супроводжують малюнком, на якому вказують назви променів і кутів і їхні літерні позначення, підкреслюють, що на малюнку кожний пучок світла представлений його центральним променем (мал. 2.1.6, б).

Мал. 2.1.6.

При вивченні законів відбивання світла зі школярами розбирають наступні питання: «У якій площині лежить відбитий промінь?», «У якому напрямку треба шукати відбитий промінь у цій площині?», «Як співвідносяться між собою кути падіння й відбивання?» – і на основі аналізу результатів експерименту із оптичною шайбою роблять висновок.

Урок по вивченню закону відбивання можна побудувати й таким чином, що основний висновок (рівність кутів падіння й відбивання) учні одержують повністю самостійно, у процесі виконання лабораторного експерименту.

Після встановлення закону відбивання з'ясовують відмінність дзеркального й розсіяного відбивання світла. Зробити це можна в процесі самостійної роботи з підручником. На початку уроку показують наступні демонстрації: направивши кілька паралельних пучків світла на плоске дзеркало, укріплене на оптичній шайбі, з'ясовують, що вони залишаються паралельними й після відбивання. Далі в добре затемненому класі перед проекційним апаратом встановлюють плоске дзеркало так, щоб світло після відбивання потрапить на стелю або на стіну класу. На стелі одержують різко обкреслену світлу пляму. Інша частина стелі залишається темною, у класі світліше не стає. Звернувши на цю увагу учнів, задають питання: «Чи відбивається світло від вати?» Замінивши дзеркало ватою, спостерігають, що значна частина стелі освітлена й у класі стало світліше. Після цього учням пропонують розглянути малюнки на екрані ЕОМ, де показаний що паралельний світловий пучок відбивається від дзеркальної поверхні у вигляді паралельного ж пучка, так само строго спрямованого (мал. 2.1.7, а), а шорсткувата поверхня відбиває падаючий на неї світло в усіх напрямках (мал. 2.1.7, б). У процесі колективного обговорення з'ясовують різницю між дзеркальним і розсіяним відбиттям і яке значення має розсіяне відбиття в нашому житті. Навколишні нас предмети видні тому, що вони розсіюють світло, що йде від Сонця й штучних джерел світла.

При вивченні дзеркального відбивання показують, що плоске дзеркало тільки змінює напрямок ходу променів світла, але не може перетворювати пучки світла. У даному місці курсу фіксують увага школярів саме на цьому, а плоскі дзеркала розглядають як пристосування, що служать для зміни напрямку світлового пучка світла. Цей матеріал закріплюють системою вправ по конкретній зміні напрямку променя дзеркалом (паралельний пучок світла піднімають або опускають на яку-небудь задану висоту, змінюють горизонтальний напрямок пучка світла на вертикальне й т. п.). Показують, що зображення в плоскому дзеркалі перебуває за дзеркалом і на тій же відстані (мал. 2.1.2.).

Вивчення явища переломлення світла починають за допомогою ЕОМ із повторення досвідів по одночасному відбиттю й заломленню світла на границі двох прозорих середовищ. Нагадують, який промінь називається падаючим, а який – заломленим, показують і позначають відповідні кути, повторюють закони відбивання. Потім експериментально з оптичною шайбою (заломлення світла при проходженні через скляний напівциліндр) показують, що заломлений промінь лежить у тій же площині, що й падаючий промінь. Звертають увагу на те, що кут заломлення світла в склі змінюється при зміні кута падіння, зв'язок між цими кутами більш складний, чим при відбиванні світла.

Використовуючи більш складну установку (мал. 2.1.6, а), на якій можна спостерігати заломлення світлового пучка як при переході з повітря у воду, так і з води в повітря, звертають увагу школярів на наступну закономірність: при переході світла з повітря у воду кут заломлення менше кута падіння. При переході світла з води в повітря кут заломлення більше кута падіння. Креслення на дошці (мал. 2.1.6, б) допомагає зрозуміти спостережуване (KN – границя повітря й води, АO – падаючий промінь, OB – заломлений промінь у воді (він же падає на дзеркало, що лежить у воді), ВК – відбитий промінь від дзеркала (він падає на границю води й повітря), KD – заломлений промінь при виході в повітря; α – кут падіння при переході з повітря у воду, β – кут заломлення; α₁ і β₁ відповідно кути падіння й заломлення при переході променя з води в повітря).

Спостереження повторюють для середовищ повітря – скло на досвіді з оптичною шайбою. Зробивши відповідні креслення й порівнявши для різних середовищ кути заломлення при рівних кутах падіння, вводять поняття про середовища оптично більш (менш) щільних.

У цьому місці шкільного курсу, використовуючи ці ж установки розповідають школярам і про оборотність світлових променів.

Тому що при розгляді явища заломлення вводять показник заломлення, то вправи проводять не тільки якісно. Велику увагу повинно бути приділене поясненню явищ, відомих учням з життєвого досвіду, наприклад, чому предмети, частково занурені у воду, здаються зламаними в поверхні води, чому дно ріки, предмети у воді здаються вище, ніж це є в дійсності, і т. п.

Використовуючи прості устаткування (склянка з водою, олівець, колба з водою), можна організувати фронтальні лабораторні спостереження учнями уявного підняття предмета при його зануренні у воду.

Лінзи в базовій школі розглядають не тільки експериментально, як наслідок явища заломлення. Учнів на досвіді знайомлять із властивостями лінз перетворювати пучки світла й давати дійсне зображення предметів. Вводять поняття про фокусні відстані F оптичній силі лінз 1/F. Формулу лінзи вивчають тільки із сильними учнями.

Фронтальну лабораторну роботу «Одержання зображення за допомогою лінзи» проводять у сполученні з демонстраційним експериментом, що дозволяє ввести поняття «фокусна відстань» і «оптична сила».

У центрі уваги повинні бути дві демонстрації: 1) паралельний пучок променів (мал. 2.1.8.) збирається в одній точці (фокусі лінзи) і 2) промені, що йдуть через фокус, після заломлення йдуть паралельно оптичної осі (мал. 2.1.9.). Знання ходу цих двох променів дає можливість показати принцип побудови зображення в лінзах і переконати школярів у залежності характеру зображення від відстані предмета до лінзи і її фокусної відстані. Необхідно розглянути основні випадки одержання дійсних зображень предметів при різних положеннях предмета щодо лінзи (мал. 2.1.10., а, б, в) На малюнку з екрана ЕОМ, при побудові зображення стрілки, один із променів проведений паралельно головної оптичної осі, інший – через її оптичний центр.

 

Мал. 2.1.8. Мал. 2.1.9.

Далі розглядають будову ока й фотоапарата, за допомогою комп'ютера. Цей матеріал відіграє істотну роль як у здійсненні зв'язку викладання з життям і розширення політехнічного кругозору учнів, так і в узагальненні й систематизації їхніх знань по всьому вивченому матеріалі.

Око надзвичайно складна оптична система, по принципу дії нагадує фотоапарат. Тому після порівняння ходу променів (мал. 2.1.11. і 2.1.12.) корисно запропонувати, учням скласти таблицю, у якій співставляються оптичні системи фотоапарата й ока (характер зображення, як здійснюється наведення на різкість, роль діафрагми – зіниці, об'єктива – кришталика й т. п.).

Мал. 2.1.10.

Через обмеженість часу, що відводить на вивчення теми «Світлові явища», різні випадки більш складних побудов зображень (за допомогою побічних осей), а також визначення області бачення зображень і т. п., можна розглянути тільки в гуртковій роботі або на факультативних заняттях.

Програма базової школи припускає вивчення ще наступних питань:

– короткозорість і далекозорість;

– окуляри;

– кут зору і його збільшення;

– лупа;

-  мікроскоп;

-  телескоп;

-  дисперсія й спектральне розкладання;

-  проекційний апарат.

На цих питаннях зупиняємося, тому що зв'язок з життям дуже цікавить учнів. І тим самим, ще раз підкреслюємо важливість вивчення оптики.

Мал. 2.1.11. Мал. 2.1.12.

На завершення варто розповісти учням про значення оптичних приладів у промисловості, у наукових дослідженнях, у побуті. Важливо показати роль оптичних приладів у пізнанні світу. Наприклад, фотографування зворотної сторони Місяця, невидимої із Землі, і т. п. Матеріал, досліджуваний у класі, дає основу для проведення багатьох цікавих позакласних занять за наступними темами: «Історія техніки освітлення», «Сонячне випромінювання – джерело життя на Землі» і т.д.

По матеріалу теми можна з учнями провести екскурсію. [13]