ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЦИФРОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ПРЕПОДАВАНИИ ФИЗИКИ КАК УСЛОВИЕ ПОВЫШЕНИЯ МОТИВАЦИИ ОБУЧАЮЩИХСЯ
Флягин Владислав Сергеевич, учитель физики МАОУ СОШ № 7, 1 кв.к.
Здравствуйте, уважаемые коллеги! Сегодня мне бы хотелось рассказать о перспективных способах использования цифровых образовательных технологий в преподавании физики на базе образовательного центра Точка роста.
В образовательной среде существует достаточно актуальная проблема – низкий уровень мотивации учащихся. Причем эта проблема актуальна не только в преподавании физики, но и ряда других предметов. Если найти способ повысить уровень мотивации учащихся, то это, несомненно, положительно скажется не только на текущей успеваемости ребенка, но и на его итоговых результатах ГИА.
Попробовать решить данную проблему можно, применяя цифровые практико-ориентированные методы работы с учащимися.
Проблема продолжающегося снижения интереса школьников к физике является глобальной. При обучении физике акцент необходимо перенести от трансляции готовых знаний к развитию самостоятельности, творческого мышления, способностей учащихся. Учебный процесс в значительной мере должен побуждать обучающихся к применению полученных знаний и умений в повседневной жизни.
Таким образом, необходимо обеспечить:
развитие личности ученика: наблюдательности, умения воспринимать и перерабатывать информацию, делать выводы образного и аналитического мышления;
умение применять полученные знания для анализа наблюдаемых процессов;
развитие творческих способностей учащихся в научно-техническом направлении;
раскрытие роли физики в современной цивилизации;
помощь выпускникам школы в определении профиля их дальнейшей деятельности.
Возможные пути повышения уровня мотивации учащихся на базе образовательного центра «Точка роста» при изучении физики с использованием цифровых технологий представлены на слайде. Кратко расскажу про них.
Использование компьютерных симуляторов (например, симулятора PhET) в образовательном процессе позволяет сделать урок более интересным, наглядным и понятным. Основанный в 2002 году лауреатом Нобелевской премии Карлом Виманом, проект PhET Interactive Simulations в Университете Колорадо в Боулдере создает бесплатные интерактивные математические и научные симуляторы. Симуляторы PhET основаны на обширных исследованиях в области образования и вовлекают учащихся в интуитивно понятную игровую среду, в которой учащиеся учатся посредством исследований и открытий. Так, в проект PhET входят 159 различных симуляции по физике, химии, биологии, математике.
Симуляторы PhET позволяют на уроке физики проводить интерактивные демонстрационные эксперименты, которые показать реально нет технической возможности (например, опыт Резерфорда по рассеиванию альфа-частиц); позволяют проводить анализ зависимостей одних физических величин от других в тех или иных процессах (например, зависимость периода колебаний пружинного маятника от его массы: с увеличением массы груза период колебаний увеличивается). Более того, симуляторы позволяют проводить интерактивные лабораторные работы, что особенно актуально в период дистанционного обучения (например, лабораторная работа по измерению сопротивления проводника методом вольтметра-амперметра).
В проект PhET входят симуляторы по таким темам физики и математики, как построение изображений в тонких линзах, построение электрических цепей постоянного и переменного тока, исследование абсолютно упругого и неупругого ударов, исследование колебаний нитяного и пружинного маятников, исследование закона Гука, закона Ома, условия равновесия твердого тела, векторный анализ, свойства газов, спектр абсолютно черного тела, энергетические формы и их превращения, движение тела, брошенного под углом к горизонту, движение планет в гравитационном поле, строение атома.
В своей педагогической деятельности я использую ИКТ не только в форме презентаций и компьютерных симуляторов. Также мною применяются цифровые лаборатории, полученные в рамках открытия Точки роста, позволяющая в режиме реального времени в графическом виде отслеживать изменение различных физических величин с течением времени. Так, используя датчик температуры, при изложении темы в 8 классе по физике «Изменение агрегатных состояний вещества» можно показать график зависимости температуры от времени при нагревании и кипении воды, на котором наглядно видно, что при нагревании жидкости ее температура возрастает, а при кипении – не изменяется.
Изложение и другой важнейшей в 8 классе темы по физике «Закон Ома для участка цепи» также можно сопровождать наглядными демонстрациями с помощью цифровой лаборатории Точки роста. Так, собрав простейшую электрическую цепь, состоящую из последовательно соединенных ключа, резистора, реостата и источника постоянного тока, можно исследовать поведение силы тока и напряжения на резисторе при изменении общего сопротивления в цепи реостатом. Для этого дополнительно включаем в цепь цифровые мультидатчики для измерения силы тока и напряжения. При изменении общего сопротивления программа «изобразит» временные развертки силы тока и напряжения на данном участке цепи в режиме реального времени, что позволяет сделать вывод о справедливости закона Ома для участка цепи. По получившимся графикам легко определить сопротивление резистора. Подчеркну, построение графиков в обоих случаях происходит в программе НаучЛаб автоматически в режиме реального времени, что также способствует повышению уровня мотивации и интереса обучающихся.
В качестве примера полученные учащимися зависимости показаны на слайде.
Для развития мотивации учащихся к изучению физики важно заниматься реализацией и программ внеурочной деятельности и дополнительного образования. Так, на базе центра Точка роста мною реализуется программа дополнительного образования «Основы радиоэлектроники» для учащихся 9 классов.
Детское творческое объединение "Основы радиоэлектроники" представляет из себя добровольное творческое объединение школьников научно-технической направленности, подростков, интересующихся современной электронной техникой, новыми техническими достижениями, развитием в себе качеств, присущих творческой личности. Основной задачей объединения является развитие личности, обучение творческому подходу к решению поставленных задач, формирование устойчивых интересов детей и подростков к техническому творчеству, помощь в нахождении любимого дела, выбора будущей профессии и жизненного пути.
Современное развитие радиотехники и электроники с началом массового производства интегральных микросхем привело к тому, что в настоящее время электронные компоненты и узлы широко применяются во многих технических устройствах, даже там, где традиционно использовались иные физические принципы. Сфера их применения практически безгранична: от точнейших измерительных приборов и промышленного оборудования до бытовых устройств и игрушек. И, наконец, современная электроника является материальным фундаментом новых информационных технологий, развитие которых уже сейчас приводит к невиданным социальным последствиям. В то же время в школьных программах по физике и информатике прикладной аспект электроники практически отсутствует. При этом многим сегодняшним школьникам, вне зависимости от избранной специальности, предстоит если не принимать участие в разработке и производстве электронных устройств, то наверняка пользоваться информационными системами различного уровня, вступать во взаимодействие с техническими устройствами. Поэтому актуальность развития этого направления технического творчества очевидна.
Помимо монтажа и испытания электрических схем на макетных платах, на базе центра Точка роста учащиеся имеют возможность ознакомиться с основами работы важнейшей инженерной программы OriginLab. OriginLab – программное обеспечение для анализа и построения графиков, используемое учеными и инженерами в различных областях промышленного производства, научных кругах, государственных лабораториях по всему миру. По сравнению с другими аналогичными программами OriginLab имеет ряд преимуществ. Во-первых, это автообновление графика любой сложности. Мы вносим изменения в данные или параметры, а утилита сама рисует новый график. Это особенно может пригодится тем, кому нужны шаблоны для повторяющихся задач. Во-вторых, можно расширить возможности OriginLab, подключившись через него к другим приложениям: MATLAB, LabVIEW или Microsoft Excel. Кроме того, OriginLab имеет простой интерфейс и располагает множеством инструментов для расширенного анализа данных: аппроксимация линейных, полиномиальных и нелинейных кривых, поверхностей, также имеется широкий спектр инструментов для статистического анализа. В дополнение, программа OriginLab является только англоязычной, что также способствует усилению метапредметных связей.
Основными средствами творческого воспитания и развития способностей учащихся являются экспериментальные исследования и задачи. Решение нестандартных задач и проведение занимательных экспериментальных заданий способствует пробуждению и развитию у них устойчивого интереса к физике в целом. Занятия кружка являются источником мотивации учебной деятельности учащихся, дают им глубокий эмоциональный заряд, способствуют развитию метапредметных связей, формируются такие качества личности, как целеустремленность, настойчивость, развиваются эстетические чувства, формируются творческие способности.
В ходе реализации программы дополнительного образования «Основы радиоэлектроники» были смонтированы и испытаны такие схемы, как таймер на одном транзисторе, детектор ИК-излучения, мультивибратор, детектор скрытой проводки, звуковой генератор, простейшая охранная сигнализация, датчик уровня воды, фотореле, светомузыка на одном, двух и трех транзисторах.
Собранные учащимися монтажные схемы представлены на слайде.
Повышение уровня мотивации при обучении физике среди учащихся 10 профильного (технологического) класса также является важнейшей задачей. Один из способов решения этой задачи – реализация Индивидуального итогового проекта по различным темам прикладной физики на базе центра «Точка роста», на которые в ходе реализации основной образовательной программы не уделяется достаточное количество времени. Так, в прошедшем учебном году были реализованы с использованием цифрового оборудования и защищены на оценку «отлично» учащимися 10 класса проекты на темы: «Измерение постоянной Планка», «Измерение элементарного заряда». Выполнение практических исследовательских проектов по физике способствует формированию навыков работы с техническими устройствами, научного мировоззрения и повышению уровня мотивации учащихся, а также формированию базовых навыков написания и оформления научных работ и проектов, что, несомненно, будет полезно при дальнейшем обучении в высшем учебном заведении.
Другой способ повышения уровня мотивации учащихся 10 профильного (технологического) класса – знакомство в перспективе с основами цифровой электроники на базе платформы Arduino на базе центра Точка роста.
Arduino — это электронный конструктор и удобная платформа быстрой разработки электронных устройств и гаджетов для новичков и профессионалов. Платформа пользуется огромной популярностью во всем мире благодаря удобству и простоте языка программирования, а также открытой архитектуре и программному коду.
Arduino позволяет компьютеру выйти за рамки виртуального мира в физический и взаимодействовать с ним. Устройства на базе Arduino могут получать информацию об окружающей среде посредством различных датчиков, а также могут управлять различными исполнительными устройствами. Устройства на базе Arduino могут работать как автономно, так и в связке с компьютером. Все зависит от идеи.
Так, работая на базе платформы Arduino, учащиеся своими руками смогут смонтировать и испытать такие электронные девайсы, как маячок с возможностью изменения его яркости, пульсар, модели светофора, фортепиано, миксера с возможностью регулировки скорости вращения вала, секундомер, тестер батареек, лазерную сигнализацию, комнатный термометр, датчик движения и множество других устройств; более того, в программный код можно «вшить» произвольное слово или фразу и азбукой Морзе передавать эту информацию световыми или звуковыми сигналами.
Реализация различных проектов на платформе Arduino у обучающихся профильных классов способна не только повысить общий уровень мотивации, но и способствовать укреплению метапредметных связей, поскольку для монтажа и испытания устройств необходимы не только знания, умения и навыки по монтажу электрических цепей на макетных платах, но и азы программирования на языке Wiring, являющимся упрощенной версией языка программирования С++, который сегодня широко используется для разработки программного обеспечения, операционных систем, различных прикладных программ, драйверов устройств, приложений для встраиваемых программ, высокопроизводительных серверов, а также разных развлекательных приложений.
Так, с учащейся 10 класса в этом учебном году мы принимаем участие в региональном конкурсе проектов обучающихся центров образования естественно-научной и технологических направленностей «Точка роста». Тема нашего индивидуального проекта «Техническое применение нетрадиционных источников энергии». Основная задача нашего проекта – показать практическое применение нестандартных химических источников питания (например, фруктовой батарейки). Мы планируем из лимонов спроектировать химический источник питания и с его помощью подать питание на платформу Arduino, а заранее подготовленный программный код будет управлять механизмом (например, моторчиком) с помощью платформы Arduino. Мультидатчики цифровой лаборатории Точки роста позволят нам провести физические исследования ряда возможных зависимостей: разности потенциалов от расстояния между электродами, разности потенциалов от рода источника (вида фрукта), разности потенциалов от площади электродов.
Кроме того, в рамках реализации данного проекта есть идея спроектировать «вечный фонарик», батарея которого будет подзаряжаться от механического движения корпуса фонарика. А цифровая лаборатория Точки роста позволит провести исследования зависимостей величины индукции магнитного поля от расстояния на оси соленоида и проверить справедливость закона Био-Савара-Лапласа, величины ЭДС индукции от числа витков и величины индукции магнита.
Резюмируя свое выступление, подведу основные итоги.
Проблема снижения уровня мотивации учащихся является актуальной. С целью повышения уровня мотивации учащихся, считаю необходимым активно применять цифровые образовательные технологии в учебном процессе на базе центра Точка роста. А именно:
Использование презентаций, компьютерных симуляторов на уроке способствует лучшему усвоению учебного материала благодаря наличию большого количества иллюстраций и анимаций различных процессов, а применение цифровых лабораторий способствует лучшему пониманию поведения физических величин в тех или иных физических процессах;
Реализация программ внеурочной деятельности и дополнительного образования является важнейшим фактором повышения интереса учащихся к изучению физики. В частности, реализация программы «Основы радиоэлектроники» способствует формированию навыков монтажа и испытания электрических схем на макетных платах, которые могут быть полезны в дальнейшей жизни, а также позволяет познакомиться с основами работы с инженерным программным обеспечением OriginLab, что способствует укреплению метапредметных связей;
Выполнение Индивидуального итогового проекта учащимися 10 профильных классов с использованием цифровых технологий также способствует побуждению изучения физики, а в перспективе планируется активно знакомить учащихся 10 профильного (технологического) класса с основами работы цифровой платформы Arduino, что способствует развитию творческих способностей учащихся в научно-техническом направлении и укреплению метапредметных связей между физикой и программированием.
Цифровые образовательные технологии способствуют формированию естественнонаучной грамотности учащихся: применение естественнонаучных знаний для объяснения и создания моделей изучаемых явлений природы, наглядная интерпретация данных и использование научных доказательств для получения выводов, включая: анализ (в том числе математический), интерпретацию данных и получение соответствующих выводов, преобразование одной формы представления данных в другую.
Спасибо за внимание, уважаемые коллеги!
2
512
97 265 
