Основы видеокомпьютерного эксперимента

Исследовательская компетентность выступает важным фактором социализации личности учащихся и повышения качества овладения основами физики. Эффективным средством ее формирования является физический эксперимент, в частности, видеокомпьютерный эксперимент.

Исследовательская компетентность учащихся при проведении видеокомпьютерного эксперимента проявляется в опыте исследовательской деятельности, и представляет собой интегральное качество личности, которое включает следующие компетенции: понимание технической и социальной значимости исследования рассматриваемого физического процесса; способность выявлять проблемы, определять цели и задачи их решения посредством видеокомпьютерного эксперимента; способность проектировать теоретическую модель проведения эксперимента; готовность реализовывать видеокомпьютерный физический эксперимент и интерпретировать его данные.

Процесс формирования исследовательской компетентности учащихся состоит из 4 этапов: мотивационный – формирование готовности учащихся к осуществлению исследовательской деятельности на основе видеокомпьютерного эксперимента; рефлексивно-оценочный – развитие рефлексивных функций учащихся, направленных на оценку значимости изучаемого физического процесса для социокультурной практики; содержательно-операционный – формирование способности создавать теоретическую модель видеокомпьютерного эксперимента; деятельностный – формирование умения учащихся реализовывать видеокомпьютерный эксперимент и научно интерпретировать его результаты.

Исследовательская компетентность – определенный уровень функциональной грамотности учащихся в исследовательской деятельности. Учащиеся с высоким уровнем сформированности исследовательской компетентности характеризуются интересом к проведению исследовательской деятельности в ходе натурного эксперимента и способностью интерпретировать его данные посредством видео-компьютерной техники; эмоциональным отношением к познавательной исследовательской деятельности с проявлением поисковой и познавательной активности в процессе проведения исследования; ценностно-смысловым отношением к результату эксперимента; знанием этапов проведения физического эксперимента, умением осуществлять видеокомпьютерный эксперимент посредством реального физического оборудования и обрабатывать результаты эксперимента с применением мультимедийных технологий; умением делать выводы по результатам проведенного эксперимента, сравнивая их с эталонными значениями (или оценивая их достоверность); способностью интерпретировать данные эксперимента с учетом их проявления в социокультурной среде. Учащимся среднего уровня сформированности исследовательской компетентности свойственно проявление интереса к отдельным этапам исследовательской деятельности; эмоциональное отношение к тем этапам исследовательской деятельности, к которым они проявляют интерес; знание отдельных элементов научно-познавательной деятельности; умение работать с видеокомпьютерной моделью; умение представлять и обрабатывать данные эксперимента. Учащиеся низкого уровня сформированности исследовательской компетентности характеризуются отсутствием интереса к исследовательской деятельности, не владением элементами исследовательской деятельности, умением выполнять экспериментальные действия по образцу; отсутствием умения работать в компьютерной среде для представления данных эксперимента.

Процессуальным аспектом формирования исследовательской компетентности учащихся при обучении физике выступает физический эксперимент как средство обучения, объект изучения и способ проявления исследовательской компетентности. Принципы, на которых строится система исследовательской деятельности учащихся при выполнении физического эксперимента: 1) приоритетности мотивации исследовательской деятельности; 2) свободного выбора; 3) отсутствия временных границ; 4) интерактивности; 5) практической значимости; 6) новизны.

Стандартная система организации школьного физического эксперимента не отвечает современному уровню физического познания. Она должна быть дополнена видеокомпьютерным экспериментом. Видеокомпьютерный эксперимент представляет способ организации школьного физического эксперимента, в ходе которого осуществляется реальный (натурный) эксперимент и видео съемка процесса с последующим созданием компьютерной модели для изучения быстротекущих физический явлений стробоскопическим методом, и служит дидактическим средством формирования у учащихся исследовательской компетентности.

Технология организации видеокомпьютерного эксперимента включает техническое описание экспериментальной установки и алгоритм работы с ней. Технически экспериментальная установка для проведения видеокомпьютерного эксперимента состоит из двух частей: 1) неизменной для проведения любого эксперимента части, а именно: видеокамеры или фотоаппарата с возможностью снимать видео, закрепленных на фото-штативе; компьютера или ноутбука; соединительных кабелей или картридера; 2) изменяемой части, представляющей собой установки для проведения реального эксперимента, а также средств обеспечивающих наглядность эксперимента и количественную обработку его результатов. Алгоритм работы с экспериментальной установкой для проведения видеокомпьютерного эксперимента представляет следующую последовательность действий: 1) сборка установки для проведения натурного эксперимента; 2) сборка установки для проведения видеокомпьютерного эксперимента; 3) проведение натурного эксперимента с одновременной видеозаписью; 4) получение стробоскопической картинки; 5) проведение измерений и расчетов по полученной стробоскопической картинке.