Видеовомпьютерный эксперимент

Формирование исследовательских компетенций учащихся средней школы при обучении физике на основе видеокомпьютерного эксперимента   Гармашов Михаил Юрьевич 13.00.02 – теория и методика обучения и воспитания (физика, общеобразовательный уровень)

Научный руководитель

член-корреспондент РАО,

доктор педагогических наук,

профессор

Данильчук Валерий Иванович

Противоречия

• - целями, задачами, содержанием среднего общего физического образования, ориентированными на освоение учащимися исследовательских умений, и недостаточной реализацией исследовательского потенциала школьного курса физики;
• - традиционной системой формирования исследовательских умений учащихся, и требованиями компетентностного подхода к результатам освоения учащимися экспериментальных методов познания;
• - стандартной системой организации школьного физического эксперимента, не отвечающего современному уровню физического познания, и новыми возможностями его проведения, предоставляемыми современными цифровыми и видео-технологиями.

Объект исследования

процесс обучения физике учащихся средней школы.

Предмет исследования

методическая система формирования исследовательских компетенций учащихся в процессе проведения видеокомпьютерного физического эксперимента.

Цель исследования

разработать научные основы методической системы формирования исследовательских компетенций учащихся и технологии проведения видеокомпьютерного эксперимента.

I . задача исследования

Определить содержание, критерии и уровни исследовательских компетенций учащихся, формируемых при обучении физике.

Структура исследовательских компетенций учащихся при проведении видеокомпьютерного эксперимента

Критерии

Характеристика

Понимание актуальности рассматриваемого физического процесса и (или) явления для истории создания теоретических положений и практики реализации в технологических процессах и социокультурной среде

знание: сущности или предпосылок рассмотрения физического явления или процесса; объектов реальной действительности, которые описываются или функционируют по рассматриваемым законам;

умение: анализировать явления и процессы для описания их посредством эксперимента;

владение: способами систематизации, обобщения научной информации по изучаемой проблеме

Структура исследовательских компетенций учащихся при проведении видеокомпьютерного эксперимента

Критерии

Характеристика

Выявление проблемы, гипотезы, определение цели и задач их решения посредством видеокомпьютерного эксперимента

знание: методологических основ построения структуры исследовательской деятельности;

умение: формулировать проблему и гипотезу для осуществления видеокомпьютерного эксперимента;

владение логическими приемами мышления: аналогия, сравнение, анализ, синтез для построения логики эксперимента и определения его задач;

Структура исследовательских компетенций учащихся при проведении видеокомпьютерного эксперимента

Критерии

Характеристика

Построение теоретической модели проведения видеокомпьютерного эксперимента

знание: физических законов, явлений и процессов, описываемых в эксперименте;

умение: обосновывать теоретические основы, изучаемых физических процессов и явлений; прогнозировать течение физических процессов и явлений;

владение: основами математической и компьютерной грамотности для реализации теоретической модели на практике; основами создания алгоритма исследовательской деятельности;

Структура исследовательских компетенций учащихся при проведении видеокомпьютерного эксперимента

Критерии

Характеристика

Реализация видеокомпьютерного физического эксперимента и интерпретация его данных.

знание: физического оборудования и правил безопасности при проведении эксперимента; правил эксплуатации видео и компьютерной техники;

умение: осуществлять выбор физического оборудования и программыхсредств для реализации эксперимента;

владение основами: проведения реального физического эксперимента и создания его моделей;

высокий уровень сформированности исследовательских компетенций

• интерес к проведению исследовательской деятельности в ходе натурного эксперимента и интерпретации его данных 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;
• способностью интерпретировать данные эксперимента с учетом их проявления в социокультурной среде.

Средний уровень сформированности исследовательских компетенций

• 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, полученной в ходе эксперимента;
• умение представлять обрабатывать данные эксперимента

Низкий уровень сформированности исследовательских компетенций

• отсутствие интереса к исследовательской деятельности;
• отсутствие навыков владения элементами исследовательской деятельности, умением выполнять экспериментальные действия по образцу;
• отсутствием умения работать в компьютерной среде для представления данных эксперимента.

II . задача исследования

Разработать и обосновать технологию организации видеокомпьютерного эксперимента в процессе изучения учащимися физики как средства формирования исследовательских компетенций.

Видеокомпьютерный эксперимент представляет собой способ организации школьного физического эксперимента, сопровождающегося видео съемкой и созданием на данной основе компьютерной модели, которая служит дидактическим средством формирования у учащихся исследовательских компетенций.

Алгоритм работы с экспериментальной установкой при проведении видеокомпьютерного эксперимента

Окно программы Free Video to JPG Converter

Окно программы СтробоГраф

Задача 2. Разработать и обосновать технологию организации видеокомпьютерного эксперимента в процессе изучения учащимися физики как средства формирования исследовательских компетенций.

Данные видеокомпьютерного эксперимента по определению ускорения свободного падения

интервал

1

∆ t,с

0,1

2

∆ h ,мм

49

0,14

∆ h ,м

3

0,18

0,049

g, м/с 2

4

97

9,80

g ср ., м/с 2

0,097

157

0,22

5

0,157

0,26

9,82

237

9,90

336

0,237

9,69

0,336

9,79

9,94

III . задача исследования

Обосновать методическую систему формирования исследовательских компетенций учащихся в процессе проведения видеокомпьютерного физического эксперимента и апробировать ее

Схема методической системы формирования исследовательских компетенций учащихся посредством проведения физического видеокомпьютерного эксперимента

Целевой компонент

владеть

знать

уметь

Критерии готовности

Критерии отбора содержания

общедидактические

ученик

учитель

частнометодические

Процессуальный компонент

Диагностические средства сформированности исследовательских компетенций

Модель методики проведения видеокомпьютерного эксперимента для формирования исследовательских компетенций учащихся

Постановка проблемы в форме контекстной задачи

Эвристическая беседа: обсуждение проблемы, объекта, гипотезы и плана исследования

Проведение натурного эксперимента

с видеосъемкой

Создание видеокомпьютерной модели

Экспериментальное исследование

видеокомпьютерной модели

Обсуждение результатов эксперимента и

границ их применимости

Диаграмма уровня сформированности исследовательских компетенций учащихся при реализации видеокомпьютерного эксперимента на этапе констатирующего эксперимента

Диаграмма уровня сформированности исследовательских компетенций учащихся при реализации видеокомпьютерного эксперимента на этапе формирующего эксперимента

Научная новизна

Теоретическая значимость

Практическая ценность