Методика применения электронного учебного пособия в изучении темы 'Применение первого закона термодинамики к изопроцессам'

Методика применения электронного учебного пособия в изучении темы 'Применение первого закона термодинамики к изопроцессам'

Содержание

Введение

. Компьютерная дидактика: теория и практика разработки школьного электронного учебника

.1 Учебник в педагогическом процессе

.2 Дидактические принципы с позиции компьютеризации обучения

.3 Дидактическая концепция электронного школьного учебника

. Общие сведения об электронных учебниках

.1 Требования к системе «электронный учебник

.2 Классификация средств создания электронных учебников

.3 Структура формирования электронного учебника

.4 Режимы работы электронного учебника

.5 Электронные учебники как средство дистанционного образования

.6 Анализ содержания электронных учебников по физике

.6.1 Основные определения, объект и цель работы

.6.2 Методические приёмы их использования в обучении физике

.6.3 Выдержки из примера применения пособия

.6.4 Варианты построения уроков с использованием электронного учебника

. Технология создания электронного учебника

.1 Технология создания электронных учебников

.2 Разработка урока с применением электронного учебного пособия по теме «Применение первого закона термодинамики к изопроцессам

. Поурочное планирование занятия в 10 классе по теме «Применение первого закона термодинамики к изопроцессам» с применением электронного учебного пособия

. Организация дидактического эксперимента

.1 Основные методы дидактических исследований

.2 Методика проведения дидактического эксперимента и анализ его результатов

Заключение

Список использованной литературы

Приложение

электронный учебник урок термодинамика

Введение

За неполные шестьдесят лет «электрические счетные устройства» прошли путь от дорогой, капризной и редкой принадлежности крупнейших научных и военных центров до огромного количества простых в использовании, доступных и широко распространенных компонентов самых разных устройств. Трудно найти хотя бы одну область современного общества, где бы компьютеризированные устройства не использовались. Причин столь широкого распространения вычислительной техники можно назвать множество. Как отмечает Р.А. Абедеев, наиболее общей формулировкой для подавляющего большинства причин будет выделение из самых разных процессов информационной компоненты. Эта часть не только выделилась, но приобрела самостоятельную значение. С выделением этой компоненты, очень существенную роль стала играть организация обработки информации, ее получение и хранение. Изменение общества, связанные с этим явлением, получили название перехода к информационной цивилизации.

С этой точки зрения компьютер - устройство, который позволяет значительно повысить скорость и точность обработки информации за счет автоматизации некоторых операций. Таким образом, широкое использование компьютеров - следствие необходимости повышения качества и скорости обработки информации. Способствуют этому универсальность, доступность и надежность современных ЭВМ.

С развитием промышленных и коммерческих систем в сфере информационных технологии было разработано большое количество методов представления, обработки, интеграции и поиска самой разнообразной информации. Активно развивались и средства взаимодействия с пользователем.

Широкое распространение компьютеров и технологий автоматизированной обработки данных не могло не породить потребности в людях, для которых компьютер - давно знакомое устройство, атрибут повседневной жизни.

Образование, как одна из важных областей человеческой деятельности, имеет свои задачи, в которых компьютер используется не менее активно, чем в других. При этом сфера применения компьютеров в образовании имеет существенную специфику. Дело в том, что в образовательной деятельности ЭВМ выступают как объект изучения в общем образовании и при подготовке специалистов самых разных областей, и как средство обучения - учебное пособие и техническое средство обучения, и как средство автоматизации управленческой деятельности.

Наибольший интерес для методических разработок представляет применение компьютера как средство обучения. Именно наличие таких возможностей и определяет значительную долю интереса к использованию вычислительной технологии и информационных технологии в образовании, указывается как наиболее перспективное и многообещающее направление в развития.

Как указывает Машбиц Е.И., первыми разработками такого рода, стали программы использующие возможность автоматизации обратной связи - системы автоматизированных опросов.

Следующим шагом стали попытки автоматизировать не только оценку результатов, но и процесс обучения в целом. Для этих целей использовалась концепция программированного обучения. Попытки разработки таких систем, выявили массу проблем, как число технического (сравнительная ограниченность средств предъявления учебного материала), так и системного характера.

С появлением и распространением персональных компьютеров, появлением технических средств качественного ввода и вывода самой разнообразной информации, распространением технологий и методов ее представления и обработки, стали появляться более сложные и совершенные учебные программы.

Помимо собственно обучающих программ, широкое распространение получили и различные справочно-информационные системы, т.е. программные средства энциклопедического характера.

Существует большое количество разработок программных средств, призванные решать самые разные задачи образования. Во многих теоретических и методических работах [55, 45, 21] отмечают такие преимущества использования ЭВМ в обучении, как: возможности автоматизированного контроля и обратной связи; возможности иллюстрирования и сопровождения учебных материалов; хранение и поиск информации; использование сложных интерактивных моделей и многие другие.

Перспективы использование компьютеров в образовании в качестве средстве средств обучения рассматривались многими авторами такими, как Масшбиц Е.И., Роберт И.В., Монахов В.М., Полат Е.С. и др.

Наряду с этим приходиться отметить, что в отечественной методике разработок и исследований, касающихся средств ЭВМ в качестве основных средств обучения на предметах находящихся за рамками специализированных курсов информатики и информационных технологий не так много, хотя перспективность их разработки и внедрения отмечается часто. Например, в журнале «Информационные технологии», за период 2004 по 2007 год было всего три публикации на эту тему, но необходимость широкого применения отмечена даже в государственных программах по развитию образования.

Малое распространение связано с тем, что компьютер чаще всего выступает в роли вспомогательного технического средства, средства быстрого повторения, средства создания игрового момента, то есть дополнения к учебному процессу. Причем такого дополнения, без которого легко можно обойтись. В результате такой «игрушкой» гораздо чаще остальных интересуются и пользуются учителя информатики.

В настоящее время, когда компьютеры стали доступными для большинства школ и организации, их число должно быть намного больше для организации учебного процесса с активным использованием, Кроме этого ощущается недостаток преподавателей-предметников, имеющих достаточный уровень соответствующей методической и технической подготовки.

На примере множество других отраслей, можно сказать, что через какое-то время компьютеры вполне естественным путем вытеснят из производственного процесса большую часть других средств обработки и хранения информации. Процесс этот уже идет, как подтверждение можно процитировать мнение аналитика исследовательской фирмы Eduventures. Com, Егин Чен «Через пять лет электронное книгоиздание станет значительной силой в образовательной отрасли». Согласно сделанным фирмой оценкам, в этом году объем рынка для образовательных электронных библиотек составляет около 250 млн. долл., а к 2004 он утроится и достигнет 850 млн. долл.

Для полноценного использования всего потенциала информационных технологий при решении задач образования необходимы соответствующие технические и методические разработки. В настоящей работе предпринимается найти подходы к созданию «компьютерных вариантов» одного из традиционно основных средств обучения учебных пособии.

Существуют работы и в области создания и использования различных мультимедийных средств - С.А. Христочевского, Е.С. Полат и др. Учитывая требования, предъявляемые к учебным пособиям в целом и к учебникам в частности в целом надо отметить, что электронное учебное пособие имеет свою специфику. Поскольку основой разработки в данной работе послужил действующий учебник физики, далее разрабатываемое электронное пособие будем называть для краткости электронный учебник.

На наш взгляд для разработки такого средства нужно учитывать следующие обстоятельства:

электронное учебное пособие предназначено не только для обучения собственно предмету, оно должно служить средством изучения методов и способов работы и с другими информационными системами;

электронное пособие должно соединять в себе существующие возможности и справочно-информационных систем, и автоматизированного контроля и обучения;

электронное учебное пособие в отличие от бумажного, позволяет точнее учитывать индивидуальные особенности каждого учащегося за счет вариативного изложения материала и организации обратной связи;

основная цель применения компьютеров - повышения эффективности за счет автоматизации механических операций, таких как проверка решения типовых задач, поиска нужной информации и т.п.;

необходимы средства адаптации электронного пособия к конкретному учебному процессу, поскольку невозможно предсказать, каким именно образом разработка будет использоваться во время обучения;

электронное учебное пособие должно предоставлять возможности разработки дополнительных компонентов самого разного назначения и их интеграции в среду пособия.

Электронный учебник по физике позволил предоставлять ученикам дополнительные сведения по отдельному запросу, сделать изучение материала значительно более индивидуальным, значительно лучше готовить учеников к дальнейшей деятельности.

Анализируя имеющиеся электронные учебники по школьной физике можно заметить, что подавляющее большинство этих программных продуктов ориентированы, на применение их в качестве средств повторения и отработки навыков и приемов решения типовых задач. Это отражается в первую очередь в названии: «Репетитор», «Репетитор по физике …», «Обучающая программу для школьников и абитуриентов» и т.д.

Такой способ оправдан с коммерческой точки зрения, но не позволяет полноценно использовать возможности информационной технологий. Дело в том, что каждое такое средство содержит ограниченное количество сведений и направлено в первую очередь на выполнение запланированной разработчиками методики. Причем другое использование, в силу технических особенностей, гораздо более затруднительным, чем в обычном учебнике.

Таким образом, разработка создания электронных учебных пособий по физике позволяющих использовать компьютер как основное средство обучения, применимое и во время уроков и для самостоятельной работы, дающих учителю возможность вносить структурную и содержательную правку в содержание пособия, обуславливает - актуальность темы исследования.

Объектом исследования в настоящей работе является учебный процесс с использованием электронных учебников и электронных пособий. Предметом изучения в средней школе является методика использования электронного учебного пособия в изучении темы «Применение первого закона термодинамики к изопроцессам» школьного курса физики.

Проблема исследования:

Сегодня недостаточно разработаны критерии оценки компьютерных программ по физике и практическая методика применения электронных учебников в обучении физике.

Цель исследования:

. Проанализировать компьютерные программы, используемые в обучении физики, с точки зрения их эффективности в обучении и простоты работы с ними.

. Разработать методику психолого-педагогического метода применения электронных учебников при обучении физике.

Задачи исследования:

анализ учебно-методической литературы по современным теориям обучения, новым педагогическим технологиям;

анализ существующих программных средств, с целью выявления характерных черт, основных тенденций их развития и возможных способов интеграции;

определение требований электронному учебному пособию;

разработка урока с применением электронного учебного пособия;

разработка методики использования комплекса программных средств.

Методологическую основу исследования составляют существующие теории обучения, закономерности процессов восприятия и запоминания, существующие технологии для реализации информационных систем работы с разнородной информации, принципы эргономики, программных продуктов, новые педагогические технологии.

Новизна исследования - предложена совокупность принципов позволяющих на современном уровне развития информационных технологий, применить созданные пособия к конкретному учебному процессу во время работы; предложена методика использования как во время работы на уроке в классе, так и в самостоятельной работе, не только как пассивного средства обучения, но и как средства активизации умственной деятельности учащихся, как объект совершенствования и доработки со стороны ученика и учителя.

Теоретическая значимость работы состоит в разработке урока с использованием электронного учебного пособия. Подход позволяет учителю перестраивать и модифицировать содержание и порядок его изложения для применения в конкретном учебном курсе, а учащимся - создавать дополнительные модули информации, что способствует формированию навыков самостоятельного добывания и переработки информации, поддержанию актуальности пособия.

Практическая значимость работы состоит в том, что учитель применяет учебное пособие по физике для 10 класса общеобразовательной школы, которое можно использовать в практической работе, для чего разработан комплекс методических и программных средств.

Достоверность и объективность результатов исследования обоснованы с теоретических позиций, подтверждены проведенным экспериментом по замеру показателей восприятия материала до и после применения методики. Результаты статистической обработки подтвердили улучшение показателей с уровнем значимости 0,95.

Структура дипломной работы: работа состоит из введения, двух глав, заключения, списка литературы и приложения - примера использования электронного учебника в изучении темы школьного курса «Применение первого закона термодинамики к изопроцессам».

В первой главе дипломной работы формулируются положения, на которых строится учебный процесс. Рассматриваются основные положения психолого-педагогических теорий, теории памяти и обучения, новые педагогические технологии, с учётом и на основе которых строится технология и методика использования электронных учебных пособий. Описаны основные конструктивные элементы подготовки программных средств учебного назначения, выполнен анализ существующих разработок.
Во второй главе на основе материалов первой главы и выполненного анализа формулируются требования к электронному учебному пособию по физике. В соответствии с этими требованиями предлагается концепция электронного учебного пособия как открытой информационной системы. На основании этой концепции строится модель электронного учебного пособия и описывается программное средство - реализация модели, позволяющая решить поставленную проблему.

Описан пример создания учебного пособия в рамках этого программного средства, а также методика использования этого учебника и программной среды как основы для активной работы учащихся. Приводится описание и результаты эксперимента, подтверждающего действенность методики.

В приложении к работе на компакт-диске представлен демонстрационный урок с реализацией нескольких тем, по разделу «Термодинамика в изопроцессах», включающий в себя материал основного учебника.

1. Компьютерная дидактика: теория и практика разработки школьного электронного учебника

.1 Учебник в педагогическом процессе

Школьный учебник был и остается самым распространённым и, без сомнения, наиболее эффективным инструментом учебного процесса. Технический прогресс и непрерывно изменяющийся социальный заказ предъявляют новые требования к теории и практике создания школьного учебника. В эпоху компьютерных, аудиовизуальных образовательных средств даже само понятие учебника существенно изменяется: меняется не только форма представления учебной информации (традиционное печатное издание в переплете, или издание на электронном носителе), но роль и место учебника в педагогическом процессе.

Учебник (традиционный или электронный) представляет целостный учебный предмет, в соответствии с определёнными закономерностями раскрывает его предметное содержание. Независимо от вида носителя информации он сохраняет общие функции, общие способы проектирования и организации изучения его содержания. Выяснение общих и специфических черт традиционного и электронного учебников (ЭУ) - актуальная проблема создания учебников, ориентированных на потребности современной школьной практики.

В основном как носитель знаний и сборник упражнений, выполнял функции распространения социальных и культурных ценностей. Но школьные учебники должны соответствовать новым потребностям: развивать навыки самостоятельной деятельности, предлагать различные образовательные методики, интегрировать полученные знания в практику и т.д. Компьютерное обучение представляет собой поле, на котором объединяются самые различные технологии, начиная с простейших программ для закрепления отдельных навыков и заканчивая интеллектуальными обучающими системами. Последние способны обеспечивать рефлексивное управление обучением, диалог с учеником на языке, близком к естественному, корректировать индивидуальную траекторию обучения ученика с учётом его истории обучения.

Применение новых информационных технологий обучения должно учитывать инерцию практики обучения. Успех внедрения новых информационных технологий во многом зависит от того, насколько дружественными окажутся первые шаги такого внедрения по отношению к традиционной практике. По нашему убеждению надо искать точки соприкосновения различных технологий, их синтеза, дополнения друг друга. Скачок в применении новых информационных образовательных технологий должен созреть и ни в коем случае не быть навязанным.

.2 Дидактические принципы с позиции компьютеризации обучения

Принципы единства и целостности процесса обучения

Для новых информационных технологий актуальна проблема системного применения дидактических принципов обучения, их ориентация на информационную систему и технологию обучения. Остановимся на возможном варианте построения системы принципов.

Значительную роль в формировании единства и целостности процесса обучения выполняет принцип целенаправленности педагогического процесса, единства его целей (по Ю.К. Бабанскому). Наряду с целями значительной связующей силой обладает предметное содержание, различные подходы к его организации на электронном носителе. Поэтому к принципам единства и целостности процесса обучения мы относим принцип учета предметной специфики учебного курса и средств обучения. В этот принцип мы включаем и учет предметной специфики с точки зрения её презентации на электронном носителе.

В обеспечении единства процесса обучения значительную роль может выполнить принцип управляемости процесса обучения средствами информационной технологии. Управление процессом обучения может быть стратегическим и тактическим.

Стратегическое управление выражается в выборе определённой системы и технологии обучения, задающих ту или иную конкретизацию целей, содержания, средств, методов и форм обучения. Процедуры выбора и конкретизации - важнейшие составляющие управления. Стратегическое планирование осуществляется в процессе выбора и конкретизации принципов обучения, обеспечивающих единство, целостность и целенаправленность процесса обучения.

Тактическое управление осуществляется внутри определенной системы или технологии обучения и строится с учётом их общего характера и особенностей. Примером стратегического управления служит составление учебных программ и стандартов математического образования. Тематическое планирование, разработка технологии изложения отдельных фрагментов учебного материала - примеры тактического управления.

По своему стилю управление может быть авторитарным (все управленческие функции выполняет ЭУ) и не авторитарным (к организации процесса обучения привлекаются учащиеся самоуправление, педагогика сотрудничества). Стимулирует самоуправление, к примеру, предоставление в электронном учебнике возможности выбора индивидуальной траектории обучения, выбора из предложенных средств, методов и форм обучения. Этой же цели служит и согласование с учащимися характера оценки (например, при оценивании будет учитываться не только качество ответа, но и догадка, сообразительность, самостоятельность мышления).

Особую роль играет оперативное управление, опирающееся на обратную связь. Обратная связь (от ученика - к ЭУ) дает ученику и учителю информацию о качестве усвоения учебного материала и позволяет своевременно вносить необходимые коррективы в процесс обучения. На основании понятия обратной связи мы выделяем четыре вида обучения: неуправляемое (обратная связь отсутствует), слабо управляемое (обратная связь используется эпизодически), оптимально управляемое (обратная связь осуществляется систематически, но не чрезмерна) и жестко управляемое (обратная связь осуществляется систематически, имеет чрезмерный, излишне мелочный характер).

В информационной технологии при разработке обучающих экспертных систем возникает большой соблазн воспользоваться последним видом управления. На наш взгляд, необходимо остерегаться такой крайности. Дело в том, что жесткое управление (путём многочисленных подсказок и предъявления информации в готовом виде) снижает развивающие возможности обучения. Правильнее ориентироваться на сочетание различных видов управления: для части заданий могут приводиться образцы их выполнения, часть заданий можно предлагать для самостоятельно выполнения в режиме жёсткого управления, часть заданий в режиме оптимально управляемого обучения.

Чрезмерная опека может раздражать учащихся, вызвать недоброжелательное отношение к электронному средству обучения. В информационной технологии требуется специальная разработка компьютерного психофизиологического сопровождения учебного процесса. Педагогика сотрудничества возможна и при компьютерном обучении.

Средства управления делятся на автоматизированные и неавтоматизированные.

К автоматизированным относятся устройства, осуществляющие обратную связь без непосредственного участия учителя (компьютер, телевидение, радио, кино, диафильм, кодопозитивы, магнитофон, видеозаписи, программированные печатные материалы, карточки и т.д.). Оптимально управляемое обучение можно получить, пожалуй, только в рамках информационной технологии, с помощью электронного учебника.

Методы управления: активизация познавательной деятельности учащихся, ориентация на диагностические цели, стимулирование готовности к определенной деятельности, включение учащихся в деятельность, регулирование и координация учебной деятельности, контроль учителя, самоконтроль.

Виды контроля: текущий, периодический и итоговый. На наш взгляд, контроль: а) не должен преобладать над обучающей составляющей и б) должен относиться к достаточно крупным порциям учебного материала: принудительный, назойливый, мелочный контроль не способствует формированию положительного психологического климата, приводит к неоправданному расходу учебного времени. Непрерывный, систематический контроль без особых временных затрат возможен только в рамках информационной технологии.

Формы контроля: фронтальный, групповой, индивидуальный, комбинированный и самоконтроль. Компьютер обладает особенно большими преимуществами в организации индивидуального контроля и самоконтроля. Методы и способы контроля: достаточно хорошо изучены компьютерные методы контроля решения алгоритмических задач. Наряду с этим остаётся много пробелов в разработке методов контроля решения творческих задач.

. Принципы научности

Наряду с предметной научностью в обучении не в меньшей мере необходима и психолого-дидактическая научность. Кроме того, информационная технология предполагает определённое знание и владение компьютером. Если ученик механически нажимает клавиши и не может в полной мере использовать заложенные в электронном учебнике возможности, то, безусловно, это также снижает научность и эффективность обучения. Поэтому мы выделяем вторую группу принципов, включая в неё три принципа: принцип научности предметного содержания учебного курса, принцип психолого-дидактической обоснованности процесса обучения и принцип осознанного владения компьютерными средствами обучения.

. Интегративные принципы в обучении

Интеграция наук - объективная закономерность, отражающая единство мира, всеобщую взаимосвязь явлений. Дифференциация наук нередко рассматривается как момент в общем историческом процессе их интеграции. Эту мысль сформулировал знаменитый учёный-физик М. Планк: «Наука представляет собой внутреннее единое целое. Её разделение на отдельные области обусловлено не столько природой вещей, сколько ограниченностью способностей человеческого познания. В действительности существует непрерывная цепь от физики и химии через биологию и антропологию к социальным наукам, цепь, которая ни в одном месте не может быть разорвана, разве лишь по произволу».

Интеграция знаний осуществляется различными путями: унификацией понятийного и категориального аппарата, взаимопроникновением методов, взаимодействием по объектам исследования, образованием комплексных (синтетических) наук. Интегративный принцип в обучении включает такие достаточно традиционные принципы, как принципы связи обучения с жизнью, прикладной направленности обучения, преемственности, реализации межпредметных связей. Усиливающаяся информатизация общества ставит на повестку дня вопрос об отражении ее в образовательной сфере в качестве возможной универсальной составляющей основы интеграции образования.

Существуют различные формы интеграции учебных курсов, в том числе и такие, которые сохраняют определенную (заранее планируемую) самостоятельность этих курсов. В широком смысле под интегративным подходом в обучении мы понимаем систему обучения, построенную на интегративном принципе и включающую все составные части процесса обучения (цели, содержание, средства, методы и формы обучения). Интеграцию в узком смысле мы определяем как систематизацию учебного материала, обеспечивающую сближение различных элементов учебного материала в общей его структуре, объединение различных его частей, повышение системных качеств изложения.

Понятие интегративной связи мы рассматриваем как новое понятие, отличающееся от понятий внутри- и межпредметной связей. Элементы учебного материала, между которыми устанавливается внутри- или межпредметная связь, могут в общей структуре курса находиться на значительном удалении друг от друга, поэтому не всегда внутри- и межпредметные связи могут рассматриваться как интегративные. Под интегративными связями мы понимаем такие внутри- и межпредметные связи, которые обеспечивают сближение соответствующих элементов и частей учебного материала, объединение их, одновременное и параллельное изучение.

На первый план должны выдвигаться не внешние атрибуты интеграции (помещение объединяемых курсов под одну книжную обложку, формальное чередование учебного материала и т.д.), а содержательная интеграция, основывающаяся на оптимальном подборе материала, излагаемого в непосредственной близости, параллельно, или в форме взаимного проникновения.

Критерием оптимальности должно служить достижение большей систематичности и рациональности изложения учебного материала (принцип оптимальности по Паре-то), а также рациональное распределение учебного времени между интегрируемыми учебными предметами.

Приведенные данные подчеркивают целесообразность выделения третьей группы принципов - принципов интегративного подхода в обучении. Эту группу представим следующими принципами: выбора новых информационных образовательных технологий, в качестве общего объединяющего начала интеграции учебных курсов дополнительности различных форм интеграции, усиления развивающего характера обучения средствами интегративного подхода, крупноблочного, компактного изложения родственных вопросов, интеграции знаний и их применения, связи обучения с жизнью (прикладной направленности обучения).

. Принципы интенсификации обучения

Заключительную группу составляют принципы активности, наглядности, доступности, сознательности и прочности. Эту группу мы называем принципами интенсификации обучения - такое название их лучше подчёркивает процессуальную сторону обучения. Эти принципы также находятся в развитии. Заметим, например, что в гносеологической литературе встречается до десяти различных определений наглядности. Наиболее общая - характеристика наглядности при помощи модельного представления знаний. При этом для построения модели используются более наглядные теории; в результате наглядность абстрактной теории усиливается при помощи менее абстрактного, более наглядного знания.

В информационной технологии значительное место отводится виртуальному эксперименту, мультимедийным трехмерным объектам. Одно дело наглядность понятий и фактов и совсем другое - наглядность доказательств (рассуждений). Эта проблема до конца еще не исследована в психолого-дидактической литературе. Особое значение имеет структурирование: не только текста, но и графических образов, привлекая для этого специальные приемы (к примеру, используя для раскраски чертежа различные цвета в определённой последовательности). Для выделения различных смысловых частей информации в электронном учебнике может также использоваться звук. Структурирование помогает обнажить логику рассуждений, представить её в более наглядном виде. Наглядность имеет не только объективное, но и субъективное содержание. Например, по мере формирования привычки оперировать учебным материалом он становится более наглядным, более обозримым, принимает более компактную и мобильную форму.

1.3 Дидактическая концепция электронного школьного учебника

Теория электронного школьного учебника очень молода и, естественно, до «последнего слова» в этой теории ещё далеко. На «донаучном уровне» под учебником понимается любая книга, рекомендованная для использования учащимися. Существуют различные дидактические и полиграфические концепции учебника. Их сопоставительный анализ приводит к следующим выводам. Электронный учебник, представляя предметное содержание, должен (минимальное требование) как бы «пунктирно» обозначать целостный дидактический процесс, основные его видимые «вехи» и признаки, обеспечивающие управляемость реального процесса в форме, ориентированной на ученика, на возможность самостоятельной работы с учебником. Один и тот же электронный учебник может допускать различные сценарии обучения. Например, при крупноблочном изложении учебного материала может вначале осуществляться опережающее изучение теории (в границах одного параграфа), затем - выполнение заданий и упражнений. Другой сценарий (обучение через задачи): сразу обращаемся к задачному материалу, по мере необходимости - к теоретическому материалу, при этом теория вначале изучается на ознакомительном уровне (без доказательств). В заключение обучающей части цикла теоретический материал изучается вместе с соответствующими доказательствами и обоснованиями. Существенно, что для ЭУ возможны индивидуальные траектории обучения в соответствии с моделью и профилем ученика.

2. Общие сведения об электронных учебниках

.1 Требования к системе «электронного учебника»

Что же такое «Электронный учебник» и в чем его отличия от обычного учебника? Обычно электронный учебник представляет собой комплект обучающих, контролирующих, моделирующих и других программ, размещаемых на магнитных носителях (твердом или гибком дисках) ПЭВМ, в которых отражено основное научное содержание учебной дисциплины. ЭУ часто дополняет обычный, а особенно эффективен в тех случаях, когда он: обеспечивает практически мгновенную обратную связь; помогает быстро найти необходимую информацию (в том числе контекстный поиск), поиск которой в обычном учебнике затруднен; существенно экономит время при многократных обращениях к гипертекстовым объяснениям; наряду с кратким текстом - показывает, рассказывает, моделирует и т.д. (именно здесь проявляются возможности и преимущества мультимедиа-технологий) позволяет быстро, но в темпе наиболее подходящем для конкретного индивидуума, проверить знания по определенному разделу.

К недостаткам ЭУ можно отнести не совсем хорошую физиологичность дисплея как средства восприятия информации (восприятие с экрана текстовой информации гораздо менее удобно и эффективно, чем чтение книги) и более высокую стоимость по сравнению с книгой.

В основу положим следующие принципы для среды электронных учебников. Для эффективного функционирования человека в электронной системе обучения вне зависимости от задачи, решаемой исследователем, особое значение приобретают методы визуализации исходных данных, промежуточных результатов обработки, обеспечивающих единую форму представления текущей и конечной информации в виде отображений, адекватных зрительному восприятию человека и удобных для однозначного толкования полученных результатов. Важным требованием интерфейса является его интуитивность. Следует заметить, что управляющие элементы интерфейса должны быть удобными и заметными, вместе с тем они не должны отвлекать от основного содержания, за исключением случаев, когда управляющие элементы сами являются основным содержанием.

Требования к системе проектирования «электронного учебника»

Лёгкость в освоении и использовании данной среды для генерации электронных учебников достигается за счёт применения визуальных технологий и возможностью использования специалистом-предметником любых текстовых и графических редакторов для написания содержимого электронного учебника. Для удобства работы среда по генерации электронных учебников допускает разработку проекта по отдельным частям, что позволяет организовать работу над учебником нескольких специалистов-предметников.

Психолого-эргономические требования

Новые возможности вызывают развитие новых свойств программного обеспечения, особенно форм общения человека с ЭВМ. Необходимо обеспечить психологическую естественность деятельности пользователя с ЭВМ, адекватность программы целям и функциям обучения, удобство работы пользователя с ЭВМ и сохранение его здоровья. Психолояльность и эргономичность являются одними из важнейших характеристик качества ПС (программных средств), Широко пропагандируемая и в настоящее время «дружественность программного обеспечения» как раз и предполагает наличие психолого-эргономической поддержки разработки программных средств.

Применение ПС расставляет особые акценты между психологической и эргономической поддержкой дидактических целей. Психологическая естественность в соответствии с возрастными возможностями пользователя теснейшим образом связана с обеспечением таких, эргономических требований, как воспринимаемость информации, выделение особых зон для особенной информации и т. п. Как отмечает Г. С. Цейтин любая разработка программного обеспечения включает в себя задачу проектирования деятельности будущего пользователя создаваемой системы. В практике автоматизации вопросы проектирования деятельности будущего пользователя обычно решаются стихийно, в лучшем случае на основе опыта авторов системно-технического обеспечения, а чаще всего исходя из случайных соображений. Более того, проект деятельности пользователя не входит в состав документации на автоматизированную систему, не является законченным продуктом ее разработки. И как следствие отсутствуют психологически и эргономически обоснованные решения по таким важным вопросам, как определение класса решаемых пользователем задач, проектирование языка его взаимодействия с ЭВМ, выбор вида диалога, разработка дисплейных форматов, что приводит, как правило, к низкой мотивации у пользователей при решении задач с применением ЭВМ, к снижению эффективности их деятельности, повышенной утомляемости, к возникновению трудностей в освоении средств вычислительной техники.

Был предложен проектный программно-исследовательский подход к созданию психолого-эргономического обеспечения технических и программных средств деятельности пользователя. Начальный этап разработки проекта деятельности пользователя ЭВМ включает следующие проектные, системотехнические, психологические и эргономические моменты:

системно - психологическую характеристики пользователя;

логико-психологическое описание класса решаемых с помощью ПС задач;

перечень программных поддержек основных стандартных процедур решения указанных задач;

описание структуры компьютеризированной деятельности, включающее те действия, процедуры, средства реализации, эффективные стратегии осуществления информационных технологий.

Следует учитывать индивидуальные различия пользователей, в частности предусматривать возможность получения информации различной степени подробности.

При выборе форм представления информации на экране компьютера необходимо исходить не только из содержания учебной деятельности, но и из тех возможностей, которые предоставляет компьютер для: реализации эффективных стратегий решения и достижения таких целей, которые при «ручной» технологии оказываются недостижимыми.

В связи с особым ритмом общения человека с ЭВМ особую роль приобретает проблема понимания текстов. Это касается не только понимания текстов программ, но и понимания тех текстов, которые предъявляются пользователю на экране компьютера. Необходимо исследовать, как приобретаются новые навыки и умения при использовании такого нового средства, как компьютер.

При разработке ПС эргономические требования могут быть представлены к процедуре взаимодействия пользователя с ЭВМ; видам диалога пользователя с ЭВМ; проектированию дисплейных форматов; контролю ошибок пользователя; временным параметрам диалога пользователя с ЭВМ; организации информации на экране; кодированию информации на экране; языкам взаимодействия пользователя ЭВМ.

Можно выделить целый ряд эргономических требований к организации информации на экране:

информация, предъявляемая на экране, должна быть понятной, логически связной, распределенной на группы по содержанию и функциональному назначению;

при организации информации на экране следует избегать избыточного кодирования и неоправданных, плохо идентифицируемых сокращений;

рекомендуется минимизировать на экране использование терминов, относящихся к ЭВМ, вместо терминов, привычных для пользователя;

не следует для представления информации использовать краевые зоны экрана;

на экране должна находиться только та информация, которая обрабатывается пользователем в данный момент.

В современных программных средствах используется ряд приемов для выделения части информации на экране: переструктурирование информации и выделение зон, окон для выделяемой части информации, а также инверсное изображение для части информации и различные эффекты, привлекающие внимание пользователей (мелькание и др.). Использование этих приемов должно быть психологически обосновано особенно для ПС, функционально обусловлено и эргономично.

Рекомендуется: вопросно-ответные сообщения и подсказки помещать в верхней части экрана, выделяя явным образом отведенную для этого зону, например отделяя ее горизонтальной линией от основной информации на экране; различные виды сообщения необходимо отделять друг от друга, в зоне вспомогательной информации. Например, можно рекомендовать применять инверсное изображение для подсказок; зоны размещения на экране вспомогательной информации должны быть четко идентифицируемы - зона подсказок, зона комментариев, зона управляющих сообщений, зона для сообщений об ошибках; при зонировании экрана допускается изменение масштаба знаков в отдельной зоне; эффекты, привлекающие внимание пользователя ПЭВМ (мелькание, повышенная яркость, обратный контраст), следует применять строго в соответствии с проектом деятельности пользователя, только в тех случаях, когда, это необходимо и психологически обосновано.

.2 Классификация средств создания электронных учебников

Средства создания электронных учебников можно разделить на группы, например, используя комплексный критерий, включающий такие показатели, как назначение и выполняемые функции, требования к техническому обеспечению, особенности применения. В соответствии с указанным критерием возможна следующая классификация:

традиционные алгоритмические языки;

инструментальные средства общего назначения;

средства мультимедиа;

гипертекстовые и гипермедиа средства;

Ниже приводятся особенности и краткий обзор каждой из выделенных групп. В качестве технической базы в дальнейшем имеется в виду IBM совместимые компьютеры, как наиболее распространенные в нашей стране и имеющиеся в распоряжении школы.

Традиционные алгоритмические языки

Характерные черты электронных учебников, созданных средствами прямого программирования:

разнообразие стилей реализации (цветовая палитра, интерфейс, структура ЭУ, способ подачи материала и т.д.);

сложность модификации и сопровождения;

большие затраты времени и трудоемкость;

отсутствие аппаратных ограничений, т.е. возможность создания ЭУ, ориентированного на имеющуюся в наличие техническую базу.

Инструментальные средства общего назначения

Инструментальные средства общего назначения (ИСОН) предназначены для создания электронных учебников пользователями не являющимися квалифицированными программистами. ИСОН, применяемые при проектировании электронного учебника, как правило, обеспечивают следующие возможности:

формирование структуры электронного учебника;

ввод, редактирование и форматирования текста (текстовый редактор);

подготовка статической иллюстративной части (графический редактор);

подготовка динамической иллюстративной части (звуковых и анимационных фрагментов);

подключение исполняемых модулей, реализованных с применением других средств разработки и др.

К достоинствам инструментальных средств общего назначения следует отнести:

возможность создания электронного учебника лицами, которые не являются квалифицированными программистами;

существенное сокращение трудоемкости и сроков разработки электронных учебников;

невысокие требования к компьютерам и программному обеспечению.

Вместе с тем ИСОН имеют ряд недостатков, таких как:

далеко не дружественный интерфейс;

меньшие, по сравнению с мультимедиа и гипермедиа системами, возможности;

отсутствие возможности создания программ дистанционного обучения.

В нашей стране существует множество отечественных ИСОН: Адонис, АосМикро, Сценарий, ТесСис, Интегратор и др.

Средства мультимедиа

Еще до появления новой информационной технологии эксперты, проведя множество экспериментов, выявили зависимость между методом усвоения материала и способностью восстановить полученные знания некоторое время спустя. Если материал был звуковым, то человек запоминал около 1\4 его объема. Если информация была представлена визуально - около 1\3. При комбинировании воздействия (зрительного и слухового) запоминание повышалось до половины, а если человек вовлекался в активные действия в процессе изучения, то усвояемость материала повышалось до 75%.

Итак, мультимедиа означает объединение нескольких способов подачи информации - текст, неподвижные изображения (рисунки и фотографии), движущиеся изображения (мультипликация и видео) и звук (цифровой и MIDI) - в интерактивный продукт.

Аудиоинформация включает в себя речь, музыку, звуковые эффекты. Наиболее важным вопросом при этом является информационный объем носителя. По сравнению с аудио видеоинформация представляется значительно большим количеством используемых элементов. Прежде всего, сюда входят элементы статического видеоряда, которые можно разделить на две группы: графика (рисованные изображения) и фото. К первой группе относятся различные рисунки, интерьеры, поверхности, символы в графическом режиме. Ко второй - фотографии и сканированные изображения.

Динамический видеоряд практически всегда состоит из последовательностей статических элементов (кадров). Здесь выделяются три типовых элемента: обычное видео (около 24 фото в секунду), квазивидео (6-12 фото в секунду), анимация. Использование видеоряда в составе мультисреды предполагает решение значительно большего числа проблем, чем использование аудио. Среди них наиболее важными являются: разрешающая способность экрана и количество цветов, а также объем информации.

Характерным отличием мультимедиа продуктов от других видов информационных ресурсов является заметно больший информационный объем, поэтому в настоящее время основным носителем этих продуктов является оптический диск CD-ROM стандартной емкостью 650 Мбайт. Для профессиональных применений существует ряд других устройств (CD-Worm, CD-Rewritaeble, DVD и др.), однако они имеют очень высокую стоимость.

Гипертекстовые и гипермедиа средства

Гипертекст - это способ нелинейной подачи текстового материала, при котором в тексте имеются каким-либо образом выделенные слова, имеющие привязку к определенным текстовым фрагментам. Таким образом, пользователь не просто листает по порядку страницы текста, он может отклониться от линейного описания по какой-либо ссылке, т.е. сам управляет процессом выдачи информации. В гипермедиа системе в качестве фрагментов могут использоваться изображения, а информация может содержать текст, графику, видеофрагменты, звук.

Использование гипертекстовой технологии удовлетворяет таким предъявляемым к учебникам требованиям, как структурированность, удобство в обращении. При необходимости такой учебник можно “выложить” на любом сервере и его можно легко корректировать. Но, как правило, им свойственны неудачный дизайн, компоновка, структура и т.д.

В настоящее время существует множество различных гипертекстовых форматов (HTML, DHTML, PHP и др.).

Критерии выбора средств

При выборе средств необходима оценка наличия:

аппаратных средств определенной конфигурации;

сертифицированных программных систем;

специалистов требуемого уровня.

Кроме того, необходимо учитывать назначение разрабатываемого ЭУ, необходимость модификации дополнения новыми данными, ограничение на объем памяти и др.

Благодаря бурно развивающейся технологии средства мультимедиа и гипермедиа становятся достаточно дешевыми, чтобы устанавливать их на большинство персональных компьютерах. Кроме того, мощность и быстродействие аппаратных средств позволяют использовать вышеупомянутые средства.

2.3 Структурная организация электронного учебника

На рынке компьютерных продуктов с каждым годом возрастает число обучающих программ, электронных учебников и т.п. Одновременно не утихают споры о том, каким должен быть "электронный учебник", какие функции "вменяются ему в обязанность". Традиционное построение ЭУ: предъявление учебного материала, практика, тестирование.

В настоящее время к учебникам предъявляются следующие требования:

. Информация по выбранному курсу должна быть хорошо структурирована и представлять собою законченные фрагменты курса с ограниченным числом новых понятий.

. Каждый фрагмент, наряду с текстом, должен представлять информацию в аудио- или видео ("живые лекции"). Обязательным элементом интерфейса для живых лекций будет линейка прокрутки, позволяющая повторить лекцию с любого места.

. Текстовая информация может дублировать некоторую часть живых лекций.

. На иллюстрациях, представляющих сложные модели или устройства, должна быть мгновенная подсказка, появляющаяся или исчезающая синхронно с движением курсора по отдельным элементам иллюстрации (карты, плана, схемы, чертежа сборки изделия, пульта управления объектом и т.д.).

. Текстовая часть должна сопровождаться многочисленными перекрестными ссылками, позволяющими сократить время поиска необходимой информации, а также мощным поисковым центром. Перспективным элементом может быть подключение специализированного толкового словаря по данной предметной области.

. Видеоинформация или анимации должны сопровождать разделы, которые трудно понять в обычном изложении. В этом случае затраты времени для пользователей в пять-десять раз меньше по сравнению с традиционным учебником. Некоторые явления вообще невозможно описать человеку, никогда их не видавшему (водопад, огонь и т.д.). Видеоклипы позволяют изменять масштаб времени и демонстрировать явления в ускоренной, замедленной или выборочной съемке.

. Наличие аудиоинформации, которая во многих случаях является основной и порой незаменимой содержательной частью учебника.

Структура электронного учебного курса

Известно, что структура множества проектов обучающей системы может являться последовательным представлением фрагментов учебного материала либо иметь формальное описание с возможностью автоматической настройки (адаптации) в такт реализации процесса обучения. Чтобы управлять процессом обучения и предоставлять возможность выбора (пользователю или обучающей системе) рационального пути навигации по учебно-методическому материалу, требуется явное описание структуры и алгоритм реализации этого выбора.

Пусть имеется основной файл F электронного учебно-методического материала, в котором выделена совокупность {F}, j=0,1,2,…, m, фрагментов (разделов). Многообразие последовательных структур составляет m! вариантов. После операции группировки на множестве {Fj} получим структуру «дерево» с меньшим числом вариантов организации данных.

Возможность выбора рациональной структуры для гибкой навигации обучаемого по материалам электронного курса, а так же реализация других сервисов обучающейся системы напрямую зависят от наличия структурной надстройки в виде описания совокупности структур S1, S2, …, Sn над основным материалом. Фактически создается файл структурного описания или файл метаинформации обучающей системы, в котором можно хранить не только описание структур S1, S2, …, Sn, но и информацию о частоте обращения к элементам структуры.

Анализ и обработка файла метаинформации обучающей системы позволяет автоматизировать процессы формирования отчетов по группам и классам пользователей, а также адаптировать параметры обучающей системы под индивидуальные особенности пользователя.

Структура электронного учебного курса является одним из параметров организации обучающего процесса. Эффективность структуры обычно анализируется с двух позиций: как инструмента настраиваемого доступа к данным электронного учебно-методического материала при различных требованиях обучаемого и как параметра адаптации процесса обучения. Состав электронного учебно-методического материала должен включать в себя следующие компоненты:

рабочую программу учебного курса (учебных курсов);

теоретический блок учебного курса;

лабораторный практикум с циклом исследовательских задач;

компьютерные тесты обучающего типа;

прикладное ПО для статистического анализа результатов обучения;

банк данных промежуточных и финишных контрольных тестов;

базу знаний и модель дисциплины.

Компонента «рабочая программа» призвана обеспечить полное и четкое описание целей, задач и методов реализации процесса обучения по данному учебному курсу или циклу учебных курсов [1]. Наличие механизма гиперссылок на другие компоненты желательно, хотя лучшим решением запуска процесса обучения следует считать главную полнофункциональную форму электронного курса.

Требования к содержанию теоретического блока учебного курса определяются в основном требованиями государственного стандарта. В данном компоненте поддерживается полнотекстовая база данных или электронная библиотека для комплекса учебных курсов. Одним из вариантов индивидуальной настройки теоретического блока является возможность генерации (со ссылками на источники) конкретного теоретического блока из авторских теоретических блоков и создание скомпилированного блока. Этот вариант настройки требуется для «домашней» версии процесса обучения, где важно минимизировать затраты на объем памяти и обеспечить высокую скорость реакции системы обучения.

Состав и структура компоненты «лабораторный практикум» определяется типом учебного курса, для которого формируется электронный материал. Для прикладного учебного курса лабораторный практикум имеет, значительную роль в формировании навыков обучаемого в решении практических задач по будущей специальности. Последовательное изложение конкретных демонстрационных задач включает содержательную постановку, этап формализации, выбор вычислительного алгоритма и программную реализацию. Анализ технологии решения демонстрационных задач дает возможность обучаемому выполнить свои исследовательские проекты и задачи по аналогии. Для учебных курсов по фундаментальным теоретическим дисциплинам лабораторный практикум не играет доминирующей роли, как в случае с прикладными учебными курсами, но в то же время он необходим. Например, для учебного курса «Теория вероятностей» раздел комбинаторных вычислений может быть представлен достаточно полно и эффективно в рамках лабораторного практикума.

Компьютерные тесты формируются как обязательная часть обучающей системы и функционируют в двух режимах: режиме контроля уровня знаний обучаемого с помощью оценивания в различных шкалах и режиме обучения, когда пользователю в процессе тестирования предлагаются сервисы для обращения к справочной системе теста и для навигации по другим компонентам обучающей системы.

Компьютерные тесты могут настраиваться для промежуточного контроля в процессе изучения части учебного курса и финишного контроля качества обучения. Качество результатов компьютерного тестирования в значительной степени зависит от таких параметров тестовых заданий, как объем банка тестовых заданий, наличие случайного механизма формирования тестовой выборки из банка заданий, управление сложностью тестовых заданий в фазе тестирования или в повторяющихся испытаниях. Основной особенностью обучающего режима тестирования является эффект от применения тестов, максимально интегрированных с остальными элементами электронного учебного курса (включая модель дисциплины), при целенаправленном процессе самообучения и самоконтроля. Важно, что база знаний по дисциплине не только проецируется на множество тестовых заданий, но и поддерживает обратную связь посредством механизма ссылок.

Прикладное программное обеспечение для статистического анализа результатов обучения включает в себя ряд стандартных процедур формирования статистической отчетности. Кроме того, в прикладной пакет необходимо включить алгоритмы непараметрической статистики, прогнозирования временных рядов и исследовательских алгоритмов по адаптации обучающей системы.

Банк результатов тестирования обучающей системы выступает в роли хранилища информации, которое содержит первичную информацию по результатам обучения, текущие значения параметров настройки системы тестов, обобщенную информацию по классам пользователей, корреляционным зависимостям между знаниями по разным учебным курсам и т.д.

Наличие в рамках обучающей системы совокупности электронных компонентов, рассмотренных выше, предоставляет возможность развития обучающей системы. Постоянный мониторинг состояния обучающей системы с помощью анализа результатов функционирования и оценки критериев качества обучения гарантирует целенаправленную адаптацию параметров обучающей системы к внешним запросам.

Обычная практика построения обучающей системы состоит в том, что компоненты: теоретический блок, блок лабораторных работ, электронные тесты - создаются в виде самостоятельных приложений в рамках инструментальных систем, таких, как Microsoft Office и др. Структурная организация и соответствующие средства навигации внутри каждой компоненты основываются на инструментальных средствах приложения. Для этого используются механизмы форматирования структурных элементов блоков, множества стилей, гиперссылок и библиотеки визуальных объектов управления.

Использование стандартных инструментальных средств описания структурных отношений дает возможность создания навигаторов приложения достаточной мощности и гибкости. К сожалению, инструментарий структурного описания компонента, например в стандарте файлов Word, размещается на различных инструментальных панелях и требуется дополнительная настройка последних. В компонентах обучающей системы, написанных в объектно-ориентированных приложениях (Delphi, Access), проблемы с описанием простых структурных связей между элементами отсутствуют.

Нерешенными задачами при создании обучающих систем на основе разнородных приложений остаются трудности реализации ссылок на другой блок обучающей системы с точностью до структурного элемента. Гиперссылки на уровне имени файла гарантируют навигацию только с головы блока с последующим сервисом навигации внутри блока. При небольшом числе файлов обучающей системы потери скорости при такой организации будут незначительными, но при дальнейшем развитии системы, когда число файлов будет непрерывно возрастать, мы получим неэффективную работу обучающей системы. [10]

.4 Режимы работы электронного учебника

Можно выделить три основных режима работы электронного учебника:

обучение без проверки;

обучение с проверкой, при котором в конце каждой главы (параграфа) обучаемому предлагается ответить на несколько вопросов, позволяющих определить степень усвоения материала;

тестовый контроль, предназначенный для итогового контроля знаний с выставлением оценки.

В настоящее время к учебникам предъявляются следующие требования: структурированность, удобство в обращении, наглядность изложенного материала. Чтобы удовлетворить вышеперечисленные требования, целесообразно использование гипертекстовой технологии.

Электронный вариант учебника вмещает в себе и средства контроля, так как контроль знаний является одной из основных проблем в обучении. Долгое время в отечественной системе образования контроль знаний, как правило, проводилось в устной форме. На современном этапе применяются различные методы тестирования. Многие, конечно, не разделяют этой позиции, считая, что тесты исключают такие необходимые навыки, как анализирование, сопоставление и т.д. В системах дистанционного обучения применение новых технологии дает возможность качественно по-новому решить проблему. Мы заложили в электронный вариант учебника Таким образом, можно надеяться, что применение новых информационных технологий способствуют повышению эффективности обучения, а также являются незаменимым инструментом при самостоятельной подготовке обучающегося.

Известно, что для активного овладения конкретной предметной областью необходимо не только изучить теорию, но и сформировать практические навыки в решении задач. Для этого нужно научиться строить физические модели изучаемых процессов и явлений, проектировать алгоритмы решения и реализовывать их в виде программ. Для достижения этой цели в состав ЭУ включена серия модельных программ, обеспечивающих графическую иллюстрацию структуры и работы алгоритмов, что позволяет не только повысить степень их понимания, но и способствует развитию у школьника интуиции и образного мышления.

.5 Электронный учебник как средство дистанционного обучения

Как один из режимов использования ЭУ можно рассмотреть дистанционное обучение.

Дистанционное обучение - комплекс образовательных услуг, предоставляемых широким слоям населения в стране и за рубежом с помощью специализированной информационной образовательной среды, базирующейся на средствах обмена учебной информацией на расстоянии (спутниковое телевидение, радио, компьютерная связь и т.п.). Информационно-образовательная система ДО представляет собой системно-организованную совокупность средств передачи данных, информационных ресурсов, протоколов взаимодействия, аппаратно-программного и организационно-методического обеспечения, ориентированную на удовлетворение образовательных потребностей пользователей. ДО является одной из форм непрерывного образования, которое призвано реализовать права человека на образование и получение информации.

То есть под дистанционным обучением будем понимать любой вид передачи знаний, где обучающий и обучаемый разобщены во времени или пространстве. Если согласиться с этим определением, то "старое доброе" заочное обучение и есть прообраз современного ДО, в котором, однако, отсутствует элемент индивидуализации. Каким же образом можно привнести элементы индивидуализации в компоненты дистанционного обучения?

Поскольку современные компьютеры позволяют с большой эффективностью воспроизводить практически все известные до настоящего времени виды передачи информации, и, что нам представляется наиболее важным, только они могут реализовать адаптивные алгоритмы в обучении и обеспечить преподавателя объективной и оперативной обратной связью о процессе усвоения учебного материала, то становится совершенно очевидным, что принципиальное отличие ДО в сегодняшнем его понимании от традиционного заочного заключается не только в том, что "перо и бумагу" заменяет компьютер, а "голубиную почту" - Интернет. Мультимедийный компьютер - это не только новый интегрированный носитель информации, это - устройство наиболее полно и адекватно отображающее модель "face to face". Кроме этого, только в компьютерах могут быть реализованы информационно-справочные системы на основе гипермедийных ссылок, что также является одной из важнейших составляющих индивидуализации обучения.

Основные принципы дистанционного обучения (ДО): установление интерактивного общения между обучающимся и обучающим без обеспечения их непосредственной встречи и самостоятельное освоение определенного массива знаний и навыков по выбранному курсу и его программе при заданной информационной технологии.

Дистанционное обучение и традиционное существенно различаются. Это: 1) пространственная разделенность обучающего и обучаемого;

) усиление активной роли учащегося в образовательном процессе: в постановке образовательных целей, выборе форм и темпов обучения;

) подбор материалов, предназначенных специально для дистанционного изучения.

Главной проблемой развития дистанционного обучения является создание новых методов и технологий обучения, отвечающих телекоммуникационной среде общения. В этой среде ярко проявляется то обстоятельство, что учащиеся не просто пассивные потребители информации, а в процессе обучения они создают собственное понимание предметного содержания обучения.

На смену прежней модели обучения должна прийти новая модель, основанная на следующих положениях: в центре технологии обучения - учащийся; суть технологии - развитие способности к самообучению; учащиеся играют активную роль в обучении; в основе учебной деятельности - сотрудничество.

В связи с этим требуют пересмотра методики обучения, модели деятельности и взаимодействия преподавателей и обучаемых. Считаетя ошибочным мнение многих российских педагогов-практиков, развивающих технологии дистанционного образования, что дистанционный учебный курс можно получить, просто переведя в компьютерную форму учебные материалы традиционного очного обучения.

Успешное создание и использование дистанционных учебных курсов должно начинаться с глубокого анализа целей обучения, дидактических возможностей новых технологий передачи учебной информации, требований к технологиям дистанционного обучения с точки зрения обучения конкретным дисциплинам, корректировки критериев обучённости.

Дидактические особенности курса ДО обусловливают новое понимание и коррекцию целей его внедрения, которые можно обозначить следующим образом:

стимулирование интеллектуальной активности учащихся с помощью определения целей изучения и применения материала, а также вовлечения учащихся в отбор, проработку и организацию материала;

усиление учебной мотивации, что достигается путем четкого определения ценностей и внутренних причин, побуждающих учиться;

развитие способностей и навыков обучения и самообучения, что достигается расширением и углублением учебных технологии и приемов.

К числу дидактических принципов, затрагиваемых компьютерными технологиями передачи информации и общения, в первую очередь следует отнести:

принцип активности;

принцип самостоятельности;

принцип сочетания коллективных и индивидуальных форм учебной работы;

принцип мотивации;

принцип связи теорий с практикой;

принцип эффективности.

В связи с этими принципами средства учебного назначения, которые используются в образовательном процессе ДО, должны обеспечивать возможность:

индивидуализировать подход к ученику и дифференцировать процесс обучения;

контролировать обучаемого с диагностикой ошибок и обратной связью;

обеспечить самоконтроль и самокоррекцию учебно-познавательной деятельности учащегося;

демонстрировать визуальную учебную информацию;

моделировать и имитировать процессы и явления;

проводить лабораторные работы, эксперименты и опыты в условиях виртуальной реальности;

прививать умение в принятии оптимальных решений;

повысить интерес к процессу обучения;

передать культуру познания и др. Хотелось бы подчеркнуть особую важность определения целей курса.

Для построения четкого плана курса необходимо:

определить основные цели, устанавливающие, что учащиеся должны изучить;

конкретизировать поставленные цели, определив, что учащиеся должны уметь делать;

спроектировать деятельность учащегося, которая позволит достичь целей.

Очень важно добиваться того, чтобы поставленные цели помогали определить, что ожидается от учащихся после изучения этого курса. Конкретизация целей позволяет дать представление о том, что учащийся в состоянии будет сделать в конце каждого урока. Фактически необходима постановка целей для о каждого урока курса.

Цели помогают сконцентрироваться на развитии познавательной деятельности учащихся и определить, па какой стадии он находится.

Правильно сформулированные цели позволят учащимся:

настроить мышление на тему обучения;

сфокусировать внимание на наиболее важных проблемах;

тщательно подготовиться к тестам, заданиям и другим средствам оценивания.

Деятельность должна быть спроектирована в соответствии со сформулированными целями.

При Планировании и разработке дистанционных учебных курсов необходимо принимать во внимание, что основные три Компоненты деятельности педагога, а именно изложение учебного материала, практика, обратная связь, сохраняют свое значение и в курсах ДО. Разработанный и реализованный нами подход к дистанционному обучению заключается в следующем:

перед началом дистанционного обучения производится психологическое тестирование учащегося с целью разработки индивидуального подхода к обучению;

учебный материал представлен в структурированном виде, что позволяет учащемуся получить систематизированные знания по каждой теме;

контроль знаний осуществляется с помощью полной и валидной системы тестового контроля по каждой структурной единице и содержанию в целом. Изучение таким образом предметов школьного курса может быть использовано школьниками, имеющими сложности при традиционном обучении, в качестве своеобразного репетитора по конкретным предметам и темам.

Содержание предлагаемого к освоению курса дистанционного обучения педагогически отработано и систематизировано и состоит из комплекса психологических тестов, программы обучения и электронного учебника, который удовлетворяет вышеизложенным принципам.

Первоначально обучающемуся высылаются комплекс психологических тестов и пробный урок. Полученные результаты психологического тестирования обрабатываются и на основе этого строится психологический портрет учащегося, с помощью которого выбираются методы и индивидуальная стратегия обучения.

Программа обучения - один из наиболее важных видов раздаточных материалов для учащихся, обучающихся дистанционно. Учащиеся обращаются к ней для получения точной и ясной информации. Такое руководство включает в себя:

информацию о системе дистанционного обучения, методах ДО;

биографическую информацию о преподавателе;

технологию построения учебного курса;

цели курса;

критерии окончания обучения;

часы телефонных консультаций;

описание экзаменов, проектов, письменных работ;

другие инструкции.

Электронный учебник, содержащий собственно учебные материалы для дистанционного обучения, разделен на независимые темы - модули, каждая из которых дает целостное представление об определенной тематической области, что способствует индивидуализации процесса обучения, т. е. обучающийся может выбрать из вариантов обучения: изучение полного курса по предмету или изучение только конкретных тем. При выборе первого варианта учащемуся по мере освоения материала высылается следующий модуль, и, таким образом, по завершении курса учащийся имеет целостный электронный учебник по данному предмету.

Каждый модуль содержит:

наименование темы;

учебные вопросы и их нормативную трудоемкость;

цели уроков;

методические указания о порядке и последовательности изучения темы модуля;

используемые учебные материалы;

упражнения и тесты для самопроверки, а также ссылки на правильные ответы, чтобы обучающиеся могли проверить свое понимание учебного материала и управлять своим обучением;

упражнения и тесты для итогового контроля.

Курс рассчитан на определенный срок изучения, в зависимости от его трудоемкости. Руководствуясь учебной программой и методическими указаниями, обучающийся составляет персональный план обучения, т. е. расписание своих собственных учебных занятий. Таким образом, обучающийся определит, в какой конкретно день какой учебный вопрос модуля учебной программы он будет изучать, и сможет регулярно отмечать в этом персональном плане результаты своей учебы.

Далее следует этап изучения теоретического материала, изложенного в электронном учебнике.

Выбрав пункт в содержании, необходимо рассмотреть структурную схему параграфа, определить вид каждой структурной единицы и рассмотреть связи между ними внутри параграфа. Учитывая связи между структурными единицами из разных параграфов, необходимо выбрать самые важные структурные единицы и обратить на них особое внимание при изучении.

Если для изучения структурной единицы требуются знания единиц из предыдущих параграфов, необходимо их повторить, после чего Можно перейти к изучению содержания структурной единицы.

После освоения содержания каждой структурной единицы целесообразно вновь вернуться к структурной схеме параграфа, для повторения взаимосвязей и систематизации изученного материала.

На следующем этапе работы с темой-модулем обучаемый может проверить степень усвоенного материала и выявить пробелы в знаниях с помощью предложенных для самопроверки тестов. Если возникают затруднения при ответах на вопросы теста, необходимо вернуться к изучению соответствующих структурных единиц параграфа.

Последним этапом работы с темой-модулем является контрольное тестирование, ответы на вопросы которого передаются учащимся в учебный центр для последующей оценки выполнения задания.

Если количество правильных ответов более 70%, можно считать материал усвоенным, и учащемуся высылаются материалы следующего модуля. Если же правильных ответов меньше 70%, изучение данного модуля необходимо повторить.

Таким образом, построенное дистанционное обучение представляет Педагогическую технологию, целиком построенную на использовании информационных и коммуникационных технологий.

.6 Анализ содержания электронных учебников по физике

.6.1 Основные определения, объект и цель работы

Как отмечалось во введении, активное использование информационных технологий - одна из самых характерных черт современного общества. Информационные технологии предоставляют большие возможности повышения эффективности образовательного процесса, и сами по себе являются объектом, который необходимо изучать для активной работы в современном мире [35].

Как отмечает М.П.Лапчик, в первую очередь это выразилось в появлении понятия «компьютерная грамотность». В это понятие, по его мнению, входят 4 основных компоненты:

. Умение «общаться с ЭВМ» т.е. в первую очередь подготовить компьютер к работе, грамотно работать со стандартным программным обеспечением (далее - ПО). Этот уровень вполне доступен младшим школьникам и дошкольникам.

. Составление простейших программ компьютера. Несмотря на то, что подготовка программистов не входит в задачи общеобразовательной школы, понимание основных принципов и приемов программирования является компонентой общего образования.

. Представление об устройстве и основных принципах действия ЭВМ.

. Представление об областях применения и возможностях ЭВМ, социальных последствиях компьютеризации. Сферы применения и роль компьютеров целесообразно раскрывать на примере использования компьютера для решения различных задач учебных предметов.

Несмотря на то, что навыки программирования в образовании обычного человека являются предметом спора уже несколько лет, эти компоненты можно принять в качестве рабочей модели.

Существует большое количество разработок программных средств, призванных решать самые разные задачи образования. В теоретических и методических работах отмечают такие преимущества использования ЭВМ в обучении, как:

возможности автоматизированного контроля и обратной связи;

возможности иллюстрирования и сопровождения учебных материалов;

хранение и поиск информации;

использование сложных интерактивных моделей и т.д.

Вместе с тем как уже указывалось во введении, практически всегда компьютер выступает в роли вспомогательного технического средства, средства быстрого повторения, игрового момента, т. е. дополнения к учебному процессу. Причем такого дополнения, без которого легко можно обойтись.

Такой подход вполне оправдан в настоящее время, когда компьютеры недостаточно распространены (в том числе в школах) и число их недостаточно для организации нормального учебного процесса с активным использованием средств новых информационных технологий. Кроме этого ощущается недостаток преподавателей-предметников, имеющих надлежащий уровень соответствующей подготовки. [55], [51], [41]

Но на примере других отраслей можно сказать, что через какое-то время компьютеры вполне естественным путём вытеснят из производственного процесса большую часть других средств обработки и хранения информации. В качестве одного из наиболее ярких примеров можно привести тот факт, что многие крупные библиотеки начали копирование.

Процесс вхождения школы в мировое образовательное пространство требует совершенствование, а также серьёзную переориентацию компьютерно-информационной составляющей. Вторая половина ХХ века стала периодом перехода к информационным обществам. Лавинообразный рост объёмов информации, принял характер информационного взрыва во всех сферах человеческой деятельности.

Информационный взрыв породил множество проблем, важнейшей из которых является проблема обучения. Особый интерес представляют вопросы, связанные с автоматизацией обучения, поскольку «ручные методы» без использования технических средств давно исчерпали свои возможности. Наиболее доступной формой автоматизации обучения является применение ЭВМ, то есть использование машинного времени для обучения и обработки результатов контрольного опроса знаний учащихся. Всё большее использование компьютеров позволяет автоматизировать, а тем самым упростить ту сложную процедуру, которую используют и учителя при создании методических пособий. Тем самым, представление различного рода «электронных учебников», методических пособий на компьютере имеет ряд важных преимуществ. Во-первых, это автоматизация как самого процесса создания таковых, так и хранения данных в любой необходимой форме. Во-вторых, это работа с практически неограниченным объёмом данных. Создание компьютерных технологий в обучении соседствует с изданием учебных пособий новой генерации, отвечающих потребностям личности обучаемого. Учебные издания новой генерации призваны обеспечить единство учебного процесса и современных, инновационных научных исследований, т.е. целесообразность использования новых информационных технологий в учебном процессе и, в частности, различного рода так называемых «электронных учебников». Эффект от применения средств компьютерной техники в обучении может быть достигнут лишь тогда, когда специалист предметной области не ограничивается в средствах представлениях информации, коммуникаций и работы с базами данных и знаний.

Сегодня недостаточно разработаны критерии оценки компьютерных программ по физике и практическая методика применения электронных учебников в обучении физике. Поэтому цель нашей работы:

Проанализировать компьютерные программы, используемые в обучении физики, с точки зрения их эффективности в обучении и простоты работы с ними.

Разработать методический подход к применению электронных учебников при обучении физике.

Методические аспекты использования ППС обучающе-контролирующего типа на уроках физики и их сочетание с традиционной технологией.

.6.2 Методические приёмы их использования в обучении физике

Компьютеры в школе - программное обеспечение и методическая поддержка.

Инструментальное использование компьютера в учебной деятельности по различным школьным предметам успешно реализуется в «модели двух учителей», когда учитель технологии-информатики работает вместе с учителем предметником, помогая и ему, и ученикам работе в конкретной программной среде.

Но как же выбрать такие программные продукты? На рынке существует большое количество компьютерных программ, в аннотации которых есть слова «учебный», «образовательный» и т. п., ряд из них имеет рекомендации Министерства общего и профессионального образования РФ. Это вызывает большее доверие к ним, но не гарантирует адекватности учебной программе и стилю преподавания конкретного учителя. Приводимые в различных каталогах данные чаще всего не отражают наличие и содержание методических материалов. Что касается опыта использования этих программ (кроме 2-3 наиболее распространенных наименований), то он является разрозненным и трудно обобщаемым.

В течение многих лет занимаясь проблемой использования компьютеров в дошкольном и среднем образовании, ИНТ придерживался подхода, при котором каждый программный продукт должен быть поддержан методическими и справочными пособиями и учебными семинарами. Поэтому в состав программно-методических комплексов, издаваемых ИНТом, кроме дискет и компакт-дисков входит учебно-методическая литература. Авторами этих материалов являются, как правило, сотрудники института, опытные специалисты - профессионалы в своих областях, а также учителя-экспериментаторы, применяющие новые технологии в своей практике. Примером такого достаточно полного учебно-методического комплекта является «Алгоритмика»

В каталоге образовательного программного обеспечения для IBM-совместимых компьютеров и компьютеров Macintosh, найдете не только собственные разработки ИНТа, но и наиболее полезные и методически поддержанные, с нашей точки зрения, продукты ряда российских и зарубежных фирм.

На сервере ИНТа (www.school.edu.ru/int) открыты странички, на которых размещаются аннотации и демоверсии программ, тематика и даты проводимых учебных семинаров, а также открыт почтовый ящик (intsoft.@int.glasnet.ru), куда можно направить вопросы или информацию об использовании программ в своем классе. Если этот опыт удачный, можно направить информацию на сайт ИНТа в конференцию «Учительские находки», а также выступить на заседании клуба учителей Технология. Это поможет собрать и обобщить весь накопленный опыт, а также организовать одновременный эксперимент по внедрению и тестированию новых программных средств.

Все включенные в каталог продукты можно приобрести в ИНТе или заказать по почте с предварительной оплатой. Особо отметим, что образовательные учреждения могут приобрести в ИНТе продукты по льготным ценам, причем скидки могут быть весьма существенны.. Поставки программных продуктов сопровождаются ознакомительными и учебными семинарами, которые проводятся как на базе ИНТа и МИПКРО, так и в образовательных учреждениях Москвы и других российских городов и регионов.

Живая Физика (Interactive Physics)Revolution, русская адаптация ИНТ

Компьютерная проектная среда, ориентированная на изучение движения в гравитационном, электростатическом, магнитном или в любых других полях, а также движения, вызванного всевозможными видами взаимодействия объектов. Работа программы основана на численном интегрировании уравнений движения.

В ней легко и быстро «создаются» схемы экспериментов, модели физических объектов, силовые поля. Способы представления результатов (мультипликация, график, таблица, диаграмма, вектор) задаются самим пользователем в удобном редакторе среды. Программа позволяет «оживить» эксперименты и иллюстрации К задачам курса физики, разработать новый методический материал, помогает ученикам лучше понять теорию, решить задачу, осмыслить лабораторную работу. Она может использоваться для сопровождения как школьного, так вузовского курса физики. Методическое сопровождение программы содержит несколько десятков готовых физических задач и моделей экспериментальных установок.

Категория пользователя: VI-XI классы.

Платформа: Windows, Mac OS.    

Носитель: дискеты.

В Комплект входит:

Живая Физика: Справочное пособие. М.: ИНТ, 1995, 1997. 158 с. Содержит все необходимые пользователю сведения об установке и инструментарии программы, о способах разработки и проведения экспериментов, а также о вычислительном методе, лежащем в основе работы программы.

Дополнительные модули:

Комплекты компьютерных экспериментов и учебных пособий - цельная методическая система, предусматривающая как демонстрации и лабораторные работы, так и самостоятельное проектное творчество. Они особенно важны на первых порах знакомства учителя с программой, помогая быстрее её освоить и вводить в учебный процесс не эпизодически, а как продуманную систему.

Бронфман В. В., Шапиро М. А. Начала кинематики. IX класс. М.: ИНТ, 1996. 23 с. дискета. Комплект предназначен для поддержки изучения темы «Общие сведения о движении» в курсе физики IX класса.

Бронфман В. В., Дунин С. М., Шапиро М. А. Колебания. М.: ИНТ, 1997. 63 с. дискета. Комплект состоит из 91 учебного компьютерного эксперимента и методического руководства. Предназначен для использования при изучении колебаний в курсе физики средней школы, обеспечивает практически каждый шаг изучения темы не только в рамках базового курса, но и на кружковых и факультативных занятиях. Описаны особенности использования комплекта в классах с одним компьютером, т. е. в режиме демонстраций.

Бронфман В. В., Шапиро М. А. Электростатика. М.: ИНТ, 1997. 17 с.+ дискета. Комплект предназначен для использования при изучении электростатики в средней школе. Не являясь последовательной поддержкой курса, он поможет учителю заинтересовать этой темой детей, лучше объяснить некоторые сложные для понимания вопросы, организовать исследования, которые невозможно провести в условиях обычной школьной лаборатории.

Изучаем движение (Measurement in Motion)in Motion Inc., русская адаптация ИНТ

Компьютерная среда для изучения движений реальных объектов, записанных обыкновенной видеокамерой. Это новый инструмент для подготовки и проведения учебных исследований по физике, биологии и другим предметам естественнонаучного цикла. Программа позволяет измерить характеристики движения в кадрах фильма и проанализировать результаты, широко используя графики и таблицы.

Категория пользователя: для V класса и старше. Платформа: Mac OS.

Носитель: дискеты, компакт-диск.

В комплект входит:

Изучаем движение: Справочное пособие. М.: ИНТ, 1998.27 с. Пособие относится непосредственно к программе и описывает подробно инструментарий и методику работы.

Компакт-диск, содержащий около 50 фильмов и упражнений (на английском языке).

Репетитор Физика 1C

Мультимедийный электронный учебник для школьного курса физики, содержащий демонстрацию физических явлений методами компьютерной анимации, компьютерное моделирование физических закономерностей, видеоматериалы, демонстрирующие реальные физические опыты, набор тестов и задач для самоконтроля, справочные таблицы и формулы.

Категория пользователя: старшеклассники и абитуриенты.

Платформа: Windows.

Носитель: компакт-диск.

Физика для школьников и абитуриентов

Компьютерное пособие для поступающих в вузы. Может быть использовано для индивидуальной подготовки, для проведения групповых занятий в компьютерных классах гимназий, школ, лицеев, а также подготовки к вступительным экзаменам в вуз. Категория пользователя: старшеклассники и абитуриенты.

Платформа: Windows.

Носитель: компакт-диск.

Серия электронных учебников фирмы «Физикон»

Физика в картинках, Физика на Вашем PC

Содержат справочные сведения по физике, сопровождаемые изображениями интерактивных экспериментов, а также справочник формул, таблицы физических величин, калькулятор. В программу включены вопросы и задачи, предусмотрена возможность ввода ответов и их проверки.

Категория пользователя: VI-XI классы.

Платформа: MS-DOS.

Носитель: дискеты («Физика в картинках»), компакт-диск («Физика на Вашем PC»).

Открытая физика I, Открытая физика II

Новое поколение программы «Физика на Вашем PC», в котором используется интерфейс Netscape. Содержит сборник компьютерных экспериментов по всем разделам школьного курса физики. Для каждого эксперимента представлены компьютерная анимация, графики, численные результаты, пояснение физики наблюдаемого явления, видеозаписи лабораторных экспериментов, вопросы и задачи. Категория пользователя: XI классы.

Платформа: Windows.

Носитель: компакт-диск.

.6.3 Выдержки из примера применения пособия

Рассмотрим применение электронного учебника 1С: РЕПЕТИТОР ФИЗИКА (Версия 1.5)

Предлагаемое изложение школьного курса физики является первой в России попыткой создания учебного пособия, использующего уникальные возможности современного мультимедийного ПК и охватывающего все разделы физики 9-11 классов.

При подготовке этого пособия учебный материал был специально подобран в соответствии с программой по физике для общеобразовательных школ. В основу настоящего пособия были положены самые распространенные в России учебники по физике: И. К. Кикоин, А.К. Кикоин. Физика-9. Изд. 3-е. М.: Просвещение, 1994. Г. Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев. Физика-10, 11. Изд. 3-е. М.: Просвещение, 1994.

Для удобства пользователя названия тем, вошедших в данное пособие, практически совпадают с соответствующими параграфами указанных учебников. И проработка этого пособия очень похожа на повторение всего школьного курса физики на уровне требований общеобразовательной школы. Однако в некоторых вопросах материал все же выходит за рамки базовых требований, а некоторые вопросы, обсуждаемые в цитированных учебниках, в пособии опущены. Некоторое смещение акцентов в изложении материала по сравнению с базовым курсом связано с желанием авторов представить материал максимально сжато, но без потери основных идей.

На повторение одной темы достаточно отвести один день. Таким образом, полное повторение всего школьного курса физики возможно за два месяца работы с пособием. Работа с настоящим пособием (“живая” работа за компьютером, решение тестов и задач) также предполагает работу с учебниками.

Структура пособия такова. Пользователь может начать работу над одним из шестидесяти конкретных вопросов по пяти основным разделам школьной физики: механика, молекулярная физика, электричество и магнетизм, электромагнитные волны и оптика, теория относительности и квантовая физика.

В каждом вопросе пользователь найдет:

Текст с формулами, содержащий объяснение темы (иногда минимально необходимое, для более сложных вопросов - развернутое).

Рисунки и графики, относящиеся к теме и включающие элементы анимации, а также обязательный элемент взаимодействия с пользователем, позволяющий во многих случаях менять параметры в формулах для физических закономерностей и немедленно отслеживать результат этих изменений на экране.

Биографические сведения о некоторых ученых, внесших важный вклад в развитие физики.

Тесты на усвоение материала темы (при желании предоставляется возможность увидеть полное правильное решение первого теста; второй тест дает только правильный ответ).

Задачи по теме (первая задача приводится с полным решением, для второй - дается только ответ).

Возможность вызова в любой момент справок, касающихся системы единиц, фундаментальных физических постоянных, таблиц численных значений ряда физических величин.

Возможность вызова “шпаргалки”, содержащей основные формулы физики.

Возможность вызова справочника основных формул школьного курса математики.

Возможность вызова калькулятора.

Контрольные тесты и задачи по каждому из разделов курса физики, разделенные на три уровня сложности. Часть задач реально давалась при поступлении в московские вузы (МАДИ, Физфак МГУ).

Кроме того, в пособие включены видеофрагменты реальных экспериментов.

При изложении вопросов не придерживались строгой последовательности и использовалось там, где это казалось оправданным, сведения из курса, например, 11-го класса при обсуждении темы, которая формально проводится в 9-м классе. Это же касается задач и тестов: в ряде случаев их формулировки содержат сведения, относящиеся к последующим разделам курса. При изложении вопросов механики, молекулярной физики и электромагнетизма широко использовали математические приемы (в частности, дифференцирование и интегрирование), которые проходятся в последнем классе. Подчеркнем, что предлагаемое пособие не предназначено для последовательного изучения физики школьниками 9-го и 10-го классов. Пользователь - это школьник 11-го класса, выпускник профтехучилища или любой другой человек, который желает за сравнительно короткий срок эффективно повторить весь школьный курс физики на уровне, позволяющем достойно сдать выпускные экзамены и выдержать приемный экзамен по физике в большинство технических вузов страны.

При изложении отдельных тем допущены следующие серьезные отклонения от содержания базового учебника. Включен вопрос “Теорема Гаусса” в раздел электростатики, вопрос “Геометрическая оптика. Линзы” в раздел оптики. Полностью переработан и существенно расширен материал, касающийся теории относительности и квантовой теории. Это связано убеждением, что именно вопросы физики ХХ в. наиболее слабо отражены в действующих учебниках и требуют иных подходов в изложении. В то же время опустили (по крайней мере, в данной версии пособия) обсуждение вопросов электропроводности металлов и полупроводников, так как, излагать их следует с привлечением минимальных сведений из квантовой механики или на том “филологическом” уровне, который принят в стандартном учебнике и который вполне может быть освоен при чтении этого учебника.

При составлении текста биографий ученых авторы использовали сборник Г. М. Голина и С. Р. Филоновича “Классики физической науки”, а также книгу Ю. А. Храмова “Физики”. Помощь в составлении таблиц оказали “Справочник по элементарной физике” Н. И. Кошкина и М. Г. Ширкевича и “Энциклопедия элементарной физики” С. В. Громова.

В составлении пособия принимали участие:

А. В. Берков, канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры теоретической физики МИФИ-общий план пособия, структура вопросов, составление текстов вопросов, составление биографических справок и приложений.

В. А. Грибов, канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры квантовой статистики и теории поля Физического ф-та МГУ - составление тестов и задач.

Е.С. Объедков, Заслуженный учитель России, канд. педагогических наук, лауреат премии мэрии Москвы, учитель физики школы-комплекса № 548 "Царицыно" - постановка и проведение демонстрационных экспериментов.

Задачи находятся в конце каждой темы (первая задача приводится с полным решением, для второй - дается только ответ);

в тех задачах, которые предусматривают получение численного ответа, предусмотрен контроль правильности ответа с заданной в условии точностью (при получении численного ответа следует иметь в виду, что величина ускорения свободного падения была принята равной 9,81 м/с2, а величина скорости света была принята равной 3·108 м/c);

тесты собраны в конце каждого раздела (для первого теста по данной теме приводится решение, для второго - только ответ).

Пользователь может получить краткую справку о том или ином физическом термине в Глоссарии и при желании немедленно попасть в раздел, где этот термин обсуждается.

В пособии создана разветвленная система вложенных гиперссылок, позволяющая вести поиск в отдельной статье, во всем материале и поиск внутри статей, на которые указывают гиперссылки.

В процессе работы над пособием пользователь может также:

делать закладки на темах, к которым он предполагает вернуться. В принципе, система закладок позволяет построить последовательность вопросов, которые требуют вторичного изучения;

воспользоваться "Историей перемещений", где указаны последние 64 раздела (включая тесты и задачи, биографии и справочные материалы), к которым обращался пользователь во время данного сеанса работы с пособием;

посмотреть дневник работы, где запоминаются все сведения о работе пользователя над пособием (общее время работы с программой, время, потраченное на изучение каждого вопроса, и т. п.). В дневник заносятся сведения о правильно решенных тестах и задачах (для которых имеется возможность ввести ответ), при этом фиксируется только решение, достигнутое с первой попытки в данном сеансе работы с пособием;

воспользоваться Альбомом, в котором собраны все слайды данного пособия (включающие иллюстрации, анимации, видеоопыты, интерактивные иллюстрации, задачи и тесты). По желанию, можно просматривать альбом подряд, возвращаясь в тот раздел, где данная иллюстрация использована, или рассматривать слайды, собранные по темам.

Отдельный раздел пособия "Подготовка в вуз" включает обязательный минимум образования по физике для базовой школы, действующую программу по физике для поступающих на Физфак МГУ со ссылками на разделы пособия, список федерального комплекта учебников и рекомендуемой литературы, а также контрольные тесты и задачи, предлагавшиеся на вступительных экзаменах МГУ и МАДИ, со ссылками на соответствующие разделы пособия.

Можно привести пример урока в 8 классе по теме «Закон Ома для участка цепи».

Сажаем детей по парно за компьютеры, объясняем как работает данная программа. Затем дети самостоятельно знакомятся с теорией.

Затем с помощью интерактивных анимаций, где можно изменять различные параметры, дети используют этот закон в различных соединениях.

В завершение теоретического курса видеоролик с лабораторной работой «Зависимость силы тока от напряжения»

Для проверки напоследок предлагается решить две задачи. Ели дети их решают без проблем, то тему они усвоили хорошо.

.6.4 Варианты построения уроков с использованием электронного учебника

Электронный учебник используется при изучении нового материала и его закреплении (20 мин. работы за компьютером). Учащихся сначала опрашивают по традиционной методике или с помощью печатных текстов. При переходе к изучению нового материала ученики парами садятся у компьютера, включают его и начинают работать со структурной формулой и структурными единицами параграфа под руководством и по плану учителя.

Электронная модель учебника может использоваться на этапе закрепления материала. На данном уроке новый материал изучается обычным способом, а при закреплении все учащиеся 5-7 мин. под руководством учителя соотносят полученные знания с формулой параграфа.

В рамках комбинированного урока с помощью электронного учебника осуществляется повторение и обобщение изученного материала (15-17мин.). Такой вариант предпочтительнее для уроков итогового повторения, когда по ходу урока требуется «пролистать» содержание нескольких параграфов, выявить родословную понятий, повторить наиболее важные факты и события, определить причинно-следственные связи. На таком уровне учащиеся должны иметь возможность поработать сначала сообща (по ходу объяснения учителя), затем в парах (по заданию учителя), наконец, индивидуально (по очереди).

Отдельные уроки могут быть посвящены самостоятельному изучению нового материала и составлению по его итогам своей структурной формулы параграфа. Такая работа проводится в группах учащихся (3-4 человека). В заключении урока (10 мин.) учащиеся обращаются к электронной формуле параграфа, сравнивая её со своим вариантом. Тем самым происходит приобщение учащихся к исследовательской работе на уроке, начиная с младшего школьного возраста.

ЭУ используется как средство контроля усвоения учащимися понятий. Тогда в состав электронного учебника входит система мониторинга. Результаты тестирования учащихся по каждому предмету фиксируются и обрабатываются компьютером. Данные мониторинга могут использоваться учеником, учителем, методическими службами и администрацией. Процент правильно решённых задач даёт ученику представление о том, как он усвоил учебный материал, при этом он может посмотреть, какие структурные единицы им усвоены не в полной мере, и впоследствии дорабатывать этот материал. Таким образом, ученик в какой-то мере может управлять процессом учения.

Учитель, в свою очередь на основе полученной информации также имеет возможность управлять процессом обучения. Результаты класса по содержанию в целом позволяют учителю увидеть необходимость организации повторения по этой или иной структурной единице для достижения максимального уровня обученности. Рассматривая результаты отдельных учащихся по структурным единицам, можно сделать аналогичные выводы по каждому отдельному учащемуся и принять соответствующие методические решения в плане индивидуальной работы. Наконец, можно проследить динамику обучения ученика по предмету. Стабильно высокие результаты некоторых учеников даёт учителю возможность выстроить для них индивидуальную предметную траекторию.

Методическим объединениям и кафедрам учителей чаще интересны результаты мониторинга по содержанию. Они получают полную информацию об усвоении каждой структурной единицы учениками всей параллели. На основе таких данных выявляется материал, который вызвал затруднения у учащихся, что позволяет на заседаниях кафедр и в рамках творческих групп разрабатывать методические рекомендации по преодолению этих трудностей. Администрации школы система педагогического мониторинга позволяет отслеживать уровень знаний учеников по предметам, видеть его динамику, активизировать методическую работу педагогов по конкретным проблемам содержания образования, контролировать оптимальность учебного плана и на основе данных педагогического мониторинга осуществлять его корректировку.

Информационная технология открывает для учащихся возможность лучше осознать характер самого объекта, активно включиться в процесс его познания, самостоятельно изменяя как его параметры, так и условия функционирования. В связи с этим, информационная технология не только может оказать положительное влияние на понимание школьниками строения и сущности функционирования объекта, но, что более важно, и на их умственное развитие. Использование информационной технологии позволяет оперативно и объективно выявлять уровень освоения материала учащимися, что весьма существенно в процессе обучения.

Учёными было рассмотрено применение электронной техники для составления контрольных работ, моделирования физических процессов и явлений, компьютеризации физического эксперимента, решения задач и проведения количественных расчетов, разработки учащимися алгоритмов и программ действий на базе компьютеров, осуществления самоконтроля и стандартизированного контроля знаний.

Проблема темпа усвоения учащимися материала с помощью компьютера (проблема возможной индивидуализации обучения при классно-урочной системе). В результате использования обучающих ППС происходит индивидуализация процесса обучения. Каждый ученик усваивает материал по своему плану, т.е. в соответствии со своими индивидуальными способностями восприятия. В результате такого обучения уже через 1-2 урока (занятия) учащиеся будут находиться на разных стадиях (уровнях) изучения нового материала. Это приведет к тому, что учитель не сможет продолжать обучение школьников по традиционной классно-урочной системе. Основная задача такого рода обучения состоит в том, чтобы ученики находились на одной стадии перед изучением нового материала и при этом все отведенное время для работы у них было занято. По-видимому, это может быть достигнуто при сочетании различных технологии обучения, причем обучающие ППС должны содержать несколько уровней сложности. В этом случае ученик, который быстро усваивает предлагаемую ему информацию, может просмотреть более сложные разделы данной темы, а также поработать над закреплением изучаемого материала. Слабый же ученик к этому моменту усвоит тот минимальный объем информации, который необходим для изучения последующего материала. При таком подходе к решению проблемы у преподавателя появляется возможность реализовать дифференцированное, а также разноуровневые обучение в условиях традиционного школьного преподавания.

При сопоставлении вариантов будем исходить из того, что обучение осуществляется преимущественно по дедуктивной схеме, т.е. путем дифференциации некоторой «относительно примитивной, но целостной основы». На этапе введения знаний учащийся переходит от полного отсутствия знаний до подлежащей изучению теме к овладению ими в первом приближении. С учётом упомянутой схемы этот переход должен осуществляться таким образом, чтобы у учащегося сложился общий, не дифференцированный каркас требуемого знания, некоторое общее представление о теме. Основная форма усвоения - вербальная, часто в виде учебных правил, решение задач играет преимущественно вспомогательную иллюстративную роль. Этап проходит при максимальной помощи со стороны учителя.

На этапе тренировки, состоящем в решении задач, вербальное знание переходит в умение и навык, приобретает четкость, определенность. Решение задач превращается в главное средство обучения, происходит дифференцирование исходного знания, оно наполняется частными, деталями. Этот этап, значительно превосходящий первый по трудности длительности, осуществляется при минимальной помощи со стороны учителя или даже при полном ее отсутствии.

Компьютерное обучение возможно в принципе на обоих этапах, но целесообразно. Ho чаще всего на втором.

Решающим аргументом является тот факт, что личность учителя играет при введении знания огромную стимулирующую роль, для которой никакого эквивалента при компьютерном введении знаний не существует и в обозримом будущем принципиально не может появиться. База данных (память), на которую опирается учитель и которая включает не только знания, приобретенные в результате внешне организованного и, в известной мере, стандартизованного обучения, но также и неосознаваемый опыт, включающий продукты непроизвольной психической деятельности, несопоставимо богаче той, что может быть в распоряжении компьютера. На этапе тренировки, где преобладает самостоятельная работа учащихся, значимость этого фактора близка к нулю.

Компьютерная тренировка позволяет устранить давно известный недостаток школьного обучения, состоящий в том, что оно часто остается более или менее незавершенным, поскольку осуществляется преимущественно на уровне этапа введения знания. Учебный процесс строится обычно по принципу матрешки, т.е. усвоение последующей темы требует уверенного владения предыдущей, вплоть до умения решать задачи. Но школьных ресурсов на тренировку не хватает, и для многих учащихся обучение сводится к порождению цепочки не полностью усвоенных тем.

Весьма существенно, что автоматизация тренировки позволяет гарантировать усвоение адекватного знания и исправление ошибок, возникших на предыдущем этапе. При изучении физики для этого может использоваться методика диагностирования психологических причин ошибок, применимая, возможно, и для других предметов.

По этим соображениям, говоря в дальнейшем о компьютеризации обучения, будем иметь в виду преимущественно этап тренировки и, следовательно, те предметы, усвоение которых предполагает выполнение многочисленных упражнений. Таковы, например, физика, математика, языки и т. п.

Проблема тренировки давно находится на периферии научных интересов исследователей, что обусловило ее низкую психолого-педагогическую освоенность. Отметим в этой связи два ее аспекта.

Во-первых, это недостаточность имеющейся информации для организации рациональной тренировки даже в рамках традиционного школьного обучения. Отсутствует, например, научно обоснованная методика подбора тренировочных задач. В школьной практике наборы таких задач составляются, как правило, эмпирически на уровне интуиции составителей и индивидуально для каждого конкретного случая. Не получил выхода в практику и не исследуется описанный П. А. Шеваревым феномен отрицательного воздействия на обучение связи между структурами учебного знания и учебных задач.

Второй аспект теоретической не освоенности тренировки - это не исследованность ее специфически компьютерной стороны и, как следствие, - отсутствие научных критериев и методов оценки обучающих компьютерных программ (ОКП), а также нормативной базы их производства. Закономерно поэтому, что предоставляемые сегодня рынком ОКП (государственное их производство отсутствует), - как правило, продукты интуиции, лишенные научного обоснования, и неудовлетворительность их качества давно уже отмечается в литературе. Высказываются, например, мнения о доминировании в производстве ОКП интуиции программистов, о недопустимости «захламления школы бессодержательными, хотя внешне эффектными обучающими программами», о необходимости внедрения в образование не новых информационных технологий вообще, а только их прогрессивных вариантов, поскольку «не всякое новое заслуживает внедрения, тем более - в такой деликатной сфере, как образование».

3. Технология создания электронного учебника

В.П. Беспалько строит теорию учебника на основе более общей теории - теории педагогических систем (ПС). Учебник рассматривается как модель педагогической системы. Учебник будет тем лучше, чем лучше педагогическая система (добавим - и лучше будет в этой модели смоделирована). Представление об учебнике как информационной модели педагогических систем предполагает моделирование в его содержании основных элементов ПС: «цели», «содержание», «дидактические процессы», «организационные формы». При отсутствии в модели-учебнике чёткого описания тех или иных элементов системы получаем неполные учебники, включая такую книгу, в которой ни один из элементов не определён и которая поэтому учебником не является.

Электронный и традиционный учебники в обозримом будущем обречены на параллельное существование. Поэтому эти учебники целесообразно строить как самостоятельные средства обучения, каждый из которых способен полностью обеспечить процесс обучения. Вместе с этим осуществляется их максимальная координация и согласованность по содержанию и объёму учебного материала; структуре и последовательности учебных тем, уровню дифференциации обучения, строго выдерживается соответствие основополагающим государственным документам: концепции средней школы, образовательному стандарту и программе.

Выбирает учебник учитель с учётом пожеланий учащихся и родителей: например, изучать информацию небольшими дозами удобнее с помощью компьютера, а повторять крупную порцию материала - с помощью книжного учебника. Вполне возможно, что школьники, у которых дома есть компьютер, предпочтут электронный учебник для домашней работы. Вопрос о том, какой из этих учебников - основной, а какой - вспомогательный, решает учитель в соответствии с той технологией обучения, которой он придерживается.

Обучающие возможности электронного учебника во многих случаях объективно выше обучающих возможностей книжного учебника, это преимущество надо использовать в полной мере.

Исключительно важны вопросы преемственности и стыковки информационной технологии с современной традиционной технологией, с другими перспективными технологиями обучения. В какой мере и в какой форме технология обучения должна найти своё отражение в электронном учебнике, чем школьный электронный учебник должен отличаться от вузовского?.

Сопоставим понятие электронного (компьютерного) учебника с другими близкими ему понятиями. Компьютерный учебник - это программно-методический комплекс, обеспечивающий возможность самостоятельно освоить учебный курс или его большой раздел. Компьютерный учебник сочетает свойства обычного учебника, справочника, задачника и лабораторного практикума. Компьютерный учебник - обычная книга с комплектом дискет: в книге излагается теория, а на дискетах - различные компьютерные программы. Программно-методический комплекс в виде обычной книги с комплектом дискет называют компьютеризированным учебником.

Определение понятия электронного учебника часто связывают с понятием компьютерной учебной программы. Л.Х. Зайнутдинова компьютерной учебной программой (КУП) называет любое программное средство (систему), специально разработанное и адаптированное для применения в обучении. В этой работе выделяются (в зависимости от их назначения) три вида компьютерной учебной программы: педагогические программные средства (ППС), информационно-поисковые справочные программные системы (ИПСПС), обучающие программные системы (ОПС).

К педагогическим программным средствам (ППС) отнесены компьютерные учебные программы одноцелевого назначения: сервисные, контролирующие, тренажёрные, моделирующие, демонстрационные и аналогичные программные средства (термин ППС получил распространение в педагогической литературе благодаря работам И.В. Роберт). Обучающие программные системы отличаются тем, что предоставляют пользователю комплекс возможностей, в их число входят: автоматизированные обучающие системы (АОС), электронные учебники (ЭУ), экспертные обучающие системы (ЭОС), интеллектуальные обучающие системы (ИОС). ЭУ в связи с их комплексным назначением относятся к обучающим программным системам (ОПС). Л.Х. Зайнутдинова считает, что электронный учебник должен обеспечивать выполнение всех основных функций, включая предъявление теоретического материала, организацию применения полученных знаний (выполнение тренировочных заданий), контроль уровня усвоения (обратная связь) без помощи каких бы то ни было бумажных носителей, то есть только на основе компьютерной программы. Для определения понятия электронного учебника автор использует понятие дидактического цикла как структурной единицы процесса обучения, обладающая всеми его качественными характеристиками. На первом этапе дидактического цикла ставят познавательную задачу, на втором предъявляется содержание учебного материала, на третьем применяются первично полученные знания, на четвёртом этапе осуществляется обратная связь, контролируется деятельность учащихся, на пятом идёт подготовка дальнейшей учебной деятельности.

Из методологических и практических соображений дидактический процесс в учебнике должен иметь краткую технологичную форму, не требующую на первых порах радикальной ломки традиционных технологий, или, во всяком случае, близкой к ним. Одна из таких технологий - технология крупноблочного изложения учебного материала. В отдалённой перспективе, когда электронный учебник станет ведущим в массовой практике, можно перейти к иным технологиям, менее зависимым от традиционных технологий. Но и традиционные технологии постоянно развиваются и обобщаются. [16, стр 29]

.1 Технология создания электронных учебников

Технология создания электронных учебников достаточно трудоёмка и включает следующие этапы.

Определение целей и задач разработки.

Разработка структуры электронного учебника.

Разработка содержания по разделам и темам учебника.

Подготовка сценариев отдельных структур электронного учебника.

Программирование.

Апробация.

Корректировка содержания ЭУ по результатам апробации.

Подготовка методического пособия для пользователя.

Кратко рассмотрим эти этапы.

. Определение целей и задач разработки. Отправной точкой в создании электронных учебников являются дидактические цели, для достижения и решения которых используются информационные технологии.

В зависимости от целей обучения электронные учебники могут быть следующих типов:

предметно-ориентированные ЭУ;

для изучения отдельных предметов общеобразовательного цикла в конкретном классе;

предметно-ориентированные электронные учебники для изучения отдельных разделов предметов общеобразовательного цикла при сквозном
изучении учебного материала;

предметно-ориентированные электронные тренажёры с наличием справочного учебного материала;

электронные автоматизированные системы развития способностей.

. Разработка структуры электронного учебника. Структура в общепринятом понимании (от лат. struktura - строение, расположение, порядок) - совокупность устойчивых связей объекта, обеспечивающих его целостность[1]. Исходя из этого определения, при разработке электронного учебника необходимо первоначально выработать его структуру, порядок следования учебного материала, вид навигации по разделам, сделать выбор основного опорного пункта будущего учебника. Рассмотрим подробнее структуру электронного учебника для общеобразовательной школы по математике по теме «Функции и графики». Эта тема в школе изучается с 7-го по 11-й классы [8]. В 7-м классе ставится цель - ввести функциональные понятия, такие, как «функция», «аргумент», «область определения функции», «график функции» и т.п.; изучить свойства простейших функций и их графики; изучается графический способ решения системы линейных уравнений. В 8-м классе расширяется круг изучаемых функций; изучается графический способ решения квадратичного уравнения. В 9-м классе вводятся понятия чётности и нечётности функций. В 10-м классе изучается тема «Производная и её применение»; при её изучении используются полученные знания в предыдущих классах и изучаются новые вопросы, касающиеся методов исследования функций. В 11-м классе изучают логарифмические, показательные и степенные функции, их свойства и графики. Таким образом, по теме «Функции и графики» имеется достаточно объёмный и взаимосвязанный материал, изучаемый в школе на протяжении пяти лет фрагментарно. Электронный учебник позволяет всю тему освоить в интерактивном режиме в удобные для обучающегося сроки и самостоятельно проверить свои знания. ЭУ по указанной теме опирается на учебную программу для общеобразовательной школы, поддерживает действующие печатные учебники, реализует концентрический способ изучения учебного материала. Такой ЭУ имеет иерархическую структуру; выделяются под темы, изучаемые в каждом классе. По каждой под теме, касающейся изучения конкретной математической функции, выделены следующие компоненты: определение функции, свойства функции, примеры построения графика функции, справочник, задания на построение графиков функций, тесты.

Все структурные единицы ЭУ и их компоненты взаимосвязаны, находятся в общей программной оболочке. Каждый компонент в указанных разделах электронного учебника доступен для пользователя из любого другого компонента.

Таким учебником, размещённом на одном компакт-диске, можно пользоваться с 7-го по 11-й классы.

. Разработка содержания по разделам и темам ЭУ. Понятие о содержании электронного учебника является частью понятия содержания образования, под которым понимается система знаний, умений, навыков, овладение которыми обеспечивает развитие умственных способностей школьника.

Содержание электронного учебника может разработать опытный педагог-предметник, педагог-новатор, не один год посвятивший преподаванию своего предмета в школе. При разработке содержания отдельных тем необходимо ранжировать учебный материал: по степени сложности восприятия, по степени сложности подачи.

В ходе этой работы необходимо: выделить основное ядро учебного материала, выделить второстепенные моменты в изучении учебного материала, выделить связи с другими темами учебного курса, подобрать практические разноуровневые многовариантные задания по каждой теме, подобрать иллюстрации, графики, демонстрации, анимационные и видеофрагменты к понятиям, формулировкам, событиям и т.д.

. Подготовка сценариев отдельных программ ЭУ. Познавательный интерес в педагогической практике рассматривают часто как средство активизации познавательной деятельности учащихся, эффективный инструмент учителя, позволяющий ему сделать процесс обучения привлекательным, выделить в обучении те аспекты, которые могут привлечь к себе непроизвольно внимание учеников, заставят активизировать их мышление, волноваться, переживать [9]. Вот эти слова ПИ. Щукиной следует всегда помнить при составлении сценариев педагогических программных средств учебного назначения.

Сценарий электронного учебника - это покадровое распределение содержания учебного курса и его процессуальной части в рамках программных структур разного уровня и назначения.

Процессуальная часть включает в себя всё то, что необходимо представить на экране монитора для раскрытия и демонстрации содержательной части.

Программные структуры разного уровня - это компоненты мультимедийных технологий: гипертекст, анимация, звук, графика и т.п. Использование этих средств носит целенаправленный характер: для активизации зрительной и эмоциональной памяти, для развития познавательного интереса, повышения мотивации учения.

. Программирование. В этой работе участвуют: постановщик курса, программисты, программисты-дизайнеры, психолог. Эта работа начинается с создания основных шаблонов кадров будущего ЭУ; они различаются в зависимости от назначения кадра: разместить в нём познавательный материал, подкрепить его рисунком, анимацией, графиком и т.п. Иной вид имеет шаблон кадра для заданий, тестов. После создания основных шаблонов кадров процесс программирования упрощается, делается более целенаправленным.

. Апробация. Хорошо, если после создания ЭУ с ним могут поработать преподаватели, учителя-предметники, для использования которыми (в том числе) в учебном процессе он и разрабатывался. Это делается первоначально на практических семинарах, затем - на курсах повышения квалификации соответствующего профиля учителей в институтах повышения квалификации. Мнение таких людей об ЭУ, их замечания крайне важны для разработчиков; их учитывают, на их основе вносят в курс корректировки. И всё-таки ЭУ необходимо апробировать в условиях реального школьного учебного процесса. Во время апробации выявляются отдельные незамеченные разработчиками ошибки, некорректность, неудобства в эксплуатации и т.п.

. Корректировка по результатам апробации. По результатам апробации проводится корректировка программ электронного учебника. Эта работа может касаться и сценарной линии учебника, его структуры; она касается неточностей и ошибок в ответах при работе с заданиями и т.п.

. Подготовка методического пособия для пользователя. Этот этап венчает работу над электронным учебником. Подготовка методического пособия для учителя может включать следующие материалы: содержание отдельных программных модулей; задания, тесты, предлагаемые после изучения каждой темы; примерное тематическое планирование с указанием места использования данного электронного учебника; инструкцию для работы с ЭУ; необходимую конфигурацию компьютера для инсталляции ЭУ. Пособие может быть записано на электронном носителе либо издано на бумажном носителе. Упомянутые отличительные особенности электронных учебников позволяют сделать вывод о том, что они являются эффективным средством обучения, позволяющим на высоком уровне реализовать основные принципы дидактики.

.2 Разработка урока с применением электронного учебного пособия по теме «Применение первого закона термодинамики к изопроцессам»

. Отличительные признаки электронных учебников

Стремительный процесс информатизации школ на основе современных компьютеров, поступающих в учебные заведения страны, открывает в образовании путь электронным учебникам (ЭУ). Учебник, в классическом понимании, - это книга для учащихся или студентов, в которой систематически излагается материал в определённой области знаний на современном уровне достижений науки и культуры [1]. Следовательно, учебник, как электронный, так и печатный, имеют общие признаки, а именно:

учебный материал излагается из определённой области знаний;

этот материал освещен на современном уровне достижений науки и культуры;

материал в учебниках излагается систематически, т.е. представляет собой целое завершённое произведение, состоящее из многих элементов, имеющих смысловые отношения и связи между собой, которые обеспечивают целостность учебника.

Существует мнение о том, что некоторым учителям не нравится термин «электронный» учебник, так как имеется и печатный учебник [2]. Эти авторы предлагают термин «электронное издание». Но слово «издание» также предполагает печатную продукцию. Не стоит бояться новых терминов, включающих известные понятия. Меняется жизнь, меняются технологии. И ко всем изменениям надо относиться с пониманием.

Необходимо чётко определить отличительные признаки электронного учебника от печатного. На наш взгляд, они состоят в следующем.

. Каждый печатный учебник (на бумажном носителе) рассчитан на определённый исходный уровень подготовки учащихся и предполагает конечный уровень обучения. По многим общеобразовательным предметам имеются учебники обычные (базовые), повышенной сложности, факультативные и др. Электронный учебник по конкретному учебному предмету может содержать материал нескольких уровней сложности. При этом все они будут размещены на одном лазерном компакт-диске, содержать иллюстрации и анимацию к тексту, многовариантные задания для проверки знаний в интерактивном режиме для каждого уровня.

. Наглядность в электронном учебнике (ЭУ) значительно выше, чем в печатном. Так в учебнике по географии России на бумажном носителе обычно и представлено около 50 иллюстраций. В новом мультимедийном учебнике по этому же курсу имеется около 800 слайдов [3]. Наглядность обеспечивается также использованием при создании электронных учебников мультимедийных технологий: анимации, звукового сопровождения, гиперссылок, видео сюжетов и т.п.

Электронный учебник обеспечивает многовариантность, многоуровневость и разнообразие проверочных заданий, тестов. Электронный учебник позволяет все задания и тесты давать в интерактивном и обучающем режиме. При неверном ответе можно давать верный ответ с разъяснениями и комментариями.

Электронный учебник является мобильным: при его создании и распространении выпадают стадии типографской работы. Электронные учебники являются по своей структуре открытыми системами. Их можно дополнять, корректировать, модифицировать в процессе эксплуатации.

. Доступность электронного учебника выше, чем у печатных. При спросе на электронный учебник легко можно увеличить его тираж, можно переслать по сети.

. Для обеспечения многофункциональности при использовании и в зависимости от целей разработки электронные учебники могут иметь различную структуру. Например, для использования на уроках можно создавать электронный учебник, поддерживающий школьную программу по конкретному предмету и учебный материал подавать согласно имеющемуся тематическому планированию. Можно разрабатывать электронные учебники без привязки к тематическому планированию, а просто следуя учебному плану по конкретному школьному курсу. Можно создавать электронные учебники по принципу вертикального изучения учебного материала. Так, например, функции и графики изучаются в школе с 7-го по 10-й классы. На бумажных носителях имеется четыре учебника для соответствующих классов, в каждом из которых имеется, наряду с другими темами, и учебный материал по функциям и графикам. Электронный учебник может объединить весь изучаемый материал по этой теме с 7-го по 11-й классы. Такой электронный учебник можно использовать и для самостоятельных занятий, для подготовки к сдаче экзаменов, на уроках, для подготовки к сдаче экстерном.

Использование учебника и технологии его подготовки для работы с учащимися

Для успешного внедрения в школу компьютерного обучения необходим научный подход, «серьезный (систематический анализ "знаний и умений” с точки зрения содержащихся в них свёрнутых умственных действий и операций являющихся внутренней основой этих "знаний и умений", которую как раз и нужно развернуть в программах pa6оты учебных компьютеров».

Сегодня в педагогике и психологии большое внимание уделяется вопросу развития в процессе обучения творческих способностей учащихся. Здесь мы исходим из того, что тренировка - один из необходимых и важнейших средств обеспечения высокий эффективности обучения и развития творческого потенциала учащихся.

Для решения проблемы соотношения “компьютерного” и “человеческого” мышления необходимо наряду с информационными методами обучения применять и традиционные. Используя различные технологии обучения, мы приучим учащихся к разным способам восприятия материала: чтение страниц учебника, объяснение учителя, получение информации с экрана монитора и др. С другой стороны, обучающие и контролирующие программы должны предоставлять пользователю возможность построения своего собственного алгоритма действий, а не навязывать ему готовый, созданный программистом. Благодаря построению собственного алгоритма действий ученик начинает систематизировать и применять имеющиеся у него знания к реальным условиям, что особенно важно для их осмысления.

Информационная технология позволит учащимся осознать модельные объекты, условия их существования, улучшая, таким образом, понимание изучаемого материала и, что особенно важно, их умственное развитие. Следует отметить, что компьютер, как педагогическое средство, используется в школе, как правило, эпизодически. Это объясняется тем, что при разработке современного курса физики не стоял вопрос о привязке к нему информационной технологии. Применение компьютера, поэтому, оказывается целесообразным лишь при изучении отдельных тем, где имеется очевидная возможность вариативности. Для систематического использования информационной технологии в процессе обучения необходимо переработать (модернизировать) весь школьный курс физики.

При планировании уроков необходимо найти оптимальное сочетание таких программ с другими (традиционными) средствами обучения. Наличие обратной связи с возможностью компьютерной диагностики ошибок, допускаемых учащимися в процессе работы, позволяет проводить урок с учетом индивидуальных особенностей учащихся. Контроль одного и того же материала может осуществляться с различной степенью глубины и полноты, в оптимальном темпе, для каждого конкретного человека. Таким образом, предполагается, что информационную технологию наиболее целесообразно применять для осуществления предварительного контроля знаний, где требуется быстрая и точная информация об освоении знаний учащимися, при необходимости создания информационного потока учебного материала или для моделирования различных физических объектов.

Методические аспекты сочетания традиционной и информационной технологий в обучении позволяют отобрать учебные темы традиционного курса, изучение которых можно проводить с использованием ПЭВМ.

первый вид - это совокупность материальных объектов (явлений, процессов), которые необходимо проанализировать и систематизировать ученику для уяснения, изучаемого материала.

второй вид - это набор различных условий и параметров, которые подбираются (задаются, вводятся учеником или учителем, программистом) с целью получения определенного результата (выполнения задания) компьютерного эксперимента.

Наглядность I рода - это все то, что учащиеся видят непосредственно в результате проведения реальных физических экспериментов (внешний и внутренний облик зданий, цехов различных физических производств и т.п).

Наглядность II рода - это символьная (модельная) запись проводимых или демонстрируемых физических процессов и явлений,

Наглядность III рода - это мультимедийная наглядность, которая позволяет не только сочетать в динамике наглядности I и II рода, но и значительно расширить и обогатить их возможности введением фрагментов мультимедиа благодаря использованию информационной технологии. Отличительной особенностью III типа наглядности является возможность объединения реального физического объекта и его сущности на разных уровнях. Наряду с этим компьютер предоставляет возможность пользователю (ученику или учителю) активно подключаться к демонстрациям, ускоряя, замедляя или повторяя, по мере необходимости, изучаемый материал, управлять и моделировать сложными физическими процессами, систематизировать, классифицировать и фиксировать на экране монитора необходимую информацию и т.п.

Таким образом, очевидно, что применение информационной технологии в процессе обучения физики по традиционным программам возможно лишь эпизодически, при изучении отдельных тем. Для более полного и систематического применения информационной технологии в процессе обучения физики необходимо переработать школьные программы в соответствии с учетом возможностей компьютера и разработанных нами критериев отбора и структурирования содержания. При работе с компьютерными программами следует различать термины “информация” и “поток информации”. Обучение учащихся в среде потока учебной информации и является информационной технологией обучения.

. Методические рекомендации к планированию учебного материала включающее новые информационные технологии

Одним из наиболее перспективных направлений использования информационных технологий в физическом образовании является компьютерное моделирование физических явлений и процессов. Компьютерные модели легко вписываются в традиционный урок, позволяя учителю продемонстрировать на экране компьютера многие физические эффекты, а также позволяют организовывать новые, нетрадиционные виды учебной деятельности учащихся. Приведём в качестве примеров два вида такой деятельности, опробованные нами на практике[ 1] :

Урок - исследование: учащимся предлагается самостоятельно провести небольшое исследование, используя компьютерную модель, и получить необходимые результаты. Многие компьютерные программы позволяют буквально за считанные минуты провести такое исследование.

Урок решения задач с последующей компьютерной проверкой: учитель предлагает учащимся для самостоятельного решения в классе или в качестве домашнего задания индивидуальные задачи, правильность решения которых они могут проверить, поставив затем компьютерные эксперименты.

Значительное число компьютерных моделей, охватывающих почти весь курс школьной физики, содержится на широко известных лазерных дисках «Физика в картинках» и «Открытая физика» (ООО “Физикон”, Москва, г. Долгопрудный ), серия Новая школа «Школа - 2005». Практика использования указанных дисков на уроках физики показывает, что, если учащимся предлагать модели для самостоятельного изучения, то учебный эффект оказывается чрезвычайно низким. Для эффективного вовлечения учащихся в учебную деятельность с использованием компьютерных моделей необходимы индивидуальные раздаточные материалы с заданиями и вопросами различного уровня сложности. Перечислим основные виды заданий, которые мы предлагаем учащимся при работе с компьютерными моделями [ 2] :

Ознакомительное задание. Это задание предназначено для того, чтобы помочь учащемуся осознать назначение модели и освоить её регулировки. Задание содержит инструкции по управлению моделью и контрольные вопросы.

Компьютерные эксперименты. В рамках этого задания учащемуся предлагается провести несколько простых экспериментов с использованием данной модели и ответить на контрольные вопросы.

Экспериментальные задачи. Это задачи, для решения которых учащемуся необходимо спланировать и провести ряд компьютерных экспериментов.

Тестовые задания. Это задания с выбором ответа, в ходе выполнения которых учащийся может воспользоваться компьютерной моделью.

Исследовательское задание. Учащемуся предлагается самому спланировать и провести ряд компьютерных экспериментов, которые подтверждают или опровергают некоторую закономерность. Наиболее способным учащимся предлагается самостоятельно сформулировать ряд закономерностей и подтвердить их экспериментом.

Творческое задание. В рамках данного задания учащиеся сами придумывают задачи, формулируют их, решают, а затем ставят компьютерные эксперименты для проверки полученных ответов.

Перечисленные задания помогают учащимся быстро овладеть управлением компьютерной моделью, способствуют осознанному усвоению учебного материала и пробуждению творческой фантазии. Особенно важно то, что учащиеся получают знания в процессе самостоятельной работы, так как эти знания необходимы им для получения конкретного наблюдаемого на экране компьютера результата. Учитель на таком уроке выполняет лишь роль помощника и консультанта. [34, 35].

4. Поурочное планирование занятия в 10 классе по теме «Применение первого закона термодинамики к изопроцессам» с применением электронного учебного пособия

а) Учебно-воспитательные задачи

Цель урока: Установить связь между изменениями внутренней энергии, работы и количеством теплоты для изопроцессов.

Задачи урока:

) образовательные задачи:

углубление, обобщение и систематизация знаний по первому закону термодинамики;

применение полученных знаний при решении качественных и расчетных задач;

) воспитательные задачи:

формирование активной жизненной позиции;

формирование информационной культуры;

) развивающие задачи:

развитие алгоритмического мышления, памяти, внимания;

развитие умения применять знания на практике;

развитие умений действовать самостоятельно;

б) Методические рекомендации

Последовательность изложения нового материала

Связь между изопроцессами для идеального газа.

Связь между количеством теплоты, работой газа и внутренней энергией.

Первый закон термодинамики.

Изопроцессы в термодинамике.

Сжатие и расширение, нагревание и охлаждения газа.

Оборудование:

Компьютеры, мультимедийный проектор, диски «Microsoft Office в школе», «Открытая физика», Электронный учебник «Физика 2005».

Мотивация познавательной деятельности учащихся

Опираясь на знания учащихся полученные раннее в 8 классе по темам «Первый закон термодинамики» и «Работа газа при расширений» были заданы вопросы: Для чего применяется первый закон термодинамики и в чем она заключается? Где и как может совершать работу газ?

А затем наряду с демонстрацией использования энергии газа можно продемонстрировать с помощью электронного учебника: движение двигателя, работу тепловых машин и т.д.

Обратив внимание учащихся на то, что современные двигатели и тепловые машины нуждаются в источнике энергии и это потребность с каждым годом становится проблемой всего человечества, т.к. природные ресурсы исчерпаемы. Задать проблемный вопрос: Почему человек не может изобрести вечный двигатель? Если нет, то почему?

в) План занятия.

Ход урока

. Организационный момент

Проверка знаний, умений и навыков учащихся.

. Опрос

Для изучения новой темы нам необходимо повторить следуюшие вопросы:

Что называют изопроцессом?

Что называют изотермическим процессом?

Что называют изобарным процессом?

Что называют изохорным процессом?

Формула изменения внутренней энергии.

Формула работы для изохорного, изобарного, изотермического процессов.

Закон сохранения энергии.

Первый закон термодинамики.

Изучение нового материала

Учитель:

. Объяснение нового материала.

На прошлых уроках, изучая газовые законы, мы составили таблицу 1 (Приложение 1). Обратите внимание на 5 столбик этой таблицы, где приведено геометрическое истолкование работы для различных изопроцессов. Это пригодится сегодня нам для нашего урока.

- Выведем формулы первого закона термодинамики для различных процессов.

Электронный учебник:

) Изотермическое сжатие

Для вывода 1 закона термодинамики воспользуемся интерактивной моделью изотермического сжатия ( рис.2) и графическим истолкованием работы для процесса ( рис.3)

Для изотермического процесса T- const, T=0, а значит U= 3/2 v RT=0 ( внутренняя энергия не изменяется). Над газом совершается работа А>0, а тепло выделяется Q<0.

Первый закон термодинамики U=A+Q выглядит так: 0 = -Q + A

Над газом совершается работа, при этом газ выделяет тепло во внешнюю среду ( внутренняя энергия не изменяется)

А блок -схема 1 закона для изотермического сжатия приведена на рис. 4

) Изотермическое расширение

Для вывода 1 закона термодинамики воспользуемся интерактивной моделью изотермического расширения (рис.5) и графическим истолкованием работы для процесса ( рис.6)

Для изотермического процесса T- const, T=0, а значит U=0 ( внутренняя энергия не изменяется). Газ совершает работу А<0, а тепло поглощается (Q>0).

Первый закон термодинамики выглядит так: Q = A

Газ совершает работу за счет поглощения тепла из внешней среды (внутренняя энергия не изменяется)

Блок - схема первый закона термодинамики для изотермического сжатия представлена на рис. 7

) Изобарное нагревание.

Воспользуемся интерактивной моделью и (пронаблюдаем изобарное нагревание) (рис. 8) и графическим представлением работы (рис. 9)

При изобарном нагревании температура увеличивается (T>0), внутренняя энергия увеличивается (U>0), газ совершает работу, тепло поглощается.

Первый закон термодинамики выглядит так: Q = U - A

Газ получает тепло из внешней среды. Полученная таким образом энергия тратится на увеличение внешней энергии и на совершение работы.

В итоге блок - схема первого закон термодинамики выглядит как на рис.10

) Изобарное охлаждение

Пронаблюдав процесс изобарного охлаждения на интерактивной модели (рис.11) и воспользовавшись рис.12 можем сделать вывод:

рис.11  рис.12  рис.13

при изобарном охлаждении температура уменьшается (T<0), внутренняя энергия уменьшается (U<0), над газом совершается работа, тепло выделяется.

Первый закон термодинамики выглядит так: U = -Q + A

Над газом совершается работа, при этом газ выделяет тепло во внешнюю среду, а его внутренняя уменьшается .

Блок-схема для 1 закона термодинамики для этого случая представлен рис.13

) Изохорное нагревание

Изохорное нагревание пронаблюдаем на интерактивной модели (рис14) и воспользуемся графиком на рис 15. Вывод:

рис. 14  рис. 15  рис. 16

При изохорном нагревании (T>0), внутренняя энергия увеличивается (U>0), работа A=pV равна нулю, т.к. V=0, а тепло поглощается (Q>0).

Первый закон термодинамики выглядит так: U=Q

Газ увеличивает свою внутреннюю энергию за счет теплоты, полученной из внешней среды.

Интерпретация 1 закона термодинамики для изохорного нагревания представлена на рис.16

) Изохорное охлаждение

Изохорное охлаждение пронаблюдаем на интерактивной модели (рис 17) и графиком на рис 18. Вывод:

рис. 17  рис. 18  рис. 19

При изохорном охлаждении (T<0 ), внутренняя энергия уменьшается(U<0), работа A=pV равна нулю, т.к. V=0, а тепло выделяется (Q<0).

Первый закон термодинамики выглядит так: - U=-Q

Газ выделяет тепло во внешнюю среду; при этом его внутренняя энергия уменьшается.

) Адиабатное сжатие

Адиабатным называется процесс изменения объема и давления газа при отсутствии теплообмена с окружающими телами.

Примеры адиабатных процессов:

сжатие воздуха в воздушном огниве;

сжатие воздуха в дизеле;

Пронаблюдаем процесс адиабатное сжатие и построение адиабаты на интерактивной модели процесса. ( рис. 20 и рис.21)

рис. 20  рис. 21  рис.22

При адиабатном сжатии температура увеличивается( T>0 ), внутренняя энергия увеличивается (U>0), над газом совершается работа А>0, а количество теплоты равно нулю.

Первый закон термодинамики выглядит так: U=A

Над газом совершается работа, при этом внутренняя энергия газа увеличивается.

) Адиабатное расширение

Пронаблюдаем адиабатное расширение и построение адиабаты на интерактивной модели процесса. ( рис. 23 и рис. 24 )

рис. 23  рис.24  рис.25

При адиабатном расширении температура уменьшается ( T<0 ), внутренняя энергия уменьшается ( U<0), газ совершает работу (А<0), а количество теплоты равно нулю.

Первый закон термодинамики выглядит так: 0= - U+A

Газ совершает работу только за счет своей внутренней энергии. (Внутренняя энергия при этом уменьшается)

Учитель:

Мы познакомились с новым процессом - адиабатным, а для всех процессов записали первый закон термодинамики.

В результате у нас получилась таблица 2

Электронный учебник:

. Закрепление нового материала.

Заполнение теста на компьютере. (тестер с диска “Microsoft Office в школе”)

. Выберете выражение, соответствующее 1 закону термодинамики.

3/2 ν RT

А + Q = Δ U

Q1 - Q2Q1

рΔV.

/2 ν RΔT

2. Как называется процесс, для которого первый закон термодинамики имеет вид:ΔU = Q ?

Изохорный.

Изотермический.

Изобарный.

Адиабатный.

cm Δt.

3. На рис. 1 изображено несколько вариантов термодинамического процесса. Стрелками показано, получает система тепло или отдает, совершает газ работу или работа совершается над газом. Какой из вариантов соответствует уравнению:

 Δ U = А - Q ?

Рис. 1

а

б

в.

г.

д.

. Определите изменение внутренней энергии газа, если над ним совершается работа в 10 Дж и при этом он теряет 10 Дж количества теплоты.

Дж.

Дж.

Дж.

Дж.

Дж.

Дж.

. В каком случае при передаче газу тепла его температура может не измениться?

Если над газом совершают работу.

Если газ совершает работу.

При передаче газу тепла он всегда нагревается.

При сжатии газа.

Такое невозможно

. Если количество теплоты, передаваемое газу, одинаково, то в каком случае он нагреется сильнее: при изобарном или при изохорном процессе?

При изобарном процессе.

При изохорном процессе.

В обоих случаях температура не изменится.

В обоих случаях температура изменится одинаково.

Учитель:

Решение задачи

№1 На рисунке представлен некоторый замкнутый процесс (цикл) в газе координатных осях Оpv. Участок 3-1 соответствует изотерме. Начертить этот процесс в координатах Орт.

Электронный учебник:

Учитель:

Решение задачи

№1 На рисунке изображен замкнутый процесс в газе в координатах Оpv. В каком случае газ совершил большую по величине работе?

Электронный учебник:

Домашнее задание

Дополнить таблицу №2

Написать сообщения о проявлениях первого закона термодинамики в быту и природе. Сделать сообщение о двигателях Дизеля.

При проведений урока для экспериментальной работы мы использовали электронный учебник серии Новая физика - «Физика 2005». Этот современный учебник предназначен для учащихся 9-11 классов, где рассматриваются специальные разделы для всех тем изучаемых в средней школе. Учебник состоит из трех учебных разделов: учебник, тренажер экзаменов, конспекты. [Приложение 1]

В разделе учебник вы найдете теоретический материал и примеры задач по курсу школьной программы, представленные в виде анимационных роликов, а так же задания для самостоятельного решения в интерактивном режиме. [Приложение 2]

Тренажер экзамена. В этом разделе предоставляется возможность не только проверить свои знания, но и окунуться в атмосферу реального экзамена. Вы можете выбрать один из видов экзамена - ЕНТ или классический. [Приложение 3]

Конспекты. Здесь вы найдете краткие ответы на экзаменационные вопросы с возможностью распечатать их в виде справочника. [Приложение 4]

5. Организация дидактического эксперимента

.1 Основные методы дидактических исследований

Педагогический эксперимент - это «научно поставленный опыт в области учебной или воспитательной работы, наблюдение исследуемого педагогического явления в созданных и контролируемых исследователем условиях». При этом устанавливается зависимость полученного результата от какого-либо педагогического воздействия или изменения одного из этих условий. [36]

Эксперимент может быть констатирующим, проверочным и преобразующим. Констатирующим называют педагогический эксперимент, в задачу которого входит изучения положения дел в школе, классе, коллективе учащихся и т.д. без внесения экспериментатором каких-либо изменений в учебно-воспитательный процесс.

Проверочным называют эксперимент, организуемый в целях проверки гипотезы, разработанной исследователем, методики или каких-то отдельных приемов учебной работы, видов учебной деятельности учащихся и т.д. По форме организации различают два вида проверочного эксперимента: лабораторный и обучающий.

Обучающий эксперимент проводится в условиях работы класса по расписанию, по программе, утвержденной школой. Этот эксперимент предполагает выделение экспериментального и контрольного классов. В контрольном классе преподавание ведется традиционными методами, в экспериментальном классе вносятся изменения, влияние которых на качество знаний учащихся проверяется. Все прочие условия должны оставаться примерно такими же, как и в контрольном классе. Началу эксперимента должно предшествовать тщательное изучение уровня подготовки учащихся сравниваемых классов по интересующим показателям. Это начальное состояние фиксируется. В ходе эксперимента фиксируются все изменения, происходящие в контрольном и экспериментальном классах под влиянием обучения. Если в экспериментальной группе изменения значительно отличаются от изменений в контрольной группе, делают вывод о том, что это вызвано введением фактора, запланированного исследователем в соответствии с гипотезой.

Экспериментальная проверка гипотезы - это одновременно и перестройка практики обучения или воспитания, и изучение влияния этой перестройки на изучаемый объект.

При преобразующем эксперименте исследователь активно изменяет содержание, формы или методы обучения и воспитания в соответствии с выдвинутой гипотезой на основе творческого воображения, способности отвлечься от существующего опыта и умения находить новые решения. Все творческие идеи рождаются под влиянием запросов практики, новых задач, которые ставятся обществом на том или ином этапе развития перед школой в целом и перед преподаванием каждого отдельного предмета.

Таким образом, педагогический эксперимент может быть для исследователя и источником новых знаний, и одним из средств проверки собственных выводов, и средством активизации его творческой мыслительной деятельности.

В исследованиях целесообразно использовать для проверки эффективности нового метода способ уравнивания условий. При этом способе проверки выделяют экспериментальные и контрольные классы, которые подбирают так, чтобы состав учащихся в них примерно был одинаков и преподавание предмета вел один и тот же учитель (или учителя, имеющие примерно одинаковый стаж) об успеваемости судят по среднему арифметическому значению балла за последнюю четверть, предшествующую началу эксперимента.

Внутри контрольных и экспериментальных классов целесообразно разделить учащихся на три группы по уровню знаний или по уровню развития интересующих исследователя умений и затем в ходе исследования сравнивать, какие изменения происходят в знаниях и умениях учащихся различных групп под влиянием проверяемых методов обучения (экспериментальных классах) и под влиянием традиционных методов обучения (в контрольных классах). С этой целью проводят контрольные работы, содержание которых определяется в соответствии с задачами исследования.

.2 Методика проведения дидактического эксперимента и анализ его результатов

Целью эксперимента явилась проверка возможности и эффективности разработки методики применения электронного учебного пособия в изучении темы школьного курса физики «Применение первого закона термодинамики к изопроцессам».

Педагогический эксперимент рассматривается как комплекс методов исследования, позволяющих обеспечить доказательную и научно-объективную проверку правильности гипотезы, которая была выдвинута.

Общее число учащихся, принявших участие в педагогическом эксперименте, составило 16 человек, что обеспечивает статистическую достоверность полученных результатов.

В экспериментальной работе принимали учащиеся 10 классов средней школы Сарыкольской основной школы Карабалыкского района Костанайской области.

Эксперимент осуществлялся в рамках естественного образовательного процесса школы на практических занятиях по физике.

Цели экспериментального исследования ставились следующие: разработать и реализовать методику применения электронного учебного пособия в изучении темы школьного курса физики «Применение первого закона термодинамики к изопроцессам», педагогические условия ее эффективного функционирования, выявление результатов предложенной методики.

Определяя показатели эффективности обучения в экспериментальных и контрольных группах, остановимся на следующих показателях:

объем, глубина понимания и оперативность знаний учащихся;

степень овладения пониманием структуры изучаемого раздела;

Исследовательская работа проходила в несколько этапов:

Экспериментально - аналитический.

разработка методики применения электронного учебного пособия в изучении темы школьного курса физики «Применение первого закона термодинамики к изопроцессам»;

фиксирование данных о ходе эксперимента на основе контрольных срезов, характеризующих изменения объектов под влиянием экспериментальной системы мер.

Обобщающий

статистическая обработка результатов эксперимента;

конечная диагностика уровня усвоения темы школьного курса физики «Применение первого закона термодинамики к изопроцессам» учениками 10 класса Сарыкольской основной школы Карабалыкского района.

осмысление и аналитическое изложение выводов.

Для оценки достигнутого уровня усвоения темы школьного курса физики «Применение первого закона термодинамики к изопроцессам» учащихся в процессе изучения курса физики 10 класса при использовании информационных технологий введено несколько показателей, измерение которых в ходе обучающего эксперимента дало возможность проследить изменения в контрольных и экспериментальных группах.

Измерение показателей проводилось в различных шкалах. Поэтому, с целью унификации измерений и перехода к обобщенному показателю (коэффициенту), все измерения сведены к порядковой (ранговой) шкале и выделены 4 (четыре) уровня:

- нулевой уровень: ученик обладает представлениями о разделе, знаниями о понятиях курса, но отобразить их в виде единой системы он не в состоянии;

- первый уровень: ученик обладает частичными знаниями о структуре курса, умеет отслеживать отдельные связи между понятиями;

- второй уровень: уровень знаний о структуре курса средний, студент может указать исходные понятия, генетически исходное понятие, однако отсутствуют полные представления о структуре курса;

- третий уровень: характеризуется полными представлениями о структуре курса, пониманием взаимосвязей между понятиями.

Проверка эффективности разработанной методики осуществлялась по средствам контрольного среза в контрольных и экспериментальных группах. Ниже предоставлены задания контрольного среза.

В качестве основного количественного критерия полноты выполнения операции учащимися мы выбрали «коэффициент полноты выполнения контрольного среза», который вычисляется нами по методике, разработанной А. В. Усовой:

, где

- количество верно выполненных операций i-м учащимся,- количество операций, которые должны быть выполнены,- количество учащихся.

Рассчитанное нами значение коэффициента успешности равно 1,26, что в соответствии с методикой А. В. Усовой говорит об эффективности предлагаемой новой методики.

) коэффициент полноты усвоения объема понятия

где mi- полнота усвоения объема i-м учеником, объем, подлежащий усвоению на данном этапе формирования понятия, количество учащихся в классе;

) коэффициент, характеризующий полноту усвоения связей и отношений данного понятия с другими:

где fi - количество связей и отношений, усвоенных i-м студентом, - количество связей, которые должны быть усвоены учащимся на данном этапе формирования понятия.- число учащихся.

По результатам контрольных работ были сделаны следующие выводы об усвоении материала в процентном соотношении.

Таблица №1 «Результаты среза по начальным знаниям»

Таблица №2 «Результаты контрольного среза в конце эксперимента»

Задания для экспертной группы

. Во время изохорного процесса азоту передано 70 Дж тепла. Какое количество тепла необходимо для увеличения внутренней энергии азота.

Р е ш е н и е:

При изохорном процессе V=const  A=0.

По 1 закону термодинамики: Q=ΔU=70 Дж.

. Тепловая машина за 1 цикл совершает работу 400Дж, поглощая 1 кДж количество тепла. Какое количество теплоты при этом выделяет машина?

Р е ш е н и е.

По 1 закону термодинамики Q= ΔU+A  ΔU=Q-A=1000-400=600 Дж

. Как изменится внутренняя энергия тела, массой 10 кг, когда его поднимают на высоту 10 м и при этом передают ей 100 Дж количества теплоты.

Р е ш е н и е.

Из 1 закона термодинамики: Q=ΔU+(-A), где (-A) - работа над телом. В данный момент над телом работа не совершается. Следовательно, А=0. Q= ΔU+A= Q+0=100 Дж.

. Внутренняя энергия 2 молей одноатомного идеального газа 8000 Дж. При изотермическом расширении газ совершил работу 12000 Дж. Чему равна внутренняя энергия газа после расширения.

Р е ш е н и е.

При изотермическое расширение: Т=const  ΔU=0.

Задания для контрольной группы

. При изохорном процессе азоту передано 90 Дж теплоты. Какое количество теплоты передано азоту при изменении его внутренней энергии.

. Газ получив 6·105 Дж тепла от нагревателя и расширившись в объеме на 4·105 Дж совершил работу. Как при этом изменится внутренняя энергия газа?

. При передаче газу 2·104 Дж количества тепла, он совершает работу 5·104 Дж. Какова внутренняя энергия газа?

. Какова формула 1 закона термодинамики при адиабатном процессе?

Анализ полученных данных

Педагогический эксперимент проводился в Сарыкольской основной школе Карабалыкского района Костанайской области в период с 30 марта по 24 апреля. Для проведения эксперимента выбран 10А класс, который был разделен на две подгруппы.

Подгруппы разделены с примерно одинаковым уровнем успеваемости. 1 подгруппа (экспериментальный) изучал тему «Применение первого закона термодинамики к изопроцессам» при помощи электронного учебника в компьютерном классе, а 2 подгруппа (контрольный) изучал данную тему традиционным методом. В эксперименте приняло участие 16 учеников.

Оценивалась работа по следующим критериям:

Умение подбирать нужную формулу.

Умение найти из формулы нужную физическую величину.

Умение получать наименование единиц.

Умение преобразовывать в международную систему единиц (СИ).

Умение делать математические расчёты.

Полученные экспериментальные данные в обоих классах сравнивались между собой. На основании полученных данных был составлен вариационный ряд, который для наглядности можно представить в виде графика.

То есть на графике видно, что экспериментальный класс справился с заданием лучше, чем контрольный.

В ходе статистической обработки данных с применением методики критерия Стьюдента, были рассчитаны коэффициенты полноты выполнения работы и экспериментальное значение критерия Стьюдента.

Из полученных результатов можно сделать вывод, что поставленная гипотеза нашла подтверждение, как и предполагалось.

Эксперимент показал, что разработанный методический подход к применению электронных учебников при обучении физике гораздо более эффективный способ преподнесения материала, чем традиционный способ.

Заключение

Современная степень развития коммуникационных ресурсов открыла перед разумным человечеством новые горизонты на поле образовательной деятельности, но при этом поставила и новые задачи.

Бурное развитие информационных технологий, медленное, но неуклонное превращение компьютера из сакрального предмета, доступного лишь узкому кругу посвященных, в явление повседневной обыденности, появление Internet и т.д. - все это рано или поздно должно было затронуть и такую традиционно консервативную область, как отечественное образование. В последние годы все мы стали свидетелями появления сначала англоязычных, а затем и отечественных электронных энциклопедий, предоставляющих пользователям принципиально новые "степени свободы" нежели их традиционные, "бумажные" аналоги. Отсюда уже один шаг оставался до попыток создать принципиально новые учебные пособия - электронные учебники. В настоящее время, когда процесс создания таких учебников уже вышел за рамки отдельных частных экспериментов, когда предпринимаются активные попытки внедрить их в учебный процесс, и на этом пути уже накоплен некоторый опыт, можно, наконец, говорить о том, что определение самого термина "электронный учебник" и его концепция, которую первопроходцы-энтузиасты нащупывали практически вслепую, начинает, наконец, проясняться.

В итоге в выше изложенном работе были сформулированы требования к системе «электронный учебник, проанализировано содержание электронных учебников, предложены методические приёмы и их использование в рамках традиционного обучению физике. Приведён примерный конспект урока по изучению нового материала.

Практическая значимость работы состоит в том, что учитель применяет учебное пособие по физике для 11 класса общеобразовательной школы, которое можно использовать в практической работе, для чего разработан комплекс методических и программных средств.

Достоверность и объективность результатов исследования обоснованы с теоретических позиций, подтверждены проведенным экспериментом по замеру показателей восприятия материала до и после применения методики. Результаты статистической обработки подтвердили улучшение показателей с уровнем значимости 0,95%.

Список использованной литературы

Советский энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия, 1985.

Крылов А. Земля и небо становятся ближе // Школьное обозрение. 2002. № 2. С. 48-50.

Ретинская И.В., Шугрина М.В. IBM и Makintosh в сфере образования // Мир ПК. 1994. № 3.

Совайленко В.К. О содержании математического образования и качестве учебников (мнение учителя) // Педагогика. 2002. № 3. С. 35-39.

Материалы «круглого стола» Дистанционного научно-методического объединения учителей химии на сайте НООС www.websib.ru <#"885763.files/image053.jpg">

Приложение В

Раздел «Учебник»

Приложение С

Раздел «Тренажер экзамена»

Приложение D

Раздел «Конспекты»