Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электронное обучение физике (исторические и терминологические аспекты). Монография
.pdf
ГЛАВА 2. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ОБРАЗОВАНИИ И В ОБУЧЕНИИ ФИЗИКЕ В ЧАСТНОСТИ
обходимы коренные изменения в материально-технической базе физических кабинетов, государство предпринимает попытку к проведению таких работ.
В 80-е гг. XX в. был создан, по приказу министра Народного образования Ягодина Г. А., специальный Временный научно-технический
коллектив ВНТК «Кабинет физики», перед которым была поставлена
задача – создать кабинет физики, удовлетворяющий требованиям
электронизации учебного процесса и современным процессам информатизации общества. Руководителем научно-технического коллектива был
назначен инженер Козырев А. П., группу методистов возглавил профессор Каменецкий С. Е., в эту группу вошли известные методистыфизики Овчинников О. Ю., Восканян А. Г., Смирнов А. В., Степанов
С. В., Шаронова Н. В.,
Шилов В. Ф., Гребенников А. А., Чеботарев А.
А., Каспаржак А. Г., Дунин С. М., Дылдин С. Л. и др. По результатам работы этого коллектива был создан школьный кабинет физики,
принципиальные дидактические, методические и технические основы
которого реализовываются при создании кабинетов физики по настоящее время. [52]
Отличительной особенностью созданного этим
коллективом учебного кабинета физики была полная компьютеризация рабочих зон
обучающего и обучаемых, компьютеризация парка учебного оборудования, значительное увеличение количества оборудования, предназначенного для фронтального лабораторного эксперимента с применением электронно-вычислительной техники, появление компьютерных
программных средств, предназначенных для выполнения вычислительного эксперимента, появление обучающих и контролирующих
компьютерных программ,
программных продуктов, направленных на
повышение научно-методической организации педагогического труда,
формирование автоматизированных наборов учебного оборудования
для физического практикума. В качестве центрального компьютера
созданного электронного учебно-технического комплекса был выбран отечественный компьютер «Корвет». Первые кабинеты физики,
созданные коллективом ВНТК «Кабинет физики», были установлены
в московских школах № 388 и № 444. [52, 124]
Дальнейшее развитие
работ, начатых ВНТК «Кабинет физики»,
получило продолжение в 90-е гг., когда в России появилось большое
количество частных коммерческих предприятий. Наибольший интерес в области работ по электронизации учебного процесса по физике
представляют работы коммерческих фирм «Школьник», «Школа бу-
31
А. В. СМИРНОВ, С. А. СМИРНОВ. ЭЛЕКТРОННОЕ ОБУЧЕНИЕ ФИЗИКЕ
дущего», «Снарк», «Физикон» и «ИНТ (Институт новых технологий
образования)», «ИНТОС (Институт новых технических обучающих
средств)». Фирмы «Школьник» и «ИНТОС» продолжили, под руководством государственного координатора работ в области учебной
техники предприятия «Росучприбор», работы по совершенствованию
и внедрению учебно-технического комплекса, созданного ВНТК «Кабинет физики».
Фирма «Снарк» разработала специальный комплект учебного
оборудования для кабинета физики, получивший бренд L-микро, на базе
аналого-цифрового преобразователя с комплектом датчиков физических величин.
Фирмой «Школа Будущего» был создан автоматизированный комплекс для обучения физике (Роспатент, свидетельство № 2185), который в 90-е гг. вызвал особый интерес у педагов-физиков и был внедрен
в практику работы
многих передовых школ России, особенно ново-
строек. [111, 117, 126]
Фирмой «Физикон» был создан комплекс программных обучающих
средств «Открытая физика», позволяющий обучаемому, используя
компьютер самостоятельно, постигать школьный курс физики. Программно-педагогическое средство «Открытая физика» – это обучающий курс по физике (состоящий из двух частей), который позволяет
ученику самому разобраться в различных вопросах физики
, постичь
ее основы, досконально понять сущность физических законов. Курс
предназначен для учащихся 7–11 классов общеобразовательных учреждений – школ, лицеев, гимназий, колледжей.
Московская фирма «ИНТ» русифицировала программно-педагогическое средство «Живая физика» (Interactive Physics), созданное калифорнийской фирмой Knowiedge Revolution, которое представляет
собой моделирующую обучающую среду. Это виртуальный конструктор, в котором учитель и учащиеся могут
, не прибегая к элементам
программирования, самостоятельно создавать и исследовать модели
физических явлений. (106) Широкую популярность в нашей стране
получила портативная информационно-измерительная система, производимая израильской фирмой Fourier system, Inc., распространяемая фирмой «ИНТ», под привлекательным названием – «Цифровая
лаборатория “Архимед”». В состав этой системы входят: карманный
компьютер Palm; измерительный интерфейс; комплект датчиков; программное обеспечение
для сбора, анализа и обработки данных на кар-
манном компьютере КПК и на персональном компьютере.
32
ГЛАВА 2. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ОБРАЗОВАНИИ И В ОБУЧЕНИИ ФИЗИКЕ В ЧАСТНОСТИ
Дальнейшее развитие процесса электронизации парка учебного
оборудования, необходимого для реализации электронного обучения
физике, в нашей стране связано с модернизацией материально-технической базы образовательной среды обучения физике, которой были
посвящены исследования проводимые в течение 2000–2003 гг. в рамках выполнения работ по разделу «Учебная техника» научно-технической программы Минобразования РФ «Научно
-методическое, материально-техническое и информационное обеспечение системы образования». Возглавлял эти работы генеральный директор Российского
научно-производственного объединения «Росучприбор», проф. Крынкин В. В. Особенно много сделано для успешного выполнения этих
работ его научными заместителями Песоцким Ю. С. и Смирновым А.
В. Результатом работ стало создание целого комплекса средств
обучения физике, отвечающего требованиям электронизации образования.
Активное участие в этих работах принимали методисты-физики Дик
Ю. И., Восканян А. А., Никифоров Г. Г., Смирнов А. В., Степанов С.
В., Кораблев В. А., Шилов В. Ф., Коровин В. А. и др. [95, 122, 129, 139]
Говоря о развитии электронного обучения физике, неправильным
будет не рассказать
об истории передового опыта творческих учителей физики. Творчески работающие учителя физики, как правило, занимаются изготовлением самодельных электронных образовательных
ресурсов. Наибольшей популярностью пользуются самостоятельно
написанные учителями физики простейшие обучающие и контролирующие компьютерные программы, подготовка компьютерных слайдов и слайд-фильмов, съемка учебных видеофрагментов, цифровая
видео- и фотосъемка. Самодельные
дидактические электронные средства при правильном истолковании их роли и значении всегда возбуждали и возбуждают живой интерес учащихся. Даже в современных,
отлично оснащенных современными электронно-вычислительными
средствами физических кабинетах непременно имеются самодельные
электронные образовательные ресурсы и самодельные электронные
приборы, стыкуемые с компьютерной техникой в том или ином количестве.
Из
первопроходцев в области электронного обучения физике следует отметить учителей физики Чеботарева А. А., Слуцкого А. М.,
Смирнова А. В. Эти учителя первыми начали работы по созданию
самодельных электронных образовательных ресурсов и электронного
учебного оборудования, стыкуемого с компьютерной техникой. Они
сами писали учебные компьютерные программы, создавали простей-
33
А. В. СМИРНОВ, С. А. СМИРНОВ. ЭЛЕКТРОННОЕ ОБУЧЕНИЕ ФИЗИКЕ
шие электронные образовательные ресурсы, изготавливали электронные датчики физических величин, компьютеризированные учебные
приборы и т. п.
В 1985 г. учителем физики школы № 447 г. Москвы Смирновым
А. В. было создано специальное автоматизированное рабочее место
учителя физики общеобразовательной школы. Центром этого комплекса являлась персональная электронно-вычислительная машина
«Искра 226» отечественного производства, в
качестве периферийных
машин в учебном сетевом локальном комплексе были использованы
две персональные электронно-вычислительные машины «ДВК-2М».
Центральная машина находилась в распоряжении учителя, а периферийные предназначены для обучаемых. Учителем, совместно с учениками и их родителями, было создано много самодельных электронных учебных материалов для эффективной работы этого комплекса.
Центральная
ПЭВМ имела выход на два демонстрационных монитора
(телевизора), через которые демонстрировались виртуальные экспе-
рименты, компьютерные слайды, учебные задания, результаты о ходе
проводимых натурных демонстрационных экспериментов, поступающие в центральную машину, АЦП от самодельных датчиков физических величин (температуры, давления электрического напряжения,
силы тока, электрического сопротивления и др.). Центральная машина обрабатывала результаты учебных достижений обучаемых в ходе
проведения индивидуальных и групповых электронных тестов. Комплекс был насыщен программными средствами, направленными на
повышение научной организации педагогического труда (электронный журнал успеваемости обучаемых, автоматизированный справочно-библиографический архив кабинета физики, электронный каталог
учебного оборудования кабинета физики, инструментальные программные средства для создания
учебных конспектов, календарных планов
и т. п.). На периферийных ПЭВМ учащиеся с помощью обучающих
и контролирующих учебных программ самостоятельно постигали азы
школьной физики, результаты их обучения автоматически поступали
в центральную машину, обрабатывались и учитывались в электронном
журнале успеваемости. [113] Аналогичный комплекс, но на базе ЭВМ
«БК – электроника», был создан в кабинете
физики школы № 67 г. Мо-
сквы учителем А. А. Чеботаревым. [113]
Учителем физики школы № 225 г. Ленинграда (ныне С.-Петербург)
Слуцким А. М. на базе школьного кабинета физики был создан сетевой информационный междисциплинарный комплекс. [108]
34
ГЛАВА 2. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ОБРАЗОВАНИИ И В ОБУЧЕНИИ ФИЗИКЕ В ЧАСТНОСТИ
Начатый в 80-е гг. XX в. процесс электронизации обучения физике получил бурное продолжение в начале ХХI в. и продолжается до
настоящего времени: аналого-цифровые преобразователи и датчики
физико-химических величин, учебные приборы, управляемые цифроаналоговыми устройствами, автоматизированные учебно-экспериментальные комплексы; учебные экспериментальные установки дистанционного доступа; программно-педагогические средства: обучающие
и контролирующие компьютерные программы, экспертные учебные
системы, автоматизированные обучающие системы, мультимедийные
комплексы, цифровые образовательные пособия, электронные рабочие тетради и т. п.; широкое внедрение в процесс обучения физике
получает видеотехника: видеопроекторы, интерактивные доски и т. п.;
интенсивно внедряются в учебный процесс автоматизированные комплексы обучения физики.
Под влиянием вышеописанных процессов
происходят значительные изменения в учебном физическом эксперименте. Так, например,
в традиционно сложившихся методических подходах школьные демонстрационные опыты по физике носят преимущественно качественный характер. Количественные расчеты, проводимые на основании данных опыта, в традиционных методиках отнимают слишком
много времени и внимания учащихся и, как правило, не применяются
в демонстрационном
эксперименте. Применение в демонстрационном эксперименте электронно-вычислительной техники позволило
проводить в обучении физике количественный демонстрационный
эксперимент. Электронно-вычислительная техника с необыкновенной
быстротой обрабатывает массивы данных параметров физических величин, полученных от электронных датчиков учебных демонстрационных установок, и представляет массивы обработанной информации
по желанию обучающего или обучаемого в числовой
или графической
форме. Промышленностью начали выпускаться датчики, измеряющие
практически все физические величины, используемые в учебном физическом эксперименте (перемещения, времени, момента времени, скорости, силы, массы, температуры, давления, влажности, силы электрического тока, электрического напряжения, электрической мощности,
числа оборотов, угла поворота и т. д.). Применение электронно-вычислительной техники в демонстрационном
физическом эксперименте
обеспечило его полную автоматизацию, начиная от сбора и обработки
информации о значениях параметров физических величин, используя
датчики и аналого-цифровые преобразователи (АЦП), до управления
35
А. В. СМИРНОВ, С. А. СМИРНОВ. ЭЛЕКТРОННОЕ ОБУЧЕНИЕ ФИЗИКЕ
учебным экспериментом с использованием цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП) и робототехнических устройств. Методическое
значение применения таких автоматизированных экспериментов состоит в том, что появилась возможность задавать и менять физические
параметры непосредственно в ходе демонстрации. Это позволяет демонстрировать неоднократное повторение эксперимента при разных
начальных условиях или при условиях, меняющихся в
ходе эксперимента. Традиционными средствами достичь этого практически невозможно, так как отнимает значительное количество времени, которое
ограничено рамками учебного процесса. Автоматизация эксперимента
обеспечивает рациональную кратковременность демонстрационных
опытов и их эффективность.
Использование электронной техники в значительной мере позволило повысить точность и качество выполнения учебного физического эксперимента, что предоставило возможность
применения нового
вида учебного физического эксперимента – вычислительного эксперимента.
Вычислительным называется эксперимент, объектом исследования
в котором является компьютерная модель. Вычислительный эксперимент представляет наибольший интерес с точки зрения реализации
творческих возможностей обучаемого, а также для исследований в работах виртуального физического практикума, процессов, недоступных
для натурного экспериментирования в учебных условиях
.
На первом этапе обучаемые моделируют физическое явление, пытаясь отразить в математической модели (математических уравнениях, описывающих физическое явление) основные свойства явления.
На втором этапе выполняется разработка вычислительного алгоритма. На третьем – составляется компьютерная программа, реализующая компьютерную модель. Наиболее ответственным является первый
этап, так как от полноты отражения в
модели свойств изучаемого явле-
ния, зависит правильность результата эксперимента. [119]
В начале ХХI в. электронные технологии позволили реализовать
новую организационную форму учебного физического эксперимента – дистанционную. Российскими специалистами в области дидактических основ учебной техники были созданы автоматизированные
лабораторные комплексы удаленного доступа. Технология обучения
с применением таких комплексов базируется на дистантном доступе
обучаемого в реальном времени к лабораторной установке. Управление лабораторным оборудованием выполняется обучаемым по-
36
ГЛАВА 2. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ОБРАЗОВАНИИ И В ОБУЧЕНИИ ФИЗИКЕ В ЧАСТНОСТИ
средством компьютерных интерфейсных систем. Информация о ходе
эксперимента и его результатах поступает к обучаемому в реальном
времени и обучаемый может влиять на ход проведения эксперимента, находясь на значительном расстоянии от лабораторной установки.
Достоинством дистанционных технологий реализации лабораторного
эксперимента является возможность привлечения к реальному эксперименту обучаемых, находящихся в отдаленных местах
жительства.
Особенно актуально это для России, в которой имеется большое число
учебных заведений, удаленных на значительные расстояния от крупных учебных центров. Актуально применение учебных лабораторных
установок удаленного доступа при изучении протекания процессов
в зонах, куда доступ обучаемого не возможен или запрещен: вредные
химические процессы, учебные экологические исследования загрязненных объектов и т. п.
Таким образом, с помощью современных средств электронных технологий стало реальным введение в процесс обучения физике принципиально новых форм организации учебного физического эксперимента, предоставляющего учителю и учащимся возможности: дистанционно управлять объектами реальной действительности, визуализировать ранее недоступные физические процессы, автоматизировать
процесс обработки полученных
результатов, прогнозировать ход протекания физического процесса, осуществлять проверку достоверности
прогноза и т. п. [53, 54, 128]
Создание новых автоматизированных комплексов для обучения
физике, новых программно-педагогических средств по физике, мультимедийных пособий для изучения физики потребовало проведения
изменений в подготовке и совершенствования педагогических кадров. Появился высокий спрос на сетевые методические материалы,
обеспечивающие эффективное использование новых электронных
средств в обучении. Поэтому государство в течение 2003–2005 гг.
инициирует работы по разработке, апробации и опытной эксплуатации сетевых учебно-методических комплексов электронных средств
поддержки обучения по основным дисциплинам подготовки будущих
учителей физики (специальности направления подготовки 030000,
540500), выполняемых в рамках федеральной научно-технической
программы «Создание системы открытого
образования». В реализации этого проекта принимали участие сотрудники факультета физики и информационных технологий Московского педагогического
государственного университета Мансуров А.А, Разумовская И.В.,
37
А. В. СМИРНОВ, С. А. СМИРНОВ. ЭЛЕКТРОННОЕ ОБУЧЕНИЕ ФИЗИКЕ
Каменецкий С.Е., Пурышева Н.С., Смирнов А.В., Смирнов С.А.,
Исаев Д.А., Дунин С.М., Лозовенко С.В. и др. В ходе реализации
этого проекта был создан сетевой методический комплекс, представляющий объединение программно-технических, организационных
и учебно-методических средств, обеспечивающих полную совокупность образовательных услуг (организационных, методических
, теоретических, практических, экспериментальных, консультационных
и пр.), необходимых и достаточных для изучения основных учебных
дисциплин специальностей 030000 и 540500 по подготовке учителя
физики.
Созданный Учебно-методический комплекс был представлен и одобрен на: Образовательном Форуме – 2004 (Москва, ВЦ Сокольники,
21–24 апреля 2004 г.); Седьмой Международной учебно-методической конференции «Современный физический практикум» – г. Москва
22–24
июня 2004 г.; Форуме «Образовательная среда сегодня и завтра»
(Москва, ВВЦ, 29.09.04–02.10.04); Международной конференции-вы-
ставке «Информационные технологии в образовании» («ИТО-2004») –
г. Москва, ВВЦ, 1–5 ноября 2004 г. [73, 120, 127, 131]
Завершая методический анализ опыта по электронизации учебного
процесса по физике, накопленного передовыми российскими педагогами-физиками, который, по мнению автора, может принести немалую
пользу в деле
укрепления и улучшения электронного обучения физике в России, следует сказать, что знакомство с яркими моментами из
истории введения, укрепления и совершенствования электронизации
обучения физике, с учетом исторической обстановки, поможет избежать повторения ошибок, имевших место в прошлом. Одновременно,
знакомясь с вопросом истории развития электронного обучения физике, мы получили возможность
еще раз подчеркнуть и выявить со всей
определенностью тот факт, что основой для создания современной методики обучения физике является наследство замечательной плеяды
передовых педагогов-физиков, тех, кто в нелегких условиях неустанно
двигает вперед дело обучения подрастающего поколения.
Заканчивая разговор об истории развития электронного обуче-
ния физике и электронизации его
материально-технической базы,
невозможно не заметить связь этой истории с историей развития
электронизации России в целом. Развитие информационных и коммуникационных технологий требует подготовленных, грамотных
в области информационной культуры педагогов-физиков. [51, 120,
127, 132]
ГЛАВА 3.
АППАРАТНЫЙ КОМПЛЕКС ЭЛЕКТРОННОГО
ОБУЧЕНИЯ ФИЗИКЕ
Исходя из определения электронного обучения, подробно рассмотренного нами в начале монографии, становится ясно, что для
организации электронного обучения требуется значительная инфраструктура. До недавнего времени электронное обучение могли позволить себе лишь крупные образовательные организации
со значительным бюджетом. С развитием технологий электронное
обучение становится все более доступным: снижается стоимость
аппаратных
доставляются как услуги через Интернет, растет информационнокоммуникационная компетентность обучающих и обучающихся.
Электронное обучение становится необходимой составляющей
любого образовательного процесса.
Инфраструктуру электронного обучения составляют аппаратные и программные средства. При организации электронного
обучения эти средства необходимо рассматривать в едином комплексе. В этой главе мы
электронного обучения.
Рассмотрим модель современного макроскопического комплекса аппаратных средств электронного обучения физике. Она имеет
клиент-серверную архитектуру и включает в себя:
1. Сервер (физический или виртуальный, несколько серверов).
2. Телекоммуникационное оборудование.
3. Компьютеры-клиенты (могут быть представлены ноутбуками,
планшетами, смартфонами и т. п.).
4. Средства управления
данных (клавиатура, мышь, сенсорная панель, пульт, микрофон, видеокамера, документ-камера).
5. Средства представления учебной информации (дисплей, проектор, аудиосистема, наушники, интерактивная доска).
6. Средства компьютеризации учебного физического эксперимента (датчики: момента времени, температуры, давления,
проводимости, освещенности и др., регистраторы данных).
средств, дорогостоящие программные средства пре-
будем говорить об аппаратной платформе
программным обеспечением и ввода
39
А. В. СМИРНОВ, С. А. СМИРНОВ. ЭЛЕКТРОННОЕ ОБУЧЕНИЕ ФИЗИКЕ
Особо отметим, что элементы комплекса не всегда представлены
в виде отдельных аппаратных средств. Например, современный планшет не только играет роль компьютера, но и имеет в своем составе
сенсорный экран, динамики, микрофон, видеокамеру и датчики, т. е.
является комплексным устройством с серьезным потенциалом использования в электронном обучении в целом, а
в электронном обучении
физике особенно.
Еще одной особенностью модели является то, что мы не стали
выделять в отдельный элемент средства хранения информации. Ранее выделение его в подобных схемах было вполне оправданным.
Однако сегодня средства хранения информации (диски, флэш-карты,
магнитные накопители) перестали играть ключевую роль в электронном обучении.
По сути, они входят в компьютерный блок и являются
в основном элементом сервера, на котором хранятся все необходимые
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]