Применение новых информационных и телекоммуникационных технологий в школьном физическом и астрономическом образовании

Телекоммуникационные образовательные проекты, как правило, всегда межпредметны, то есть требуют привлечения знаний из разных предметных областей.

В настоящее время практически отсутствуют методики применения телекоммуникационных технологий в процессе обучения физике и астрономии, не существует информационно-методических пособий для учителей физики по методике применения Интернет.

Можно выделить минимальный набор умений, необходимый учащемуся для работы в Сети:

1. Умение пользоваться поисковыми системами и каталогами.

2. Умение целенаправленно находить нужную информацию.

3. Умение сохранять найденную информацию на дискетах и жестком диске.

4. Умение анализировать и обобщать полученную информацию.

К телекоммуникационным технологиям в обучении относится, во-первых, дистанционное обучение. Существует несколько моделей дистанционного обучения, в частности физике и астрономии.

Прежде всего, это модель распределенного класса, когда учитель и учащиеся не находятся в одном помещении. При этом разные классы учащихся получают одинаковые задания, занятия ведутся в режиме синхронных коммуникаций, но само выполнение заданий может проходить и дома, и в школе.

Модель самостоятельного обучения освобождает учащегося от выполнения задания в классе и школе, задание выполняется в любое время, удобное учащемуся, следуя подробным инструкциям, может включать в себя использование мультимедийного курса с поддержкой через Интернет и позволяет учащемуся изучать курс с наиболее приемлемой (индивидуальной) скоростью в сочетании с интерактивными телекоммуникационными технологиями.

Модель дистанционное обучение + классно-урочная система сочетает интерактивные телекоммуникационные технологии (телеконференции, форум, чат, виртуальные лаборатории) для организации общения внутри дистанционной группы учащихся с классно-урочной системой обучения. При этом образовательные ресурсы могут быть удалены, могут быть размещены на специальных образовательных или научных сайтах. При этом учащиеся во время очного занятия с учителем находятся в одном помещении (классе).

Адреса моделей таких дистанционных уроков по физике, которые целесообразно использовать для обучения учителей на курсах повышения квалификации, приводятся в приложении № 3.

В настоящее время с развитием компьютерных технологий появились совершенно новые технические возможности интерактивных телекоммуникационных технологий в виде видеоконференций и аудиоконференций. Внедрение системы интерактивного дистанционного обучения, которая сочетается с двусторонней видеоконференцией, может происходить на любом расстоянии в режиме синхронного обмена данными.

Очень важной областью работы в Интернет является проблема поиска информации. В мультимедийный курс «Открытая Физика 2.5» включен специальный параграф, облегчающий поиск информации по физике в Интернет. Нами были также составлены методические рекомендации для учителей физики по поиску информации в Интернет, включенные в методические рекомендации по применению компьютерного курса «Открытая Физика 2.5»:

* Введение.

* Основные образовательные сайты.

* Интернет-ресурсы для урока физики.

* Олимпиады по физике и астрономии.

* Поисковые машины.

* Дистанционные уроки.

* Дистанционное повышение квалификации.

* Литература.

Большую пользу в поиске соответствующей информации окажут специальные образовательные порталы. Так образовательный портал «Открытый Колледж» (ФИЗИКОН) имеет на каждой предметной странице поиск информации в Интернете по данному предмету, в частности, на страницах по физике размещен поиск информации по физике в Интернете и электронный учебник по физике (рис. 5) в свободном доступе.

В настоящее время имеется всего несколько образовательных порталов, которые поддерживают вопросы методической работы учителя физики и астрономии. В «Открытом Колледже» имеется специальная страница «Учителю» http://www.college.ru/teacher/teacher.html с удобным делением на предметы. При этом учитель может выйти на страницы «Методические материалы по физике».

Сетевое объединение методистов (СОМ) по физике работает на страницах Московского центра Федерации Интернет Образования http://center.fio.ru/method/razdel.asp?id=10000006. На этих страницах учитель может найти информацию о подготовке к урокам, стандарты образования, информацию об новых учебниках и учебных пособиях и многое другое.

На страницах http://www.1september.ru образовательного web-сайта «Объединение педагогических изданий «Первое сентября» можно найти лучшие статьи по физике и астрономии в свободном доступе, имеется также архив статей.

Вышеперечисленные страницы в Интернете помогают учителю физики и астрономии в поиске методической информации. Например, виртуальный методический кабинет учителя астрономии в образовательном портале «Открытом Колледж» содержит различные разделы, среди которых методические рекомендации по применению ППС, рекомендации по организации научно-исследовательских и учебно-исследовательских работ учащихся, методические рекомендации по созданию интерактивных моделей в виртуальной лаборатории по физике, обзор методической литературы. Тем не менее, необходимо было создать методические рекомендации по поиску информации по астрономии и по физике в Интернете для учителя физики, такие рекомендации были нами созданы (Приложение № 4, № 5).

Телекоммуникационные технологии позволяют реализовывать такие модели учебной деятельности, как «On-line лаборатория по физике», «Дистанционная олимпиада», «Дистанционный урок». Модели «Дистанционная олимпиада», «Дистанционный урок» рассмотрены в следующей главе, применительно к астрономии. Рассмотрим модель «On-line лаборатория по физике».

Для решения современных образовательных задач, в основе которых лежат применение новых сетевых технологий, компанией ФИЗИКОН создана и размещена в Интернете в свободном бесплатном доступе виртуальная моделирующая среда «On-line лаборатория по физике» - универсальный конструктор по различным темам, с помощью которого учитель может самостоятельно создавать различные интерактивные модели и эксперименты с использованием телекоммуникационных средств обучения. Это позволяет заменить иллюстративно-объяснительные методы обучения физике широким спектром возможностей, реализуемым при активном использовании интерактивного эксперимента, построенного самостоятельно.

Как показывает опыт, каждому учителю хочется создать для урока свою собственную интерактивную модель, которая бы отвечала собственному оригинальному конструированию урока и планированию. Виртуальная «On-line лаборатория» по физике поможет учителю в реализации собственных педагогических идей.

Особенностью виртуальной «On-line лаборатории» по физике является то, что для ее использования не обязательно покупать дорогостоящие компьютерные диски, такие как «Живая физика», все необходимые программы легко скачиваются из Интернета. Несомненной ценностью виртуальной «On-line лаборатории» по физике является ее доступность для всех школ в различных регионах страны.

Виртуальная моделирующая среда «On-line лаборатория» по физике имеет уникальные возможности:

1) самостоятельного построения моделей различной сложности;

2) изменения параметров объектов, свойств и масштабов среды конструирования, которые сложно реализовывать в реальном физическом эксперименте;

3) сохранения построенной модели с возможностью последующего использования с повторным воспроизведением важных моментов модельного эксперимента;

4) повышения наглядности представления информации путем выявления закономерностей с помощью диаграмм и графиков процессов;

5) использования для системы дистанционного обучения;

6) иллюстрации и дополнение базовых учебников;

7) обеспечение активного восприятия учащихся.

Безусловно, никакая виртуальная лаборатория не заменит настоящий, реальный эксперимент. Применяя любые компьютерные модели, и, в частности, интерактивные модели, созданные на базе виртуальной «On-line лаборатории» по физике, рекомендуется вначале провести реальный физический эксперимент и только затем использовать возможности компьютерного моделирования. (См. Приложение № 6. Самостоятельное конструирование интерактивных экспериментов по физике с использованием телекоммуникационных средств обучения).

Нами были разработаны модели учебной деятельности, использующие телекоммуникационные технологии в обучении физике виртуальную «On-line лабораторию по физике» для разделов:

* Механические волны и звук.

* Постоянный ток.

* Электростатика и магнетизм.

* Свет и цвет.

* Сила и движение.

Данные разделы отражают возможности по созданию интерактивных моделей в виртуальной «On-line лаборатории по физике» [89].

Для каждого раздела созданы методические рекомендации по использованию интерактивных моделей, все рекомендации размещены в Интернет. Например, для раздела «Молекулярно-кинетическая теория» созданы примеры с методическими рекомендациями:

* Микроскопический имитатор давления.

* Изохорный процесс.

* Изобарный процесс.

* Изотермический процесс.

* Диффузия газов.

* Наблюдение за процессом испарения.

* Замерзание и плавление жидкостей и твердых тел.

Для раздела «Электрические и магнитные поля» были созданы методические рекомендации для примеров:

* Магнитное поле.

* Магнитная индукция.

* Силовые линии электрического поля.

* Электрическое поле 4 зарядов.

* Электрическое поле 3 зарядов.

* Демонстрация закона сохранения электрического заряда.

* Электризация трением.

* Опыт Фарадея.

* Демонстрация закона Кулона.

Для раздела «Цвет и свет» были созданы примеры с методическими рекомендациями:

* Образование на экране тени от круглого тела.

* Образование на экране теней от круглого тела, освещенного двумя источниками света.

* Распространение света через щель.

* Опыт, демонстрирующий прямолинейность распространения света.

* Отражение и преломление. Прямоугольная призма.

* Явление полного внутреннего отражения в алмазе.

* Явление отражения и преломления с помощью треугольной призмы и зеркала.

* Отражение света от плоского зеркала.

* Отражение света от выпуклого зеркала.

* Отражение света от вогнутого зеркала.

* Демонстрация фокуса собирающей линзы.

В примере «Явление отражения и преломления с помощью треугольной призмы и зеркала» используются из возможного набора, размещенного на панели управления справа, только прожектор, треугольная призма и плоское зеркало. В данной интерактивной модели можно изменять угол падения луча от прожектора на призму, вращая прожектор, изменять расстояния между прожектором, призмой и зеркалом.

Как показывает анализ посещения страниц (по данным системы SpyLOG) виртуальной «On-line лаборатории» по физике, число посещений увеличивается примерно вдвое ежемесячно. Анализ собеседований с учителями физики и анкетирование показало, что только 55% знакомы с возможностями использования телекоммуникационных средств в преподавании физики. Учителя неохотно используют готовые компьютерные модели из-за того, что они не полностью соответствуют структуре урока и их собственным идеям преподавания. Виртуальная «Online-лаборатория по физике» дает возможность реализовать подобные идеи, может учитывать вариативность и индивидуализацию общего образования.

Созданные в результате исследования ППС и телекоммуникационные средства по астрономии подробно рассмотрены в главе III.

Анкетирование учителей физики показало, что описание в каталогах свойств ППС и создание рекомендаций по поиску информации в Интернет недостаточно, необходимо специальное обучение применению новых информационных и телекоммуникационных средств в преподавании физики и астрономии.

В результате исследования разработаны модели учебной деятельности по физике, использующие телекоммуникационные технологии. Выявлены методические возможности виртуальной «On-line лаборатории по физике», созданы примеры интерактивных моделей и методические рекомендации по их использованию.

Подготовка учителей к использованию новых информационных технологий в преподавании астрономии и физики

Необходима специальная подготовка учителя к использованию новых информационных и телекоммуникационных технологий на уроках физики и астрономии. Исследованием вопросов подготовки учителя информатики использованию новых информационных технологий, формирования профессиональной компетентности учителя в условиях информатизации образования занимались Ю.С. Брановский, О.В. Бурнусова, Т.В. Добудько, М.И. Жалдак, Г.А. Кручинина, И.В. Марусева, Н.В. Молоткова, Н.А. Сизинцева, А.Л. Сметанников, Г.Ю. Соколова и др. [46, 51, 118, 139, 187, 220, 242, 333, 336, 340 и др.]. Содержание выше отмеченных работ касается формирования информационно составляющей профессиональной культуры и подготовки учителя информатики.

Исследований, посвященные необходимости специальной подготовки учителя физики использованию новых информационных и телекоммуникационных средств в обучении физике и астрономии, намного меньше, чем исследований различных аспектов компьютеризации физического и астрономического образования в школе. Вопросом методики обучения основам компьютерного моделирования студентов, будущих учителей физики, занималась О.В. Оськина [261].

О.В. Оськина выявила основные трудности, с которыми сталкиваются учителя физики при использовании НИТ на уроках. Поскольку ее исследование проведено в 1999 году, было интересно сравнить результаты опроса учителей, проведенное в 2002 году.

Анализ результатов опроса показал, что основными трудностями учителя физики продолжают считать недостаточное количество методических материалов (77%), недостаточный уровень владения компьютером учителем (46%), трудности в разработке уроков (75%). Резко снизилась оценка трудностей, связанных с недостаточном количеством программных средств (с 81% до 2%). В 2002 году в свободной строке учителям физики было предложено добавить самостоятельно любую характеристику, при этом на незнание возможностей использования телекоммуникационных средств в преподавании физики указало 45% учителей.

В.Е. Фрадкин рассмотрел вопрос создания системы качественного повышения квалификации всех работников системы образования (учителей, методистов, управленцев и т.д.), подготовки кадров, способных реально использовать новые информационные технологии в ежедневной работе. Он предложил … «систему подготовки учителей-предметников к использованию СНИТ и примерный учебный план такой подготовки, … сформировать у учителей представления об имеющихся программно-педагогических средствах, умение их анализировать с позиций соответствия дидактическим целям и отбирать программно-педагогический продукт адекватный поставленным целям» [368, С. 19]

Мы считаем, что если для учителя физики и астрономии знание языков программирования не является обязательным, поскольку он пользуется готовыми программными продуктами, то знание основных характеристик ППС, умение применять их на практике, являются не просто желательными, а обязательными. Кроме этого, необходимо иметь представление о дидактических возможностях современных учебных компьютерных мультимедийных курсов.

Нами была составлена программа курсов повышения квалификации (Приложение № 7) и предложена следующая структура обучения учителей на курсах повышения квалификации работе с ППС по физике и астрономии.

1. На лекционных занятиях. Ознакомление в теоретическом плане с основными характеристиками ППС, с видами заданий, которые можно предложить учащимся при работе с интерактивными компьютерными моделями. Ознакомление с современными телекоммуникационными технологиями.

2. На семинарских занятиях. Ознакомление с основными ППС. Заполнение анкеты № 1. «Учебно-методический анализ программно-педагогических средств».

Образовательный портал. Наиболее полная методическая информация и по физике, и по астрономии. Содержит электронные учебники по физике и астрономии, интерактивные модели, виртуальную лабораторию с возможностью самостоятельного построения интерактивных моделей, виртуальный методический кабинет «Учитель» со страницами по физике и астрономии, модели уроков, поурочное планирование, методические рекомендации по проведению отдельных уроков, по организации учебно-исследовательской и поисковой работы учащихся. Имеются интерактивные рубрики и рубрики последних новостей (консультации виртуального учителя, форумы, телеконференции, специализированную рассылку новостей).

Образовательный сайт «Физика для школ через Интернет»

На этом сервере имеются разделы, соответствующие основным разделам изучения физики. Цикл лекций «Гравитация. Развитие взглядов от Ньютона до Эйнштейна», входящих в первый том мультимедийного издания «Физика: модель, эксперимент, реальность». В свободном доступе нет компьютерных моделей и видеозаписей реальных физических экспериментов, а доступна только демонстрационная версия с гипертекстовыми страницами конспекта цикла лекций. Размещена информация о программах вступительных экзаменов, экзаменационные варианты и их решения, разбор задач районных и городских олимпиад. Имеется страница «Ваш вопрос - наш ответ»

Сайт «Сетевое объединение методистов (СОМ) по физике» Московского центра Федерации Интернет Образования http://center.fio.ru/method/razdel.asp?id=10000006

Различная информация для учителя физики, база данных ссылок на образовательные сайты в Интернет.

Имеется форум учителя, различная информация сетевого объединения учителей физики

Сайт «Лаборатория физики Московского института Открытого Образования (МИОО)», ранее называвшегося МИПКРО http://www.mipkro.ru/ogl.php

На страницах этого образовательного сервера размещен справочник «Учителю физики»

Коллекция ссылок на образовательные ресурсы «Все образование в Интернет» http://all.edu.ru/

Свыше 4500 ссылок на образовательные ресурсы российской части Интернета, сгруппированные по 75 разделам. Среди них - "Учебные заведения", "Пресса", "Учебные материалы", "Образовательные сайты", "Организации". Имеет специальные разделы «Физика» и «Астрономия»

Сайт «Анимация физических процессов» http://www.infoline.ru/g23/5495/physics.htm

Сайт содержит анимационные модели и видеофильмы по молекулярной физике, оптике, механике, но только в виде демоверсий. Сайт описывает мультимедийный курс «Физика в анимациях»

Форум по физике http://physics.al.ru/cgi-bin/forum.pl?forum=rus

Возможно задать любой вопрос и получить квалифицированный ответ. Форум модерируется

Сайт "ФИЗИКА в школе" http://www.cacedu.unibel.by/Partner/bspu/pilogic/links.htm

Образовательный сайт по физике http://www.fizika.ru

Сайт для учащихся 7 - 9 классов.

Дидактические задания для учащихся. Тестирование. Тематические и поурочные планы, методические разработки, дистанционный урок. Имеются методические рекомендации по проведению уроков в 7 классе по учебнику В.Кривченко

Сайт «Школьный сектор» http://school-sector.relarn.ru

В школьном секторе в отделе «Телематический склерозник» имеется информация о всех датах конференций, олимпиад по физике и астрономии, о проведения тех или иных мероприятий и проектов, связанных с сетевой работой

Межшкольный образовательный сервер http://www.omsk.edu.ru

Различная методическая и справочная информация

Сайт «Физика. Ярославский областной центр дистанционного обучения школьников». http://www.ipk.yar.ru:8101/resource/distant/

Страницы сайта предназначены для дистанционных занятий

"Научная лаборатория школьников" СОАН http://www.nsu.ru/materials/ssl/

Дистанционный консультативный пункт http://www.nsu.ru/materials/ssl/distance/about.html

Содержит разделы: виртуальный класс, педагогический вестник, энциклопедию по физике. Имеется возможность задать любой вопрос и получить квалифицированный ответ. Имеется раздел

Сайт «Энциклопедия: Физика в Интернете» http://www.nsu.ru/materials/ssl/text/encyclopedia/index.html

Электронный справочник по физике

Энциклопедия Кирилла и Мефодия http://mega.km.ru/

Электронная энциклопедия по всем разделам наук, в том числе по физике и астрономии

Образовательный сайт «Абитуриент»

http://www.karelia.ru/psu/Chairs/KOF/abitur/

Здесь можно найти краткое изложение школьного курса физики, вопросы по физике для подготовки к сдаче вступительных экзаменов, примеры решения типовых задач

Тестирующий сайт www.examen.ru

Сайт с возможностями дифференцированной системы тестирования по физике и астрономии

Сайт «Методическое объединение учителей физики, астрономии и естествознания» http://schools.techno.ru/sch1567/metodob/

Различная методическая информация, важная для учителя, в том числе по аттестации школ

Сайт «Астрономия. Виртуальный методический кабинет учителя физики и астрономии» http://www.gomulina.orc.ru

Содержит разделы: информационные материалы, курсы повышения квалификации, олимпиады по физике и астрономии, Интернет-ресурсы по физике, Интернет-ресурсы по астрономии, страница по методике преподавания астрономии с примерами дистанционных уроков, модели уроков

Всероссийский августовский педсовет. http://pedsovet.alledu.ru/section/physics/index.htm

Секции учителей физики и учителей астрономии. Актуальные статьи по методике преподавания астрономии. Интерактивный опрос учителей. Форум. Применение новых информационных и телекоммуникационных технологий в преподавании астрономии. Поисковая, проектная и научно-исследовательская деятельность учащихся по астрономии

В настоящее время не определено, что же такое образовательный сайт и образовательный портал.

С нашей точки зрения образовательный сайт это - группа взаимосвязанных веб-страниц по определенной образовательной тематике, принадлежащая какой-нибудь организации или частному лицу, имеющая для удобства меню. По мере роста информации на сайте, расширения числа пользователей, на сайте уделяется внимание вопросам структурирования хранения информации и ее поиска. Образовательный портал - система образовательных сайтов и сервисов в Интернете, с большим количеством информации и ссылок. Цель образовательного портала - обеспечение информационного процесса обучения, в частности, физике и астрономии. Задачи образовательного портала - обеспечение широкого и качественного доступа к имеющимся образовательным продуктам, электронным учебным курсам, размещенным в открытом доступе, учебно-методическое сопровождение, продвижение модельных форм организации образовательного процесса, система дистанционного обучения. Основные функции образовательного портала заключаются в описании классификации ресурсов и создании каталогов для поиска новых ресурсов, справочной информации. Образовательный портал по физике может содержать отдельные блоки типа:

Блок поисковой системы с предметным и именным указателями, справочная информация.

Блок классификации ресурсов Интернета (поиск Информации в Интернете, рефераты, рецензии и т.п.).

Интерактивные рубрики (форум, телеконференция, электронные консультации виртуального учителя и т.п.).

Электронные учебники по физике.

Тестирующе-тренирующий блок системы дистанционного обучения.

Блок дистанционного повышения квалификации учителя с электронными учебниками, нормативными и учебно-методическими материалами (стандарты образования, программы, тесты системы дистанционного обучения, тесты Единого экзамена и т.п.), поиск информации в Интернете.

Главная задача любого образовательного портала - это, прежде всего, создание учебно-методического центра для учителей, наполнение образовательного портала большим количеством информации, ссылок, разнообразными телекоммуникационными ресурсами.

Выводы по II главе:

1. Анализ имеющихся программно-педагогических средств по астрономии позволяет сделать вывод о том, что не создан мультимедийный курс по астрономии, содержащий учебные интерактивные модели, тренирующе-тестирующий блок, интегрированный с базой задач, ориентированный не только на работу на локальном компьютере, но и в локальных сетях, и в Интернет.

2. Анализ телекоммуникационных ресурсов показал, что практически отсутствуют учебно-методические сайты по астрономии и физике с размещением информации, предназначенной для учащихся и учителей. Поэтому задача разработки структуры комплекса программно-педагогических и телекоммуникационных средств обучения астрономии и физике является актуальной.

3. Определены дидактические требования к современным ППС и телекоммуникационным средствам обучения (соответствие содержанию обязательного минимума физического образования и одновременного превышения этого минимума; интерактивности моделей; обратной связи; обеспечения условий для формирования исследовательских умений; единства обучающей и контролирующей функций; разнообразия видов и дифференцированности заданий; соответствия возможностям учащихся и создания условий для индивидуального роста).

4. Разработана структура и методика проведения компьютерных лабораторных работ по физике для мультимедийного курса «Открытая Физика 2.5».

5. Определены наиболее целесообразные методы применения и разработаны учебно-методические материалы по использованию создаваемых ППС.

6. Разработаны модели учебной деятельности, использующие информационные и телекоммуникационные технологии, учитывающие вариативность и индивидуализацию общего образования и направленные на развитие познавательной самостоятельности учащихся: 1) интерактивное моделирование, 2) «On-line лаборатория по физике», 3) дистанционные олимпиады, 4) компьютерные лабораторные работы, 5) дистанционный урок.

7. Разработана и внедрена соответствующая программа повышения квалификации учителей физики, направленная на комплексное применение в процессе обучения ППС и телекоммуникационных средств.

Сущность, цели и содержание астрономического образования в современной школе и проблемы интеграции астрономии и физики

Важной тенденцией школьного образования на сегодняшний день является ориентация не на академическое (подготовка к продолжению образования в высшей школе), не на профессиональное обучение, а на общее образование и развитие. Из основных тенденций развития образования в мировой педагогической практике представляются «…наиболее существенными следующие:

усиление практической направленности содержания курсов естественнонаучного цикла; изучение явлений, процессов, объектов, веществ, окружающих учащихся в их повседневной жизни;

изменение акцентов в учебной деятельности, нацеленных на интеллектуальное развитие учащихся за счет уменьшения доли репродуктивной деятельности; использование заданий, проверяющих различные виды деятельности, увеличение веса заданий на применение знаний для объяснения окружающих явлений; учет знаний, которые учащиеся получают вне школы из различных источников» [253, С.4].

Астрономия как отдельный учебный предмет была включена в учебный план средней школы в 30-х годах ХХ века. В 60-х годах астрономия рассматривалась как учебный предмет, завершающий физико-математическое образование и естественнонаучное образование, поэтому и изучение этого предмета предлагалось в выпускном классе [288]. Но в программе и учебниках конца ХХ века больше внимания уделялось вопросам астрофизики [146, 199].

Являясь полноправной частью общего образования, астрономическое образование, рассматриваемое с предметной стороны, включает три основные группы целей:

«… 1. овладение основами научных знаний в объеме, способствующем пониманию происходящих в них явлений;

2. общая подготовка учащихся к практической деятельности, то есть овладение теми формами практической деятельности, которые позволяют человеку познавать и преобразовывать природу, общество, культуру;

3. формирование у учащихся научных убеждений и основанного на них целостного восприятия мира» [182, С.35].

Наиболее полное исследование, посвященное системе обучения астрономии в средней школе, выполнено Левитаном Е.П., лежащее в основе соответствующих методических пособий [205, 203, 204]. «Раскрывая перед учащимися картину строения Вселенной и сущность происходящих в ней процессов, преподаватель не должен упускать возможности продемонстрировать действие известных учащимся законов и закономерностей в новых, необычных условия космоса. Такое распространение знаний из области земной физики на физику космоса, а также анализ методов современной астрофизики позволяет по-новому осветить, а значит, и углубить понимание многих принципиально важных вопросов курса физики» [204, C.8]. В программе курса астрономии Е.П. Левитана подчеркивается, что «формирование и развитие у учащихся астрономических представлений - длительный процесс, который должен начинаться в старшем дошкольном возрасте (на базе имеющихся для детей книг по астрономии) и продолжаться все время обучения в школе (с максимальным использованием для этого пропедевтических курсов «Окружающий мир», I - IV классы и «Естествознание», V - VII классы, а затем и систематического курса физики). С этой точки зрения данный систематический курс астрономии является курсом обобщающим и завершающим не только астрономическое, но и все естественнонаучное образование выпускников старшей общеобразовательной школы» [289, C. 152]. Главной задачей курса автор считает формирование целостного представления о строении и эволюции Вселенной, раскрытие перед учащимися астрофизической картины мира, при этом основной упор при изучении астрономии делается на вопросы астрофизики, внегалактической астрономии, космогонии и космологии.

Основным направлением школьного курса астрономии А.В. Засова и Э.В. Кононовича является последовательное формирование физической картины мира [289, С. 148].

Взаимосвязь курсов физики и астрономии в средней школе рассматриваются в работах Дробат А.С. (1969), Ерохиной Р.Я. ( 1982), Зинковского В.И. (1998), Клевенского Ю.Н. (1974), Кожеурова И.В. (1964), Максименко Е.В. (2000), Румянцева А.Ю. (1999), Ступникова В.М. (1976) [120, 129, 150, 172, 178, 214, 317, 345].

Другие диссертационные исследования были посвящены различным вариантам совершенствования методики преподавания астрономии.

Например, исследованы и разработаны формы и методы самостоятельной работы на уроках астрономии (Лупой К.А.) [211]; вопросы формирования мировоззрения учащихся в процессе обучения астрономии (Алешкевич А.С.) [5]; вопросы методики преподавания сферической и практической астрономии в средней школе (Ильевский И.Д.) [157], вопросы содержания, структуры и методики преподавания отдельных разделов курса астрономии (Шишаков В.А. [389], Ковязин Е.И. [176], Чулюкова Е.В. [381]), вопросы подготовки учащихся к практической деятельности (Боярченко И.Ф.) [45], исследованы методические особенности формирования у учащихся представлений об астрономических явлениях (Миленькая О.В.) [230].

Несколько диссертационных исследований посвящены вопросам изучения астрономии во внеурочное время, например, исследованы вопросы методики формирования первоначальных астрономических понятий при организации внеклассной и факультативной работы по астрономии (Попова А.П.) [280]; проведения внеклассных занятий по астрономии в 7 классе (Саркисян Е.А.) [323]; организации внешкольной работы по астрономии (Зигель Ф.Ю.) [149], (Белоозеров Л.) [29].

Ряд исследований был посвящен вопросам методики проведения астрономических наблюдений и использования других иллюстративных средств обучения астрономии (Андрианов Н.К. [9]; Габбасова В.А. [60], Кенжаев Болта [167], Могилко А.Д. [237], Моисеев С.С. [240], Порошин Ф.М. [281], Ромас И.А. [312], Яхно Г.С. [403]).

Важнейшим вопросам теоретической подготовки учителей физики к преподаванию астрономии посвящены исследования Мурашова Д.А. [247] и Жукова Л.В. [142].

Более половина исследований (56%) выполнена до 1990 года, до интенсивного развития информационных технологий в образовании, только три диссертационных исследования выполнены после 2000 года (9%).

В исследовании Т.А. Галкиной [61] были выяснены теоретические основы отбора содержания предмета «Астрономия» и его структурирования, выявлены специфические особенности курса астрономии, проанализированы существующие программы курса астрономии и интегрированных курсов в средней школе, обоснована и разработана совокупность технологий процесса обучения астрономии на основе интеграции идей развивающего обучения, проблемного обучения, обучения в сотрудничестве. При анализе технологии организации поисковой и исследовательской деятельности показана целесообразность интенсивного использования возможностей компьютерных технологий и их взаимодействие с реальными астрономическими наблюдениями [62].

В исследованиях по теории и методике обучения астрономии вопросы применения информационных технологий рассматриваются только в диссертационном исследовании Паболкова И.В. [262]. Паболковым И.В. была разработана методика комплексного применения пакета программ «АСТРОНОМИЯ», созданного для операционной системы DOS, что ограничивало возможности данного пакета только простейшими анимациями. Паболковым И.В. были сформулированы требования к моделирующим компьютерным средствам по астрономии. «Моделирование в преподавании астрономии процесс, с помощью которого решается важная дидактическая задача обеспечение наглядности при изучении небесных объектов и явлений, создание оптимальных условий для усвоения учащимися изучаемых вопросов, развитие исследовательских видов деятельности. Поэтому к моделям по астрономии выдвигаются следующие требования:

правильное отражение внешней формы объекта;

передача световых характеристик объектов, определяемых излучаемой или отображаемой энергией; модели звезд, скоплений, световых туманностей и галактик должны быть самосветящимися, так как они отражают реальные объекты, излучающие свет в силу своей природы; фазы планет определяются взаимным расположением Солнца, планеты и Земли, причем планета светит отраженным солнечным светом;

само свечение моделей не должно искажать цветовые характеристики естественных объектов; правильная передача цвета должна обязательно учитываться при проектировании моделей;

надо учитывать закономерности движения небесных тел; целесообразно показать, что угловые удаления внутренних планет от Солнца не могут превышать некоторой определенной для данной планеты величины, а это позволит предсказать условия видимости внутренних планет они могут наблюдаться только как утренние или вечерние светила и никогда не могут находиться в точке небосвода, противоположной Солнцу» [262, С.97].

В результате анкетирования учителей физики и астрономии Западного округа г. Москвы, проведенного в ходе исследования в 2000 - 2002 гг. выяснилось, что: 91% учителей считают астрономию мировоззренческой наукой, изучение которой необходимо для формирования мировоззрения и общекультурного уровня современного выпускника; 68% учителей считают применение иллюстративно-объяснительного метода в обучении астрономии недостаточно эффективным (из них 34 % ищут новые формы и методы, а 56% считают применение компьютерных технологий на уроке астрономии необходимыми).

Таким образом, с одной стороны, большинство учителей признают, что предмет астрономии имеет огромные возможности для формирования мировоззрения учащихся, для более полного усвоения обязательного минимума содержания среднего общего образования по физике, а с другой стороны, возникает потребность в разработке мультимедийного курса по астрономии, с интерактивными моделями, обеспечивающими высокую степень наглядности, телекоммуникационного обеспечения курса астрономии.

В последнее время в изучении предметов «физика» и «астрономия» произошли существенные изменения. В результате реформирования школьного образования произошло сокращение числа часов на область «Естествознание» в базовом учебном плане. В учебном плане основной школы предмет «астрономия» отсутствует, но предполагается интеграция астрономических знаний в систематических курсах физики, химии, биологии, географии, а также использование пропедевтических знаний по астрономии в начальной школе.

«Серьезной методической проблемой в современной школе выступает место астрономических знаний в естественнонаучном образовании. Из всех предметов естественнонаучного цикла астрономия является особым в связи с тем, что образовательное, мировоззренческое и развивающее значение ее находится в огромном контрасте с состоянием преподавания и уровнем знаний учащихся» [260, C.19].

Несмотря на обилие разнообразных программ для начальной школы, каждая из них включает в себя содержание образовательного компонента «Окружающий мир». В настоящее время рекомендованы Министерством образования следующие учебно-методические комплекты для начальной школы:

«Природа и люди» (1-4), Клепина З.А.;

«Окружающий мир» (1-4), Виноградова Н.Ф.;

«Зеленый дом» (1-4), Плешаков А.А.;

«Мир и человек» (1-4), авторский коллектив под рук. Вахрушева А.А.;

«Окружающий мир» (1-4), Поглазова О.Т., Шилина В.Д.

Данные научно-методические комплекты для начальной школы содержат вопросы астрономической тематики: знакомство с Солнечной системой, планетами, Солнцем, с астрономическими явлениями (смена дня и ночи, фазы Луны, затмения Луны и Солнца).

Изучение курса естествознания является логичным продолжением изучения образовательного компонента «Окружающий мир» в начальной школе.

В 5 классе изучение естествознания возможно по различным учебникам и программам (табл. 9).

В курсе «Физики» «…разработан новый подход к естественнонаучному образованию на основе вертикальной и горизонтальной интеграции научных знаний при учете психолого-физиологических особенностей разных возрастных групп» [362, С. 4]. В курсе астрономические вопросы рассматриваются в параграфах «Вещество во Вселенной», «Солнечное излучение и жизнь на Земле» и других. Интеграция естественнонаучных знаний обеспечивается показом единства законов природы, применимости физических теорий во Вселенной, рассмотрением эволюции Вселенной в целом.

В ряде курсов для основной школы систематически представлены астрономические вопросы. Так в программе курса физики Н.Е. Важеевской и Н.С. Пурышевой, реализующую идеи уровневой дифференциации, астрономические сведения представлены во введении, в разделах «Световые явления», «Вселенная» и других [284, C.96]. Программой предусмотрены фронтальные лабораторные работы астрономического содержания:

Наблюдение звездного неба и нахождение некоторых созвездий.

Работа с подвижной картой звездного неба.

Изучение третьего закона Кеплера.

«Интеграция естественнонаучных дисциплин способствует сближению к объединению физики, химии, биологии, географии и астрономии. Основными идеями интеграции являются идеи единства человека и природы, их целостность и взаимодействие, идеи связи, системности, причинности и историзма в познании этого единства. Интеграция учебных предметов не может быть сведена к простой «механической» деятельности, а интегрированный предмет не может быть результатом простого суммирования отдельных учебных курсов» [259, С.1].

Наиболее полно процесс интеграции курсов физики и астрономии представлен в проекте к «Требованиям к уровню подготовки выпускников. Обязательный минимум содержания образования».

Начальная школа, предмет «Окружающий мир». В требованиях к уровню подготовки выпускников имеются вопросы астрономической тематики:

Планеты и звезды. Земля и Солнце. Луна. Условия жизни на Земле [158, С.32 ].

Основная школа, предмет «Физика». В требованиях к уровню подготовки выпускников имеются вопросы астрономической тематики:

Солнечная система. Вращение Земли вокруг своей оси и движение Земли вокруг Солнца. Смена времен года. Луна, фазы Луны. Затмения [158, С.78 ].

Средняя (полная) школа, общеобразовательный уровень, предмет «Физика». В требованиях к уровню подготовки выпускников имеются астрофизические вопросы:

Строение и эволюция Вселенной. Эффект Доплера и красное смещение. Большой Взрыв и расширение Вселенной. Возникновение химических элементов [158, С.117].

Таким образом, в последние годы намечается тенденция изучения астрономических и астрофизических вопросов в курсах физики основной и полной школы.

Какие при этом могут существовать возможности осуществлять преподавание астрономии? Преподавание астрономии на межпредметной основе дает твердое усвоение понятий, теорий и законов, лежащих в основе современной науки, физики, дает представление о современных способах получения информации.

В настоящее время объективно развивается интегративный процесс астрономии и физики в большой науке. Современная астрономия является, по существу, частью физики, это не изолированная наука.

Астрономия является «… монополистом крупнейшей лаборатории, в которой физики могут наблюдать за результатами самых грандиозных «экспериментов», организуемых самой природой. Только здесь можно иметь дело с необычайно сильно возбужденными атомами, валентные электроны которых не потревожены столкновениями с другими частицами. Только здесь осуществляется мечта алхимиков и можно буквально на глазах видеть превращение химических элементов, сопровождающее образование принципиально новых объектов. Только здесь есть надежда обнаружить неуловимые волны, связанные с наиболее известным и наименее понятным явлением, имя которому - гравитация» [184, С.3].

Именно поэтому предлагаем часть вопросов астрономии, основные астрофизические понятия, изучать в 5-6 классе на уроках естествознания, в 7-9 классах на уроках физики, в 10 классе большое внимание уделить рассмотрению в качестве термодинамических систем планет, Солнце и звезды, изучение магнитного поля, движение электрических зарядов рассматривать не только на Земле, но и в космосе. В 11 классе больший акцент делать на современную астрофизику, показать единство законов природы, применимость законов физики к небесным телам, звездам, дать целостное представление о строении Вселенной и познаваемости мира. Преподавание заключительной части астрономии возможно только после изучения в 11 классе электромагнитных волн, электромагнитных излучений в различных диапазонах длин волн, физики атома, специальной теории относительности, физики атомного ядра и термоядерного синтеза, более подробного, чем в основной школе. Несмотря на то, что современные программы по физике предполагают изучение электромагнитного поля, строения атома и атомного ядра, знаний учащихся основной школы не достаточно, чтобы оценить всеволновую астрономию и вопросы эволюции Вселенной. Курс физики станет более понятным, более современным и научным, если постоянно приводить примеры астрономических явлений, если постоянно вводить в школьный курс физики астрофизические понятия [75, С. 122 ].

Специфика астрономии, как науки, проявляется и в том, что предмет ее изучения недоступен непосредственно для экспериментальных исследований, все, что получает астрономия экспериментально, сводится к различным видам излучения. Часто астрономия имеет дело с процессами либо исключительно быстро, либо слишком медленно протекающими. Применение компьютеров в астрономии разнообразны: от наблюдений и обработки результатов наблюдений до компьютерного моделирования космических процессов, связанных с большим объемом информации и сложности исследуемых процессов. По Интернет можно связаться с любой крупной астрономической обсерваторией мира и участвовать в наблюдениях. Можно по специальной заявке получить наблюдательные данные и методику их обработки из Интернет, что становится новым средством обучения астрономии.

В процессе преподавания астрономии учитель сталкивается с проблемой наглядности в преподавании астрономии. Современные возможности компьютерной техники могут помочь проблему визуализации сложных астрономических явлений. Таким образом, применения компьютеров в астрономии чрезвычайно разнообразны.

Изучение естественнонаучных дисциплин и, в частности, астрономии, открывает возможности для интеллектуального развития учащихся и их познавательной самостоятельности. Совершенствование образования, пересмотр содержания образования привели к поиску новых образовательных технологий, в том числе новых информационных и телекоммуникационных технологий обучения астрономии. Анализ большинства созданных компьютерных программ по астрономии показывает, что они не являются целостным школьным электронным учебником по астрономии, а являются отдельными пакетами по изучению отдельных вопросов астрономической тематики [142, С.295].

Поэтому необходимо было создать современный компьютерный мультимедийный курс с методической поддержкой через Интернет, содержащий не только сведения по практической астрономии, но больше внимания уделяющий вопросам астрофизического содержания, курс, который можно использовать не только на уроках в старшей школе, но и на уроках естествознания. А также методику использования мультимедийного курса с комплексом телекоммуникационных средств обучения астрономии на основе личностно-ориентированного подхода в обучении.

Требования к содержанию и структуре комплекса программно-педагогических и телекоммуникационных средств

Для решения современных образовательных задач, в основе которых лежат применение новых сетевых технологий и технологий создания интерактивных курсов, нами был разработан и внедрен полный комплекс программно-педагогических и телекоммуникационных средств в области астрономии.

Для этого необходимо было выработать структуру комплекса программно-педагогических и телекоммуникационных средств по астрономии. Под комплексом ППС и телекоммуникационных средств мы понимаем:

электронный (мультимедийный) курс (учебник), содержащий интерактивные модели;

электронный (мультимедийный) курс (учебник), размещенный в Интернет в свободном доступе;

обеспечение методической поддержки ППС и обмен опытом через Интернет с помощью страниц «Учителю»;

систему дистанционного обучения учащихся;

поиск информации и обзор ресурсов в Интернет;

дистанционные конкурсы и олимпиады по астрономии.

С нашей точки зрения электронный (мультимедийный) курс (учебник) должен включать в себя текст учебника в виде гипертекста, иллюстрированный учебно-справочный блок, блок анимационных и интерактивных моделей, блок тестов и задач, блок поиска информации внутри мультимедийного курса, блок системы помощи, блок поиска информации в Интернет. Материал в электронном учебнике может излагаться с разными степенями сложности, учащийся сам может выбрать уровень сложности изучаемого материала. Переход из одного уровня сложности изложения материала на другой осуществляется по гиперссылке. Учебный материал, на который необходимо акцентировать внимание учащихся (формулы, определения, выводы, таблицы и т.д.), выделяется другим цветом, сопровождается специальным звуковым оформлением.

Нами был создан мультимедийный интерактивный курс «Открытая Астрономия», отвечающий задачам ориентации на современный активно-деятельный способ обучения, активизации обучения за счет активного вовлечения в учебный процесс каждого обучаемого (контент, тесты, задачи, проект моделей). В приложении № 12 приводится содержание электронного учебника. Курс «Открытая Астрономия» является интерактивным мультимедийным курсом нового поколения, ориентированным на новые методы обучения, активное познание окружающего мира учащимися и содержит следующие системы (табл. 11):

Электронный учебник с гипертекстом, содержащий 750 иллюстраций, рисунков, схем.

Комплекс интерактивных моделей (57).

Интерактивный планетарий.

Тестирующий комплекс, интегрированный с базой данных задач, содержащий 400 тестов и 200 задач.

Тренирующий блок, имеющий примеры решения задач (200).

Справочный комплекс, содержащий список основных формул, констант, список размерностей физических единиц в системе СИ, астрономических постоянных, 31 справочную таблицу.

Предметный поиск по ключевым словам.

Систему помощи с путеводителем по курсу и инструкциями по работе.

Дневник достижений, позволяющий оценить уровень знаний учащихся по различным темам курса.

Обзор Интернет-ресурсов по астрономии.

Рекомендуемый список литературы по различным темам курса.

Систему методической поддержки курса.

Для проверки усвоения учебного материала в мультимедийном курсе «Открытая Астрономия» имеется тестирующий блок, который содержит тесты, контрольные задачи и задачи с решениями. Имеется также дневник достижений обучаемого, в который записываются статистика работы с курсом, решения задач и тестов, проставляется оценка работы. С точки зрения пользователя курс состоит из трех основных блоков: теоретического, справочного и тестирующего. Данный мультимедийный компьютерный курс сразу задуман как система интеграции учебного диска и системы индивидуального обучения через Интернет.

С точки зрения программиста «Открытая Астрономия» написана на популярном в последнее время языке Dynamic HTML: каркас курса (frame-система) выполнен на языке JavaScript на платформе CourseML, а страницы электронного учебника (контента) - на обычном HTML, тренирующе-тестирующий блок - на ASP, XML, Java. Интерактивные модели написаны на языке Macromedia Flash, что позволяет достичь высокую степень наглядности, помогающую разъяснять сущность явлений, обогащать чувственный опыт учащихся. Развитие мировых информационных технологий, прежде всего, сети Интернет, предъявляет к современным мультимедийным компьютерным курсам следующие требования:

возможность использования курса по локальной сети и в Интернет;

модульность элементов курса, позволяющая собирать версии различного размера (для локального использования, местной сети, Интернет) и для пользователей с различными привилегиями (демо-версии, стандартный комплект, версия для администратора);

возможность локализации продукта для использования национальными учебными заведениями;

интегрированность продукта с другими интерактивными курсами.

Первое требование заставило программистов выбрать в качестве платформы Internet-обозреватель (browser). Пользователи Интернет могут использовать в качестве оболочки Microsoft Internet Explorer или Netscape Navigator, локальным пользователям предоставляется собственный обозреватель компании «ФИЗИКОН», созданный на основе MSIE, из которого удалены все элементы, не нужные для навигации по курсу.

Из курса «Открытая Астрономия» легко попасть (в случае постоянного подключения к Интернет) на страницы образовательного портала «Открытый Колледж», на котором имеется главная страница системы дистанционного обучения астрономии (рис. 18).

На страницах по астрономии на образовательном портале «Открытый Колледж» размещен в свободном доступе полностью электронный учебник «Открытая Астрономия» (рис. 19. Электронный учебник «Открытая Астрономия»).

По аналогии со страницами по физике на образовательном портале «Открытый Колледж» были размещены страницы поиска информации по астрономии в Интернете. При изучении астрономии учитель должен показать учащимся, что современные астрономические наблюдения, в которых приемником излучения служит не линза или фотопластинка, а матрица ПЗС, могут проходить только с использованием компьютерных технологий. С учебно-методической точки зрения важно показать учащимся научную роль Интернет, так как современная астрономия ведет наблюдения только через глобальные астрономические компьютерные сети, которые связывают астрономические инструменты наземного и космического базирования. Поэтому специальный поиск информации в Интернете введен как в мультимедийный курс «Открытая Астрономия», так и на страницах «Открытого Колледжа» размещены данные поиска основных научных и научно-популярных астрономических сайтов.

...