Автор: Тавасива Фатима Хадзеумаровна, зам.директора по УВР, заслуженный учитель РСО-Алания. Отличник просвещения СССР. МКОУ СОШ №2 им. С. Газдарова с. Чикола РСО-Алания.
Повышение качества обучения физике на основе комплексного использования реального и виртуального учебного эксперимента (в учреждениях среднего образования).
Одним из ведущих методов обучения физике является учебный физический эксперимент (УФЭ). Значительный вклад в становление и развитие демонстрационного и лабораторного УФЭ внесли Л. И. Анциферов, В. А. Буров, А. А. Покровский, С. А. Хорошавин и др. В своих работах они указывают на важность обучения физике на экспериментальной основе. Однако результаты исследований показали, что внимание, уделяемое эксперименту в процессе обучения физике, значительно снизилось. Это привело к излишней теоретизации в обучении физике и, как следствие, негативно повлияло на формирование интереса учащихся к изучению данного учебного предмета и на качество обучения физике в целом.
В связи с этим особое значение приобретает развитие теории и методики обучения физике на экспериментальной основе. Развитие программно-педагогических средств, моделирующих физические явления и процессы, способствовало появлению виртуального УФЭ, рассмотренного в работах О. В. Заковряшиной, В. С. Кима, Н. А. Оспенникова, Л. В. Пигалицына, Л. Х. Умаровой как новый метод обучения физике. В качестве основных преимуществ виртуального УФЭ авторы выделяют: возможность организации эксперимента, если затруднено проведение реального эксперимента; возможность исследования явлений в «чистом» виде, точно воспроизводя условия их протекания; возможность изучения сложных физических явлений на уровне, доступном пониманию. По мнению ученых, главным недостатком виртуального УФЭ выступает ограниченный характер взаимодействия учащихся с исследуемым объектом, поскольку реальные объекты познания и реальные измерительные приборы значительно сложнее и богаче по своим свойствам.
Таким образом, возникает проблема выбора такой методики внедрения виртуального эксперимента в процесс обучения физике, которая позволит использовать все его преимущества и избежать потерь, влияющих на качество обучения физике. Для выявления данной проблемы среди учащихся мы провели исследование. Результаты исследований показали, что реальный и виртуальный учебный эксперимент обладает относительным преимуществом лишь в отдельных учебных ситуациях, при решении определенных дидактических задач, что, на наш взгляд, является основанием для их комплексного использования и открывает новые возможности в организации процесса обучения физике на экспериментальной основе. Для предупреждения замещения реального УФЭ виртуальным и обеспечения их эффективного сочетания необходимо поставить и решить принципиально новые задачи как по содержанию, так и по форме обучения.
Существуют противоречия между необходимостью организации процесса обучения физике на экспериментальной основе и излишней теоретизацией учебного процесса; между возможностями в организации виртуальных измерений и демонстраций и отсутствием научно обоснованных подходов к использованию виртуального эксперимента; между наличием у реального и виртуального эксперимента взаимодополняющих дидактических возможностей и отсутствием методического обеспечения для их комплексного использования, поэтому на сегодняшний день данная проблема остается актуальной.
Впервые определены концептуальные основания комплексного использования реального и виртуального эксперимента в процессе обучения физике в учреждениях общего среднего образования. Разработаны педагогическая модель и методика обучения физике на основе комплексного использования реального и виртуального эксперимента. Предлагаемая методика включает новые методы и средства обучения, позволяющие организовать экспериментальную деятельность учащихся, направленную на самостоятельное овладение учебным материалом по физике.
Под комплексным использованием реального и виртуального УФЭ понимается такое использование реального и виртуального эксперимента, при котором данные виды эксперимента дополняют друг друга, а их сочетание вызывает появление новых, интегративных возможностей в организации самостоятельной экспериментальной деятельности учащихся.
Возможности реального и виртуального УФЭ хорошо согласуются между собой, развивая и дополняя друг друга в трех аспектах: 1) реальный УФЭ позволяет изучать физические явления и законы в реальных условиях, а виртуальный УФЭ – в идеализированных условиях; 2) реальный УФЭ позволяет изучать условия и внешние причины протекания физического явления, а виртуальный УФЭ – механизмы его протекания; 3) реальный эксперимент позволяет изучать основные характеристики физического явления и закона, а виртуальный эксперимент – расширить и углубить область этих знаний.
Таким образом, комплексное использование реального и виртуального УФЭ позволяет изучать физические явления и законы во всем многообразии их внешних и внутренних связей. Новые возможности в организации экспериментальной деятельности учащихся в процессе обучения физике связаны с расширением границ познавательных возможностей учащихся за счет получения более полной и точной учебной информации на доступном и наглядном уровнях, а также увеличения объема учебной информации, доступной для самостоятельного овладения.
Теоретические положения комплексного использования реального и виртуального УФЭ выражают необходимость обучения физике через: 1) расширение экспериментальной и теоретической деятельности учащихся за счет дополнения реального эксперимента виртуальными измерениями и демонстрациями и последующего анализа, сравнения и обобщения результатов реального и виртуального УФЭ; 2) обеспечение на основе реального УФЭ чувственного восприятия физических явлений и осмысления механизмов их протекания на основе виртуального УФЭ; 3) создание и разрешение проблемных ситуаций через выполнение УФЭ в реальных и идеализированных условиях, а также выполнение реального УФЭ как источника проблемы и виртуального УФЭ как способа ее разрешения.
Сущность разработанной методики заключается в организации экспериментальной деятельности учащихся, направленной на самостоятельное овладение учебным материалом по физике через решение системы учебно- познавательных задач на основе комплексного использования реального и виртуального УФЭ. В основе разработанной методики лежит система новых методов обучения, отвечающая требованиям теоретических положений и определяющая характер деятельности учащихся при решении учебно - познавательных задач.
На итоговом этапе педагогического эксперимента на высоком уровне внутренней мотивации находилось 28,7 % учащихся экспериментальной группы и 11,7 % учащихся контрольной группе, на среднем уровне – 50,0 % и 34,6 % соответственно, на низком уровне –21,3% и 53,7 %. Количественные данные по контрольной и экспериментальной группам, а также значимость их статистического различия подтвердили, что методика обучения физике, основанная на комплексном использовании реального и виртуального УФЭ, оказывает положительное влияние на качество обучения физике.
Под комплексным использованием реального и виртуального УФЭ понимается такое использование реального и виртуального УФЭ, при котором данные виды эксперимента дополняют друг друга, а их сочетание вызывает появление новых, интегративных возможностей в организации самостоятельной экспериментальной деятельности учащихся. На основе интеграции возможностей реального и виртуального УФЭ установлено, что комплексное использование данных видов эксперимента обеспечивает развитие дидактической системы за счет ее наполнения новыми методами и средствами обучения (дидактический потенциал), расширяет границы познавательных возможностей учащихся за счет увеличения объема учебной информации, доступной для самостоятельного овладения (методический потенциал), способствует преодолению разрыва между отвлеченно-логической и образно-наглядной формами мыслительных процессов (психолого-педагогический потенциал), а также формированию научного мировоззрения (воспитательный потенциал).
Педагогическая модель отражает содержание и взаимосвязь концептуального (отражает научно-педагогическую основу комплексного использования реального и виртуального УФЭ), содержательного (раскрывает содержание учебно-методического обеспечения), процессуального (устанавливает характер деятельности учителя и учащихся, способы их взаимодействия при комплексном использовании реального и виртуального УФЭ) и результативного (отражает знания и умения, которыми должны овладеть учащиеся) компонентов процесса обучения физике, основанного на комплексном использовании реального и виртуального УФЭ.
Методика обучения физике заключается в организации экспериментальной деятельности учащихся, направленной на самостоятельное овладение учебным материалом через решение системы учебно-познавательных задач на основе комплексного использования реального и виртуального УФЭ. Разработанная методика включает систему новых методов обучения: метод комплексного использования реального и виртуального демонстрационных экспериментов, метод комплексного использования реального и виртуального фронтальных опытов, метод взаимодополняющих реальных и виртуальных исследовательских работ, метод лабораторной работы, выполняемой в реальных и виртуальных условиях.
Систему средств обучения составили: системно-аналитические, проблемно-познавательные, исследовательско-познавательные и сравнительно - аналитические учебно-познавательные задачи. Решение данных задач направлено на самостоятельное овладение: а) условиями и внешними причинами протекания физического явления; б) механизмом протекания физического явления и его сущностью; в) характеристиками физической модели и границами ее применимости; г) функциональными зависимостями физических величин; д) физическими законами и границами их применимости.
Данная педагогическая модель и методика обучения физике, в отличие от существующих, позволяют расширить характер и содержание экспериментальной деятельности учащихся, а именно организовать: самостоятельное изучение физического явления и закона в различных проявлениях, в реальных и идеализированных условиях, изучение условий и механизмов протекания физического явления, а также самостоятельное исследование зависимости физической величины от различных параметров, в широком диапазоне исходных данных, в реальных и идеализированных условиях, что особо важно в условиях ФГОСа.