Курсовая с практикой на тему Виртуальный эксперимент в преподавание физики

Содержание:

Введение. 3

Глава 1.
Анализ состояния школьного физического эксперимента на современном этапе. 7

1.1
Характеристика особенностей обучающихся подросткового возраста. 7

1.2.
Психолого-педагогические основы использования виртуального физического
эксперимента в основной и старшей школе. 15

Глава 2.
Реализация виртуального эксперимента в преподавании физики. 26

2.1. Роль
виртуального эксперимента в преподавании физики. 26

2.2. Структура
и содержание виртуального эксперимента в преподавании физики  39

Заключение. 52

Список использованной литературы   53

Введение:

Целью образовательных стандартов
является воспитание выпускника школы, обладающего критическим мышлением,
активным и целеустремленным пониманием мира, осознающего ценность образования и
науки, владеющего базовыми знаниями научных методов познания окружающего мира,
стимулирующего творчество и инновации, готового к сотрудничеству и способного
осуществлять образовательные исследования, проекты и
информационно-познавательную деятельность. С одной стороны, стремительный рост объема
информации в современном мире и ограниченные возможности человека усваивать
информацию в течение всей жизни, с другой стороны, требуется организация
систематических образовательных мероприятий в средних школах, направленных на
углубленный анализ информации. "Обеспечить способ культурного мышления —
это то, что необходимо сделать сегодня в мире неограниченного потока
информации" [2]. Необходимо сформировать у студента критическое мышление и
независимость, чтобы он мог ориентироваться под сильным влиянием средств
массовой информации. Метод систематической деятельности в
образовании требует переориентации методов обучения на самостоятельную
исследовательскую работу и развития творческих качеств студентов. Федеральный
государственный стандарт среднего общего образования 2012 года определяет
важнейшую роль студенческих экспериментов и исследовательской деятельности в
формировании образовательных результатов. На базовом уровне преподавания физики
ожидается, что студенты овладеют основными методами научного познания,
используемыми в физике: наблюдение, описание, измерение, эксперимент; обработка
результатов измерений, выявление взаимосвязи между физическими величинами, а
также способность интерпретировать результаты и делать выводы. На продвинутом
уровне изучения физики планируется развить навыки исследования различных
физических явлений и свойств объектов, а также овладеть методами
самостоятельного планирования и проведения физических экспериментов. В настоящее время демонстрации и лабораторные
физические эксперименты, используемые в средних школах, часто не решают
проблемы развития мышления, памяти, независимости и творческих способностей
учащихся. При условии, что время на изучение физики сокращается, у учителей не
хватает времени на организацию и проведение различных занятий. Это привело к
снижению доли экспериментальных исследований на уроках физики, и эффективность
школьных физических экспериментов фактически снизилась.

Весь технический и психолого-педагогический
комплекс школьных экспериментов, в состав которого входит В.Ю.Синенко, был
введен в систему преподавания в этом году [1]. За последние десять лет система
школьных физических экспериментов подверглась влиянию информатизации
образования. Это область педагогической науки (И.В.). Цель состоит в том, чтобы
решить широкий спектр задач, включая методологические обоснования и разработку
инновационных моделей и моделей развития существующих технологий обучения
(включая формы, методы и средства обучения), а также эффективное и безопасное
использование информационно-коммуникационных технологий в образовании на всех
уровнях; разработать инструменты и системы для автоматизации образовательных
исследований, демонстраций, лабораторных экспериментов — реальных и виртуальных
и т.д. Под ИКТ понимаются современные средства обработки и передачи информации,
включая соответствующее оборудование, программное обеспечение, модели, методы и
правила их применения. В преподавании физики необходимо
продемонстрировать студентам основные направления использования компьютерного
моделирования в экспериментальном исследовании природных явлений. Необходимость
вовлечения студентов в экспериментальную деятельность, отражающую характер
современной экспериментальной деятельности в области физических наук, привела к
разработке и внедрению цифровых лабораторий и виртуальных экспериментов в
практику преподавания. Виртуальные физические эксперименты являются
относительно новым направлением в образовании, поскольку физические модели
реализуются с помощью компьютерных технологий. В широком смысле,
образовательные компьютерные эксперименты можно рассматривать как метод
использования компьютеров для решения физических задач в школах. В
научно-методической литературе приводятся достаточно сложные физические задачи,
решаемые на компьютерах, и эти задачи приемлемы в школах, которые проводят
углубленные исследования по физике [6]. Это требует разработки различных
вариантов использования компьютерного моделирования с учетом способностей
учащихся и времени, необходимого для решения задачи.

Обычно образовательная деятельность
включает в себя только процесс решения проблемы, а не обнаружение проблемы или
определение границ проблемы. Однако в нашем быстро меняющемся мире последние
два аспекта гораздо важнее первого. Необходимо разработать интерактивные
компьютерные модели для выявления противоречий между существующими знаниями
учащихся и новыми фактами. Эти модели являются носителями концептуальных
физических знаний (знаний о свойствах и взаимосвязях природных объектов) и
должны использоваться студентами в качестве основания для построения новых
теорий. Такого рода компьютерная модель для образовательных и исследовательских
целей в сочетании с другими методами школьного физического эксперимента должна
обеспечивать высокое качество исследовательской деятельности учащихся в
соответствии с содержанием и логикой научных исследований.

Проблема исследования состоит в
поиске путей повышения мотивации, учащихся к физике, развития их мышления и
приобретения ими опыта экспериментально-исследовательской деятельности с
использованием современных средств школьного физического эксперимента.

Объект исследования – процесс
обучения физике школьников.

Цель исследования – выявить
дидактические условия интеграции виртуального и натурного учебного физического
эксперимента, разработать методические материалы по совместному использованию
виртуального и натурного физического эксперимента для организации учебных
исследований школьниками старших классов.

Гипотеза заключается в том, что
результативность обучения физике повысится на основе интеграции виртуального и
натурного эксперимента, если:

организации активной
учебно-познавательной деятельности – поисковой, исследовательской;

в качестве учебного виртуального
эксперимента применять имитационный и вычислительный эксперименты,
различающиеся специфичными функциями;

эксперимента считать требования:
интерактивности; адаптивности; наличие прямых измерений, адекватных натурному
эксперименту; оснащенность модели методическими рекомендациями и заданиями для
диагностики знаний и умений учащихся; наличие родственных моделей с
дополнительными усложняющими факторами, постепенно приближающих эти модели к
реальному явлению;

кратковременности эксперимента;

выявить и использовать приёмы
сочетания виртуального и натурного учебного физического эксперимента.

Исходя из сформулированной гипотезы,
для достижения цели исследования были поставлены следующие задачи.

Задачи исследования:

провести анализ научной,
психолого-педагогической, методической;

обосновать необходимость и целесообразность в
обучении физике приёмов сочетания виртуального и натурного эксперимента.

Заключение:

При изучении физических явлений
(процессов) они стремятся к тому, чтобы на основе результатов модельных
экспериментов можно было судить о явлениях, происходящих в естественных
условиях. Физические эксперименты на уроке физики
формируют у учащихся ранее накопленные представления о физических явлениях и
процессах, дополняют и расширяют кругозор учащихся. В ходе экспериментов,
самостоятельно проводимых студентами в лабораторных работах, они изучают законы
физических явлений, знакомятся с их методами исследования, учатся пользоваться
физическим оборудованием и приборами. Другими словами, они учатся
самостоятельно приобретать знания на практике. Однако для проведения
комплексных физических экспериментов, включая демонстрации и положительные
эксперименты, необходимо иметь достаточное количество соответствующего
оборудования. В настоящее время в школьной физической лаборатории очень мало
физических приборов и учебных пособий, которые используются для демонстраций и
очных лабораторных работ. Только несколько школ связаны с университетами или
техническими центрами и имеют соответствующие лаборатории. Виртуальная модель
эксперимента восполняет нехватку лабораторного оборудования в школе. Определены
преимущества и недостатки каждого вида эксперимента. Реальные и комбинированные
эксперименты из-за значительных ошибок измерений и большого количества времени
на подготовку и проведение часто не могут быть использованы в качестве
источника знаний о законах физики, поскольку выявленные закономерности являются
лишь приблизительными, и обычно правильно рассчитанная погрешность превышает
само измеренное значение. Конечно,
компьютерные лаборатории не могут заменить настоящие физические лаборатории.
Однако выполнение компьютерной лабораторной работы требует определенных
навыков, которые также характерны для реальных экспериментов — выбор начальных
условий, настройка параметров эксперимента и т.д.

Фрагмент текста работы:

Глава 1. Анализ состояния школьного физического эксперимента
на современном этапе

1.1 Характеристика особенностей обучающихся подросткового
возраста

Подростковый
возраст у детей – трудный период не только для родителей, но и для них самих.
Психология подростка построена на необходимости признания его взрослым
человеком, но все дело в том, что к взрослой жизни он еще пока не готов. Однако
и ребенком его уже не назвать. Подростковый возраст зависит от страны
проживания, пола и культурно-национальных особенностей.

Дети в возрасте от 10 до
15 лет считаются подростками. Говоря об этом возрастном периоде, можно описать
его такими терминами как:

1. Переломный.

2. Переходный.

3. Критический.

4. «Трудный».

Подростковый возраст
является также трудным и не только для самого ребенка, но также и для его
родителей, педагогов.

В подростковый период происходит
обновление, так называемая перестройка организма ребенка. Этот процесс связан с
увеличением скорости физического и полового развития. Характерная особенность
указанного периода заключает в том, что у ребенка происходит внешнее
взросление, в то врем как внутри ему необходима та же забота и внимание как
обычному ребенку [20].

Кроме того, в период
подросткового возраста протекает процесс активного развития самосознания, а
также чувства собственного достоинства, и, что немаловажно, внимание пола. Этот
период характеризуется также и тем, что подросток теперь переоценивает свое
«детское» мнение на новое. Часто характер такого нового мнения прямолинейный,
бескомпромиссный, а парой и категоричный [8].

Часто подростки резко
реагируют на различные рода ситуации, которые, по сути, не имеют критического
характера. Например, потеря авторитета родителей либо оценка собственного
достоинства могут привести к негативным последствиям, включающим в себя
проявление грубости, изоляции, агрессии и т.д.