Сугакевич А.Г. Применение пакета разноуровневых компьютерных заданий

В настоящее время электронные средства обучения широко применяются на занятиях по физике и во внеурочное время. В ходе анкетирования учителей физики, проведённого в 2006/07 учебном году в Могилёвской, Витебской и Брестской областях, а также в г. Минске, нами выявлено, что опыт применения электронных средств обучения имеют 72,5 % респондентов. В то же время лишь 10% респондентов указали, что имеют опыт применения электронных средств при обучении методам решения физических задач.

Обусловлено это в первую очередь тем, что большинство существующих электронных средств обучения либо вовсе не содержат структурных элементов, предназначенных для организации учебной деятельности, связанной с решением физических задач, либо предлагают учащимся некоторое количество задач для самостоятельного решения, а в качестве примера позволяют ознакомиться с готовыми решениями подобных задач. В этом случае электронные средства обучения контролируют только правильность полученного результата. В редких случаях электронные средства обучения содержат полноценные блоки, предназначенные для организации познавательной деятельности учащихся по освоению методов решения физических задач, однако трудности, связанные с применением такого программного обеспечения, оказываются сопоставимыми с трудностями, вызванными решением самих задач. В то же время сопоставление структуры учебной деятельности по решению физических задач с возможностями компьютерных технологий показывает, что возможно эффективное применение специализированных электронных средств обучения, предназначенных для организации данного вида учебной деятельности.

Изучению структуры учебной деятельности по решению физических задач посвящены работы А. В. Усовой, Н. Н. Тулькибаевой [1], В. А. Бондаря, Д. И. Кульбицкого, А. А. Луцевича, В. А. Яковенко [2], В. Н. Наумчика [3], В. М. Кротова [4; 5] и ряда других исследователей.

По мнению А. В. Усовой и Н. Н. Тулькибаевой, обобщённая структура учебной деятельности по решению физических задач может быть представлена в виде последовательности четырёх этапов: ознакомления с условием задачи, составления плана решения, осуществления намеченного плана решения и проверки полученного результата. В каждом из этих этапов, как правило, можно выделить такие операции, как исполнение, ориентировка, планирование и контроль.

Анализ научно-педагогической и методической литературы по данному вопросу позволяет предложить развёрнутую структуру учебной деятельности по решению физических задач.

Развёрнутая структура учебной деятельности по решению задач по физике

Приведённая таблица отражает структуру учебной деятельности по решению физических задач различного уровня сложности.

Рассмотрим, как реализуется данная структура в программе "Изопроцессы. Газовые законы", входящей в структурированный пакет разноуровневых компьютерных заданий, предназначенных для обучения решению задач по физике.

Данный пакет компьютерных заданий представляет собой приложение Microsoft Access 2003. При запуске приложения открывается главное окно программы, позволяющее перейти к решению задач арифметическим или алгебраическим способом (группа кнопок "Решение задач") либо к их редактированию.

Окно выбора задач (рис. 1) содержит поля задач, отсортированные по темам и уровню сложности, а также поля "Имя" и "Группа".

Этап ознакомления с условием задачи

На этом этапе учащийся может ознакомиться с условием задачи, уточнить содержание некоторых терминов, выделить описанные физические явления и объекты исследования, выполнить краткую запись условия и требований задачи, выразить значение физических величин в единицах СИ, а также ознакомиться с рисунком, графиком, схемой или анимационным роликом, поясняющим данную задачу.

Окно решения задачи (рис. 2) содержит информацию об уровне сложности задачи, поля сообщений, линейку текст условия, кнопок, а также поле иллюстраций.

Задачи проиллюстрированы анимационными роликами, отражающими физическую сущность рассматриваемых процессов и явлений (рис. 3).

{mospagebreak} 

Нажатие кнопки "Объекты" позволяет выделить объекты задачи, а также указать их параметры, существенные для решения данной задачи.

Каждое действие учащегося сопровождается комментариями, подтверждающими верность его действий или указывающими на характер ошибки.

Кнопка "Краткое условие" основного окна решения задачи позволяет открыть окна краткого условия и требований задачи (рис. 4). При заполнении полей краткого условия и требований задачи следует учитывать, что программа различает заглавные и малые буквы латинского алфавита. Так, например, масса объекта должна быть обозначена буквой "т", а молярная масса вещества — буквой "М", абсолютная температура — буквой "Т", а температура, выраженная в градусах Цельсия, — буквой "t".

На этом этапе учащийся может также выразить значения известных физических величин в единицах СИ.

Завершение ввода краткого условия и требований задачи позволяет учащемуся вернуться к основному окну решения. Краткая запись условия задачи при этом сохраняется в левом верхнем углу основного окна решения задачи (рис. 5).

Этап составления плана решения задачи

Кнопка "Тематика" основного окна решения задачи позволяет указать перечень соответствующих тем раздела "Основы термодинамики" и таким образом выделить систему физических знаний, необходимых для решения данной задачи, либо обратиться к помощи "электронного консультанта". В этом случае тематика задачи может быть определена по ключевым словам, содержащимся в её условии. Страницы "электронного консультанта" содержат также теоретический материал, соответствующий тематике задачи и возможный алгоритм её решения.

Верный выбор тематики задачи позволяет перейти непосредственно к реализации плана её решения.

{mospagebreak} 

При арифметическом способе решения ввод начальной и конечной формул упрощается за счёт выбора шаблона формул.

Выбор шаблона формулы позволяет ввести её с клавиатуры (рис. 8).

При алгебраическом способе решения анализ физического процесса или состояния объекта задачи позволяет перейти к выбору основных и дополнительных формул, а также конечной формулы (рис. 9). Окна выбора основных и дополнительных формул, а также конечной формулы имеют одинаковую структуру. Выбранные формулы отображаются в основном окне решения задачи (рис. 12).

Кнопки "SI" и "Табл.", находящиеся в левом нижнем углу окна решения, позволяют выразить значения физических величин в единицах СИ, если это не было сделано ранее, а также указать необходимые для решения задачи табличные величины и ввести их значения (рис. 10).

Ввод или выбор конечной формулы позволяет перейти к расчёту искомой величины (рис. 11, 12).

При арифметическом способе решения ввод верного значения искомой величины делает доступным кнопку перехода к следующему шагу решения.

Этап проверки полученного результата осуществляется под руководством учителя.

Завершается решение задачи выводом на экран автоматически генерируемого и сохраняемого программой протокола решения (кнопка "Отчет"). Такой протокол (рис. 13) содержит подробную информацию о ходе решения задачи и может быть использован учителем для анализа решения и выбора новых заданий.

Применяя данное электронное средство обучения, преподаватель имеет возможность задать сценарий работы, выбрав тот или иной набор компьютерных заданий, предназначенных для обучения решению задач по физике.

Кроме того, специальный редактор (рис. 14) позволяет преподавателю дополнить базу данных новыми заданиями, а также отредактировать уже созданные, адаптируя их к уровню подготовки учащихся.

Для успешной организации познавательной деятельности учащихся по освоению методов решения физических задач с применением специализированных электронных средств обучения учащиеся должны быть готовы к такому виду деятельности. Это означает, что ученики должны обладать:

■ достаточным уровнем знаний по физике;

■ достаточным уровнем компьютерной грамотности.

Уровень знаний по физике определяется по результатам контрольных, самостоятельных работ и устных ответов учащихся. Уровень компьютерной грамотности школьников в последнее время существенно вырос, таким образом, данный фактор перестаёт оказывать существенное влияние на результаты учебного процесса.

Применению структурированного пакета разноуровневых компьютерных заданий, предназначенных для обучения решению задач по физике, предшествует проведение одного дополнительного занятия, посвящённо-го методам решения задач, ознакомлению учащихся с интерфейсом данного электронного средства обучения и, если возможно, включающее фронтальное выполнение одного из компьютерных заданий пакета.

В случае использования описанного электронного средства обучения на уроках решения задач выделяется группа учеников, испытывающих наибольшее затруднение при решении задач. Им предлагается решить задачи второго, а затем третьего уровня сложности по изучаемой теме. Анализ протокола решения задач позволяет корректировать подготовку учащихся и подбирать новые задания. Тем, кто обладает более высоким уровнем подготовки, предлагаются задачи третьего и четвёртого уровней сложности по изучаемой теме.

Таким образом, применение данного электронного средства обучения позволяет учащемуся продвинуться от уровня неосознанного воспроизведения, когда он решает задачи по образцу, до уровня применения знаний в знакомой ситуации, в основе которого лежит алгоритмизированная деятельность. В этом случае ученик уже может применять теоретические знания для решения многошаговых комбинированных задач со стандартным условием.

Решение заданий четвёртого и пятого уровней сложности осуществляется учащимися под руководством учителя. Использование описанного пакета компьютерных заданий позволяет учителю, не увеличивая времени, отводимого на решение физических задач, значительно индивидуализировать и дифференцировать процесс обучения.

Список использованной литературы

1. Усова, А. В. Практикум по решению физических задач: учеб. пособие для студентов физ.-мат. фак. / А. В. Усова, Н. Н. Тулькибаева. — М. : Просвещение, 1992. — 208 с.

2. Физика. Теория и технология решения задач: учеб. пособие / В. А. Бондарь [и др.]; под общ. ред. В. А. Яковенко. — Минск : ТетраСистемс, 2003. — 560 с.

3. Наумчик, В. Н. Физика: консультации; алгоритмы решения задач; ответы / В. Н. Наумчик. — Минск : Соврем, слово, 2004. — 272 с.

4. Кротов, В. М. К вопросу о сложности (трудности) физических задач / В. М. Кротов // Фізіка: праблемы выкладання. — 1999. — № 3. — С. 69—74.

5. Кротов, В. М. Многоуровневые задачи по физике / В. М. Кротов // Фізіка: праблемы выкладання. — 1997. — № 2. — С. 88—90.