статья
статья по физике по теме

ОРГАНИЗАЦИЯ УЧЕБНЫХ ЗАНЯТИЙ ПО ФИЗИКЕ С ЭЛЕМЕНТАМИ СИСТЕМНО-ДЕЯТЕЛЬНОСТНОГО ПОДХОДА

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЦИФРОВОЙ ЛАБОРАТОРИИ «vernier» НА УРОКАХ И ВО ВНЕУРОЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Физику называют экспериментальной наукой. Многие законы физики открыты благодаря наблюдениям за явлениями природы или специально поставленным опытам. Опыт либо подтверждает, либо опровергает физические теории. И чем раньше человек приучается проводить физические эксперименты, тем раньше он может надеяться стать искусным физиком экспериментатором.

Преподавание физики, в силу особенности самого предмета, представляет собой благоприятную среду для применения системно-деятельностного подхода, так как курс физики средней школы включает в себя разделы изучение и понимание которых требует развитого образного мышления, умения анализировать и сравнивать.

Особенно эффективными методами работы являются элементы современных образовательных технологий, такие как экспериментальная и проектная деятельность, проблемное обучение, использование новых информационных технологий. Данные технологии позволяют приспособить учебный процесс к индивидуальным особенностям обучающихся, содержанию обучения различной сложности, создают предпосылки для того, чтобы ребенок участвовал в регуляции собственной учебной деятельности.

Повысить уровень мотивации школьника можно только, вовлекая его в процесс научного познания в сфере учебной физики. Одним из важных способов повышения мотивации обучающегося является экспериментальная работа. Ведь умение экспериментировать – это самое важное умение. Это вершина физического образования.

Физический эксперимент позволяет связать в единое целое практические и теоретические проблемы курса. При прослушивании учебного материала школьники начинают уставать, и их интерес к рассказу снижается. Физический эксперимент, особенно самостоятельный, хорошо снимает тормозное состояние головного мозга у ребят. В ходе эксперимента обучающиеся принимают в работе активное участие. Это способствует развитию у школьников умений наблюдать, сравнивать, обобщать, анализировать и делать выводы.

Ученический физический эксперимент - это метод общеобразовательной и политехнической подготовки школьников. Он должен быть краток по времени, легок в постановке и нацелен на усвоение и отработку конкретного учебного материала.

Эксперимент позволяет организовать самостоятельную деятельность учащихся, а также развивать практические умения и навыки. В моей методической копилке содержится 43 фронтальных экспериментальных задания только для седьмого класса, не считая программных лабораторных работ.

В течение одного урока абсолютное большинство обучающихся успевают выполнить и оформить только одно экспериментальное задание. Поэтому мною были подобраны небольшие экспериментальные задания, которые по времени занимают не более 5 – 10 минут.

Опыт показывает, что проведение фронтальных лабораторных работ, решение экспериментальных задач, выполнение кратковременного физического эксперимента в несколько раз эффективнее, чем ответы на вопросы или работа над упражнениями учебника.

Но, к сожалению, многие явления в условиях школьного физического кабинета не могут быть продемонстрированы. К примеру, это явления микромира, либо быстро протекающие процессы, либо опыты с приборами, отсутствующими в лаборатории. В результате обучающиеся испытывают трудности в их изучении, так как не в состоянии мысленно их представить. В этом случае на помощь приходит компьютер, который может не только создать модель таких явлений, но также позволяет

Современный образовательный процесс немыслим без поиска новых, более эффективных технологий, призванных содействовать формированию навыков саморазвития и самообразования. Этим требованиям в полной мере отвечает проектная деятельность. В проектной работе целью обучения становится развитие у обучающихся самостоятельной активности, направленной на освоение нового опыта. Именно вовлечение детей в исследовательский процесс активизирует их познавательную деятельность.

Качественное рассмотрение явлений и законов – важная черта изучения физики. Ни для кого не секрет, что не все способны математически мыслить. Когда новое физическое понятие предъявляется ребенку сначала как результат математических преобразований, а потом происходит поиск ее физического смысла, у многих детей возникает и элементарное непонимание, и причудливое «мировоззрение», будто в действительности существуют именно формулы, а явления нужны лишь для их иллюстрации.

Изучение физики с помощью эксперимента дает возможность познавать мир физических явлений, наблюдать явления, получать экспериментальные данные для анализа наблюдаемого, устанавливать связь данного явления с ранее изученным явлением, вводить физические величины, измерять их.

Новой задачей школа стало формирование у школьников системы универсальных действий, а также опыта экспериментальной, исследовательской, организаторской самостоятельной деятельности и личной ответственности обучающихся, принятие целей обучения как личностно значимых, т. е. компетенций, которые определяют новое содержание образования.

Целью статьи является исследование возможности применения цифровой лаборатории Vernier для развития исследовательских навыков у школьников.

Исследовательская деятельность включает в себя несколько этапов, начиная от постановки цели и задач исследования, выдвижения гипотезы, заканчивая, проведением эксперимента и его презентацией.

Исследование может быть как кратковременным, так и долгосрочным. Но в любом случае, его проведение мобилизует ряд навыков у учащихся и позволяет формировать и развивать следующие универсальные учебные действия:

• систематизация и обобщение опыта по применению ИКТ в процессе обучения;
• оценка (измерение) влияния отдельных факторов на результат деятельности;
• планирование – определение последовательности промежуточных целей с учетом конечного результата
• контроль в форме сличения способа действия и его результата с заданным эталоном с целью обнаружения отклонений и отличий от эталона;
• соблюдение правил техники безопасности, оптимальное сочетание форм и методов деятельности.
• коммуникативные умения при работе в группе;
• умения представлять аудитории результаты своей деятельности;
• развитие алгоритмического мышления, необходимого для профессиональной деятельности в современном обществе. [1].

Цифровые лаборатории «Vernier» – это оборудование для проведения широкого спектра исследований, демонстраций, лабораторных работ по физике, биологии и химии, проектной и исследовательской деятельности учащихся. В состав лаборатории водит:

• Датчик расстояния Vernier Go! Motion
• Датчик температурыVernier Go! Temp
• Адаптер Vernier Go! Link
• Датчика частоты сердечных сокращений (ручной пульсометр) Vernier Hand-Grip Heart Rate Monitor
• Датчик светаVernier TI/TI Light Probe
• Комплекс учебно-методических материалов
• Интерактивный USB-микроскоп CosView.

С помощью программного обеспечения Logger Lite 1.6.1 можно:

• собирать данные и отображать их в ходе эксперимента
• выбирать различные способы отображения данных – в виде графиков, таблиц, табло измерительных приборов
• обрабатывать и анализировать данные
• импортировать/экспортировать данные текстового формата.
• просматривать видеозаписи предварительно записанных экспериментов.

Лаборатория обладает рядом достоинств: позволяют получать данные, недоступные в традиционных учебных экспериментах, дают возможность производить удобную обработку результатов. Мобильность цифровой лаборатории позволяет проводить исследования за рамками учебного класса. Применение лаборатории позволяет реализовать системно - деятельсностный подход на уроках и занятиях. Эксперименты, проводимые с помощью цифровой лаборатории «Vernier» наглядны и эффективны, что дает возможность более глубокого понимания темя учащимися.

Применяя исследовательский подход к обучению, возможно создать условия для приобретения учащимися навыков научного экспериментирования и анализа. Кроме того, повышается мотивация учения посредством активного участия в процессе урока или занятия. Каждый ученик получает возможность провести собственный эксперимент, получить результат, рассказать о нем другим.

Таким образом, можно сделать вывод, что использование на уроках цифровой лаборатории Vernier позволяет формировать у учащихся навыки исследовательской деятельности, что повышает эффективность обучения и способствует достижению современных образовательных целей.

Перечень компонентов:
• интерфейс для обработки и регистрации данных;
• специальное программное обеспечение на CD-диске для работы с данными на компьютере; 
• специальное программное обеспечение на CD-диске для работы в режиме Wi-Fi всего оборудования лаборатории;
• датчики для проведения экспериментов;
• дополнительные аксессуары для датчиков;

Назначение лаборатории:
• создание условий для более глубокого изучения физики, химии и биологии с применением современных технических средств;
• повышение активности учащихся в познавательной деятельности и повышение интереса к изучаемым дисциплинам;
• развитие творческих и личностных качеств;
• создание условий при ограниченности бюджета одновременной работы всех учащихся над изучаемой темой с использованием современных технических средств;
• исследовательская и научная работа.

Возможности лаборатории:
• работа в одной беспроводной сети всех компонентов предлагаемой лаборатории, интерактивной доски, проектора, документ-камеры, личных планшетов и мобильных устройств учащихся;
• возможность использования в обучении планшетов разных операционных систем;
• проведение более 200 экспериментов по всему курсу основной и средней школы;
• создание и демонстрация собственных экспериментов;
• тестирование учащихся;
• возможность передачи данных для домашнего задания на мобильное устройство учащегося;
• возможность просмотра на интерактивной доске любого планшета учащегося для демонстрации выполненного задания;
• возможность работы отдельно с каждым из компонентов лаборатории;
• возможность сбора данных и проведения экспериментов за пределами учебного класса.
• лабораторное оборудование для опытов с датчиками;
• методические рекомендации с подробным описанием опытов для учителя;
• пластиковые контейнеры для упаковки и хранения лаборатории.

Цифровые лаборатории — это новое поколение школьных естественнонаучных лабораторий. Они предоставляют возможность:

• сократить время, которое затрачивается на подготовку и проведение фронтального или демонстрационного эксперимента;
• повысить наглядность эксперимента и визуализацию его результатов, расширить список экспериментов;
• проводить измерения в полевых условиях;
• модернизировать уже привычные эксперименты.
• С помощью цифровог омикроскопа можно погрузить каждого ученика в таинственный и увлекательный мир, где они узнают много нового и интересного. Ребята, благодаря микроскопу, лучше понимают, что всё живое так хрупко и поэтому нужно относиться очень бережно ко всему, что тебя окружает. Цифровой микроскоп – это мост между реальным обычным миром и микромиром, который загадочен, необычен и поэтому вызывает удивление. А всё удивительное сильно привлекает внимание, воздействует на ум ребёнка, развивает творческий потенциал, любовь к предмету. Цифровой микроскоп позволяет видеть различные объекты при увеличении в 10, 60 и 200 раз. С его помощью можно не только рассмотреть заинтересовавший предмет, но и сделать его цифровое фото. Также можно использовать микроскоп для видеозаписи объектов и создания  коротких фильмов. 
• В комплект цифровой лаборатории входит набор датчиков, с помощью которых провожу несложные наглядные эксперименты и опыты (датчик температуры, датчик содержания CO2, датчик света, датчик расстояния, Датчик частоты сердечных сокращений). Учащиеся выдвигают гипотезы, собирают данные при помощи датчиков, анализируют полученные данные для определения правильности гипотезы. Использование при проведении научных экспериментов в классе компьютера и датчиков обеспечивает точность измерений и позволяет непрерывно контролировать процесс, а также сохранять, отображать, анализировать и воспроизводить данные и строить на их основе графики. Применение датчиков Vernier способствует безопасности при проведении занятий по естественным наукам. Датчики температуры, подключаемые к компьютерам, дают возможность избежать использования учащимися ртутных или других стеклянных термометров, которые могут разбиться. Оборудование использую как на уроках физики, химии, биологии, информатики, так и внеурочной деятельности при работе над проектами. Обучающиеся овладевают способами следующих видов деятельности: познавательной, практической, организационной, оценочной и деятельностью самоконтроля.  При использовании цифровых лабораторий наблюдаются следующие положительные эффекты: повышение интеллектуального потенциалашкольников;увеличивается процент обучающихся, участвующих в различных предметных, творческих конкурсах, проектно-исследовательской деятельности и повышается их результативность.
• Применение электронных образовательных ресурсов должно оказать существенное влияние на изменение деятельности учителя, его профессионально-личностное развитие, инициировать распространение нетрадиционных моделей уроков и форм взаимодействия педагогов и учащихся, основанных на сотрудничестве, а также появлению новых моделей обучения, в основе которых лежит активная самостоятельная деятельность обучающихся.
• Это соответствует основным идеям ФГОС ООО, методологической основой которого является системно-деятельностный подход, согласно которому "развитие личности обучающегося на основе усвоения универсальных учебных действий, познания и освоения мира составляет цель и основной результат образования".
• Использование электронных образовательных ресурсов в процессе обучения предоставляет большие возможности и перспективы для самостоятельной творческой и исследовательской деятельности учащихся.
• Что касается исследовательской работы – ЭОР позволяют не только самостоятельно изучать описания объектов, процессов, явлений, но и работать с ними в интерактивном режиме, решать проблемные ситуации и связывать полученные знания с явлениями из жизни.