Компьютер - средство обучения

    Это деление довольно условно. Большинство  программных средств  объединяет в себе эти технологии. Среди  них можно назвать  такие как "Открытая физика", "Физика в картинках" (компания Физикон), "1С: Репетитор. Физика" (фирма 1С), "Курс физики для школьников и абитуриентов" (фирма МедиаХауз), "Физика в текстах, решениях и демонстрациях для школьников и абитуриентов" (Росучприбор) и многие другие. На уроке может быть организован как отдельный этап с использованием компьютерных средств, так и возможно проведение полностью компьютеризированного урока, правда, существуют нормы времени работы за компьютером, по которым это делать не рекомендуется.

    При обучении физике в  средней школе, преподаватель  обычно сталкивается со следующими трудностями:

• учащиеся не могут представить некоторых явлений, таких как явления микромира и мира с астрономическими размерами;
• при изучении некоторого материала изучение его затрудняется незнанием учащимися математического аппарата, с помощью которого материал может быть изучен на высоком теоретическом уровне (например, незнание основ дифференциального и интегрального исчислений при изучении механики);
• для изучения явления в школе не может использоваться какое-либо оборудование по причине его дороговизны, громоздкости или небезопасности (например, явления ядерной и квантовой физики);
• явление вообще нельзя наблюдать (например, демонстрация CPT-симметрии).

    Обычно  подобные вещи изучаются либо на низком научном уровне, либо объясняются на "на пальцах", либо вообще не изучаются, что ,безусловно, сказывается на уровне подготовки учеников.

    Численное моделирование - сравнительно новый научный метод, получивший развитие благодаря появлению ЭВМ. Суть метода заключается в следующем: на основе известных законов уже изученных явлений создается математическая модель - абстрактный объект, подчиняющийся тем же законам. Математическая модель, описанная на языке ЭВМ, получает возможность "ожить". Изменяя некоторые входные параметры, экспериментатор может проследить за изменениями, происходящими с моделью. Изменяя время, можно пронаблюдать явление в динамике, причем масштаб времени модели может быть значительно меньше реального, что позволяет в течение нескольких минут пронаблюдать явление, на наблюдение которого в реальности пришлось бы затратить годы. Основное преимущество метода заключается в том, что он позволяет не только пронаблюдать, но и предсказать результат эксперимента при каких-то особых условиях. Благодаря этой возможности описанный метод нашел применение в биологии, химии, социологии, экологии, физике, экономике и многих других сферах знания.

    Метод численного моделирования имеет следующие преимущества перед другими традиционными методами:

• дает возможность смоделировать эффекты, изучение которых в реальных условиях невозможно, либо очень затруднительно по технологическим причинам, позволяет моделировать и изучать явления, предсказываемые любыми теориями;
• является экологически чистым и не представляет опасности для природы и человека;
• обеспечивает наглядность;
• доступен в использовании.

    Как было уже отмечено, кроме демонстраций, возможно применение компьютерного моделирования для проведения лабораторных работ, экспериментальная установка в которых представлена компьютерной моделью явления. Осуществление такого рода работ может быть продиктовано сложностью, дороговизной или небезопасностью оборудования и самого эксперимента. Таковы многие эффекты квантовой физики и физики ядра. Нередко проблемы, связанные с оборудованием, с которыми сталкивается преподаватель при проведении рядового лабораторного практикума, могут быть решены заменой его компьютерной лабораторной работой, хотя это, безусловно, имеет свои минусы.

    Еще одна специфическая  роль моделирования  на компьютере может  быть реализована  в классах с  углубленным изучением  предмета, так как  требует немалого времени, - это решение задач, близких к реальным условиям, но которые не могут быть решены с достаточной точностью аналитически. По сути- это задачи на решение численными методами. Подобного рода задачи собраны в задачнике "Задачи по физике для компьютера." Э.В. Бурсиана.

    Такие занятия могут  проводиться как  практикум, в ходе которого ученики  должны составить  математическую модель изучаемого явления, реализовать ее на компьютере, а затем  выполнить с такой  моделью ряд экспериментов. При этом активизируются знания теоретического материала, ученик активно вовлекается в творческую деятельность, что существенно увеличивает результативность учебного процесса.

    Практикум организуется как  совокупность занятий  по изучению основ  физических теорий, математических методов, выполнить и в ходе теоретических занятий должны уяснить, как модели практикума могут быть реализованы, какие эффекты существенны в данном явлении, какие- не очень, и ими можно будет пренебречь, для каждой модели необходимо записать соответствующие законы физики.

    Все это способствует закреплению у учеников знаний законов и более глубокому их пониманию, совершенствует навыки работы с математическим аппаратом. "Обратный эксперимент" способствует также развитию у учащихся теоретического мышления.

    Помимо  этого могут быть достигнуты и побочные, не имеющие к физике прямого отношения цели,- практикум по физическому моделированию не возможен без изучения методов вычислительной математики, и, конечно, основ программирования ЭВМ.

    В методическом плане  практикум по компьютерному  моделированию преследует следующие цели:

• изучение физических законов;
• изучение математических методов физики;
• развитие теоретического мышления у учащихся;
• развитие представлений о макро- и микромирах и явлениях в них;
• воспитания у учащихся чувства рационального.

    Такие практикумы имеют  тесные межпредметные  связи с курсами  алгебры и начал  математического  анализа и основ  информатики и  вычислительной техники.

    §2. Компьютерные средства активизации работы учащихся на уроках математики

    Известно, что учитель в  процессе своей работы должен не только передавать учащимся определенный объем информации, но и стремиться сформировать у своих подопечных потребность самостоятельно добывать знания, применяя различные средства, в том числе компьютерные. Чем лучше организована самостоятельная познавательная активность учащихся, тем эффективнее и качественнее проходит обучение. Компьютер позволяет повысить самостоятельность работы учащихся, которая необходима для перевода знаний извне во внутреннее достояние школьника, учитель может варьировать формы контроля над усвоением учебного материала. Это можно проиллюстрировать использованием компьютера при изучении темы "Применение определенного интеграла к вычислению площадей" на уроках математики. Подходящим программным средством в качестве компьютерной поддержки темы может использоваться электронные таблицы EXCEL. Разработка в ней задачи интегрирования позволяет, во-первых, освоить многие операции, изучаемые в программном средстве по предмету информационных технологий, и, во-вторых, закрепить материал по интегрированию в приложении к вычислению площадей. Тем самым значительно сокращаются затраты учебного времени по общим предметам. Программная разработка в EXCEL состоит из набора изучаемых функций; степенных, показательных, тригонометрических, для которых предлагается ввести соответствующие числовые коэффициенты и пределы интегрирования. В соседний столбец для каждой функции выведены формулы для вычисления первообразных с указанными коэффициентами и пределами интегрирования. После выбора функций значения интегралов и соответствующих им площадей рассматриваются автоматически. На графики выводятся подынтегральная функция и первообразная. Таким образом, имеется возможность графически и численно проанализировать характер функций и влияние на значение площади, то есть выполнить компьютерное моделирование. Поскольку первообразные находятся учащимися "ручным" способом и в электронную таблицу вводятся предварительно выведенные формулы, то работа с компьютером не сводится к механическим операциям и предполагает углубленное знакомство со свойствами функций и приобретения навыков их интегрирования. При этом представляется возможным дифференцировать темпы работы, обеспечить ее вариативность. Освоение программной среды становится более заинтересованным и эффективным.

    Кроме описанной технологии применения популярного  программного обеспечения, на уроках математики возможно применение специализированных программ, таких как  "Живая Геометрия", "Курс математики 98" фирмы Компьюлинк, "Живая математика" фирмы Физикон, "Репетитор по математике" фирмы Кирилл и Мефодий. Применение таких программных продуктов позволяет визуализировать и сделать более наглядными многие математические понятия и абстракции, позволяют развивать пространственное воображение, организовывать контроль знаний. При применении их наряду с традиционными формами работы на уроке позволяют получать хорошие педагогические результаты .

    §3. Тестирование с помощью компьютера на уроках русского языка

    Чтобы научиться хорошо плавать необходимо плавать, чтобы научиться хорошо и правильно писать, - надо писать, читать и работать со своими и чужими текстами. Поэтому идея создания полностью компьютеризированного курса русского языка представляется абсурдной, но оказать большую помощь в его изучении учителю и ученику компьютерные технологии все же могут. Основное направление на этом пути - создание справочно-тестирующих программ-тренажеров. В качестве примера можно назвать компьютерную обучающую систему "Грамотей" екатеринбургской фирмы "ЭРИКОС". Сегодня "Грамотей" известен многим владельцам домашних компьютеров и по отзывам родителей, купивших программу, большинство детей, регулярно занимавшихся на этом тренажере, стали писать грамотнее. В разработке принимали участие несколько групп учителей - преподавателей русского языка. Дидактическую модель, лежащую в ее основе, можно сформулировать следующим образом: сочетание периодического тестирования, выявляющего проблемы письма, и интенсивного тренажа, их устраняющего. После глубокого анализа из программы была выброшена вся красочная анимация: движение объектов замедляло учебный процесс, отвлекало ребенка от работы и отрицательно сказывалось на конечном результате. Выбор между игровой занимательностью и эффективностью обучения однозначно был сделан в пользу последнего. Однако цель этим еще не была достигнута. Разработчики программы поставили перед собой задачу - помочь каждому ребенку повысить грамотность своего письма. Путь "Грамотея" в школу оказался значительно более трудным нежели на домашние компьютеры. Несмотря на то, что разработчики все последние годы основное внимание уделяли именно совершенствованию школьной версии программы "Грамотей-КЛАСС", в школах и ВУЗах система эффективно заработала лишь в самое последнее время. Причины относительных неудач заключались, прежде всего, в следующем.

1. Нехватка компьютерного времени. Известно, что львиная доля его доля отдается урокам информатики. Другим же предметам, если что-то и перепадает, то эпизодически, от случая к случаю (разумеется, есть и исключения, особенно в Москве, но в провинциальных школах чаще всего это именно так).
2. Занятия по развитию навыков, как правило, требуют регулярности и постоянства. Поэтому в условиях, когда ребенку доводится посидеть за компьютером полчаса в месяц, выработать устойчивый навык грамотного письма путем чисто компьютерного обучения просто невозможно.
3. У школы сегодня нет средств, а у учителей - мотиваций для дополнительных занятий.

    Школы покупали или "копировали" друг у друга "Грамотея", но, в отличие от домашнего обучения, в школе система не работала. То есть грамотность у ребят не росла (и действительно, с чего бы ей улучшаться, если программа есть, но дети на ней не занимаются). Постепенно, путем проведения различных экспериментов (в течение трех лет разработчики занимались с детьми близлежащих школ, отрабатывая различные технологические решения), выход из тупика все же был найден. Суть новой технологии заключалась в том, что большая, самая продолжительная по времени, часть занятий выносилась за пределы компьютерного класса. Без компьютера стал проводиться тренаж: по итогам компьютерного тестирования каждому ученику "Грамотей" стал формировать и печатать индивидуальные учебные комплекты. Однако печать на компьютере Орфо-портретов и Орфо-тренажеров (так были названы индивидуальные учебные модули), а также типографское издание специальных Грамотей-учебников, содержащих описание техники выполнения тренажа на основе Орфо-тренажеров, потребовали дополнительных, хотя и небольших, расходов. Появились положительные сдвиги в уровне грамотности, работа с "Грамотеем" нравилась детям и подавляющему большинству родителей. Результаты были достаточно высоко оценены специалистами. Так, педсовет екатеринбургской школы N 75 даже дал официальное заключение о положительных изменениях в грамотности учащихся, занимавшихся по такой технологии, а в 1997 году система была успешно сертифицирована Министерством образования РФ.

    Разработчиков программы результаты нового подхода почти  удовлетворяли. Почти, потому, что практически  у всех, кто оплачивал  обучение и регулярно занимался, грамотность повысилась. И ресурсов школьного компьютерного класса теперь стало хватать на всех (опыт показал, что пятьсот и более учащихся 5-11 классов могут регулярно обучаться по технологии "Грамотей-КЛАСС" на стандартных 10-12 школьных компьютерах). Технология "Грамотей-КЛАСС" демократична. Она позволяет реально обучать при минимальных затратах всех учащихся каждой школы, имеющей хотя бы несколько IBM-совместимых компьютеров. Деньги же нужны лишь на то, чтобы каждый ученик один раз за весь период обучения получил учебник с описанием техники тренажных упражнений и набором специальных "шпаргалок", стоимостью, при больших тиражах, не более 15-20 рублей.