Продолжение. См. № 6, 8/06

Электронные издания – на школьный урок

Внедрение новой методики преподавания физики

7. Цифровые учебные коллекции: виды
и перспективы использования в обучении

В октябре 2004 г. взял старт новый государственный образовательный проект ИСО – «Информатизация системы образования» (2005–2010 гг.), – в рамках которого предпринимается «…самая масштабная и системная за прошедшие 20 лет попытка решать вопросы информатизации школы в тесной связи с повышением качества учебного процесса, изменением парадигмы образования, обновлением способов педагогической деятельности» [1]. Ключевые задачи проекта – создание условий для обеспечения активной учебной работы школьников и успешной профессиональной деятельности учителей в условиях ИКТ-насыщенной среды, формирование у них умения пользоваться разнообразными информационными источниками, быстро находить необходимую информацию и эффективно применять её в соответствии с поставленными целями.

К новым средствам и технологиям, позволяющим решать эти задачи, относятся: общедоступные библиотеки цифровых образовательных источников (мультимедийные учебные материалы нового поколения, задающие новый уровень наглядности и доступности предмета учения, обеспечивающие простор для самостоятельной работы учащихся и творчества учителей), а также компьютерные инструменты и среды для поддержки этой деятельности – от стандартных офисных приложений и общедоступных редакторов до специализированных предметных и задачных сред, профессиональных приложений и их учебных адаптаций.

В рамках проекта ИСО предполагается создание общедоступной коллекции (свыше 75 тыс.) цифровых информационных источников по основным учебным предметам и несколько сотен инструментов учебной и профессиональной деятельности. Ресурсы коллекции будут систематизированы по школьным предметам, основным содержательным линиям и дидактическим единицам образовательного стандарта. В итоге уже в ближайшем будущем (3–5 лет) учитель сможет получить к каждому уроку необходимые дидактические материалы, методические рекомендации по их использованию, а также соответствующие инструменты для обработки этого образовательного «контента» в соответствии с поставленными в рамках урока учебно-воспитательными задачами.

Какова ситуация в виртуальном образовательном пространстве на текущий момент? Российский образовательный рынок предлагает учителю широкий спектр обучающих программ (около ста только по физике). «Готовые» программно-педагогические средства обучения (ППС) не всегда соответствуют предпочтениям учителей. Профессиональная деятельность любого учителя – уникальна. По этой причине педагоги, как правило, используют наряду с «готовыми» образовательными ресурсами самостоятельно разработанные цифровые учебные материалы (видео, анимации, простейшие модели, презентации MS PP и др.). По мере накопления материалов такого рода из них обычно формируются персональные тематические коллекции, которые своим составом и содержанием как нельзя лучше обеспечивают сложившийся у учителя стиль преподавания.

Как известно, это обстоятельство уже учитывается при формировании предметной виртуальной среды для средней общеобразовательной школы. Ещё до начала запуска проекта ИСО такой жанр предметных ППС, как электронные библиотеки наглядных пособий, уже появился и начал развиваться в системе отечественного образования. Так, например, вышли в свет и стали популярными электронные издания «Библиотека наглядных пособий “Физика” (7–11-й классы)» (М.: «1С», Дрофа; Пермь: Формоза–Альтаир), «Медиатека по физике» (УМК «Виртуальная школа Кирилла и Мефодия») и др.

Идея разработки предметных электронных библиотек, т.е. формирование каталогов и соответствующих им коллекций виртуальных учебных объектов (ВУО), в совокупности с инструментарием, предназначенным для их редактирования и объединения в обучающие комплексы, действительно чрезвычайно перспективна. Ценность коллекций обусловлена тем, что этот тип электронных средств обучения наиболее демократичен. За счёт заложенной в каждой коллекции возможности создания многообразия дидактических комбинаций ВУО обеспечивается необходимый простор для творческой работы педагога, создаются благоприятные условия для реализации индивидуального профессионального стиля деятельности.

Представляется целесообразным уточнить состав необходимых для учебного процесса предметных коллекций. Не менее важной задачей является построение их достаточно завершённой системы. Решение этих задач возможно на основе анализа структуры виртуальной медиасреды. Основным элементом этой среды является ВУО – любой семантический элемент предмета учения или их система, представленные в виртуальной информационной среде в той или иной форме: текст, рисунок, модель, видеосюжет и пр.

Выделяют элементарные ВУО – базовые «кирпичики», из которых формируются медиакомпоненты виртуальной среды:

– символьные объекты: знаки, символы, тексты, графики, схемы, карты, таблицы, диаграммы, формулы и т.п.;

– образные объекты: фото, рисунки, картины, объекты компьютерной графики;

– аудиообъекты: устные тексты, аудиосюжеты, аудиодиалоги, комментарии к виртуальным объектам, аудиохроника, музыка, пение, звуки природных процессов и животного мира;

– видеообъекты: анимации, динамические демонстрационные модели явлений, видеосюжеты, видеохроника;

– объекты виртуальной реальности: тренажёры, интерактивные модели, конструкторы, имитаторы и т.п.

Посредством сочетания элементарных ВУО формируются так называемые простые виртуальные объекты (текст с иллюстрациями, видео с адудиосопровождением, видеосюжет с анимацией и текстовыми включениями и т.п.). Сочетания элементарных и простых ВУО образуют сложные типы объектов виртуальной учебной среды (информационные источники сложной структуры).

Каждому типу ВУО может соответствовать конкретная предметная коллекция. Предметные коллекции различных уровней сложности могут дифференцироваться по уровням образования, учебным темам, соответствовать как основному, так и профильному обучению. Создание (или подбор) элементарных предметных ВУО (накопление первичного коллекционного материала) – наиболее доступная для практикующего учителя (как по содержанию, так и по временным затратам) учебно-методическая работа. Объекты этого типа, несмотря на свою простоту, обладают значительным дидактическим потенциалом и вполне эффективны как самостоятельные учебные средства. Они могут быть включены в систему дидактического обеспечения самых разнообразных видов учебной деятельности школьников – от простого восприятия материала на основе экранных медиаформ его представления до активной исследовательской работы с интерактивными виртуальными объектами.

Так, например, символьные, образные и видео- объекты можно использовать как средство наглядности при изложении различных вопросов учебной программы. Формируемый ими визуальный ряд весьма впечатляет. Как показывает практика, это способствует лучшему восприятию учебного материала, более глубокому его усвоению и прочности запоминания.

Независимо от типа носителя (обычная учебная книга или электронное пособие) традиционно высоким дидактическим потенциалом обладает текст, который по-прежнему остаётся важнейшим источником знаний по предмету. В новой среде учебные тексты имеют гипертекстовую архитектуру, разнообразны по содержанию и имеют значительную научно-популярную составляющую. Грамотная организация электронного учебного текста – основа для формирования у учащихся обобщённых умений в потреблении и обработке «готового» знания. Инструментарий виртуальной среды позволяет школьникам искать и систематизировать информацию, готовить рефераты, обзоры, презентации, сопровождающие устные сообщения по предмету и пр. (Следует отметить, что предметные учебные тексты представлены в современной информационной среде на разных языках. Это создаёт необходимые условия для реализации в российском образовании идеи билингвального обучения основам физической науки.) Очевидно, что существенно обогатить и разнообразить учебный процесс могут коллекции текстов, формируемые учителем.

Значительная часть объектов виртуальной реальности (компьютерные анимации, интерактивные модели, конструкторы, тренажёры) может быть задействована при организации лабораторных занятий – в ходе предварительной отработки у учащихся отдельных действий и операций, при формировании общих подходов к планированию и выполнению некоторых этапов экспериментального исследования, на этапе контроля уровня сформированности у школьников ряда умений и навыков. Этот же тип объектов (в частности, мультимедийные тренажёры и манипулятивные тесты) позволяет успешно отрабатывать у учащихся умения и навыки в решении физических задач. Сложные интерактивные модели (объектов и процессов природы, технических объектов и технологических процессов), собственно моделирующие предметные среды составляют основу для организации исследовательской и творческой проектной деятельности учащихся по предмету.

Анализ использования средств ИКТ в практической работе учителей показывает, что процесс формирования персональных виртуальных коллекций ВУО уже начался. При этом учителя используют как «готовые» объекты, представленные в предметной информационной среде, так и самостоятельно подготовленные. Попытаемся определить наиболее интересные для массовой учебной практики направления разработки цифрового коллекционного материала по физике. Это поможет учителю более целенаправленно накапливать и систематизировать цифровые ресурсы, необходимые для сопровождения учебного процесса.

Коллекции элементарных учебных объектов. Состав коллекций элементарных объектов, как отмечалось, определяется видами ВУО. Начать следует с организации на персональном компьютере системы файлов и папок для хранения «готовых» учебных объектов. Затем нужно сформировать общий каталог коллекций и организовать гиперссылки из каталога на первичный коллекционный материал. Разработка авторских объектов для коллекции элементарных ВУО возможна при использовании самых простых инструментов виртуальной среды (MS Word, MS PP и др.), рис. 1.

Рис. 1. Фрагменты индивидуальных коллекций элементарных ВУО:  «Транспорт» – рисунки (а) и фотоснимки (б), а также «Относительность движения» – кадры из художественных фильмов (в)

Коллекции простых учебных объектов. Это формальные сочетания элементарных ВУО (как правило, 2–4 разновидности элементарных объектов, рис. 1, 2). Важно, чтобы эти формальные комбинации приобрели в дальнейшем дидактический смысл. Приведём зарекомендовавшие себя примеры цифровых учебных объектов этого типа: иллюстрированные тексты (с рисунками, фотоснимками, компьютерной графикой); озвученные тексты; опорные конспекты – статичные или выполненные в режиме презентаций с анимацией; рефераты (тексты с иллюстрациями); «решебники» (задачи с образцами их решения); озвученные видеофрагменты явлений природы; озвученные анимации (явлений природы, технических устройств и технологических процессов); видеозадачи (видеосюжет с формулировка задачи); видеоэксперименты (натурный опыт с компьютерной графикой и звуковым сопровождением); виртуальные сценарии (интерактивная модель с инструктивными указаниями к работе); поурочные презентации (MS PP), включающие различные комбинации ВУО (например: текст + рисунки + модель, текст + видео + компьютерная графика, текст + анимации + звук и др.), рис. 2; инструкции к лабораторным работам с необходимым иллюстративным материалом, в том числе со ссылками на модели соответствующих физических процессов и др.

Рис. 2. Фрагменты коллекции поурочных презентаций: а) «Опыт Р.Бойля» (опорный конспект); б) «Механическое движение»; в) «Виды равновесия»

Коллекции сложных учебных объектов. Такие коллекции, как правило, создаются большими профессиональными коллективами. Тем не менее разработка учебных объектов и этого типа вполне под силу учителям-предметникам. Наиболее простым и полезным вариантом является коллекция дидактических материалов, поддерживающая какой-либо вид самостоятельной работы школьников. Эффективность такой коллекции безусловна. Современные носители информации позволяют значительно расширить обучающие возможности традиционного дидактического обеспечения самостоятельной учебной деятельности школьников за счёт разнообразия дидактических материалов, возможности их систематического пополнения и оперативной корректировки, вариативности содержания с целью индивидуализации обучения, мультимедийных форм представления, обеспечения интерактивного характера работы учащихся, широкой системы доступа и оперативного характера обращения к материалам, простоты тиражирования, возможности использования дистанционных форм организации обучения.

Очевидно, что состав таких коллекций определяется видами самостоятельной учебной работы школьников по предмету, которая на сегодня весьма разнообразна [3]. Рассмотрим в качестве примера коллекцию дидактических материалов, поддерживающую самостоятельную работу учащихся на лабораторных занятиях по физике и занятиях школьного физического практикума (рис. 3).

Рис. 3. Два фрагмента нашей собственной электронной коллекции «Школьный лабораторный физический эксперимент», разработанной в ППГУ

Управление деятельностью школьников при подготовке и проведении физического эксперимента может осуществляться в опоре на использование разнообразных учебных материалов. Существует проблема определения их оптимума. Это не простая методическая проблема, возможны различные подходы к её решению. Мы попытались определить состав элементов такой системы исходя из концепции уровневого подхода к развитию самостоятельности школьников в учении, необходимости становления у них обобщённых познавательных умений при выполнении лабораторных заданий естественнонаучного содержания, важности осознания обучаемыми культурологической (в частности, исторической) компоненты научного эксперимента.

Структура электронной коллекции дидактических материалов «ШКОЛЬНЫЙ ЛАБОРАТОРНЫЙ ФИЗИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ»

I. Система лабораторных заданий для: 1) фронтальных опытов; 2) фронтальных лабораторных работ; 3) базового лабораторного практикума; 4) домашнего практикума; 5) творческого лабораторного практикума; 6) межпредметного лабораторного практикума на базе школьного кабинета физики; 7) индивидуальных учебных исследований.

II. Раздаточный дидактический материал: 1) обобщённая деятельностная (процедурно-операционная) модель эксперимента как метода эмпирического исследования и модели составляющих его этапов: формулировка проблемы исследования; выдвижение и обоснование гипотезы, на основе которой может быть решена поставленная проблема; выяснение роли эксперимента в решении данной проблемы, определение его общей цели; определение порядка проведения эксперимента; разработка проекта экспериментальной установки и её конструирование; выбор способа кодирования данных опыта (результатов наблюдений, измерений); проведение эксперимента, выполнение необходимых наблюдений и измерений, оценка точности измерений; анализ полученных результатов, формулировка вывода; осмысление результатов эксперимента в свете решения общей проблемы исследования, формулировка проблем последующего исследовательского поиска; оформление отчёта о проведении эксперимента; 2) инструкции к лабораторным работам и фронтальным опытам (знаково-описательные модели конкретных экспериментов, отдельных экспериментальных действий для учащихся, испытывающих затруднения в выполнении лабораторных заданий); 3) листы самоподготовки учащихся к лабораторному занятию; 4) справочные материалы: «Лабораторное оборудование: приборы, их назначение и технические характеристики, правила пользования»; «Измерительные приборы. Правила пользования и особенности техники измерения»; «Инструментальные погрешности физических приборов и мер»; «Таблицы физических величин» и пр.; 5) обобщённые планы: изучения научных фактов, изучения физического прибора, подготовки и проведения физического эксперимента, действия измерения, деятельности при проведении научно-технического исследования и др.; 6) система заданий для самостоятельной работы учащихся с электронными учебными изданиями и инструментальными программами при подготовке и проведении лабораторного эксперимента.

III. Компьютерные технологии обучения, ориентированные на развитие опыта экспериментального исследования: 1) электронные учебные издания на CD-дисках: учебники и задачники, обучающие среды (среды-сценарии по формированию у учащихся отдельных экспериментальных, а также обобщённых умений и навыков выполнения целостного экспериментального исследования; моделирующие виртуальные среды, обеспечивающие становление опыта прогнозирования и моделирования экспериментальных эффектов, проектирования экспериментальных установок, поиска рациональной логики и эффективного режима проведения натурного эксперимента и т.д.); мультимедийные тренажёры, виртуальные лаборатории, мультимедийные энциклопедии и справочники; 2) интернет-ресурсы, поддерживающие развитие у учащихся опыта экспериментального исследования; 3) инструментальные программы, поддерживающие методику и технику проведения эксперимента (программы математической обработки результатов измерений и их графической интерпретации: Microsoft Excel, MathCAD Professional, Mathlab, Mathematic, Maple, Grapher, Measure и др.).

IV. История физического эксперимента: 1) классификация исторических опытов по физике; 2) описание исторических опытов; 3) виртуальные модели исторического эксперимента; 4) биографии учёных; 5) ссылки на сайты по истории физической науки.

V. Методика обучения: 1) основы методики формирования обобщённых умений и навыков в проведении физического эксперимента; 2) методика использования электронных учебных изданий на лабораторных занятиях по физике; 3) модели лабораторных занятий по физике (в том числе лабораторных занятий с использованием ИКТ).

VI. Литература для учителя и учащихся

Как видно, в данной коллекции представлены два информационно-образовательных блока: дидактические материалы, поддерживающие самостоятельную работу учащихся при выполнении физического эксперимента, и учебно-методические материалы для учителя, использование которых поможет педагогу организовать деятельность учеников на занятии и при подготовке к нему.

Цифровая коллекция «Школьный лабораторный физический эксперимент» разрабатывается на кафедре мультимедийной дидактики и информационных технологий обучения Пермского ГПУ с участием аспирантки Н.В.Беляевой, студентов старших курсов и учителей физики г. Перми. Аннотация и фрагменты модулей будут в ближайшем будущем представлены на сайте кафедры: (http://mdito.pspu.ru).

Проектирование коллекций сложной структуры ведётся на кафедре достаточно активно. В разработке коллекция дидактических материалов по истории физического эксперимента (соискатель Е.С.Ремизова). Формируются коллекции материалов для самостоятельной работы учащихся с учебной литературой и электронными учебными изданиями (ст. преподаватель А.В.Худякова), а также другие учебные коллекции сложной информационной структуры. Мы полагаем, что при разработке таких коллекций авторский коллектив должен ставить задачу не столько предоставления учителю их абсолютно завершённого варианта, сколько формирования у него готовности к дальнейшему развитию информационного «контента». При описании коллекции важно изложить основы её грамотного построения (дать информацию о структуре коллекции, принципах и правилах формирования), а также познакомить учителя с методикой (по возможности и с технологией) использования материалов коллекции в обучении. Каждый блок такой коллекции должен включать необходимый минимум учебных объектов (образцов), система которых впоследствии будет пополняться учителем. Такой подход к формированию коллекций дидактических материалов позволит преподавателю грамотно «наращивать» коллекционный материал с учётом собственного профессионального стиля деятельности, не разрушая при этом концептуальных основ обучения, заложенных в содержание коллекции и методику её использования.

Итак, мы рассмотрели виды учебных коллекций по физике и возможности их разработки учителем. Следует отметить востребованность предметных коллекций различных видов в массовой образовательной практике. Нет сомнения в том, что учебный процесс с их использованием станет более эффективным. Обучающий эффект будет более заметен, если коллекции будут cоставляться при участии школьников. Как показывает опыт, такое вовлечение стимулирует интерес школьников к учению и способствует развитию их творческих способностей.

Использование цифровых коллекций сделает менее трудоёмким и более рациональным труд учителя. Будет значимо образовательное воздействие таких коллекций в плане роста профессиональной культуры преподавателя. Предметные коллекции различных типов, подготовленные учителями, есть результат систематизации и обобщения их педагогического опыта и средство его распространения в профессиональных коллективах.

Литература

1. Сборник информационно-методических материалов о проекте «Информатизация системы образования». Сост. Фрумин И.Д., Соболев Е.Н., Авдеева С.М., Кашицин В.П. и др. – М.: Локус-Пресс, 2003.

2. Оспенникова Е.В. Развитие самостоятельности школьников в учении в условиях обновления информационной культуры общества. Ч. I. Моделирование информационно-образовательной среды учения: Монография. – Пермь: Перм. ГПУ, 2003.

Проф. Е.В.ОСПЕННИКОВА,
ПГПУ, г. Пермь, evos@bk.ru

_______________________

Ведущий рубрики – Н.К.Ханнанов, ведущий специалист в области исследования психодидактических особенностей использования различных мультимедиаобъектов и путей повышения эффективности их использования в преподавании физики в старшей школе. ЭСОШ № 82, ЦЭПД РАО, г. Черноголовка, Московская обл.