Тренажери для розв'язування задач сприяють формуванню в учнів умінь і навичок розв'язувати фізичні задачі. Зміст цих програмних засобів становлять задачі, згруповані відповідно до рівня складності. Вони містять також підказки системи (радники), довідкові матеріали. Відповіді до задач можуть вводитись як у числовому, так і в загальному вигляді, причому в останньому випадку учень вводить формули в комп'ютер за допомогою клавіатури, а програма розпізнає відповіді незалежно від способу їх написання.
Контролюючі ППЗ виконують функції поточного і підсумкового контролю знань, умінь учнів, набутих у процесі навчання. Часто це тестові завдання з вибором відповіді. Ці програми дають змогу оперативно оцінити й проаналізувати знання великих груп учнів. Деякі програми ведуть статистичну обробку відповідей учнів, що дає вчителю підстави зробити висновок про якість вивчення того чи іншого розділу програми. Значної актуальності набувають програми тематичного контролю знань.
В Україні відомі й поширені педагогічні програмні продукти фірми «Физикон» під загальною назвою «Открытая физика» та іллюстративно-демонстраційний комплекс «Физика в картинках», розроблені Білоруським державним університетом «Активная физика». Програмні продукти відповідно сертифіковані Міністерствами освіти Росії та Білорусії.
В Україні процес розробки ППЗ перебуває на стадії становлення. На нашу думку, інтенсифікувати процес можна залученням бюджетних асигнувань на їх розробку; розробкою і затвердженням державного стандарту України на ППЗ; створенням центру сертифікації для доведення існуючих ППЗ до рівня вимог державного стандарту, організацією фонду ППЗ для їх популяризації, тиражування й розповсюдження.
Досвід використання комп'ютерної техніки в навчальних закладах за рубежем показує доцільність такого підходу. Так, у школах США, Великобританії ефективно використовуються на уроках природничо-математичного циклу лабораторні пристрої типу «Веlа», що з'єднуються з комп'ютером і дають змогу проводити комплексну обробку результатів експерименту.
Такі системи знайшли широке використання в промисловості, наукових дослідженнях. Використання ВОК у школі сприяє формуванню в учнів уявлень про використання НІТ у галузі управління процесами в промисловості.
Впровадження технологій інформатики в навчально-виховний процес фізики дає змогу модернізувати зміст і спосіб запису інформації фонду і традиційних дидактичних засобів (плакати, слайди, кінофільми). Мається на увазі перезапис інформації, яку несуть ці дидактичні засоби, на сучасні носії інформації - відеокасети, лазерні диски з внесенням відповідних змін до змісту цих засобів, що уможливлює використання методичних досягнень попередніх років.
Досвід упровадження електронно-обчислювальної техніки у навчальний процес показав доцільність такого підходу, коли разом з комплектами навчально-обчислювальної техніки, розміщеними в кабінеті інформатики, використовуються автономні ЕОМ, що розміщені безпосередньо в навчальному кабінеті. Такий підхід сприяє раціональнішому використанню ресурсів електронно-обчислювальної техніки [6].
Комплекти навчально-обчислювальної техніки використовуються для підтримки індивідуальних форм навчання: розв'язування задач, виконання лабораторних робіт, тематичного контролю знань, позакласної роботи. Поряд з цим автономні ЕОМ використовуються для підтримки групових форм діяльності в кабінеті фізики. Так, у кабінеті фізики автономний комп'ютер виконує функції інформаційного технічного засобу навчання, вимірювального інструменту, допоміжного пристрою обробки результатів експерименту, джерела поточного контролю засвоєння знань. Дослідження в області використання технічних засобів навчання нового покоління, проведені В. Прудським (Слов'янський педагогічний університет), А.М. Сільвейстром (Вінницький педагогічний університет), довели доцільність використання в кабінеті фізики комп'ютерно-телевізійних комплексів.
Один із американських дослідників П. Нортон відзначає, що природа засобів передачі інформації (усна мова, книги, кіно, радіо, телебачення, ЕОМ) цілком певним чином впливає на формування і розвиток психічних структур людини, в тому числі мислення. Так, друкований текст, який був протягом віків основним джерелом інформації, будується на принципах абстрагування змісту від дійсності і в більшості мов організується фраза за фразою в порядку читання зліва направо, що формує способи мислення за структурою, дещо схожі до структури друкованого тексту, якій притаманні такі особливості, як лінійність, послідовність, аналітичність, предметність, ієрархічність, раціональність.
Електронне середовище ще в більшій мірі спроможне формувати такі характеристики, як схильність до експериментування, гнучкість, зв'язність, структурність. Ці характеристики сприяють створенню умов творчого навчального пізнання. Створюються можливості сприймати по-новому факти, які здаються очевидними, знаходити засоби поєднання далеких, на перший погляд, речей, встановлювати оригінальні зв'язки між новою і старою інформацією.
Умови, які створюються за допомогою комп'ютера, повинні сприяти формуванню мислення тих, хто навчається, орієнтувати їх на пошук системних зв'язків і закономірностей. Комп'ютер, як підкреслює П. Нортон, є потужним засобом надання допомоги в розумінні багатьох явищ і закономірностей, проте потрібно пам'ятати, що він неминуче поневолює розум, який розпоряджається лише набором завчених фактів і навичок.
Дійсно ефективним можна вважати лише таке комп'ютерне навчання, при якому забезпечуються можливості для формування мислення студентів або учнів. При цьому потрібно ще досліджувати закономірності самого комп'ютерного мислення. Ясно тільки те, що мислення, яке формується і діє за допомогою такого засобу, як комп'ютер, дещо відрізняється від мислення за допомогою, наприклад, звичного друкованого тексту або просто технічного засобу.
1.2 Комп'ютеризація навчального процесу
В наш час у сфері освіти спостерігається швидкий перехід до використання нових технологій - комп'ютерів, мультимедійних компакт-дисків та інформаційних мереж, що спричиняє зміну методів і форм організації навчання. Комп'ютери стають звичним атрибутом кожної школи, і вчителі намагаються віднайти такі способи їх застосування, які дозволяють істотно підвищити якість засвоєння матеріалу і розвиток мислення учнів.
Ідея застосування комп'ютера в навчальному процесі виникла у зв'язку з реалізацією програмованого навчання. Спочатку комп'ютер розглядався як більш досконалий порівняно з іншими навчальними машинами засіб програмованого навчання. Згодом стало очевидним, що його застосування приводить до якісних змін у змісті, методах і формах навчання, дозволяє створювати нове навчальне середовище. Окремі методисти стверджували навіть, що комп'ютер зможе замінити вчителя. Сьогодні питання ставиться інакше: коли, де і як доцільніше використовувати комп'ютер? На зміну альтернативі «що краще - вчитель чи комп'ютер», прийшла інша: «вчитель або вчитель і комп'ютер».
Ще недавно вважали, що сфера застосування комп'ютера обмежена переважно предметами фізико-математичного та природничо-наукових циклів. При вивченні гуманітарних дисциплін його використовували лише як засіб унаочнення і як довідник. У міру зростання можливостей комп'ютера, розробки нових навчаючих програм сфера його застосування значно розширилася. Доведено, що комп'ютер - це універсальний засіб навчання, який з успіхом можна використати при вивченні будь-яких навчальних предметів, у тому числі й гуманітарних. З його допомогою можна не лише формувати в учнів репродуктивні знання і уміння, але й розвивати їхню креативність, винахідливість, творчі здібності. За допомогою комп'ютера учні можуть складати і редагувати власні твори, малювати, писати музику.
Нові можливості для навчання відкривають мультимедійні технології, які дозволяють створювати електронні книги, енциклопедії, фільми, бази даних тощо. Їх особливістю є об'єднання текстової, графічної, аудіо - та відеоінформації, анімації. З використанням мультимедійних компакт-дисків поняття, що раніше здавалися абстрактними, стають конкретними або, принаймні, достатньо наочними. Програмне забезпечення мультимедійних комп'ютерів дозволяє дітям бачити текст, чути стереофонічне звучання і переглядати картинки та відеосюжети. Один компакт-диск, наприклад, може містити цілу енциклопедію, в якій є не тільки текст про динозаврів із відповідними ілюстраціями, а й показано, як вони рухалися, імітується їхній голос. Дітям, що не вміють читати, комп'ютер може розповісти про динозаврів людським голосом. Література, історія і мистецтво оживають на екрані монітора.
Технології мультимедіа дають можливість учням, не виходячи з класу, бути присутніми на лекціях видатних учених, педагогів, стати свідками історичних подій минулого і сучасності, відвідати знамениті музеї та культурні центри світу, віддалені та дивовижні місця планети. Комп'ютерні навчальні програми дозволяють істотно підвищити рівень наочності викладання складного матеріалу. За допомогою комп'ютерного моделювання можна вивчати процеси і явища у мікро - та макросвіті, всередині складних технічних і біологічних систем, розглядати у зручному темпі різноманітні фізичні, хімічні, біологічні та соціальні процеси, що реально відбуваються з дуже великою або дуже малою швидкістю. Наприклад, комп'ютерне моделювання дає можливість наочно зобразити сутність таких явищ, як тиск газу чи скорочення серцевого м'яза.
Навчальні програми інтерактивні - вони підтримують діалог учня з комп'ютером. Учень задає вихідні параметри експерименту, контролює перебіг процесу, змінює параметри, робить висновки щодо результатів, звіряє їх із правильними, шукає помилки. Загалом, моделюється хід реального наукового експерименту. Така організація навчання спонукає школяра до роздумів і формулювання самостійних висновків, розвиває уяву і мислення.
Загалом комп'ютер має значні резерви підвищення ефективності навчання; його плюси:
· новизна роботи з комп'ютером викликає в учнів інтерес, посилює мотивацію учіння;
· колір, графіка, мультиплікація, музика, відео значно розширюють можливості викладання навчального матеріалу;
· контакт з комп'ютером стимулює рефлексію, аналіз учнями своєї діяльності завдяки тому, що вони одержують наочне зображення її наслідків;
· з'являється можливість залучати учнів до дослідницької роботи;
· учні звільняються від рутинної роботи (наприклад, обчислень), полегшується внесення виправлень до складених текстів;
· відкривається доступ до баз даних та інформаційних фондів, що дозволяє швидко одержувати потрібну інформацію;
· забезпечується індивідуалізація навчання (комп'ютери можуть успішно виконувати функцію особистих репетиторів для учнів, що прискорює і робить ефективнішим навчання);
· комп'ютери розширюють можливості програмованого навчання: дозволяють викладати матеріал у певній послідовності, регулювати його обсяг і складність відповідно до індивідуальних можливостей учня, забезпечують поточний зворотний зв'язок;
· розвиток комп'ютерної техніки та мережі Інтернет розширює можливості дистанційного навчання;
· використання комп'ютера дозволяє підвищити об'єктивність оцінювання знань учнів.
Серцевиною комп'ютерної системи навчання є навчаюча програма, яка керує пізнавальною діяльністю учня, виконуючи певні функції вчителя. У ній розрізняють навчальний матеріал (тексти, малюнки, схеми, задачі, запитання, підказування, репліки тощо) і спеціальну програму, що визначає, як і в якій послідовності подається матеріал учневі.
Розрізняють такі основні види комп'ютерних навчаючих програм:
Комп'ютерний підручник - програмно-методичний комплекс, який дозволяє самостійно засвоїти навчальний курс або його розділ (як правило, поєднує в собі якості підручника, довідника, задачника та лабораторного практикуму);
контролюючі програми - програмні засоби, призначені для перевірки та оцінювання знань, умінь і навичок;
тренажери - слугують для формування та закріплення різного роду навичок (як правило, містять засоби для перевірки досягнутих результатів і можливості для регулювання вправ, їх швидкості, інтенсивності, складності тощо);
ігрові програми - стимулюють пізнавальну активність учнів, сприяють розвитку їхньої уваги, кмітливості, пам'яті;
предметно-орієнтовані середовища - програми, які моделюють мікро - та макросвіти, об'єкти певного середовища, зв'язки між ними, їхні властивості. Завдяки таким програмам учні можуть проводити експерименти, дослідження. Наприклад, програма «Лабораторія Архімед»: на екрані комп'ютера видно стіл, предмети, з яких можна зібрати хімічну установку для проведення дослідів. Учень за допомогою миші вибирає потрібні реактиви, і, якщо вибір зроблений правильно, з'являється ролик, який демонструє хід реакції. Таке моделювання підвищує наочність навчання, а вивчення процесів у їх динаміці сприяє глибшому засвоєнню матеріалу.
Як свідчить досвід, використання комп'ютера у навчанні не зменшує, а збільшує необхідність допомоги учням з боку вчителя. Однак зміст його діяльності при цьому змінюється. Основним стає не передача знань учням, а організація їх самостійної пізнавальної активності. У зв'язку з цим діяльність вчителя в умовах комп'ютеризованого навчання набуває нових функцій: здійснення оперативного керування індивідуальною діяльністю всіх учнів класу; своєчасна оцінка труднощів кожного учня при розв'язанні пізнавальних задач і надання їм необхідної допомоги; врахування специфічного характеру помилок, що їх допускають учні.
Комп'ютер не може замінити вчителя, більше того, він стає ефективним засобом навчання лише тоді, коли вчитель вміло керує взаємодією учня з ним. Водночас деякі методисти висловлюють припущення, що в школі майбутнього вчителі й підручники будуть відігравати далеко не головну роль. Замість них звичними стануть мультимедійні монітори, широка комп'ютерна мережа і багатоканальні системи зв'язку. Завдяки розвитку інформаційних мереж, учні зможуть стати свідками або навіть у міру можливостей учасниками розв'язання актуальних природничих і соціальних проблем.
Варто відзначити, що фізика вносить вирішальний вклад у створення сучасної обчислювальної техніки, вона є матеріальною основою інформатики. Сучасна фізика відкриває нові перспективи для подальшої мініатюризації, збільшення швидкодії і надійності обчислювальних машин. Застосування комп'ютерів дає також можливість більш ефективно викладати навчальний матеріал, допомагає в проведенні дослідів і т.д. Наступність у фізиці з інформатикою проявляється, зокрема, в тому, що учні в 9-му класі ще не в повній мірі володіють навиками користування комп'ютером і ми надаємо їм можливість на прикладі фізичних задач здобути навички як з фізики, так і інформатики. В 11-х класах діти вже вміють користуватись комп'ютером і за допомогою комп'ютерних моделей фізичних явищ тощо, вони здатні самостійно здобувати знання з фізики.
Комп'ютерне моделювання уже давно стало предметом досліджень як фундаментальної науки, так і вищої школи. Воно передбачає детальний аналіз фізичного явища чи процесу, побудову фізичної моделі (абстрагування від несуттєвих впливів, вибір законів, які описують відповідні процеси), створення математичної моделі, реалізації її засобами інформаційних технологій, проведення відповідних розрахунків на ПК та аналіз отриманих результатів [20].
Важливим аспектом реалізації комп'ютерних моделей є отримання вихідної інформації у графічній формі. Особливості людської психіки і фізіології дозволяють швидко аналізувати, миттєво асоціювати з накопиченим досвідом і розпізнавати графічні образи на відміну від сухого набору формул і цифр. До того ж вміння аналізувати графічні залежності між різними величинами - це не лише необхідний елемент фізичної освіти, а й важливий чинник загального розвитку школяра та професійного становлення у будь-якій галузі.
Перша проблема, яку потрібно вирішити, впроваджуючи елементи комп'ютерного моделювання при вивченні фізики - вибір інструментальних засобів його реалізації. У час зародження сучасних інформаційних технологій єдиним способом було використання мов програмування високого рівня. За останні десятиріччя опубліковано немало книг та статей, де розглядається розв'язання фізичних задач таким способом. Поява спеціалізованих програмних продуктів для автоматизації математичних обчислень суттєво змінює стан справ у галузі комп'ютерного моделювання. Використання комп'ютера на уроці фізики, яку вивчають усі без винятку школярі, не повинно вимагати від них спеціальних знань з програмування, а давати можливість працювати у простому, інтуїтивно зрозумілому для них середовищі. Це дасть змогу не витрачати зайвий час на непродуктивну діяльність по створенню та налагодженню програми (з таким самим успіхом можна будувати графіки на міліметровому папері, виконуючи обчислення за допомогою калькулятора), а зосереджуватися на аналізі фізичної суті тих процесів, які ховаються за побудованими комп'ютером графіками.
Впровадження нових технологій у навчальний процес сприяє всебічному розвитку й формуванню світогляду особистості. З розвитком інформаційних технологій стає можливим застосування їх не лише в дисциплінах, що традиційно базуються на застосування комп'ютерів, інформатиці, комп'ютерному моделюванні, чисельних методах тощо, а й у класичних навчальних курсах [3]. Наприклад, застосування персонального комп'ютера під час проведення занять з фізики можливе в таких випадках:
· супровід демонстраційного експерименту на лекційних заняттях;
· застосування комп'ютера в лабораторних роботах і комп'ютерному практикумі;
· самостійна робота з використанням комп'ютера.
Досліджуючи переваги чи недоліки впровадження інформаційно-освітніх технологій, специфічним «барометром» їх застосування виявляється учнівська і студентська молодь. Педагогічний досвід засвідчує, що повноцінну освіту можна здобути лише в діалозі учня з учителем, студента з викладачем. Відтак і думка учня має багато важити в оцінці новітніх інформаційно-освітніх технологій. Комп'ютеризовані лабораторні заняття мають порівняну із звичайними заняттями ефективність лише за умови вивчення загальних розділів певної навчальної дисципліни. А ось під час вивчення специфічної часткової інформації ефективність комп'ютеризованих занять помітно знижується і одночасно підвищується навчальне значення лекцій. Отже, застосування сучасних методів не завжди поліпшує ефективність навчання при розподілі навчального часу між практичними комп'ютеризованими заняттями.
Та хоч би які неоднозначні оцінки давалися процесу впровадження інформаційно-освітніх технологій, позитивний вплив їх на стан сучасної освіти загальновизнаний. Багатьма сучасними дослідженнями обгрунтовано, що застосування інформаційних технологій в освіті сприяє підвищенню ефективності навчального процесу, оволодінню загальними методами знання і стратегією засвоєння навчального матеріалу, самостійному вибору режиму навчальної діяльності, організаційних форм і методів навчання. «Усе це, в свою чергу, сприяє формуванню умінь формалізувати знання про предметний світ, самостійно здобувати знання, прогнозувати закономірності, що вивчаються, робити «мікро-відкриття» закономірностей аналізованої предметної ділянки. Це дає змогу замінити ілюстративно-пояснювальні методи навчання широким спектром різних видів навчальної діяльності, орієнтованих на активне використання засобів інформаційних та комунікаційних технологій як інструментів пізнання і самопізнання, інструментів дослідження, конструювання, вимірювання і формалізації знань про предметний світ» [49]. Водночас застосування різних засобів інформаційно-освітніх технологій не тільки привчає користувачів до сучасних методів вивчення основ наук, а й готує їх до інтелектуальної діяльності в інформаційному суспільстві.
