Сприйняття матеріалу при використанні ЕОМ поліпшується за рахунок різних дидактичних можливостей ЕОМ: наочності, підкреслювання, обертання, кольорового зображення тощо. Особливість процесу навчання за допомогою ЕОМ викликає інтерес до навчання і сприяє активізації та зосередженню уваги студентів на предметі. Цьому сприяють також діалогова форма роботи, безперервний контроль і негайне підкріплення відповіді.
Умови роботи на ЕОМ спонукають студентів до активної і напруженої діяльності, оскільки вони усвідомлюють можливість контролю викладачем, а також самоконтролю завдяки порівнянню та узагальненню матеріалу, що вивчається. Проведення самоконтролю допомагає студентам не лише корегувати свою відповідь, але й виправити зроблені ними помилки та значно розширити пам'ять завдяки перегляду матеріалу на екрані дисплея.
Процес навчання в інститутах нерозривно пов'язаний з використанням креслень, графіків, діаграм, формул, що дозволяє подавати інформацію в ущільненому вигляді. Це сприяє розвиткові високого рівня абстракції у студентів. Дидактичні можливості сучасних ЕОМ щодо зображення графічної інформації дозволяють демонстрацію конкретних предметів замінити схематичними або символічними зображеннями, використовувати наочність як спосіб абстрагування та формування проблемних ситуацій. Крім того, ЕОМ створює умови для переходу на більш високий рівень інтелектуальної праці, бо чим більше автоматизується в машинних процесах діяльність людини, тим більше підвищується її психологічний рівень і вона може краще проявити свої творчі здібності.
При традиційних формах навчання викладач не може враховувати всі індивідуальні особливості студентів і орієнтує навчальний процес на середнього студента з точки зору не лише його успішності, але й рівня психологічних характеристик.
Значну допомогу викладачеві може надати використання ЕОМ для психодіагностичного тестування студентів, наприклад, визначення об'єму пам'яті, концетрації уваги, репродуктивності розумових процесів, оригінальності мислення та ін.
Безперечна ефективність використання ЕОМ також при здійсненні поточного і проміжного контролю знань студентів, оскільки вона значно спрощує розробку алгоритму навчання та допомагає викладачеві проводити ці форми контролю. ЕОМ може оцінити знання студентів більш об'єктивно та обгрунтовано, хоча її виховні функції менші, ніж при традиційних формах навчання [31].
Навчальний процес, як і кожний інший, пов'язаний з управлінською діяльністю людини, може бути описаний сукупністю компонентів, які відображають:
- структуру процесу, тобто основні й складові частини, що в традиційній технології навчання можуть бути подані як лекція, консультація, практичне заняття, лабораторна робота, завдання на проектування, цільовий контроль (залік, іспит, захист, колоквіум);
- технологію процесу, тобто взаємний зв'язок структурних частин навчального процесу в часі й домовленості про послідовність операцій, спрямованих на формування певних знань, умінь і навичок;
- інформаційні потоки, утотожнені в навчальному процесі зі змістом і обсягом навчальної інформації, яку згідно з навчальним планом регламентовано одержує студент;
- керовані потоки, які можна розглядати як послідовність керованих дій щодо обліку, аналізу, нормування, планування, розподілу, контролю, звітності, організації та інформування відносно кадрового, фінансового, матеріально-технічного, енергетичного, інформаційного та іншого ресурсного забезпечення навчального процесу.
Якщо вказані компоненти структуровані й пов'язані з деталізованими цільовими функціями, то морфологію навчального процесу можна розглядати як його інфологічну модель. Запровадження в навчальний процес обчислювальної техніки може вплинути на зміст моделі і залишити її у первісному вигляді.
Саме процес набуття знань, умінь і навичок, спираючись на теорію поетапного формування знань як на теоретичну основу його побудови, за своїм характером може бути індуктивним чи дедуктивним. Відповідно до обраного методу викладання матеріалу формується й технологічний цикл заняття, де головним регулюючим ресурсом є інформація, що відображає у той чи інший спосіб поняття курсу.
Процедура інформування, яка у традиційній технології навчання має форму лекційного викладання, як правило, через машинну форму навчання носить тривіальний характер, набуває вигляду послідовного пробігу (тобто листання) матеріалу курсу за допомогою екрана комп'ютера. Теоретичні та практичні проблеми у цьому випадку належать сфері дидактики і психології й пов'язані з визначенням оптимального обсягу однієї навчальної дози, послідовності таких доз, формою зображення (текстова, графічна, звукова). Частково процедури оптимізації структури навчального курсу можуть бути автоматизовані. Так, враховуючи прагматичну вагу поданої студентові інформації, а також ергономічні та психологічні характеристики, що відображають індивідуальні можливості того, кого навчають, сприймати і запам'ятовувати інформацію, є можливість встановити межі й обсяг окремих навчальних доз, обсяг конкретного заняття, розробити індивідуальний план засвоєння студентом дисциплін [20; 28].
Проте інформування студентів як базова процедура навчального процесу все-таки потребує участі людини (викладача) і певною мірою не формалізується, як не формалізується і процес відтворення знань. Розвиток пакетів прикладних програм загального призначення дозволив дещо ширше розглядати можливості діалогу тих, кого навчають, із системою, що супроводжує машинний навчальний курс.
Інші процедури навчального процесу (консультація, контроль тощо), які за логікою застосування підпорядковані базовій навчальній процедурі - інформуванню, можуть бути формалізовані більшою мірою.
Підсумовуючи викладені міркування, можна констатувати, що успішність впровадження обчислювальної техніки з метою безпосередньої реалізації навчальних процедур передусім пов'язана з рівнем та якістю інформаційно-методичного забезпечення.
Контроль знань є складовою частиною практично всіх видів і форм занять, а його результати використовують як основу для корекції роботи тих, кого навчають, а також для зміни методики викладання і змісту навчальних курсів, оптимізації структури навчальних процедур. Тому, автоматизуючи контрольні процедури, необхідно не тільки намагатися позбутися недоліків, які має традиційний контроль знань (тривалість процесу, локальність результату, суб'єктивність при оцінці знань тощо), але й докласти зусиль щодо побудови умов, за яких можливі реалізація в ході машинного навчання творчих операцій викладача, розширення можливостей діагностики знань великих груп тих, кого навчають, зменшення часу контролю із збереженням чи навіть розширенням його обсягу і підвищенням точності результатів.
Виключне значення для машинного навчання має консультація, тому що на цю процедуру покладається завдання не тільки корекції неправильно засвоєних знань, але й побудова інформаційних повідомлень, які є реакцією на запити студентів до системи. Розвиток машинного навчання пов'язаний з ростом можливостей системи, інтерпретації базового інформаційно-методичного забезпечення, що потребує, на наш погляд, розробки засобів, які автоматизують процес формування пояснень і консультативних повідомлень. Таким чином, у режимі машинної консультації на автоматизовану навчальну систему покладено функцію генерації повідомлень інформації. Процедуру консультації можна розглянути як базову функцію навчальної довідкової системи, яку дозволяється використовувати як самостійний компонент машинного навчального середовища, значення якого для навчальної роботи постійно зростає. Дійсно, саме довідники з різних напрямків знань, що містять у стислому вигляді основні поняття, їх характеристики й особливості об'єктів спостереження завжди користуються попитом, бо вони є одним з найважливіших засобів для забезпечення постійної творчої діяльності, а щодо навчального процесу - необхідні, перш за все, в курсовому та дипломному проектуванні.
Найбільш ефективно консультація може бути реалізована на розширеній базі навчальної інформації за рахунок розподілу навчального курсу на дози чи структурування його якимось іншим чином, також побудови моделі відношень між поняттями курсу й апарату утворення посилань на фрагменти базового навчального посібника.
Перейдемо до розгляду і обговорення конкретних форм організації навчання і спробуємо оцінити роль ЕОМ в кожному з них.
Найбільш стійкою формою організації навчання, що виправдала себе з точки зору ефективності і економічності в застосуванні до масового навчання, є лекція. В основі лекційного навчання лежить спосіб передачі знань у готовому вигляді чи так званий інформаційно-рецептивний метод, згідно з яким викладач проводить попередній відбір інформації, організовує її сприйняття, демонструє зразки діяльності із застосування отриманих знань на практиці.
Об'єднання аудиторної лекції з лабораторним експериментом дозволяє значно підвищити ефективність навчання, органічно сумістити теорію з практикою, а машинна графіка дозволяє студентам наочно «побачити» абстрактне явище і тим самим швидко виробити інтуїтивне уявлення про нього. На звичайній лекції студенти ведуть себе в більшості пасивно. В результаті студенти практично не вникають у матеріал, що вивчається, до того часу, поки не приступають до виконання домашнього завдання. Тим самим роль лекції знецінюється. Викладач же, який має наділену засобами машинної графіки АНС, може вводити новий матеріал, пояснюючи його за допомогою серії мультиплікаційних зображень, після він може запропонувати кожному із студентів самостійно попрацювати з одним і тим же «інтерактивним фільмом». В розвинутих АНС з машинною графікою користувачі можуть вирішувати, які ілюстративні матеріали з даної теми показати, керувати швидкістю кадрів мультиплікаційного фільму, створюючи різноманітні відеоефекти - накладання зображень, стоп-кадр, зворотня зйомка тощо. Можливість
спостерігати багаточисленні динамічні зображення складних процесів становить значний інтерес не тільки для студентів, але й для викладачів.
Доповнені комп'ютерною мультиплікацією, подібні демонстрації повинні суттєво скоротити затрати часу в роботі лектора на громіздкі малюнки і пояснення, покращити розуміння фізичних принципів роботи технічних пристроїв студентами за рахунок покращення наочності матеріалу, що викладається. По-друге, дуже важливим застосування комп'ютерних демонстрацій є ілюстрація ключових для розуміння логіки розвитку фізики експериментів, натурна постановка яких в рамках лекції неможлива.
Моделювання на ЕОМ фізичних процесів, що недоступні для масового спостереження, робить їх наочними і дає можливість демонструвати широкій аудиторії. [26]
Застосування класу ПЕОМ, дозволяє в аудиторії розв'язувати фізичні задачі, які практично неможливо запропонувати студентам в межах звичайних практичних занять (наприклад, задачі, що потребують великої кількості складних розрахунків, або задачі, які не мають аналітичного розв'язку і потребують для розв'язання застосування числових методів).
Комп'ютерні роботи, що не так давно офіційно увійшли до програми курсу фізики, демонструють хороші можливості для створення проблемних ситуацій на практичних заняттях.
Використання ЕОМ на практичних заняттях з фізики поряд з традиційними методиками може дати певні наслідки і буде ефективним з точки зору дидактики.
Розв'язавши задачу, студент набирає за допомогою клавіатури відповідь, перевіряє її на екрані дисплея і, переконавшись, що помилок немає, відправляє її в оперативну пам'ять ЕОМ, яка аналізує відповідь. Якщо задача розв'язана вірно, то студенту видається чергове контрольне завдання або чергова доза навчального матеріалу.
У випадку, якщо у відповіді виявлена помилка, то ЕОМ видає студентові (учневі) на екран пояснення: яка допущена помилка і що потрібно зробити. Цей процес повторюється до того часу, поки студент самостійно не закінчить розв'язок контрольного завдання. Студент може запросити допомогу у ЕОМ або у викладача. Всі дії студента (учня) (кількість зроблених спроб розв'язку, затрачений час тощо) фіксується ЕОМ. Всі статистичні дані про хід навчання передаються викладачеві.
Застосування персональних комп'ютерів у навчальному процесі дозволяє:
1) інтенсифікувати процес навчання і підвищити його ефективність за рахунок можливості опрацювання великого об'єму навчальної інформації;
2) розвивати пізнавальну активність, самостійність, підвищувати інтерес до дисципліни, яка вивчається;
3) встановлювати зворотній зв'язок, необхідний для керування навчальним процесом, систематично контролювати знання і вміння та підвищувати якість перевірки знань;
4) удосконалювати форми і методи організації самостійної роботи студентів;
5) індивідуалізувати процес навчання у масовій аудиторії зі збереженням цілісності, що дозволяє враховувати індивідуальні особливості студента, розвивати їх здібності;
6) здійснювати принцип алгоритмізації навчальної діяльності.
Крім того, застосування ЕОМ у навчальному процесі є не тільки як засіб навчання, але і як предмет вивчення. Засвоюючи за допомогою ЕОМ певний навчальний курс, студент одночасно оволодіває навичками роботи з електронно-обчислювальною технікою, яка відіграє все зростаючу роль у всіх сферах народного господарства [28]. Проте це не значить, що всі завдання удосконалення навчального процесу можна вирішити за допомогою ЕОМ. Основним критерієм тут повинен бути принцип педагогічної доцільності. Форми і методи навчання, які стимулюють пізнавальну активність студентів, повинні вибиратися залежно від конкретного змісту навчального матеріалу і від конкретної дидактичної мети, що ставиться і може бути найбільш ефективно досягнута за допомогою саме таких форм і методів.
Педагогічні задачі комп'ютерізації семінарських занять з методики фізики можна класифікувати, відзначає Гуревич Ю.Л. [27], за трьома основними напрямками:
- формування операційного стилю мислення у всіх студентів;
- підвищення ефективності навчального процесу при вивченні методики викладання фізики із застосуванням ЕОМ;
суттєва активізація розумової діяльності студентів за допомогою програм, що оперативно збирають інформацію з робочих студентських місць і аналізують її.
Важливо не забувати, що незалежно від насичення комп'ютерами кабінету методики і техніки фізичного експерименту, все ж основною ланкою на семінарському занятті, яка регулює взаємодію в системі «Студент - ЕОМ», залишається викладач, який володіє методологією і методикою навчального процесу в умовах широкого застосування ЕОМ і загальної комп'ютерної грамотності.
У даному розділі найбільш повна відповідність специфіці ЕОМ має місце у випадках тренування і контролю, що, як правило, є окремими елементами методичної підструктури практичного, лекційного чи семінарського заняття, але час від часу кожному з них (або обом одночасно) присвячуються повні заняття тренувально-контролюючого типу. Ці заняття можуть бути як аудиторними, так і позааудиторними, виконуваними в рамках самостійної роботи.
В застосуванні до автоматизованого навчання поняття «самостійна робота» може практикуватися скоріше як режим чи як компонент дидактичних умов навчання.
В процесі передлабораторного заняття студенти попередньо моделюють лабораторні умови: «збирають» апаратуру, знімають покази приладів, проводять обчислення і інтерпретують результати. На постлабораторних заняттях частина часу витрачається студентами на введення результатів (отриманих в лабораторіях) в ЕОМ для перевірки їх достовірності, а час, що залишився, використовується для обговорення специфічних індивідуальних проблем з викладачем. Заняття, які розширюють рамки лабораторних, присвячуються моделюванню експериментів, які вже виконувались в лабораторних умовах, якщо їх важко повторити з причини тривалості в часі, а також складного чи дорогого обладнання.
Останній тип занять - заняття в режимі «тренажер» - дозволяють відтворювати реальну обстановку, що виникла, наприклад, в кабіні пілота, в космічному кораблі тощо. Цей режим вимагає використання особливих терміналів, які імітують специфічне обладнання. Крім того, заняття в цьому режимі багато в чому перегукуються з лабораторними і тому спеціальний розгляд їх не доцільний.
Закінчуючи розгляд різних форм заняття, потрібно зауважити щодо неповноти їх представлення. Зокрема, ми спеціально не надавали уваги екскурсіям, конференціям, заняттям-дискусіям і багатьом іншим організаційним формам, що входять до навчального процесу. Будь-яка з цих форм потенційно може бути автоматизована. Однак їх автоматизація не завжди доречна. Краще зберегти ці форми як колективні для активізації навчального процесу. Тому їх аналіз не такий важливий в рамках даного дослідження.
Геометрична оптика - граничний випадки хвильової оптики. Підставою для такого твердження є те, що в процесі розвитку класичної електродинаміки було показано, що формули геометричної оптики можуть бути отримані з рівнянь Максвелла, як граничний випадок, що відповідає переходу до зникаюче малої довжини хвилі. Геометрична оптика вивчає закони поширення оптичного випромінювання на основі подання про світлові промені. А світловий промінь - це лінія, уздовж якого поширюється світлова енергія, світловий промінь перпендикулярний фронту світлової хвилі. Користуватися поняттям променя можна лише в тих випадках, коли не треба враховувати дифракційних явищ, тобто коли довжина світлової хвилі ?, багато менше розмірів перешкод, різних неоднорідностей на шляху поширення світла.
Мал. 2.2.1.
Якщо в базовому курсі фізики явища відбиванняя й заломлення світла розглядали тільки як експериментальний факт.
То в старших класах цього ж явища розглядають як прояв хвильових властивостей світла при взаємодії з речовиною. Теоретичний висновок законів відбивання й заломлення світла здійснюють із залученням принципу Гюйгенса на підставі вихідного положення: світло - електромагнітна хвиля.
Мал. 2.2.2.
Це в більш наглядному вигляді можна продемонструвати за допомогою компютерних програм.
Принцип Гюйгенса вводять саме в цьому місці курсу як правило, що дозволяє, виходячи з положення хвильового фронту в який-небудь момент часу, знайти положення хвильового фронту для найближчого моменту часу (мал. 2.2.1.). Необхідність залучення цього додаткового принципу обумовлена недостатньою математичною підготовкою учнів. Але за допомогою комп'ютера цей процес можна спростити і прискорити.
