Засоби інформаційних технологій у вивченні питань квантової фізики в середній школі

Abstract

Дисертацію присвячено розробці і впровадженню системи навчальних комп’ютерних програм для вивчення квантової фізики в середній школі. Обгрунтовано доцільність формування основних понять квантової фізики з використанням можливостей комп’ютерної техніки. Сформульовано умови використання ЕОМ при вивченні квантової фізики. Розроблено і апробовано систему навчальних комп’ютерних моделей та інших педагогічних програмних засобів для вивчення квантової фізики в середній школі. Запропоновано систему дослідницьких лабораторних робіт, яка може бути рекомендована для використання при вивченні квантової фізики на рівнях В і С, а також на факультативних заняттях. Розроблено і експериментально апробовано методику використання комп’ютерних програм у навчальному процесі при вивченні квантової фізики, яка дозволяє активізувати мислення учнів, реалізувати дидактичні функції використовуваних програм і підвищити в цілому за рахунок цього ефективність вивчення розділу “Квантова фізика”. Розроблено структуру технологічної карти уроку фізики, яка дозволяє реалізувати комплексний підхід до використання різних видів наочності і засобів навчання, оптимізувати навчальний процес при вивченні квантової фізики в середній школі.

Диссертацию посвящено разработке и внедрению систем учебных компьютерных программ для изучения квантовой физики в средней школе. Обосновано целесообразность формирования основных понятий квантовой физики с использованием возможностей компютерной техники. Сформулировано условия использования ВМ при изучении квантовой физики. В частности, показано, что эффективное использование ЭВМ при изучении квантовой физики в средней школе невозможно без соответствующего уровня подготовки учителя к такой работе в школе (глубокое знание содержания материала, овладение методами программирования, знание методики преподавания и т.д.), наличия необходимой материальной базы (ЭВМ, класс и др.), качественных учебных программ, предшествующей подготовки учащихся к работе с компьютером, ознакомления учащихся с элементами метода моделирования, комплексного использования различных средств изучения квантовой физики, соблюдения требований техники безопасности, санитарии и гигиены. Сформулированные условия и следствия, которые из них вытекают, имеют общее значение и могут использоваться при изучении других разделов школьного курса физики. Показано, что при изучении квантовой физики среди разных педагогических программных средств особенная роль принадлежит учебным компьютерным моделям. С их помощью учитель может обращаться к тем вопросам квантовой физики, которые раньше были недоступны учащимся из-за сложности, недостаточной наглядности, громоздкости математического аппарата, ограничения проведения школьного физического эксперимента и т.д. Для установления уровня усвоения и последующей коррекции знаний учащихся по квантовой физике разработана программа "Контроль". Задания, которые реализованы в этой программе, дают возможность производить тематический и итоговый контроль знаний учащихся, выявлять типичные ошибки в усвоении учебного материала по квантовой физике. Используя эту программу, учащийся имеет возможность представить объем требований к овладению знаниями по каждой теме раздела "Квантовая физика", объективно оценить свои успехи, получить конкретные указания для индивидуальной работы. Для систематизации и обобщения знаний учащихся по квантовой физике предложено разработанную автором информационно-поисковую систему "Квант". В ее основе лежит содержание раздела "Квантовая физика" и структура формирования основных компонентов знаний: физические явления, понятия и величины, законы, физические теории, приборы, физические эксперименты. Разработано и апробировано систему учебных компьютерных моделей и других педагогических программных средств для изучения квантовой физики в средней школе. Предложено систему исследовательских лабораторных работ, которая может быть рекомендована для использования при изучении квантовой физики на уровнях В и С, а также на факультативных занятиях. Разработано и экспериментально апробировано методику использования компьютерных программ в учебном процессе при изучении квантовой физики. Предложено структуру технологической карты урока физики. Результаты педагогического эксперимента подтвердили целесообразность использования средств информационных технологий при изучении раздела "Квантовая физика", а также эффективность предложенной методики использования ЭВМ. Использование учебных компьютерных программ позволяет активизировать мышление учащихся, реализовать дидактические возможности используемых программ и повысить в целом эффективность изучения раздела “Квантовая физика”. Использование технологических карт урока физики позволяет реализовать комплексный подход к использованию разных видов наглядности и средств обучения, оптимизировать учебный процесс при изучении квантовой физики в средней школе.

The dissertation is devoted to elaboration and introduction of the system of educational computer programmes to study quantum physics at secondary school. The necessity to form basic concepts quantum physics with using resources of computing machins was motivated. Condifions of how to use computer were constituted. System of educational computer models want other pedagogical programming products for studying quantum physics of school was worked out and tested. One proposed a system of research laboratory works, be recomended to be used in studying of quantum physics on B and C level, and also in optional courses. The methodology how to make use of computer programmes in the educational process, was elaborated and tried experimentally. It helps to activate the physics thinking activities, put into practice pedagogical functions of the programmes used and improke on the whole, on account the effectivness of section quantum physics studies. It was worked out a structure of technological map at a physics class which allows to realise complex approach to use various visual aids and teaching means optimise the educational process while teaching quantum physics at secondary school.