Наглядность в компьютерном обучении физике

Старовиков, М.И. Наглядность в обучении физике с использованием информационно-компьютерных технологий [Текст] / М.И. Старовиков, И.В. Старовикова // Методика преподавания математических и естественнонаучных дисциплин: современные проблемы и тенденции развития : материалы III всероссийской научно-практической конференции (Омск, 16 марта 2016 г.) / отв. ред. А. А. Романова. – Омск : Омская юридическая академия, 2016. – С. 142-147.

Наглядность в обучении физике с использованием

информационно-компьютерных технологий

М.И. Старовиков, д.п.н., доцент, профессор кафедры физики и информатики ФГБОУ ВО «Алтайский государственный гуманитарно-педагогический университет имени В.М. Шукшина», 8-913-269-54-44

И.В. Старовикова, к.п.н., доцент, доцент кафедры физики и информатики ФГБОУ ВО «Алтайский государственный гуманитарно-педагогический университет имени В.М. Шукшина», 8-913-099-97-71

Возможность представления учебного материала в наглядной форме является важной, сущностной характеристикой обучения, реализуемого с использованием компьютера и связанных с ним информационных технологий. Со времен Я. А. Коменского дидактический принцип наглядности является одним из основополагающих в педагогике. В условиях расширения сферы применения информационно-компьютерных технологий в обучении нетрудно видеть возрастание его значимости. Естественнонаучное мышление, какого бы высокого уровня абстракции оно не достигло, постоянно тяготеет к чувственной наглядности, образности [1, с. 113-114]. С учетом этого, на наш взгляд, являются актуальными вопросы об особенностях реализации принципа наглядности в компьютерном обучении естественным наукам и, в частности, физике.

Актуализируем необходимые для дальнейшего изложения сведения о принципе наглядности и понятии наглядности.

Принцип наглядности в обучении утверждает необходимость целесообразного применения наглядных средств в процессе формирования у учащихся знаний, умений и навыков. Понятие наглядности в педагогике обычно определяется как свойство психических образов объектов познания, выражающее степень доступности и понятности этих образов для познающего субъекта [2, с. 16]. Поскольку психические образы субъективны, их наглядность или ненаглядность зависит от особенностей самого человека (уровня развития его познавательных способностей, мотивации и т. д.) и от его деятельности. Наглядный образ не возникает сам по себе, он образуется только как результат активной работы человека, направленной на его создание. Поэтому «…более адекватной формулой наглядности является следующая: наглядность – это активность субъекта по созданию образа познаваемого объекта и ясное понимание этого образа» [3]. Во всяком наглядном образе с необходимостью и в единстве представлены чувственный и абстрактно-теоретический аспекты знания о предмете.

В педагогике рассматриваются различные виды наглядности [4]. В зависимости от рода задействованных при восприятии органов чувств выделяют зрительную (визуальную), слуховую (аудиальную) и кинестетическую (связанную с осязанием, вкусом, обонянием) наглядность. Наглядный образ может быть создан также языковыми средствами (языковая наглядность). В зависимости от психологических механизмов формирования наглядного образа выделяют образы восприятия и образы представления, последние могут быть образами памяти и образами воображения. Чувственная наглядность – это такой образ предмета, в котором отражены преимущественно его внешние, легко обнаруживаемые свойства. Абстрактно-теоретическая наглядность включает знание о сущности изучаемых явлений (их причине, происхождении, закономерных связях, механизмах, структуре).

Последний вид наглядности представляет наибольший интерес, поскольку основное содержание научного знания, знание о сущности явлений, выражается в абстрактных, не наглядных понятиях. Онтологические основы ненаглядности научных знаний рассмотрены в книге [5]. Ненаглядность понятий обусловлена тем, что «общее не может непосредственно как таковое быть отражено в чувственном образе, а следовательно, не может быть наглядно изображено потому, что оно отдельно от явлений, само по себе (в платоновском, например, смысле) не существует… Это существенно общее отражается не в наглядных чувственных образах, а в не наглядных концептуальных образах, выступающих в виде понятий и их совокупностей» [там же, с. 279].

Вместе с тем, не наглядное общее, понимаемое как «единое во многом», с необходимостью имеет свой чувственный коррелят. «Иначе мы вынуждены были бы признать, что какая-то часть нашего знания, а именно знание существенного, общего, необходимого и т. д., не происходит из чувственных данных и, следовательно, не связана с опытом и практикой, и что мышление может из самого себя извлекать эту часть знания» [там же, с. 290]. Но абстрактно-общее знание, отражающее сущность явлений, дано чувственному восприятию «не непосредственно, а опосредованно, не прямо, не очевидно, а косвенно, так сказать, скрыто» [там же, с. 291-292]. Формой знания, позволяющей преодолеть ненаглядность абстрактных понятий, В. А. Штофф называет модель: «… модель является подлинным промежуточным звеном, соединяющим в научном познании пары полюсов: чувственное и логическое, конкретное и абстрактное, наглядное и не наглядное» [там же, с. 290].

Философское рассмотрение понятия наглядности выявляет важные ориентиры в отношении использования наглядности в компьютерном обучении. Компьютер является наиболее совершенным и универсальным средством моделирования явлений самой разнообразной природы, он позволяет реализовать все описанные выше виды наглядности, кроме кинестетической.

Каким же образом не наглядное абстрактное естественнонаучное знание можно «преобразовать в наглядное» при помощи компьютерных моделей?

Модель воспроизводит только существенные в контексте поставленной познавательной задачи свойства оригинала. В процессе создания модели знание о ее предмете очищается от элементов случайного, второстепенного. Тем самым осуществляется восхождение от чувственно-конкретного к абстрактно-общему, формализованному знанию, отражающему суть изучаемого явления. Далее, на этапе исследования модели все более полно и конкретно воспроизводятся свойства изучаемого фрагмента действительности в рамках выбранной концептуальной основы. Изучение модели, как правило, осуществляется при варьировании ее параметров, что способствует уточнению существенных признаков понятий и их дальнейшему обобщению. Отметим также, что в модели понятия различной степени абстрактности функционируют в единстве, что является важным фактором формирования их наглядных образов [1, с. 120].

В учебном процессе по физике используются разнообразные компьютерные модели на занятиях различных видов. Рассмотрим порядок использования компьютерных моделей на лекционных занятиях, поскольку именно для этого вида занятий применение компьютерных моделей как средства наглядности более специфично. Этапы предъявления учебного материала с использованием моделей описаны в таблице. Кроме того, во втором столбце таблицы рассмотрен пример реализации этих этапов на занятии по изучению явления свободных колебаний математического маятника.

Таблица

Последовательность изложения учебного материала

с использованием компьютерных моделей в качестве средства наглядности

Этапы	Пример реализации
1. Изучаемый фрагмент действительности предъявляется на модели как явление. При необходимости параметры модели варьируются, в результате устанавливаются «факты», характеризующие данное явление.	С помощью модели демонстрируются колебания математического маятника. Описывается характер его движения.
2. Анализ модели, раскрытие сущности явления (структуры, причин и механизмов протекания, закономерных связей и т. п.).	Выявляются элементный состав колебательной системы; называются величины, характеризующие движение колеблющегося тела; показываются силы, действующие на колеблющееся тело; записывается и решается уравнение его движения.
3. Воспроизведение явления в понятиях, отражающих его сущность.	Строятся и обсуждаются графики зависимости координаты, скорости, ускорения, кинетической и потенциальной энергии колеблющегося тела от времени при различных параметрах колебательной системы.

Обратим внимание на следующие особенности использования компьютерных моделей как средства наглядности.

При изложении учебного материала выдерживается логика движения знания от чувственно-конкретного к абстрактному, а затем к теоретически-конкретному. Этим этапам «восхождения к абстрактному» и «восхождения к конкретному» соответствуют определенные элементы модели, которые демонстрируются не все сразу, а в надлежащей последовательности.

Как отмечено выше, наглядность – это активность субъекта по созданию доступного и понятного ему образа предмета познания. Поэтому занятия с использованием компьютерных моделей в качестве средства наглядности проводятся преимущественно в интерактивной форме. Модель должна содержать в себе все необходимые компоненты для организации учебного процесса в такой форме.

В естественнонаучном познании модели как наглядные образы своих реальных прообразов выполняют следующие основные функции: эвристическую, функцию опоры мышления в мысленном эксперименте и интерпретаторскую [1 с. 116-120]. Очевидно, эффективность занятия определяется полнотой реализации этих функций на соответствующих этапах работы с моделью.

Литература

1. Берулава, Г. А. Диагностика и развитие мышления подростков [Текст] : монография / Г. А. Берулава; Бийский гос. пед. ин-т. – Бийск : НИЦ БиГПИ, 1993. – 240 с.

2. Наглядность [Текст] // Российская педагогическая энциклопедия: в 2 тт. / Гл. ред. В. В. Давыдов.– М.: Большая Российская энциклопедия, 1999. – Т. 2. – С. 16-17.

3. Карпенко, А. В. Соотношение наглядности и моделирования в обучении [Электронный ресурс] / А. В. Карпенко // Начальная школа плюс до и после. – 2004. – № 4. – С. 32-36. – Режим доступа http://school2100.com/upload/iblock/c57/c57fc454ea01f3f5a0bf55c13e79759a.pdf.

4. Осмоловская, И. М. Наглядные методы обучения [Текст]: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / И. М. Осмоловская. – М. : Издательский центр «Академия», 2009. – 192 с.

5. Штофф, В. А. Моделирование и философия / В. А. Штофф. – Л. : Ленинградское отделение издательства «Наука», 1966. – 301 с.

Поделитесь с Вашими друзьями: