Методика использования электронного учебника на уроках физики

Методика  использования электронного учебника на уроках физики

1. Введение

2. Общие сведения  об электронных учебниках:

а) требования к  системе «электронный учебник»;

б) классификация  средств создания электронных учебников;

в) структурная организация  электронных учебников;

г) режимы работы электронного учебника;

д) электронные учебники как средство дистанционного образования.

3. Анализ содержания  электронных учебников по физике. Методические приёмы их использования  в обучении физике:

а) анализ ЭУ различных  фирм;

б) варианты построения уроков с использованием ЭУ;

4. Заключение

Введение

Процесс вхождения  школы в мировое образовательное  пространство требует совершенствование, а также серьёзную переориентацию компьютерно-информационной составляющей. Вторая половина ХХ века стала периодом перехода к информационным обществам. Лавинообразный рост объёмов информации, принял характер информационного взрыва во всех сферах человеческой деятельности.

Информационный  взрыв породил множество проблем, важнейшей из которых является проблема обучения. Особый интерес представляют вопросы, связанные с автоматизацией обучения, поскольку «ручные методы»  без использования технических  средств давно исчерпали свои возможности. Наиболее доступной формой автоматизации обучения является применение ЭВМ, то есть использование машинного  времени для обучения и обработки  результатов контрольного опроса знаний учащихся. Всё большее использование  компьютеров позволяет автоматизировать, а тем самым упростить ту сложную  процедуру, которую используют и  учителя при создании методических пособий. Тем самым, представление  различного рода «электронных учебников», методических пособий на компьютере имеет ряд важных преимуществ. Во-первых, это автоматизация как самого процесса создания таковых, так и  хранения данных в любой необходимой  форме. Во-вторых, это работа с практически  неограниченным объёмом данных. Создание компьютерных технологий в обучении соседствует с изданием учебных  пособий новой генерации, отвечающих потребностям личности обучаемого. Учебные издания новой генерации призваны обеспечить единство учебного процесса и современных, новационных научных исследований, т.е. целесообразность использования новых информационных технологий в учебном процессе и, в частности, различного рода так называемых «электронных учебников». Эффект от применения средств компьютерной техники в обучении может быть достигнут лишь тогда, когда специалист предметной области не ограничивается в средствах представлениях информации, коммуникаций и работы с базами данных и знаний.

Сегодня недостаточно разработаны критерии оценки компьютерных программ по физике и практическая методика применения электронных учебников  в обучении физике. Поэтому цель нашей работы:

1. Проанализировать  компьютерные программы, используемые  в обучении физики, с точки  зрения их эффективности в  обучении и простоты работы  с ними.

2. Разработать методический подход к применению электронных учебников при обучении физике.

Методические аспекты  использования ППС обучающе-контролирующего типа на уроках физики и их сочетание с традиционной технологией

Общие сведения об электронных учебниках.

Что же такое «Электронный учебник» и в чем его отличия  от обычного учебника? Обычно электронный  учебник представляет собой комплект обучающих, контролирующих, моделирующих и других программ, размещаемых на магнитных носителях (твердом или  гибком дисках) ПЭВМ, в которых отражено основное научное содержание учебной  дисциплины. ЭУ часто дополняет обычный, а особенно эффективен в тех случаях, когда он: обеспечивает практически  мгновенную обратную связь; помогает быстро найти необходимую информацию (в  том числе контекстный поиск), поиск которой в обычном учебнике затруднен; существенно экономит время  при многократных обращениях к гипертекстовым объяснениям; наряду с кратким текстом - показывает, рассказывает, моделирует и т.д. (именно здесь проявляются  возможности и преимущества мультимедиа-технологий) позволяет быстро, но в темпе наиболее подходящем для конкретного индивидуума, проверить знания по определенному  разделу.

К недостаткам ЭУ можно отнести не совсем хорошую  физиологичность дисплея как средства восприятия информации (восприятие с экрана текстовой информации гораздо менее удобно и эффективно, чем чтение книги) и более высокую стоимость по сравнению с книгой.

Требования к  системе «электронного учебника»

В основу положим  следующие принципы для среды  электронных учебников.

Для эффективного функционирования человека в электронной системе  обучения вне зависимости от задачи, решаемой исследователем, особое значение приобретают методы визуализации исходных данных, промежуточных результатов  обработки, обеспечивающих единую форму  представления текущей и конечной информации в виде отображений, адекватных зрительному восприятию человека и удобных для однозначного толкования полученных результатов. Важным требованием интерфейса является его интуитивность. Следует заметить, что управляющие элементы интерфейса должны быть удобными и заметными, вместе с тем они не должны отвлекать от основного содержания, за исключением случаев, когда управляющие элементы сами являются основным содержанием.

Требования к  системе проектирования «электронного  учебника»

Лёгкость в освоении и использовании данной среды  для генерации электронных учебников  достигается за счёт применения визуальных технологий и возможностью использования  специалистом-предметником любых текстовых  и графических редакторов для  написания содержимого электронного учебника. Для удобства работы среда  по генерации электронных учебников  допускает разработку проекта по отдельным частям, что позволяет  организовать работу над учебником  нескольких специалистов-предметников.

Психолого-эргономические требования

Новые возможности  вызывают развитие новых свойств программного обеспечения, особенно форм общения человека с ЭВМ. Необходимо обеспечить психологическую естественность деятельности пользователя с ЭВМ, адекватность программы целям и функциям обучения, удобство работы пользователя с ЭВМ и сохранение его здоровья. Психолояльность и эргономичность являются одними из важнейших характеристик качества ПС (программных средств), Широко пропагандируемая и в настоящее время «дружественность программного обеспечения» как раз и предполагает наличие психолого-эргономической поддержки разработки программных средств.

Применение ПС расставляет  особые акценты между психологической  и эргономической поддержкой дидактических  целей. Психологическая естественность в соответствии с возрастными  возможностями пользователя теснейшим  образом связана с обеспечением таких, эргономических требований, как  воспринимаемость информации, выделение  особых зон для особенной информации и т. п. Как отмечает Г. С. Цейтин любая разработка программного обеспечения включает в себя задачу проектирования деятельности будущего пользователя создаваемой системы. В практике автоматизации вопросы проектирования деятельности будущего пользователя обычно решаются стихийно, в лучшем случае на основе опыта авторов системно-технического обеспечения, а чаще всего исходя из случайных соображений. Более того, проект деятельности пользователя не входит в состав документации на автоматизированную систему, не является законченным продуктом ее разработки. И как следствие отсутствуют психологически и эргономически обоснованные решения по таким важным вопросам, как определение класса решаемых пользователем задач, проектирование языка его взаимодействия с ЭВМ, выбор вида диалога, разработка дисплейных форматов, что приводит, как правило, к низкой мотивации у пользователей при решении задач с применением ЭВМ, к снижению эффективности их деятельности, повышенной утомляемости, к возникновению трудностей в освоении средств вычислительной техники.

Был предложен проектный  программно-исследовательский подход к созданию психолого-эргономического  обеспечения технических и программных  средств деятельности пользователя. Начальный этап разработки проекта  деятельности пользователя ЭВМ включает следующие проектные, системотехнические, психологические и эргономические моменты:

- системно - психологическую характеристики пользователя;

- логико-психологическое  описание класса решаемых с  помощью ПС задач;

- перечень программных  поддержек основных стандартных  процедур решения указанных задач;

- описание структуры  компьютеризированной деятельности, включающее те действия, процедуры,  средства реализации, эффективные  стратегии осуществления информационных  технологий.

Следует учитывать  индивидуальные различия пользователей, в частности предусматривать  возможность получения информации различной степени подробности.

При выборе форм представления  информации на экране компьютера необходимо исходить не только из содержания учебной  деятельности, но и из тех возможностей, которые предоставляет компьютер  для: реализации эффективных стратегий  решения и достижения таких целей, которые при «ручной» технологии оказываются недостижимыми.

В связи с особым ритмом общения человека с ЭВМ  особую роль приобретает проблема понимания  текстов. Это касается не только понимания  текстов программ, но и понимания  тех текстов, которые предъявляются  пользователю на экране компьютера. Необходимо исследовать, как приобретаются  новые навыки и умения при использовании  такого нового средства, как компьютер.

При разработке ПС эргономические требования могут быть представлены к процедуре взаимодействия пользователя с ЭВМ; видам диалога  пользователя с ЭВМ; проектированию дисплейных форматов; контролю ошибок пользователя; временным параметрам диалога пользователя с ЭВМ; организации  информации на экране; кодированию  информации на экране; языкам взаимодействия пользователя ЭВМ.

Можно выделить целый  ряд эргономических требований к  организации информации на экране:

- информация, предъявляемая  на экране, должна быть понятной, логически связной, распределенной  на группы по содержанию и  функциональному назначению;

- при организации  информации на экране следует  избегать избыточного кодирования  и неоправданных, плохо идентифицируемых  сокращений;

- рекомендуется  минимизировать на экране использование  терминов, относящихся к ЭВМ, вместо  терминов, привычных для пользователя;

- не следует для  представления информации использовать  краевые зоны экрана;

- на экране должна  находиться только та информация, которая обрабатывается пользователем  в данный момент.

В современных программных  средствах используется ряд приемов  для выделения части информации на экране: пере структурирование информации и выделение зон, окон для выделяемой части информации, а также инверсное изображение для части информации и различные эффекты, привлекающие внимание пользователей (мелькание и др.). Использование этих приемов должно быть психологически обосновано особенно для ПС, функционально обусловлено и эргономично.

Рекомендуется: вопросно-ответные сообщения и подсказки помещать в верхней части экрана, выделяя  явным образом отведенную для  этого зону, например отделяя ее горизонтальной линией от основной информации на экране; различные виды сообщения необходимо отделять друг от друга, в зоне вспомогательной информации. Например, можно рекомендовать применять инверсное изображение для подсказок; зоны размещения на экране вспомогательной информации должны быть четко идентифицируемы - зона подсказок, зона комментариев, зона управляющих сообщений, зона для сообщений об ошибках; при зонировании экрана допускается изменение масштаба знаков в отдельной зоне; эффекты, привлекающие внимание пользователя ПЭВМ (мелькание, повышенная яркость, обратный контраст), следует применять строго в соответствии с проектом деятельности пользователя, только в тех случаях, когда, это необходимо и психологически обосновано.

Классификация средств  создания электронных учебников

Средства создания электронных учебников можно  разделить на группы, например, используя  комплексный критерий, включающий такие  показатели, как назначение и выполняемые  функции, требования к техническому обеспечению, особенности применения. В соответствии с указанным критерием  возможна следующая классификация:

традиционные алгоритмические  языки;

инструментальные  средства общего назначения;

средства мультимедиа;

гипертекстовые  и гипермедиа средства;

Ниже приводятся особенности и краткий обзор  каждой из выделенных групп. В качестве технической базы в дальнейшем имеется  в виду IBM совместимые компьютеры, как наиболее распространенные в  нашей стране и имеющиеся в  распоряжении школы.

Традиционные алгоритмические  языки

Характерные черты  электронных учебников, созданных  средствами прямого программирования:

разнообразие стилей реализации (цветовая палитра, интерфейс, структура ЭУ, способ подачи материала  и т.д.);

сложность модификации  и сопровождения;

большие затраты  времени и трудоемкость;

отсутствие аппаратных ограничений, т.е. возможность создания ЭУ, ориентированного на имеющуюся  в наличие техническую базу.

Инструментальные  средства общего назначения

Инструментальные  средства общего назначения (ИСОН) предназначены  для создания ЭУ пользователями не являющимися квалифицированными программистами. ИСОН, применяемые при проектировании ЭУ, как правило, обеспечивают следующие возможности:

формирование структуры  ЭУ;

ввод, редактирование и форматирования текста (текстовый  редактор);

подготовка статической  иллюстративной части (графический  редактор);

подготовка динамической иллюстративной части (звуковых и анимационных фрагментов);

подключение исполняемых  модулей, реализованных с применением  других средств разработки и др.

К достоинствам инструментальных средств общего назначения следует  отнести:

возможность создания ЭУ лицами, которые не являются квалифицированными программистами;

существенное сокращение трудоемкости и сроков разработки ЭУ;

невысокие требования к компьютерам и программному обеспечению.

Вместе с тем  ИСОН имеют ряд недостатков, таких  как:

далеко не дружественный  интерфейс;

меньшие, по сравнению  с мультимедиа и гипермедиа системами, возможности;

отсутствие возможности  создания программ дистанционного обучения.

В нашей стране существует множество отечественных ИСОН: Адонис, АосМикро, Сценарий, ТесСис, Интегратор и др.

Средства мультимедиа

Еще до появления  новой информационной технологии эксперты, проведя множество экспериментов, выявили зависимость между методом  усвоения материала и способностью восстановить полученные знания некоторое  время спустя. Если материал был  звуковым, то человек запоминал около 1\4 его объема. Если информация была представлена визуально – около 1\3. При комбинировании воздействия (зрительного и слухового) запоминание  повышалось до половины, а если человек  вовлекался в активные действия в  процессе изучения, то усвояемость  материала повышалось до 75%.

Итак, мультимедиа  означает объединение нескольких способов подачи информации - текст, неподвижные  изображения (рисунки и фотографии), движущиеся изображения (мультипликация и видео) и звук (цифровой и MIDI) - в  интерактивный продукт.

Аудиоинформация включает в себя речь, музыку, звуковые эффекты. Наиболее важным вопросом при этом является информационный объем носителя. По сравнению с аудио видеоинформация  представляется значительно большим количеством используемых элементов. Прежде всего, сюда входят элементы статического видеоряда, которые можно разделить на две группы: графика (рисованные изображения) и фото. К первой группе относятся различные рисунки, интерьеры, поверхности, символы в графическом режиме. Ко второй - фотографии и сканированные изображения.

Динамический видеоряд практически всегда состоит из последовательностей  статических элементов (кадров). Здесь  выделяются три типовых элемента: обычное видео (около 24 фото в секунду), квазивидео (6-12 фото в секунду), анимация. Использование видеоряда в составе мультисреды предполагает решение значительно большего числа проблем, чем использование аудио. Среди них наиболее важными являются: разрешающая способность экрана и количество цветов, а также объем информации.

Характерным отличием мультимедиа продуктов от других видов информационных ресурсов является заметно больший информационный объем, поэтому в настоящее время  основным носителем этих продуктов  является оптический диск CD-ROM стандартной  емкостью 650 Мбайт. Для профессиональных применений существует ряд других устройств (CD-Worm, CD-Rewritaeble, DVD и др.), однако они имеют очень высокую стоимость.

Гипертекстовые  и гипермедиа средства

Гипертекст –  это способ нелинейной подачи текстового материала, при котором в тексте имеются каким-либо образом выделенные слова, имеющие привязку к определенным текстовым фрагментам. Таким образом, пользователь не просто листает по порядку страницы текста, он может  отклониться от линейного описания по какой-либо ссылке, т.е. сам управляет процессом выдачи информации. В гипермедиа системе в качестве фрагментов могут использоваться изображения, а информация может содержать текст, графику, видеофрагменты, звук.

Использование гипертекстовой технологии удовлетворяет таким  предъявляемым к учебникам требованиям, как структурированность, удобство в обращении. При необходимости  такой учебник можно “выложить” на любом сервере и его можно  легко корректировать. Но, как правило, им свойственны неудачный дизайн, компоновка, структура и т.д.

В настоящее время  существует множество различных  гипертекстовых форматов (HTML, DHTML, PHP и  др.).

Критерии выбора средств

При выборе средств  необходима оценка наличия:

аппаратных средств  определенной конфигурации;

сертифицированных программных систем;

специалистов требуемого уровня.

Кроме того, необходимо учитывать назначение разрабатываемого ЭУ, необходимость модификации дополнения новыми данными, ограничение на объем  памяти и др.

Благодаря бурно  развивающейся технологии средства мультимедиа и гипермедиа становятся достаточно дешевыми, чтобы устанавливать  их на большинство персональных компьютерах. Кроме того, мощность и быстродействие аппаратных средств позволяют использовать вышеупомянутые средства.

Структурная организация  электронного учебника

На рынке компьютерных продуктов с каждым годом возрастает число обучающих программ, электронных  учебников и т.п. Одновременно не утихают споры о том, каким  должен быть "электронный учебник", какие функции "вменяются ему  в обязанность". Традиционное построение ЭУ: предъявление учебного материала, практика, тестирование.

В настоящее время  к учебникам предъявляются следующие  требования:

1. Информация по  выбранному курсу должна быть  хорошо структурирована и представлять  собою законченные фрагменты  курса с ограниченным числом  новых понятий.

2. Каждый фрагмент, наряду с текстом, должен представлять  информацию в аудио- или видео  ("живые лекции"). Обязательным  элементом интерфейса для живых  лекций будет линейка прокрутки,  позволяющая повторить лекцию  с любого места.

3. Текстовая информация  может дублировать некоторую  часть живых лекций.

4. На иллюстрациях, представляющих сложные модели  или устройства, должна быть мгновенная  подсказка, появляющаяся или исчезающая  синхронно с движением курсора  по отдельным элементам иллюстрации  (карты, плана, схемы, чертежа  сборки изделия, пульта управления  объектом и т.д.).

5. Текстовая часть  должна сопровождаться многочисленными  перекрестными ссылками, позволяющими  сократить время поиска необходимой  информации, а также мощным поисковым  центром. Перспективным элементом  может быть подключение специализированного  толкового словаря по данной  предметной области.

6. Видеоинформация  или анимации должны сопровождать  разделы, которые трудно понять  в обычном изложении. В этом случае затраты времени для пользователей в пять-десять раз меньше по сравнению с традиционным учебником. Некоторые явления вообще невозможно описать человеку, никогда их не видавшему (водопад, огонь и т.д.). Видеоклипы позволяют изменять масштаб времени и демонстрировать явления в ускоренной, замедленной или выборочной съемке.

7. Наличие аудиоинформации,  которая во многих случаях  является основной и порой  незаменимой содержательной частью  учебника.

Режимы работы электронного учебника

Можно выделить 3 основных режима работы ЭУ:

обучение без  проверки;

обучение с проверкой, при котором в конце каждой главы (параграфа) обучаемому предлагается ответить на несколько вопросов, позволяющих определить степень усвоения материала;

тестовый контроль, предназначенный для итогового  контроля знаний с выставлением оценки.

В настоящее время  к учебникам предъявляются следующие  требования: структурированность, удобство в обращении, наглядность изложенного  материала. Чтобы удовлетворить  вышеперечисленные требования, целесообразно  использование гипертекстовой технологии.

Электронный вариант  учебника вмещает в себе и средства контроля, так как контроль знаний является одной из основных проблем  в обучении. Долгое время в отечественной  системе образования контроль знаний, как правило, проводилось в устной форме. На современном этапе применяются  различные методы тестирования. Многие, конечно, не разделяют этой позиции, считая, что тесты исключают такие необходимые навыки, как анализирование, сопоставление и т.д. В системах дистанционного обучения применение новых технологии дает возможность качественно по-новому решить проблему. Мы заложили в электронный вариант учебника Таким образом, можно надеяться, что применение новых информационных технологий способствуют повышению эффективности обучения, а также являются незаменимым инструментом при самостоятельной подготовке обучающегося.

Известно, что для  активного овладения конкретной предметной областью необходимо не только изучить теорию, но и сформировать практические навыки в решении задач. Для этого нужно научиться  строить физические модели изучаемых  процессов и явлений, проектировать  алгоритмы решения и реализовывать  их в виде программ. Для достижения этой цели в состав ЭУ включена серия  модельных программ, обеспечивающих графическую иллюстрацию структуры  и работы алгоритмов, что позволяет  не только повысить степень их понимания, но и способствует развитию у школьника  интуиции и образного мышления.

Электронный учебник  как средство дистанционного обучения

Как один из режимов  использования ЭУ можно рассмотреть  дистанционное обучение.

Дистанционное обучение - комплекс образовательных услуг, предоставляемых  широким слоям населения в  стране и за рубежом с помощью  специализированной информационной образовательной  среды, базирующейся на средствах обмена учебной информацией на расстоянии (спутниковое телевидение, радио, компьютерная связь и т.п.). Информационно-образовательная  система ДО представляет собой системно-организованную совокупность средств передачи данных, информационных ресурсов, протоколов взаимодействия, аппаратно-программного и организационно-методического обеспечения, ориентированную на удовлетворение образовательных потребностей пользователей. ДО является одной из форм непрерывного образования, которое призвано реализовать права человека на образование и получение информации.

То есть под дистанционным  обучением будем понимать любой  вид передачи знаний, где обучающий  и обучаемый разобщены во времени  или пространстве. Если согласиться  с этим определением, то "старое доброе" заочное обучение и есть прообраз современного ДО, в котором, однако, отсутствует элемент индивидуализации. Каким же образом можно привнести элементы индивидуализации в компоненты дистанционного обучения?

Поскольку современные  компьютеры позволяют с большой  эффективностью воспроизводить практически  все известные до настоящего времени  виды передачи информации, и, что нам  представляется наиболее важным, только они могут реализовать адаптивные алгоритмы в обучении и обеспечить преподавателя объективной и  оперативной обратной связью о процессе усвоения учебного материала, то становится совершенно очевидным, что принципиальное отличие ДО в сегодняшнем его  понимании от традиционного заочного заключается не только в том, что "перо и бумагу" заменяет компьютер, а "голубиную почту" - Интернет. Мультимедийный компьютер - это не только новый интегрированный носитель информации, это - устройство наиболее полно и адекватно отображающее модель "face to face". Кроме этого, только в компьютерах могут быть реализованы информационно-справочные системы на основе гипермедийных ссылок, что также является одной из важнейших составляющих индивидуализации обучения.

Основные принципы дистанционного обучения (ДО): установление интерактивного общения между обучающимся  и обучающим без обеспечения их непосредственной встречи и самостоятельное освоение определенного массива знаний и навыков по выбранному курсу и его программе при заданной информационной технологии.

Дистанционное обучение и традиционное существенно различаются. Это:

1) пространственная  разделённость обучающего и обучаемого;

2) усиление активной  роли учащегося в образовательном  процессе: в постановке образовательных  целей, выборе форм и темпов  обучения;

3) подбор материалов, предназначенных специально для  дистанционного изучения.

Главной проблемой  развития дистанционного обучения является создание новых методов и технологий обучения, отвечающих телекоммуникационной среде общения. В этой среде ярко проявляется то обстоятельство, что  учащиеся не просто пассивные потребители  информации, а в процессе обучения они создают собственное понимание  предметного содержания обучения.

На смену прежней  модели обучения должна прийти новая  модель, основанная на следующих положениях: в центре технологии обучения —  учащийся; суть технологии — развитие способности к самообучению; учащиеся играют активную роль в обучении; в  основе учебной деятельности — сотрудничество.

В связи с этим требуют пересмотра методики обучения, модели деятельности и взаимодействия преподавателей и обучаемых. Считаетя ошибочным мнение многих российских педагогов-практиков, развивающих технологии дистанционного образования, что дистанционный учебный курс можно получить, просто переведя в компьютерную форму учебные материалы традиционного очного обучения.

Успешное создание и использование дистанционных  учебных курсов должно начинаться с  глубокого анализа целей обучения, дидактических возможностей новых  технологий передачи учебной информации, требований к технологиям дистанционного обучения с точки зрения обучения конкретным дисциплинам, корректировки  критериев обучённости.

Дидактические особенности  курса ДО обусловливают новое понимание и коррекцию целей его внедрения, которые можно обозначить следующим образом:

• стимулирование интеллектуальной активности учащихся с помощью определения целей  изучения и применения материала, а  также вовлечения учащихся в отбор, проработку и организацию материала;

• усиление учебной  мотивации, что достигается путем  четкого определения ценностей  и внутренних причин, побуждающих  учиться;

• развитие способностей и навыков обучения и самообучения, что достигается расширением  и углублением учебных технологии и приемов.