Главная страница
Навигация по странице:

  • «Измерение ускорения движения тела по наклонной плоскости» Цель демонстрации

  • Оборудование

  • ГЛАВА 3. СОДЕРЖАНИЕ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ

  • 3.2.

  • Усвоение технических понятий и принципа действия

  • Средние значения коэффициентов полноты освоения умения

  • Оценка готовности учащихся 9 класса к выбору

  • Успеваемость учащихся контрольной и экспериментальной групп

  • Уровень интереса к изучению физики

  • Расчет значения критерия χ2 Пирсона для оценки значимости различий

  • Исследование параметрического стаблизатора напряжения. МД_Использование робототехнического набора Arduino при изучении. Программа Естественнонаучное образование


    Скачать 2.12 Mb.
    НазваниеПрограмма Естественнонаучное образование
    АнкорИсследование параметрического стаблизатора напряжения
    Дата14.05.2023
    Размер2.12 Mb.
    Формат файлаdoc
    Имя файлаМД_Использование робототехнического набора Arduino при изучении .doc
    ТипПрограмма
    #1129986
    страница8 из 13
    1   ...   5   6   7   8   9   10   11   12   13
    Тема: Равноускоренное движение

    9 класс

    Часть 1. Учебная демонстрация

    «Измерение ускорения движения тела по наклонной плоскости»

    Цель демонстрации: иллюстрация способа измерения ускорения движения тела с применением оборудования по образовательной робототехнике.

    Оборудование: шарик, желоб лабораторный, брусок, экран (15×15 см), штатив лабораторный – 2 шт., базовый и ресурсный наборы Lego Mindstorms (EV3 или NXT).

    Базовая конструкция. Роботизированная установка для изменения ускорения движения тела по наклонной плоскости представляет собой модификацию традиционной установки, дополненную датчиками света и расстояния, микропроцессорным блоком (EV3 либо NXT) и устройством для автоматического запуска шарика.

    На рисунке 1 показан пример конструкции данной установки, собранной на базе конструктора Lego Mindstorms с микропроцессором NXT. Традиционный демонстрационный (или лабораторный) желоб может быть заменен на жёлоб, собранный из деталей конструктора. В этом случае облегчается операция сборки устройства для запуска шарика и крепления датчика света. На рисунке 2 представлен пример конструкции этой же экспериментальной установки с жёлобом из деталей конструктора на базе Lego Mindstorms EV3.



    Рис. 1. Общий вид установки для определения ускорения, собранной на базе конструктора Lego Mindstorms с микропроцессорным блоком NXT



    Рис. 2. Общий вид установки для определения ускорения, собранной из деталей конструктора на базе Lego Mindstorms с микропроцессорным блоком EV3

    Основной частью установки является наклонный желоб, по которому скатывается шарик. В начале эксперимента шарик помещается в верхнюю часть желоба и удерживается там подвижными скобами (рис. 3).

    Устройство для запуска шарика собирается на базе электродвигателя и может иметь различные конструктивные решения (рис. 3, 4, 5). Это устрой-

    ство срабатывает при пуске программы управления установкой. Двигатель поворачивает скобы на определённый угол, шарик освобождается и начинает скатываться по наклонной плоскости. Через некоторое время скобы возвращаются в исходное состояние, и эксперимент может быть проведен вновь.



    Рис. 3. Устройство для запуска шарика и Рис. 4. Устройство для запуска шарика

    датчик расстояния (на базе NXT) и датчик расстояния (на базе EV3)



    Рис. 5. Скобы, удерживающие шарик. Датчик расстояния

    В нижней части желоба закрепляется датчик света (рис. 1, 2), который «реагирует» на появление в поле его обзора скатывающегося шарика. В момент пуска микропроцессора включается программный секундомер для регистрации времени движения шарика. При срабатывании датчика света, закрепленного в нижней части наклонной плоскости, секундомер останавливается. В итоге измеряется время движения шарика. Для определения его перемещения используется датчик расстояния, который крепится на устройство для запуска шарика (рис. 3). Расстояние измеряется от точки начала движения шарика до металлической пластины, которая закрепляется в конце желоба на уровне расположения датчика света (рис.1, 2).

    В ходе демонстрации опыта на экран микропроцессора выводятся последовательно значения перемещения и времени движения шарика (рис. 6, 7).

    Пошаговая инструкция по сборке конструкции экспериментальной установки представлена в приложении «Сборка» к модулю «Ускорение». Инструкция выполнена в программе LEGO Digital Designer. (рис. 8). Если на компьютере установлена программа LEGO Digital Designer, то можно запустить проект конструкции программы, выполненной в версии 4.2., и познакомиться с трёхмерным изображением роботизированной установки.



    Рис. 6. Вывод результатов измерения Рис. 7. Вывод результатов измерения

    на экран NXT (перемещение, время) на экран EV3 (перемещение)

    Работу школьников и студентов полезно организовывать в сменных командах, в том числе командах, включающих учащихся разного возраста. Лучшие проекты могут быть представлены на конкурсах и олимпиадах по робототехнике разного уровня (краевом, региональном, всероссийском, международном). В приложении 3 представлен пример конкурсного проекта «Измерение ускорения свободного падения на поверхности небесных тел» («Роботы в космических исследованиях»).

    В рамках настоящего исследования подготовлены следующие роботизированные эксперименты:

    Механика

    1. Относительность механического движения (относительность траектории).

    2. Определение скорости равномерного движения тела.

    3. Определение ускорения движения тела при равноускоренном движе

    нии (аналог машины Атвуда).

    1. Определение ускорения движения тела по наклонной плоскости.

    2. Определение ускорения свободного падения.

    3. Доказательство равноускоренного характера свободного падения.

    4. Исследование свободных колебаний (маятник на нити).

    5. Исследование свободных колебаний (пружинный маятник).

    6. Резонанс (маятник на нити).




    1. Резонанс (пружинный маятник).

    2. Закон Гука.

    3. Законы сухого трения.

    4. Второй закон Ньютона.

    5. Простые механизмы: блоки.

    Молекулярная физика

    1. Газовые законы (изохорный процесс).

    2. Газовые законы (изобарный процесс).

    3. Газовые законы (изотермический процесс).

    Электрические и магнитные явления

    1. Закон Ома для участка цепи.

    2. Изучение магнитных явлений.

    Физика атома и атомного ядра

    20. Ядерный ректор: моделирование терморегуляции и регулировки ин
    тенсивности протекания ядерной реакции.

    Кроме этого подготовлено 12 учебных модулей к разделу «Механика» (см. с. 103). Разработанные материалы предназначены для применения на уроках физики, занятиях школьного физического практикума и спецпрактикумов, могут быть использованы для организации элективных курсов физико-технической направленности, а также во внеурочной проектной деятельности учащихся (см. примеры демонстрационных и лабораторных РТ-установок в приложении 7).

    Разработанные в настоящем исследовании роботизированные лабораторные физические эксперименты и дидактические модули к разделу «Механика» составили основу программы элективного курса «Лабораторный практикум по физике с применением образовательной робототехники. Механика».

    Соединение образовательной робототехники с изучением физики придает учебному процессу новое качество: существенным образом меняется отношение учащихся к предмету, обогащается среда практико-ориентированного обучения, растет уровень знаний и умений физико-технической направленности, активизируется творческая деятельность учащихся, формируется более широкая информационная основа для становления профессиональных устремлений.

    Итак, в настоящем параграфе раскрыты структура и содержание методических и дидактических материалов по образовательной робототехнике, предназначенных для применения в учебном процессе по физике. Представлены структура и пример описания основных блоков одного из модулей. Продемонстрирована возможность разноуровневой работы учащихся на лабораторных занятиях по физике с применением образовательной робототехники.
    ГЛАВА 3. СОДЕРЖАНИЕ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТНО-ПОИСКОВОЙ РАБОТЫ

    3.1. Цели, содержание и методика опытно-поисковой работы
    В период 2020–2022 гг. с целью проверки результативности, разработанной в настоящем исследовании методики применения образовательной робототехники в учебном процессе по физике, была организована опытно-поисковая работа (ОПР). Экспериментальная проверка гипотезы исследования проводилась на базе СШ №56 г.Актобе и центра «Технопарк» Актюбинского регионального университета им.К.Жубанова. В работе творческого коллектива центра принимали участие учащиеся разных школ г.Актобе и Актюбинской области. В экспериментальном исследовании, включая его констатирующий, поисковый и формирующий этапы, приняли участие 597 учащихся основной школы (из них 300 учащихся – контрольная группа), 87 учителей физики, сотрудники «Технопарк» АРУ и студенты физического факультета АРУ. На констатирующем этапе экспериментального исследования (2020– 2021 гг.) выявлены основные противоречия реализации политехнической направленности обучения физике и дана оценка его результативности (создание условий для развития у учащихся интереса к современной технике и научным основам ее работы; формирование у них политехнических знаний и умений; становление готовности к выбору профильного уровня подготовки по предметам, связанным с инженерно-техническими специальностями будущей профессиональной деятельности). Проведено всестороннее изучение состояния проблемы применения робототехники в практике работы средней школы, в том числе в учебном процессе по физике.

    На поисковом этапе (2021–2022 гг.) исследовались возможности применения робототехники в преподавании курса школьного физики, осуществлялась разработка модели и методики обучения учащихся основам робототехники как составляющей их политехнической подготовки по предмету. Отрабатывалась практика применения различных методов и приемов обучения, были определены содержание и направления использования специальных средств обучения (роботизированного физического эксперимента, роботизированных технических объектов, дидактических материалов по робототехнике для самостоятельной работы учащихся). Выявлены подходы к организации учебной, исследовательской и проектной деятельности учащихся по робототехнике в рамках учебного процесса по физике, исследовались особенности разных форм организации занятий и вариативные практики обучения, уточнены критерии и показатели его результативности.

    На формирующем этапе ОПР (2022 г.) осуществлялось обучение школьников на основе разработанной методики применения робототехники в учебном процессе по физике, была выполнена проверка справедливости гипотезы исследования. Проведены анализ и обобщение результатов опытно-поисковой работы, сформулированы основные выводы.

    В ходе опытно-поисковой работы осуществлялось решение комплекса задач: 1) определение уровня интереса учащихся к изучению физики и ее технических приложений, включая интерес к изучению вопросов современной техники; выявление динамики изменения познавательных интересов учащихся в условиях применения в обучении образовательной робототехники; 2) оценка знаний и умений учащихся в области технических приложений физики, в том числе в сфере учебной робототехники; 3) выявление профессиональных устремлений учащихся, их предпочтений в выборе предметов профильного уровня обучения в старших классах; 4) апробация и корректировка разработанных в настоящем исследовании модели и методики применения образовательной робототехники в учебном процессе по физике; 5) проверка справедливости гипотезы исследования.

    Опытно-поисковая работа проводилась в рамках основного учебного процесса по физике, в ходе преподавания элективного курса «Лабораторный практикум по физике с применением образовательной робототехники» и во внеурочной деятельности школьников по предмету. Было организовано участие школьников с РТ-проектами физико-технической направленности в конкурсах и соревнованиях разных уровней (городских, региональных). В экспериментальном обучении приняло участие 297 учащихся 7,8 и 9 классов.

    Обучение осуществлялось на основе трехкомпонентной модели включения робототехники в учебный процесс по физике (РТ как объект изучения, РТ как инструмент познания, РТ как средство обучения, развития и воспитания). В ходе обучения применялись наборы по робототехнике Arduino и образовательные модули, включающие комплекты дидактических и методических материалов по образовательной робототехнике. Отметим, что содержание разработанных в исследовании дидактических и методических модулей тесно связано с программой обучения физике основной школы и содержанием политехнической подготовки учащихся по предмету. Робототехника в каждом модуле представлена как область технических приложений основ физической науки, а изучение РТ направлено на более глубокое и полное усвоение предмета и его прикладной политехнической составляющей.

    В процессе опытно-поисковой работы применялись разные методы эмпирического исследования: педагогическое наблюдение; опрос; беседа; анкетирование; экспертиза учебного процесса и проектов учащихся по робототехнике; организация исследовательской педагогической практики, включающей констатирующий, поисковый, формирующий этапы; методы математической статистики для обработки результатов эмпирического исследования [2; 31; 38; 147].

    В качестве критериев результативности, предложенной в настоящем исследовании методики обучения, были выбраны: 1) уровень интереса школьников к изучению физики и ее технических приложений, в том числе

    интерес к современной технике; 2) полнота усвоения учащимся знаний и овладения умениями политехнической направленности, в том числе в области робототехники; 3) уровень готовности к выбору профильного уровня обучения физике в старшей школе (10-11 классы).

    Теоретико-методологическую основу опытно-поисковой работы в направлении исследования динамики развития п о з н а в а т е л ь н ы х интересов учащихся составили труды известных психологов и педагогов Л.И. Божович [18], А.Н. Леонтьева [80], А.Г. Здравомыслова [49], В.И. Загвязинского [47], Н.Г. Морозовой [99], Г.И. Щукиной [184] и методистов B.C. Данюшенкова [35], И.Я. Ланиной [77], Е.В. Оспенниковой [114], А.В. Усовой [159; 157; 160]. Анализировались и были учтены результаты диссертационных исследований в области развития и диагностики интереса, учащихся к изучению физики (Б.Т. Войцеховский [26], Осяк С.А. [118], В.Г. Речкалов [139] и др.).

    В толковании сущности познавательного интереса мы придерживаемся позиции Г.И. Щукиной. Автор определяет познавательный интерес как сложное личностное образование, психологическую природу которого составляют интеллектуальные, эмоциональные и волевые процессы. Он проявляется в избирательной направленности личности на процесс познания с целью «овладения сущностью познаваемого», а также в положительном отношении к предмету познания [184].

    Оценка уровня интереса школьников к изучению физики, ее технических приложений, в том числе интереса к современной технике (первый критерий) осуществлялась на основе комплексной экспертизы их учебно-познавательной деятельности по предмету. Первоначально проводилось анкетирование с целью выявления предметных предпочтений учащихся и круга их интересов в области физики. Оценка уровня развития интереса к физике и технике осуществлялась на основе: наблюдений за работой школьников на занятиях по предмету; анализа их отношения к самостоятельной работе в классе и домашних условиях, а также ее качества; бесед с учителями физики, а в ряде случаев и родителями учащихся. Учитывалось участие школьников в конкурсах и соревнованиях с проектами физического и физико-технического содержания, а также их желание изучать в старшей школе предметы физико-математического цикла и технологии на профильном уровне. Обработка результатов диагностики познавательных интересов учащихся осуществлялась по методике, предложенной в работе Е.В. Оспенниковой [114]. Согласно данной методике выделяется три уровня развития познавательного интереса к предмету (низкий, средний, высокий). К критериям дифференциации уровней относятся: полнота предметного содержания, осознанность, устойчивость, ценностная ориентация.

    Полнота усвоения знаний и овладения умениям и политехнической направленности, в том числе в области робототехники (второй критерий) оценивалось на основе: 1) анализа результатов письменных работ учащихся, направленных на выявление их знаний в области технических приложений физики; 2) оценки качества выполнения лабораторных заданий (ранее освоенных и новых), ориентированных на диагностику уровня овладения техническими умениями и навыками в постановке физического эксперимента, в том числе с применением робототехнического оборудования (последнее только для учащихся экспериментальных классов).

    Теоретико-методологическим основанием опытно-поисковой работы в этом направлении являлись труды А.И. Половинкина [124], Б.Г. Юдина [186], П.Я. Гальперина [29], Н.Ф. Талызиной [152], П.И. Ставского [146], А.Н. Сергеева [142], С.Н. Бабиной [9], А.Т. Глазунова [30], Е.В. Оспенниковой [113; 115;], В.Г. Разумовского [135; 136], Г.П. Стефановой [149], А.В. Усовой [158], Т.Н. Шамало [177], А.А. Шаповалова [179]. Были учтены результаты диссертационных исследований Ю.А. Варицкого [21], Б.Т. Войцеховского [26], С.У. Калюги [64], Р.М. Чудинского [174], Э.Ф. Шариповой [180] и др.

    В ходе диагностики контролировались: 1) полнота усвоения учащимися понятий о технических объектах, включая усвоение принципа их действия; 2) умение воспроизвести на практике ранее освоенный учебный физический эксперимент; 3) умение проектировать новый эксперимент (определять состав оборудования, собирать экспериментальную установку, планировать ход эксперимента); 4) умение проектировать физический эксперимент с применением оборудования по образовательной робототехнике (последнее только для экспериментальных классов).

    Полнота усвоения понятий о технических объектах оценивалась на основе обобщенного плана их изучения (см. приложение 4) [116, с. 648].

    При оценке уровня понимания учащимися принципа действия технического объекта обращалось внимание на знание основных явлений и законов, лежащих в основе его работы, и умение изложить особенности «механизма» его функционирования (т.е. указать: связи между элементами устройства и характер их взаимодействия; физические эффекты (явления, законы), сопровождающие это взаимодействие и обеспечивающие работу устройства).

    Для контроля полноты овладения учащимся умением проектировать физический эксперимент был использован обобщённый план разработки проекта экспериментальной установки, предложенный Е.В. Оспенниковой [153].

    Средние коэффициенты полноты усвоения учащимися знаний и овладения умениями определялись по следующей формуле:



    где аі - количество верно выполненных i-м учащимся пунктов обобщённого плана; п - число пунктов обобщённого плана; A - число испытуемых [156: 158].

    Полнота освоения умения проектировать установку для проведения эксперимента оценивалась при выполнении учащимися типового лабораторного эксперимента по физике и лабораторного эксперимента с применением робототехнического оборудования. При проектировании учебного роботизированного эксперимента допускалось использование учащимися отдельных элементов оборудования школьного кабинета физики и дополнительных мате-

    риалов. Обращалось внимание на их умение не только самостоятельно конструировать установку, но составлять программу управления роботизированным экспериментом (см. характеристику I, II и III уровней самостоятельности в проектировании и выполнении робототехнического эксперимента, п. 2.5.).

    Теоретико-методологической основой изучения готовности учащихся к выбору профиля обучения являлись труды Э.Ф. Зеера [50], H.H. Захарова [48], Е.А. Климова [132; 68], Е.М. Павлютенкова [120], Н.С. Пряжникова [131], М. В. Ретивых [138], И.Ю. Гутник и А.П. Тряпицыной [34], С. Н. Чистяковой [171; 173]. Анализировались и учитывались в опытно-поисковой работе результаты диссертационных исследований последних лет (В.Б. Гундырева [33], О.Ю. Дергунова [36], О.В. Игумновой [54], Г.И. Имашева [60], Б.Г. Имангалиевой [59], В.А. Ишутина [61], В.Е. Казенаса [63], Н.Л. Кури-левой [75], Л.А. Логинова [84], Н.А. Ложниковой [85], С.Г. Тумакова [155], А.И. Цуканова [171], Р.М. Чудинского [174], В.Г. Чупашева [175].

    В толковании готовности учащегося к выбору направленности обучения на профильном уровне в старшей школе мы исходили из определения сущности готовности как психологического феномена. Готовность к деятельности - целостное личностное образование (интегративное качество личности по И.А. Зимней [52], все свойства личности по В.А. Крутецкому [74]), обусловленное предшествующим опытом человека и включающее мотивационные, познавательные, волевые и эмоциональные компоненты. Проявляется в направленности на достижение цели деятельности, понимании ее основных задач, условий и возможных способов их решения, уверенности в своих силах, осознании и принятии ответственности за возможный результат. Включает готовность к ориентировке, исполнению и оценочно-рефлексивным действиям (Л.А. Кандыбович, М.И. Дьяченко). Показателем готовности, в частности, является высокая стабильность деятельности в модельных условиях (по Ф. Генову).

    С целью диагностики уровня готовности учащихся выбору учебных предметов для обучения на профильном уровне (третий критерий) использовалась методика, разработанная в исследовании И.М. Зенцовой [51]). Согласно данной методике к критериям готовности учащегося к выбору профильного уровня обучения по предмету отнесены: 1) наличие предпочитаемой области знания, 2) наличие мотивации к изучению данной области, 3) знание возможностей избираемой предметной области относительно будущей профессиональной деятельности и требований к личностным качествам обучаемого, 4) готовность к выполнению основных видов учебно-познавательной деятельности, связанных с данной предметной областью; 5) готовность к самоконтролю правильности выбора предметной области знания для изучения на профильном уровне. Для каждого критерия заданы соответствующие показатели. На основе данной методики диагностики оказалось возможным дифференцировать школьников по уровню их готовности к выбору предметной области знания (физика, технология) для ее изучения на профильном уровне. В итоге выявлено и диагностировано три уровня готовности: низкий, средний, высокий.

    В течение трёх лет в контрольных и экспериментальных группах испытуемых отслеживалась динамика изменения показателей по каждому из указанных выше критериев. В итоге разработанная в настоящем исследовании методика диагностики результативности обучения физике с применением образовательной робототехники позволила получить данные, на основе которых была дана объективная оценка справедливости сформулированной ранее гипотезы.
    3.2. Результаты опытно-поисковой работы и их интерпретация. Внедрение результатов исследования

    Рассмотрим результаты к о н с т а т и р у ю щ е г о э т а п а опытно-поисковой работы. На этом этапе была выполнена оценка: 1) уровня интереса школьников к изучению физики и ее технических приложений, в том числе интереса к современной технике; 2) усвоения учащимися знаний и овладения умениями политехнической направленности, в том числе в области робототехники; 3) готовности к выбору предметной области знания (физика, технология) для ее изучения на профильном уровне в старшей школе (10-11 классы). В эксперименте приняли участие 302 учащихся основной школы: 103 учащихся 7-х классов, 98 – 8-х классов, 101 – 9-х классов.

    I. Уровень интереса школьников к изучению физики, ее технических приложений, в том числе интереса к современной технике. На начальном этапе диагностики выявление интереса школьников к изучению физики и ее прикладных технических вопросов осуществлялось на основе анкетирования. Во-первых, учащимся предлагалось по трехбалльной шкале оценить свой интерес к каждому предмету учебного плана основной школы. Один балл соответствовал низкому уровню интереса к предмету, два – среднему, три – высокому. Во-вторых, школьникам необходимо было определиться аналогичным образом с интересом к изучению технических приложений физики (техническим объектам, их устройству и принципу действия). В-третьих, они должны были выразить свое отношение к изучению объектов современной техники. Далее были проанализированы данные наблюдений за учебной работой школьников и оценки ее качества, содержание бесед с учащимися и учителями физики, а также в ряде случаев родителями обучаемых. В итоге учащиеся были дифференцированы по уровням развития интереса к физике как области знания (низкий, средний, высокий) [114], была дана оценка их заинтересованности в изучении вопросов техники.

    Итоги этого исследования следующие: 1) интерес к изучению физики (средний и высокий уровни) проявляют в среднем 14,4% учащихся от общего числа опрошенных, в том числе: учащиеся 7 классов – 16,7%, учащиеся 8 классов – 15,2%, учащиеся 9 классов – 11,2%; 2) интерес к изучению техники в курсе физики высказали 72,8 % учащихся основной школы, при этом изучение физических основ работы технических устройств (принципа действия) интересно только для 19, 2 % опрошенных; существенных отличий в уровне общего интереса к технике у учащихся 7, 8 и 9 классов не наблюдается, при этом является более высокой заинтересованность девятиклассников в изучении принципа работы технических устройств (38,5%); 3) интерес учащихся к изучению современной техники несколько выше: к технике в целом – 84,2%; принципу действия технических устройств – 24%, при этом в 9 классах заинтересованность в изучении принципа работы современных технических устройств достигает 42,3 %; 4) интерес к самостоятельной творческой деятельности в области техники проявляют лишь 12, 4% учащихся основной школы; у учащихся 9 классов этот интерес несколько ниже – 9,6 %.

    Беседы с учителями позволили выяснить причины сложившегося положения дел. Главной из них является недостаток учебного времени для освещения вопросов техники в курсе физики (на что указывают более 90% опрошенных). Вызывает затруднение подготовка демонстрационного оборудования и дидактических материалов для учащихся по техническим приложениям физики, в том числе мультимедиа презентаций по технике (на это указывают около 62 % опрошенных). В связи с этим недостаточно применяются наглядные методы обучения: демонстрация натурных технических объектов, видеоматериалов о технике, опытов физико-технического содержания. Использование этих методов обучения на уроках физики отмечают менее 50 % учителей и только 32 % учащихся. Часть учителей физики испытывает трудности в поиске и отборе информации о современной технике (около 34 % опрошенных). Тем не менее, они отмечают, что рассматривают на занятиях по предмету вопросы современной техники, обсуждают с учащимися некоторые особенности работы ее новых поколений.

    Слабая заинтересованность школьников в изучении физических основ работы технических устройств объясняется, на наш взгляд, сложностью этих вопросов, с одной стороны [315], и недостаточным вниманием к их анализу на уроках физики – с другой. Нередко эти вопросы изучаются лишь в ознакомительном плане. Мы полагаем, что школьники должны представлять себе достаточно полно принцип работы изучаемых технических устройств. Обсуждение явлений и законов физики в контексте анализа процессов функционирования конкретных технических объектов (инструментов, приборов, машин и их систем) позволяет им существенно полнее и глубже освоить основы физической науки.

    Низкий уровень интереса школьников к самостоятельной творческой деятельности технической направленности, связанной с применением знаний по физике, информатике, технологии в проектировании технических устройств, определяется в значительной степени тем, что лишь небольшой процент учителей (9,5 % опрошенных) дает учащимся общую информацию о научно-технической деятельности по проектированию, созданию и модернизации технических объектов. Конкретные способы и технологии их создания практически не обсуждаются и не осваиваются в учебном варианте на занятиях по физике. Знакомство учащихся с техническими объектами традиционно ограничивается работой с оборудованием для лабораторного физического эксперимента. Очень мало уделяется внимания включению в учебный процесс по физике элементов технического творчества в учебном эксперименте, тем более с применением современного школьного оборудования. Совсем невелик процент учащихся (в среднем по основной школе

    менее 2-3 %), которые вовлечены в использование при изучении физики наборов по образовательной робототехнике.

    Достаточно высокий (более 70 %) общий интерес учащихся к технике позволяет надеяться на то, что реализация тесной взаимосвязи изучения основ физики и ее технических приложений, в том числе в области современной технической инноватики, будет способствовать формированию у значительной части учащихся устойчивого интереса к изучению физики.

    II. Полнота усвоения знаний и овладения умениями политехнической направленности.

    1. П о л н о т а у с в о е н и я у ч а щ и м и с я п о н я т и й о технических объектах (ТО), включая изложение принципа действия технического устройства. С целью определения полноты усвоения учащимися понятий о технических объектах им было предложено раскрыть содержание 2-3 понятий о ТО по обобщенному плану (см. приложение 4). Необходимо было дать описание технических объектов, изучение которых входило в программу курса физики основной школы. Диагностика осуществлялась по завершению соответствующей учебной темы (7 класс – барометр-анероид, гидравлический пресс; 8 класс – гальванометр, электродвигатель; 9 класс – генератор, реактивный двигатель). Расчеты средних значений коэффициентов полноты усвоения технических понятий для учащихся 7-9 классов представлены в таблице 4.

    Таблица 4ю Усвоение технических понятий и принципа действия технического устройства


    Показатель

    7 класс

    8 класс

    9 класс

    Л полноты усвоения технических понятий

    0,34

    0,36

    0,38

    Усвоение принципа действия (% от общего числа испытуемых)

    26, 9

    32,2

    36, 3

    Уровень полноты усвоения понятий о технических объектах оказался невысоким. Большинство учащихся в целом справились с описанием назначения и устройства прибора, областей его применения, но, как правило, ответили не полно или не ответили совсем на вопросы о принципе действия технического устройства, его разновидностях и особенностях (правилах) применения, в том числе особенностях техники измерения (для измерительных приборов).

    2. По лнота о с в ое н и я ум ен и я в п о становке ф и з и ч е с к о г о э к с п е р и м е н т а . С целью определения полноты освоения умения в проектировании конкретного физического эксперимента учащимся были предложены два типа заданий: по воспроизведению ранее выполненного эксперимента и самостоятельной постановке нового.

    Качество выполнения задания первого типа сначала оценивалось на основе анализа письменных ответов учащихся. Им предлагалось описать процедуру проектирования эксперимента по обобщенному плану (см. приложение 4). По завершению письменной части задания учащиеся должны были отобрать оборудование из предложенного набора приборов, инструментов и материалов и собрать экспериментальную установку. При диагностике оценивались правильность и качество сборки установки, обеспечивающее ее работоспособность.

    Диагностика умения проектировать установку для эксперимента осуществлялась после изучения учащимися соответствующей учебной темы. Учащимся было предложено проведение следующих экспериментов: 7 класс – измерение плотности тела, проверка закона Архимеда; 8 класс измерение сопротивления участка цепи, определение зависимости силы тока на участке цепи от напряжения на его концах; 9 класс – измерение ускорения движения тела по наклонной плоскости, определение зависимости периода колебания пружинного маятника от массы груза. Расчеты средних

    значений коэффициентов полноты освоения учащимися 7-9 классов умения проектировать установку для эксперимента представлены в таблице 5.

    Результаты диагностики в виде средних значений могут считаться вполне удовлетворительными. Действительно, согласно требованиям к результатам ГИА (2010-2012 гг.) содержательный элемент считается усвоенным, если средний процент выполнения заданий базового уровня сложности превышает 65%, а заданий повышенного и высокого уровней сложности – 50%. Однако при индивидуальной оценке полноты усвоения экспериментального действия ситуация не слишком благополучная: около половины учащихся не владеют в достаточной мере данным умением.

    Таблица 5. Средние значения коэффициентов полноты освоения умения проектирования установки для лабораторного эксперимента

    (репродуктивная деятельность)


    Среднее значение

    7 класс

    8 класс

    9 класс

    к

    0, 52

    0,52

    0, 56

    Умение проектировать новый физический эксперимент (отбирать оборудование и осуществлять сборку экспериментальной установки). Проверка освоения данного умения осуществлялась аналогичным образом. Главным отличием было время проведения диагностики. Если в предыдущем случае школьники выполняли эксперимент в конце изучения темы и после выполнения всех заявленных в программе обучения лабораторных работ, то в этом случае им предлагалось самостоятельно спроектировать эксперимент сразу после изучения теоретического материала темы. Средние значения коэффициентов полноты овладения учащимися 7-9 классов умения самостоятельно проектировать установку для эксперимента представлены в таблице 6. Низкий процент владения учащимся данным умением связан с трудностями, которые они традиционно испытывают при любом самостоя

    тельном исследовании. Выявление физических закономерностей составляет для них особую сложность. Надо отметить, что лабораторные эксперименты этого вида недостаточно представлены в учебных программах по физике.

    Таблица 6. Средние значения коэффициентов полноты освоения умения проектировать установку для лабораторного эксперимента

    (самостоятельное проектирование)


    Среднее значение

    7 класс

    8 класс

    9 класс

    к

    0,30

    0,32

    0,34

    Отметим в итоге, что уровень усвоения учащимися конкретных технических понятий и овладение умениями и навыками проектирования и сборки экспериментальных установок является не вполне удовлетворительным. Это связано с недостаточной широкой познавательной базой для формирования политехнических ЗУН, которая ограничена преимущественно областью методики и техники школьного физического эксперимента.

    III. Готовность к выбору профильного уровня обучения физике. Диагностика готовности учащихся 9 классов к выбору учебных предметов для их изучения в старших классах на профильном уровне проводилось в конце учебного года. В рамках настоящего исследования оценивалась готовность учащихся к выбору курса физики, а также курса технологии. По результатам диагностики было выявлено 29 учащихся из 101 девятиклассника (28,7%), которые склонны выбрать при переходе в старшую школу профильные уровни обучения физике и технологии. Распределение уровней их готовности к этому выбору представлено в таблице 7. Как видно, заметная часть учащихся (каждый пятый) не обладают достаточным уровнем готовности к данному выбору. Сделанный ими выбор, как правило, не связан с наличием у них интереса к изучению соответствующих предметов, может быть неосознанным и состояться в итоге под влиянием случайных факторов. Достаточно высок процент учащихся со средним уровнем готовности,

    для которого тем не менее характерны сомнения в успехе углубленного освоения избранных предметов. Причиной тому является не в полной мере сложившийся интерес к их изучению, недостаточность предметных знаний по программе основной школы, неуверенность в своих познавательных способностях.

    Таблица 7. Оценка готовности учащихся 9 класса к выбору профильного уровня обучения физике и технологии


    Показатели

    Распределение испытуемых по уровням готовности

    Низкий

    Средний

    Высокий

    Число учащихся

    6

    13

    10

    % от общего числа учащихся, выбравших профильный уровень обучения физике и технологии

    20,7

    44,8

    34,5

    Согласно гипотезе настоящего исследования уровень усвоения учащимися знаний и умений по физике политехнической направленности, интерес школьников к изучению физики и её технических приложений, а в итоге готовность к выбору профильного уровня обучения физике повысятся, если в состав направлений политехнической подготовки учащихся включить образовательную робототехнику и использовать ее на занятиях по физике в качестве: а) объекта изучения, обеспечивающего усвоение учащимися научных основ современного роботостроения; б) инструмента познания как элемента современной методологии научного и научно-технического исследования в области физики и физико-технического творчества; в) средства обучения, способствующего росту интереса школьников к изучению научных основ современной техники, обогащению и углублению знаний технических приложений физики, расширению предметной области работы учащихся с объектами техники и формированию у них начальных умений учебной, исследовательской и проектной технической деятельности.

    На ф о р м и р у ю щ е м э т а п е опытно-поисковой работы в обучении приняли участие 597 учащихся основной школы (7, 8 и 9 классов), в том числе учащихся 7-классов - 198, 8-классов - 197, 9-классов - 202. В каждой параллели были сформированы контрольные и экспериментальные группы испытуемых. Данные группы являются репрезентативными выборками, которые отражают свойства генеральной совокупности (в эксперименте приняли участие школьники средней общеобразовательной школы № 56 г.Актобе; успеваемость учащихся по физике в данной школе по данным ГИА за 2021-2022 гг. находится на уровне среднего значения по Пермскому краю).

    Для обеспечения равенства исходных условий обучения был произведен ремонт выборочных совокупностей: 1) обеспечено равенство среднего балла успеваемости по физике и ряду смежных предметов; 2) являлось удовлетворительным распределение по гендерному признаку; 3) обеспечено примерно равное распределение испытуемых по уровню мотивации учебной деятельности по физике, в частности познавательного интереса.

    В таблице 8 в качестве примера представлена сравнительная характеристика успеваемости учащихся 7- классов в контрольной и экспериментальной группах до начала обучения.

    Таблица 8ю Успеваемость учащихся контрольной и экспериментальной групп

    (7-е классы, итоги первой четверти, % от числа учащихся в группе)


    Успеваемость учащихся

    Физика

    Математика

    Информатика

    Технология

    К

    Э

    К

    Э

    К

    Э

    К

    Э

    Отлично

    9,80

    12,00

    5,88

    8,00

    21,57

    24,00

    17,65

    16,00

    Хорошо

    54,90

    56,00

    37,25

    36,00

    60,78

    58,00

    58,82

    64,00

    Удовлетворительно

    31,37

    26,00

    49,02

    48,00

    17,65

    18,00

    23,53

    20,00

    Неудовлетворительно

    3,92

    6,00

    7,84

    8,00

    0,00

    0,00

    0,00

    0,00

    В таблице 9 приведены данные, характеризующие уровень развития интереса учащихся 7 классов к изучению курса физики на начальном этапе обучения.

    Таблица 9ю Уровень интереса к изучению физики

    (7-е классы, итоги первой четверти, % от числа учащихся в группе)


    Уровень интереса

    к изучению физики

    7 класс

    Контрольная группа

    Экспериментальная группа

    количество

    %

    количество

    %

    Низкий

    85

    84,2

    79

    79,8

    Средний

    10

    9,9

    13

    13,1

    Высокий

    6

    5,9

    7

    7Д

    Результаты диагностики успеваемости учащихся и уровня развития интереса к изучению физики в контрольной и экспериментальной группах не имели статистической разницы на начальном этапе обучения. Оценка достоверности результатов диагностики проведена на основе расчета коэффициента χ2 Пирсона. Соблюдены основные требования к применению данной методики: объём выборки в контрольной и экспериментальной группах превышает 30 (около 100 в каждой группе), выборки являются независимыми, теоретическая частота для каждого выборочного интервала превышает 5, сумма наблюдений по всем интервалам равна общему количеству наблюдений. Значения критерия χ2 Пирсона представлены в таблице 10. На основании полученных данных видно, что уровень интереса к изучению физики у учащихся контрольной и экспериментальной групп при значении р ≤ 0,05 не имеет статистических различий на начальном этапе обучения.

    Таблица 10. Расчет значения критерия χ2 Пирсона для оценки значимости различий
    1   ...   5   6   7   8   9   10   11   12   13


    написать администратору сайта