На правах рукописи

ОСПЕННИКОВ Никита Андреевич

МЕТОДИКА ОБУЧЕНИЯ БУДУЩИХ УЧИТЕЛЕЙ ИСПОЛЬЗОВАНИЮ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

НА ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЯХ ПО ФИЗИКЕ В СРЕДНЕЙ ШКОЛЕ

13.00.02 – теория и методика обучения и воспитания

(физика)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук

Пермь 2007

Работа выполнена на кафедре мультимедийной дидактики и информационных технологий обучения ГОУ ВПО «Пермский государственный педагогический университет»

Научный руководитель доктор педагогических наук, доцент Семакин Игорь Геннадьевич

Официальные оппоненты: доктор педагогических наук, профессор Земцова Валентина Ивановна ГОУ ВПО «Орский государственный гуманитарно-технологический институт»

кандидат педагогических наук, доцент Бояркин Аркадий Ильич Челябинское высшее военное автомобильное командно-инженерное училище (военный институт)

Ведущая организация ГОУ ВПО «Уральский государственный педагогический университет»

Защита состоится 5 ноября 2007 года в 15-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.295.02 при ГОУ ВПО «Челябинский государственный педагогический университет» по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. Ленина, д. 69, ауд. 439.

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале библиотеки Челябинского государственного педагогического университета

Автореферат разослан «4» октября 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор педагогических наук, профессор В.С. Елагина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Современные тенденции в развитии системы высшего образования на международном (Болонский процесс) и общероссийском («Закон Российской Федерации об образовании», «Национальная доктрина образования на период до 2010 года») уровнях отражают его направленность на подготовку специалистов нового поколения. В новой концепции системы высшего образования России акценты переносятся с узкопрофессионального квалификационного подхода к обучению специалистов на разностороннее общекультурное и профессиональное развитие их личности.

Ставится задача формирования у выпускников высшей школы системы профессиональных компетенций, позволяющих им успешно решать практические задачи в широком спектре разнообразных профессиональных ситуаций, оценивать и корректировать эти решения в социальном, экономическом и культурном контекстах. Подготовка компетентного специалиста в условиях современного информационного общества непременно включает формирование у него системы общих и профессиональных ИКТ-компетенций.

Анализу сущности компетентностного подхода и его реализации в системе высшего педагогического образования посвящены многочисленные исследования (А.М. Андреев, В.И. Байденко, В.А. Болотов, Е.С. Заир-Бек, В.А. Козырев, Ю.Н. Кулюткин, Ю.Г. Татур, Н.Ф. Радионова и др.). Опубликовано значительное число научных работ по вопросам вузовской подготовки педагогов в области использования средств ИКТ в профессиональной деятельности (Г.А. Бордовский, С.Г. Григорьев, В.В. Гришкун, С.А. Жданов, В.А. Извозчиков, С.Д. Каракозов, А.Ю.Кравцова, В.В. Лаптев, Д.Ш. Матрос, В.М. Монахов, И.В. Роберт, И.Г. Семакин, Е.К. Хеннер и др.). Вместе с тем далеко не все аспекты проблемы профессионального обучения учителей на основе его компетентностной модели, включая аспекты формирования их готовности к информатизации сферы общего образования, полно и глубоко исследованы. При общей теоретико-методологической проработанности ключевых направлений данной проблемы остаются малоизученными ее методические составляющие, в частности, формирование специальной профессиональной компетентности (СПК) будущих учителей физики в использовании средств информационных компьютерных технологий (ИКТ) в учебном процессе по предмету.

Важно отметить явно недостаточную дифференциацию отдельных линий исследования в содержании проблемы формирования СПК будущих учителей физики в применении компьютерных технологий в обучении. Внимание исследователей преимущественно сосредоточено на развитии у студентов общих представлений по вопросам использования средств ИКТ в преподавании предмета, тогда как в практике предметной подготовки учителей физики уже давно являются востребованными конкретные тематические модули, например: «Использование средств ИКТ в решении физических задач», «ИКТ в контроле и учете знаний и умений учащихся», «Дистанционные элективные курсы по физике» и т.п.

Значимой и привлекающей интерес исследователей является проблема использования ИКТ в учебном физическом эксперименте. Информатизация российского образования дала мощный импульс развитию теории и практики учебного эксперимента. В диссертационных работах и периодической печати обсуждается широкий круг вопросов методики и техники постановки демонстрационного физического эксперимента, а также методики проведения лабораторных работ в средней общеобразовательной школе с применением средств ИКТ (Д.В. Баяндин, Е.И. Бутиков, А.Д. Гладун, В.А. Извозчиков, А.С. Кондратьев, В.В.Лаптев, В.В.Ларионов, С.Е. Попов, М.И. Старовиков, В.А.Стародубцев, А.И. Ходонович и др.). Вместе с тем остается малоизученной проблема подготовки будущих учителей к применению средств ИКТ в организации учебного физического эксперимента. В этом ряду можно указать немногочисленные диссертационные исследования (С.Е.Попов, С.В. Таныгин, А.О. Чефранова), в которых обсуждаются лишь отдельные ее аспекты.

Анализ уроков информатизации системы общего образования, изучение опыта работы учителей физики в условиях информатизации средней школы, анализ и обобщение результатов методологических, педагогических и методических исследований по проблеме подготовки будущих учителей к использованию компьютерных технологий в преподавании позволили выявить следующие противоречия в теории и практике обучения:

1) между достаточно развитым потенциалом ИКТ-инфраструктуры школьной учебной среды, высоким уровнем готовности учащихся средней школы к использованию новых информационных технологий в учебной деятельности и недостаточным уровнем готовности учителей физики к организации обучения с использованием средств ИКТ; 2) между необходимостью систематического и комплексного использования в обучении физике элементов ИКТ-инфраструктуры учебной среды и эпизодическим применением в массовой практике лишь ее отдельных составляющих; 3) между потребностью в дифференциации и содержательном углублении тематических линий подготовки учителей физики к применению средств ИКТ в обучении и сложившейся в педагогических вузах практикой изучения преимущественно общих подходов к информатизации учебного процесса по предмету; 4) между высоким уровнем проработанности различных аспектов информатизации обучения физике в средней общеобразовательной школе и недостаточным исследованием вопросов подготовки учителя физики к эффективному использованию средств ИКТ обучении, в частности в организации лабораторных занятий по предмету; 5) между высоким образовательным потенциалом компетентностного и модульного подходов к подготовке будущих учителей к использованию средств ИКТ в преподавании физики и отсутствием научно-методического обеспечения их реализации в высшей педагогической школе.

Необходимость разрешения указанных противоречий определяет актуальность исследования и его проблему: как должно осуществляться обучение будущих учителей физики в педагогическом университете, чтобы его результатом было достижение выпускниками уровня профессиональной компетентности в решении задач организации лабораторных занятий по предмету в средней школе с использованием средств ИКТ? В соответствии с указанной проблемой сформулирована тема исследования: «Методика обучения будущих учителей использованию образовательных компьютерных технологий на лабораторных занятиях по физике в средней школе».

Объект исследования: процесс обучения в педагогическом университете будущих учителей физики по дисциплине «Теория и методика обучения физике».

Предмет исследования: содержание, методы, формы и средства обучения будущих учителей физики организации лабораторных занятий по предмету в средней школе с использованием ресурсов и инструментов виртуальной образовательной среды.

Цель исследования: разработка и научное обоснование методики обучения будущих учителей физики эффективному использованию компонентов ИКТ-инфраструктуры учебной среды на лабораторных занятиях по предмету в средней общеобразовательной школе.

Гипотеза исследования: результативность обучения будущих учителей физики применению средств ИКТ на лабораторных занятиях по предмету в средней общеобразовательной школе возрастет, если:

1) в составе дисциплины ГОС ВПО ОПД.Ф.04 «Теория и методика обучения физике» выделить учебный модуль «ИКТ в лабораторном физическом эксперименте»; при разработке концепции и программы модуля реализовать компетентностный подход к обучению будущих учителей;

2) представить содержание модуля в виде:

• системы знаний о современной ИКТ-инфраструктуре предметной учебной среды (аппаратная техника и инструменты для ввода информации; устройства и инструменты представления, обработки и передачи информации; информационные источники; инструменты учебной деятельности; системы и средства поддержки организации образовательного процесса) и новой практике организации лабораторного занятия, базирующейся на комплексном и систематическом использовании элементов данной инфраструктуры;

• системы квалификационных и компетентностных задач, направленных на формирование готовности студентов к самостоятельному проектированию лабораторных занятий по физике с применением средств ИКТ;

3) в составе компетентностных задач, определяющих содержание самостоятельной работы студентов по программе модуля, предусмотреть:

• разработку проекта лабораторного занятия, включающего комплексное использование компонентов ИКТ-инфраструктуры предметной учебной среды;

• подготовку комплекта цифровых дидактических материалов для самостоятельной работы учащихся, ориентирующего их на рациональное применение компонентов ИКТинфраструктуры учебной среды при выполнении лабораторного эксперимента;

4) предусмотреть в программе модуля формирование у будущих учителей обобщенных подходов к проектированию лабораторных занятий, организуемых в условиях ИКТнасыщенной предметной среды, а также формирование у них готовности к обучению учащихся обобщенным подходам к работе с компонентами виртуальной среды (ресурсами, инструментами), используемыми на лабораторных занятиях;

5) применять при организации занятий модуля адекватный компетентностному подходу к обучению комплекс методов и форм организации учебной работы студентов (метод проектов, метод социального взаимодействия, метод кейсов, методы развития критического мышления и педагогической рефлексии, методы проблемного обучения).

В соответствии с целью и сформулированной гипотезой исследования были определены задачи исследования:

1. На основе анализа психолого-педагогической, методической и специальной литературы определить теоретико-методологические подходы к формированию компетентности будущих учителей физики в области использования средств ИКТ на лабораторных занятиях по предмету в средней школе.

2. Уточнить базовые ИКТ-компетенции и определить состав специальных профессиональных ИКТ-компетенций учителя физики в организации лабораторных занятий по предмету; выделить уровни развития предметных ИКТ-компетенций и критерии их диагностики.

3. Разработать программу учебного модуля «ИКТ в лабораторном физическом эксперименте» в составе учебной дисциплины ГОС ВПО ОПД Ф.04 «Теория и методика обучения физике». Реализовать в программе модуля компетентностный подход к обучению.

4. Разработать методику обучения у будущих учителей физики комплексному использованию средств ИКТ на лабораторных занятиях по предмету в средней общеобразовательной школе.

5. В опытно-экспериментальной работе проверить результативность предложенной методики обучения.

Методологическую основу исследования составили: основы системного подхода к анализу объекта исследования; концепции конструирования и проектирования педагогического процесса; теоретические основы компетентностного подхода к подготовке специалистов в высшей школе; исследования в области информационного общества и информатизации педагогического образования; работы по информатизации общего образования и компьютерным технологиям обучения физике; основы методики и техники учебного физического эксперимента; научные теории и концепции усвоения социального опыта; современные концепции развития самостоятельности личности в учении; основы методологии педагогических исследований.

Методы исследования. Эмпирические: сбор научных фактов – анализ нормативных документов, изучение педагогического опыта учителей, анализ ИКТинфраструктуры учебной среды средней общеобразовательной школы, педагогические наблюдение и эксперимент в их различных формах; систематизация и обобщение педагогических фактов. Теоретические: анализ моделей обучения в психологии и дидактике, их прогностического и объясняющего потенциалов, противоречий в системе теоретического знания; выдвижение гипотез и теоретическое моделирование учебного процесса.

Исследование строилось с использованием основ общей и специальной методологии наук, связанных с педагогикой: философии, социологии, психологии, физики, математической статистики и др.

Исследование осуществлялось в три этапа с 2003-2007 гг.

На первом этапе (2003 – 2004 гг.) был проведен анализ психолого-педагогической и научно-методической литературы, а также диссертационных работ в аспекте исследуемой проблемы с целью определения теоретико-методологических основ формирования у будущих учителей физики профессионально-методических умений и компетентностей; определены цели, объект и предмет исследования; сформулированы гипотеза и задачи; составлен план опытно-экспериментальной работы, проведен ее констатирующий этап.

На втором этапе (2004 – 2005 гг.) разрабатывались программа модуля «ИКТ в лабораторном физическом эксперименте» и сопровождающий ее комплект дидактических и учебно-методических материалов. В поисковом эксперименте осуществлялись апробация программы модуля, корректировка системы квалификационных и компетентностных задач для самостоятельной работы студентов, отработка методики проведения занятий и организации самостоятельной работы студентов по программе модуля.

На третьем этапе (2005-2007 гг.) в ходе формирующей стадии опытно-экспериментальной работы проверялась эффективность разработанной методики формирования СПК будущих учителей физики в организации лабораторных занятий по предмету в условиях ИКТ-насыщенной среды. Были выполнены анализ и обобщение полученных в ходе исследования результатов, подведены его итоги. По результатам исследования подготовлены методическое пособие и цифровые учебные материалы.

Экспериментальная база исследования. Опытно-экспериментальная работа проводилась на базе физического факультета Пермского государственного педагогического университета, а также на базе школ проведения педагогической практики студентов ПГПУ (гимназий № 1, 4, 5, СОШ № 2, 7, 47, 127, школы с этнокультурным компонентом образования «Ор Авнер ХаБаД» г. Перми). Программа и материалы учебного модуля «ИКТ в лабораторном физическом эксперименте» прошли экспериментальную проверку на факультете переподготовки и повышения квалификации педагогический кадров Института непрерывного образования ПГПУ.

Научная новизна проведенного исследования состоит в следующем:

1. Определена система специальных профессиональных компетенций учителя физики в организации лабораторных занятий по предмету в условиях ИКТ-насыщенной среды.

Выделены уровни развития СПК данного вида и критерии их диагностики.

2. В программе и практике преподавания дисциплины ГОС ВПО ОПД Ф.04 «Теория и методика обучения физике» реализованы компетентностный и модульный подходы к обучению будущих учителей физики методике подготовки и проведения лабораторных занятий в средней школе с применением средств ИКТ. Разработана программа учебного модуля «ИКТ в лабораторном физическом эксперименте».

3. В отличие от ранее выполненных исследований, в которых рассматривались вопросы подготовки будущих учителей физики к использованию отдельных средств ИКТ в учебном лабораторном эксперименте, в настоящем исследовании предложена методика обучения студентов комплексному использованию компонентов ИКТ-инфраструктуры школьной предметной среды на лабораторных занятиях по физике. В составе методики определены:

а) цели, содержание, методы, формы и средства обучения, соответствующие компетентностному подходу к построению учебного процесса;

б) система компетентностных задач, определяющая содержание профессиональной деятельности студентов и позволяющая диагностировать их учебные достижения (СПК);

в) технологии формирования у студентов обобщенных подходов к проектированию учебно-методических комплексов (УМК) лабораторных занятий по физике в средней школе, включающих использование средств ИКТ, и к разработке в составе УМК цифровых дидактических материалов для самостоятельной работы учащихся с ресурсами и инструментами виртуальной среды.

Теоретическая значимость работы:

1. Выявлены направления и способы использования составляющих современной ИКТинфраструктуры предметной среды обучения на лабораторных занятиях по физике в средней школе (на различных этапах экспериментального исследования как метода познания и на различных этапах лабораторного занятия как организационной формы обучения).

2. Предложена обновленная модель построения лабораторных занятий по физике в средней школе, включающая:

• применение учащимися ресурсов и инструментов виртуальной среды при подготовке к лабораторному эксперименту;

• использование компьютерных технологий поддержки учебной деятельности при его выполнении (автоматизированный эксперимент, обработка данных натурных опытов с применением инструментальных пакетов, виртуальный учебный эксперимент).

Определены система и содержание цифровых дидактических материалов для самостоятельной работы учащихся, поддерживающих новую модель обучения. Сформулированы принципы построения данной системы материалов.

3. Уточнена методика использования в обучении наиболее значимого для школьного лабораторного эксперимента объекта предметной виртуальной среды – виртуальной учебной модели, а именно:

• предложена классификация учебных виртуальных моделей и определены направления использования моделей различных видов в учебном процессе по предмету; выделены уровни интерактивности и уточнены в соответствии с уровнями формы взаимодействия учащихся с интерактивными учебными моделями по физике;

• определено место виртуального учебного эксперимента как метода учебного исследования виртуальных моделей физических явлений в системе уровней и стадий научного и учебного познания;

• уточнен обобщенный план учебной работы школьников с виртуальными моделями, предложена технология разработки учебных инструкций, ориентированная на формирование у учащихся обобщенных познавательных умений в работе с данными виртуальными объектами.

4. Разработана компетентностная модель обучения будущих учителей физики комплексному использованию компонентов ИКТ-инфраструктуры предметной среды на лабораторных занятиях. В составе модели определены цели, содержание, методы и результаты обучения, а также система самостоятельной работы студентов, обеспечивающая формирование у них СПК в организации школьных лабораторных занятий с использованием средств ИКТ.

Практическая значимость исследования:

1. Разработана программа учебного модуля «ИКТ в лабораторном физическом эксперименте» в составе дисциплины ГОС ВПО ОПД Ф.04 «Теория и методика обучения физике».

2. Подготовлены дидактические и учебно-методические материалы для проведения учебных занятий по программе модуля (в полиграфическом и цифровом вариантах, в том числе в оболочке «Moodle» системы ДО ПГПУ). Разработано 14 учебно-методических комплектов, включающих материалы для сопровождения лабораторных занятий модуля по разделу «Электродинамика» (старшая школа).

3. Предложены тематика творческих проектов, темы курсовых и выпускных квалификационных работ, а также направления разработки студентами авторских коллекций цифровых учебных материалов по проблеме: использование средств ИКТ на лабораторных занятиях по физике в средней школе.

4. Разработаны методические рекомендации для преподавателей педагогических университетов по обучению будущих учителей физики организации лабораторных занятий по предмету в средней школе в условиях ИКТ-насыщенной учебной среды.

Достоверность результатов исследования обеспечена: всесторонним анализом поставленной проблемы; применением современной научной методологии исследования и выбором методов исследования, адекватных его предмету; разнообразием методов опытно-экспериментальной работы и корректностью их применения, контролируемостью условий проведения эксперимента и воспроизводимостью его результатов, критической оценкой полученных результатов и их сопоставлением с уже имеющимися результатами педагогических экспериментов по данной проблеме; применением методов математической статистики с целью определения надежности и достоверности выводов по результатам экспериментального обучения.

Апробация и внедрение результатов исследования. Результаты исследования докладывались и обсуждались на региональных, всероссийских и международных семинарах, симпозиумах и конференциях, посвященных проблемам информатизации образования: в Глазове («Учебный физический эксперимент: актуальные проблемы, современные решения», 2001, 2007), Москве («Информационные технологии в образовании», 2006;

«Физическое образование: проблемы и перспективы развития», 2007), Санкт-Петербурге («Физика в системе современного образования», 2007), Екатеринбурге («Повышение эффективности подготовки учителей физики и информатики в современных условиях», 2007; «Информатизация педагогического образования», 2007), Калуге («Информатизация образования», 2007), Троицке (Применение новых технологий в образовании, 2007), Дивноморске (Технологии смешанного и корпоративного обучения», 2007). Результаты исследования внедрены в учебный процесс в Пермском государственном педагогическом университете, в Институте непрерывного образования ПГПУ на факультете переподготовки и повышения квалификации педагогических кадров, прошли апробацию в базовых школах для проведения педагогической практики студентов физического факультета ПГПУ.

Апробация учебно-методического комплекта модуля «ИКТ в лабораторном физическом эксперименте» осуществлялась в 7 педагогических вузах России, участвующих в пилотном проекте НФПК по совершенствованию программ профессионального обучения в высшей педагогической школе («Информатизация системы образования», 2005гг.). Программа модуля прошла экспертизу Национального фонда подготовки кадров (НФПК) и рекомендована к использованию в пилотных регионах проекта.

Общий объем опубликованных работ по теме исследования составил 22,2 п. л.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Приоритетными в подготовке будущего учителя физики к использованию средств ИКТ на лабораторных занятиях по физике должны стать компетентностный и модульный подходы. В связи с этим является целесообразным выделение в составе дисциплины ГОС ВПО ОПД.Ф.04 «Теория и методика обучения физике» (специальность 050203 – физика, квалификация «учитель физики») учебного модуля «ИКТ в лабораторном физическом эксперименте». В программе модуля цели, содержание и результаты обучения должны быть определены в их компетентностном контексте. При организации занятий модуля необходимо использовать адекватный компетентностному подходу к обучению комплекс методов и форм организации учебной работы студентов (метод проектов, метод социального взаимодействия, метод кейсов, методы развития критического мышления и педагогической рефлексии, методы проблемного обучения).

2. Результатом обучения по программе модуля следует определить формирование у будущих учителей физики:

а) системы знаний о новой практике построения школьных лабораторных занятий по предмету, включающей рациональное и систематическое использование в обучении компонентов ИКТ-инфраструктуры предметной среды (аппаратной техники и инструментов для ввода информации; устройств и инструментов обработки, представления и передачи информации; информационных источников и инструментов учебной деятельности, систем и средств поддержки организации образовательного процесса);

б) готовности к организации лабораторных занятий по физике с использованием средств ИКТ.

3. Обучение будущих учителей физики использованию средств ИКТ на лабораторных занятиях по предмету в средней школе включает овладение системой специальных методик и технологий: а) методикой обучения учащихся использованию ресурсов и инструментов виртуальной среды при подготовке к лабораторному эксперименту и рациональному применению компьютерных технологий (автоматизированный эксперимент, обработка данных натурных опытов с применением инструментальных пакетов, виртуальный учебный эксперимент) при его выполнении; б) методикой формирования у учащихся обобщенных умений в работе с объектами и инструментами виртуальной среды; в) методикой и технологией проектирования и разработки системы цифровых дидактических материалов для самостоятельной работы учащихся, поддерживающих в ходе лабораторного эксперимента различные виды их учебной деятельности с компонентами ИКТ-инфраструктуры предметной среды обучения; г) методикой и технологией разработки учебно-методических комплексов лабораторных занятий, включающих использование средств ИКТ, в том числе УМК лабораторных занятий нетрадиционных форм организации; д) методикой и технологиями дистанционной поддержки учебной работы школьников на лабораторных занятиях.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического списка, включающего 205 источников и приложений. Рукопись содержит 164 страницы текста, 19 рисунков, 6 таблиц, 13 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность проблемы; определены цель, объект и предмет исследования; сформулирована гипотеза, рассмотрены задачи и методы исследования, показаны научная новизна, теоретическая и практическая значимость.

В первой главе «Теоретические основы обучения будущих учителей физики организации лабораторных занятий по предмету в условиях ИКТ-насыщенной среды» анализируется современное состояние проблемы формирования профессиональной компетентности будущего учителя физики, определяются теоретико-методологические основы и методические подходы к формированию СПК учителя физики в подготовке и проведении лабораторных занятий с использованием средств ИКТ.

В параграфе 1.1. «Компетентностный подход к обучению будущих учителей физики методике организации лабораторного эксперимента с использованием средств ИКТ»

обосновывается актуальность компетентностного подхода к обучению специалистов на современном этапе развития системы высшего образования. Показывается, что данный подход к организации учебного процесса – это выбор новых стратегий обучения. Цели обучения в этом случае формулируются в виде системы контекстных социальных задач (общих, специальных), с которыми должен справиться успешный студент. С изменением состава и содержания целей обучения преобразуется и сам учебный процесс, меняются средства и способы оценки достижений студентов. В системе высшего образования компетентностная модель призвана дополнить традиционную для отечественной практики квалификационную модель обучения и стать ориентиром для разработки и внедрения ГОС ВПО третьего поколения.

В работе проанализированы позиции разных исследователей относительно содержания понятий «компетенция», «компетентность», «квалификация», а также сущность квалификационного и компетентностного подходов к формированию стандартов образования и учебных программ. Анализ научных трудов позволил нам определиться в рабочих определениях ключевых понятий исследования. Компетентность в настоящем исследовании трактуется как составляющая культуры личности (Н.В. Кисель). К другой компоненте культуры личности относится ее грамотность. Грамотность человека есть социальная характеристика личности, которая отражает степень освоения им принятых в социуме норм взаимодействия с окружающей средой. Уровень грамотности, заданный в обществе по отношению к конкретному виду (сфере) профессиональной деятельности, есть квалификация. Содержание квалификационных характеристик специалиста определяется объектами (предметами) труда и не соотносится с тем, какими личностными характеристиками обладает человек. Квалификация есть отражение содержания принятой в обществе «рамочной деятельности в устойчивых профессиональных полях и алгоритмах» (В.И. Байденко). Компетентность человека в какой-либо сфере социальной деятельности есть социально-психическая характеристика его личности. Она отражает степень соответствия его социокультурного опыта (общей и профессиональной культуры) составу и уровню сложности практических задач, возникающих в данной сфере деятельности, что позволяет ему принимать и исполнять эффективные решения, в том числе в нестандартных ситуациях. В отличие от квалификации компетентность отвечает требованиям размытых профессиональных границ, а также необходимости принятия решений в сложных и динамических ситуациях.

Компетентность личности объединяет в своем содержании некоторый комплекс элементов культуры, надстраивающихся над ее базовой компонентой – грамотностью:

общей грамотностью (в составе ее различных видов) и уже приобретенными человеком профессиональными квалификациями (т.е. профессиональной грамотностью). Содержание компетентности как составляющей культуры личности образуют: 1) объём, глубина и прочность знаний в ведущих областях человеческой практики; 2) способ организации знаний в сознании (прежде всего, системность, обобщенность и гибкость), 3) мировоззрение, 4) активность, включая ценностную мотивацию, процедурно-операционную готовность к выполнению различных действий (умения) и самоконтроль (в том числе нравственно-правовой). Именно система этих факторов обеспечивает человеку возможность принятия эффективных решений и определяет успешность их исполнения.

Общая грамотность и профессиональные квалификации составляют основу становления профессиональной компетентности и в итоге профессиональной культуры специалиста. При этом профессиональная компетентность рассматривается как совокупность ключевых, базовых и специальных компетентностей (В.А.Козырев, Н.Ф. Радионова).

В настоящем исследовании рассматривается содержание специальной профессиональной компетентности (СПК) будущих учителей физики в организации лабораторных занятий по предмету в условиях ИКТ-насыщенной среды. Разработка содержания СПК данного вида осуществлялась на основе изучения общеевропейских тенденций в определении компетенций специалиста высшей школы, анализа базовых и специальных профессиональных компетенций учителя (бакалавра/магистра) в отечественном образовании (Л.А.Трубина и др.), а также его базовых профессиональных ИКТ-компетенций (С.А. Жданов, С.Д. Каракозов, О.А. Козлов, О.И. Кочурова, Г.А. Кручинина, А.Л. Смирнов, Л.А.. Шевцова, А.Ю. Уваров и др.). В итоге уточнен состав базовых и определен перечень специальных ИКТ-компетенций учителя физики в организации лабораторных занятий.

Для успешной подготовки и проведения лабораторных занятий по физике в условиях ИКТ-насыщенной предметной среды учитель физики должен:

• оценивать основные педагогические свойства предметных ЦОР и инструментов учебной деятельности, определять педагогическую целесообразность их использования на лабораторных занятиях;

• иметь представления о тенденциях развития аппаратной компьютерной техники и ПО для автоматизированного лабораторного физического эксперимента;

• иметь навыки использования типовой аппаратной компьютерной техники и ПО для автоматизированного лабораторного физического эксперимента;

• (*К) быть способным к самостоятельной постановке автоматизированных экспериментов для лабораторных занятий по физике с использованием типового оборудования, предназначенного для средней общеобразовательной школы;

• знать состав и назначение инструментов виртуальной среды обучения, поддерживающих процедуры сбора и обработки данных лабораторного эксперимента (стандартных программ MS и специальных учебных инструментов);

• владеть инструментами виртуальной среды обучения, поддерживающих сбор и обработку учащимися данных лабораторного эксперимента на адаптированном для средней школы уровне использования (стандартными программами MS и специальными учебными инструментами);

• иметь представление о компьютерных технологиях обучения и направлениях их использования на лабораторном занятии (работа с мультимедийными средами, телеметрическими системами; использование телекоммуникационных технологий и WEB-технологий);

• владеть инструментами реализации компьютерных технологий обучения в рамках лабораторных занятий (работа с мультимедийными средами, телеметрическими системами; использование телекоммуникационных технологий и WEB-технологий);

• знать различные организационные модели использования ИКТ на лабораторных занятиях, учитывающие разную степень оснащенности рабочих мест учителя и учащихся в школьном кабинете физики;

• быть готовым реализовать наиболее рациональную модель организации лабораторного занятия с использованием доступных средств ИКТ;

• знать основные методы и приемы формирования экспериментальных умений учащихся, в том числе обобщенных, с использованием средств ИКТ;

• знать основные методы и приемы организации основных этапов лабораторного занятия с использованием средств ИКТ, включая этапы: постановки экспериментальной задачи; планирования и выполнения эксперимента; обработки результатов эксперимента и формулировки выводов; контроля и учета достижений учащихся в выполнении учебного эксперимента;

• (*К) быть способным к разработке простейших цифровых образовательных ресурсов для лабораторных занятий (графических иллюстраций, анимации, моделей, тематических презентаций);

• иметь представление о системе дидактических материалов для самостоятельной работы учащихся с ресурсами и инструментами виртуальной среды на лабораторном занятии;

• (*К) быть способным к разработке дидактических материалов для самостоятельной работы учащихся на лабораторном занятии с ресурсами и инструментами виртуальной среды; реализовать в содержании дидактических материалов технологию формирования у учащихся обобщенных умений работы с объектами виртуальной среды;

• (*К) владеть методикой проектирования лабораторных занятий с использованием средств ИКТ;

• (*К) быть способным избирательно и целенаправленно использовать ЦОР, инструменты учебной деятельности и компьютерные технологии обучения на лабораторном занятии (виртуальные учебные объекты, стандартное и специализированное ПО – текстовые, графические и вычислительные инструментальные программы; мультимедийные среды, телеметрические системы; телекоммуникационные и WEB-технологии);

• (*К) владеть методикой руководства самостоятельной работой учащихся на лабораторном занятии в условиях ИКТ-насыщенной предметной среды, включая руководство их учебно-исследовательской деятельностью;

• (*К) быть способным учитывать при использовании средств ИКТ специфику форм организации лабораторных занятий (традиционных – фронтальные лабораторные работы, лабораторный практикум, домашний лабораторный эксперимент, инновационных – виртуальный лабораторный практикум);

• (*К) быть способным учитывать при использовании средств ИКТ специфику форм учебной работы учащихся на лабораторном занятии (учебной или внеклассной; аудиторной или домашней, самостоятельной или совместной);

• знать состав предметных ИКТ-компетенций, необходимых учащимся для успешного выполнения лабораторных экспериментов (для основной и старшей школы);

• (*К) быть способным избирательно и целенаправленно использовать средства ИКТ для формирования у учащихся предметных ИКТ-компетенций в области постановки лабораторного физического эксперимента;

• (*К) быть способным к организации лабораторных занятий по предмету с использованием сетевых технологий обучения: иметь представление об имеющихся дистанционных курсах по подготовке учащихся в области лабораторного физического эксперимента; быть способным к организации учебной работы школьников в рамках лабораторного практикума с использованием элементов системы ДО;

• владеть навыками использования специализированного ПО для управления учебным процессом на лабораторном занятии, в частности: контроля и учета уровня учебных достижений учащихся; сопровождения баз данных и подготовки образовательной статистики относительно учебного процесса.

Знания и умения, представленные в данном перечне, характеризуют уровень квалификации будущего учителя. Готовность к решению профессиональных задач – уровень компетентности (индекс – *К). Условием успешности овладения студентами указанными компетенциями является реализация межпредметных связей модуля с дисциплинами учебного плана («Теория и методика обучения физике», «Общая физика», «Теоретическая физика», «Информатика», «Современные средства оценивания» (ОПД.Ф.08), «Компьютерное моделирование» (ДДС.11), «Мультимедиа технологии в проектировании компонентов предметных ЦОР» и «Основы педагогического проектирования» (ОПД.В.00)).

Уровень СПК учителя в применении средств ИКТ на лабораторных занятиях по предмету может быть различным. Обозначим критерии дифференциации уровней, принятые в настоящем исследовании:1) начальный: качество специальных профессиональных знаний и умений – «удовлетворительно»; готовность решать типовые профессиональные задачи только на основе предложенных образцов, инструкций, алгоритмов к действию; 2) основной: качество специальных профессиональных знаний и умений – «хорошо»; готовность решать типовые профессиональные задачи на основе предложенных образцов и обобщенных рекомендаций к самостоятельной работе; 3) продвинутый:

качество специальных профессиональных знаний и умений – «отлично»; готовность решать нестандартные задачи на основе ранее усвоенных, а также самостоятельно выработанных обобщенных ориентиров профессиональной практики.

В параграфе 1.2.«Система средств информационных и коммуникационных технологий обучения и направления их использования на лабораторных занятиях по физике»

анализируется современный уровень развития ИКТ-инфраструктуры учебной предметной среды (п.1.2.1.). Уточнен состав блоков данной структуры (аппаратная техника и инструменты для ввода информации; устройства и инструменты обработки, представления и передачи информации; информационные источники; инструменты учебной деятельности; системы и средства поддержки организации образовательного процесса) и образующих данные блоки элементов. Дается характеристика их дидактического потенциала. Особое внимание уделяется анализу структуры цифровых ресурсов по физике и видов учебных виртуальных объектов в составе этих ресурсов (блок 3). Показывается, что каждый такой объект является носителем концептуальной и/или процессуальной составляющей предмета учения и обладает самостоятельной дидактической ценностью.

В исследовании выявлены способы реализации дидактического потенциала элементов ИКТ-инфраструктуры: 1) на различных этапах лабораторного эксперимента как метода учебного познания и 2) на различных этапах лабораторного занятия как формы организации обучения. При анализе первого направления показано, как объекты и инструменты виртуальной среды могут использоваться на каждом из этапов экспериментального исследования с целью формирования у учащихся соответствующих познавательных действий и операций. Обосновывается необходимость и приводятся примеры разработки для достижения этой цели специальных заданий для самостоятельной работы учащихся с объектами и инструментами виртуальной среды. При разработке второго направления уточнены структура (этапы) лабораторного занятия, а также уровни самостоятельности и формы учебной работы школьников. В рамках этого направления для каждого этапа занятия также определены способы использования объектов и инструментов виртуальной среды. Показано, что специфика этих способов определяется не только этапом занятия, но и избранными формами учебной работы школьников, а также типами, сложностью экспериментальных заданий и уровнем самостоятельности учащихся в их выполнении.

В параграфе 1.3. «Виртуальный лабораторный эксперимент как новое средство обучения в системе средств профессиональной деятельности учителя физики на лабораторных занятиях по предмету» рассматривается сущность понятия «виртуальный эксперимент» и доказывается, что оценка эффективности применения виртуального эксперимента в обучении должна быть адекватной его дидактическим функциям.

Любой виртуальный эксперимент базируется на математической модели явления, реализованной в виртуальной информационной среде. Поэтому для анализа сущности понятия «виртуальный учебный эксперимент» в дидактике следует первоначально обратиться к толкованию понятия «виртуальная модель» (А.И. Ходанович, С.А. Бешенков, Е.А. Ракитина и др.). Виртуальная модель – это любая модель, реализация и исследование которой осуществляется с помощью компьютера. Учебная виртуальная модель – это виртуальная модель, предназначенная для предъявления учащимся предмета учения (элементов «готового» научного знания – концептуального, процессуального) и формирования у них соответствующих познавательных умений, в том числе умений в выполнении компьютерного эксперимента как метода исследования явлений природы и общества.

В работе раскрываются дидактические и методологические функции виртуальных моделей по физике. Показывается, что для реализации всего спектра функций виртуальных моделей в обучении следует обеспечить необходимое и достаточное разнообразие их возможных видов. Предложена классификация учебных виртуальных моделей по основаниям: объект моделирования, тип математической модели физического явления, дидактическое назначение модели. Данная классификация позволила уточнить перспективные тенденции развития медиатеки моделей по физике для системы образования.

Введен ряд терминов, обозначающих виды конкретных учебных моделей: 1) «виртуальная демонстрация явления», 2) «виртуальная демонстрация физического эксперимента», 3) «виртуальная демонстрация технических объектов», 4) «виртуальная демонстрация структуры и свойств идеализированного объекта теории», 5) «виртуальная симуляция (тренаж, исследование)», в частности «виртуальная симуляция физических опытов» и «виртуальная симуляция работы с техническими устройствами».

В исследовании определены и проиллюстрированы направления использования моделей различных видов в учебном процессе по физике и на лабораторных занятиях в частности.

Виртуальный (компьютерный) эксперимент анализируется в настоящем исследовании как средство обучения и метод учебного познания. Уточнены трактовки понятий:

«виртуальный эксперимент», «учебный виртуальный эксперимент».

Виртуальный эксперимент есть метод исследования математической модели явления средствами виртуальной среды. Учебный виртуальный эксперимент – это виртуальный эксперимент, имеющий своей целью формирование у обучаемых умений и навыков выполнения компьютерного эксперимента как метода исследования. Такой эксперимент включает две стадии: 1) построение модели явления и разработка компьютерной программы ее реализации в виртуальной среде; 2) исследование модели. Исследование «готовой» модели может выполняться с целями: 1) тестирования модели (т.е. оценки адекватности ее «поведения» ранее изученным в натурном эксперименте случаям протекания явления); 2) выявления особенностей поведения модели в новых условиях с целью обнаружения ранее неизвестных характеристик явления и последующей проверки полученных результатов в натурном эксперименте.

Формирование у учащихся системы знаний о назначении и содержании виртуального эксперимента не должно осуществляться в отрыве от их представлений о классическом натурном эксперименте и его роли в научном познании. В работе рассмотрены взаимосвязь и место натурного и виртуального экспериментов в научном и учебном познании. Показана целесообразность использования виртуального эксперимента на эмпирическом и теоретическом этапах познания, а также при проведении прикладных исследований. В первом случае виртуальная модель может использоваться с целью разработки (корректировки) методики экспериментального исследования (проектирование модели экспериментальной установки, апробация возможных режимов ее работы); во втором случае – в качестве реализации в новой информационной среде мысленного эксперимента как метода теоретического познания явлений природы, а также для численного анализа возможных следствий теории; в третьем случае – при выполнении прикладных исследований с целью выявления наилучших режимов поведения технических объектов и особенностей протекания технологических процессов в заданных условиях.

Наиболее полные и глубокие представления о виртуальном эксперименте как методе исследования формируются у учащихся при условиях: 1) демонстрации его места в составе уровней и стадий научного познания; 2) рассмотрения в составе других методов изучения природных явлений, в том числе во взаимосвязи с натурным физическим экспериментом; 3) показа отличий от других модельных объектов виртуальной среды (виртуальных симуляций-тренажеров, виртуальных демонстраций), предназначенных для усвоения и отработки элементов «готового» знания.

В исследовании доказывается, что новая практика организации школьных лабораторных занятий должна быть ориентирована: 1) на эффективное применение учащимися системы ресурсов и инструментов виртуальной среды при подготовке к лабораторному эксперименту и 2) на рациональное использование компьютерных технологий учебной деятельности (автоматизированный эксперимент, обработка данных натурных опытов с применением инструментальных пакетов, виртуальный учебный эксперимент) при его выполнении. Важной составляющей новой практики обучения является организация самостоятельной работы учащихся на занятии на основе использования системы цифровых дидактических материалов, поддерживающих разнообразные виды их деятельности с компонентами ИКТ-инфраструктуры учебной предметной среды.

В главе 2. «Содержание и методика обучения будущего учителя физики организации учебной деятельности школьников в виртуальной лабораторной среде» рассматривается концепция и содержание учебного модуля «ИКТ в лабораторном физическом эксперименте» в составе дисциплины «Теория и методика обучения физике» (специальность 050203 – физика). Обсуждается методика реализации компетентностного подхода к обучению будущих учителей в соответствии с программой модуля.

Параграф 2.1. «Содержание учебного модуля «ИКТ в лабораторном физическом эксперименте» дисциплины ГОС ВПО «Теория и методика обучения физике». В составе учебно-методического комплекта модуля «ИКТ в лабораторном физическом эксперименте» определены: цели и задачи обучения (их квалификационная и компетентностная составляющие); требования к уровню освоения учебного модуля; взаимосвязь модуля с другими дисциплинами учебного плана по специальности 050203 – физика (квалификация: учитель физики); требования к обязательному объему учебных часов на изучение модуля; требования к обязательному уровню и объему подготовки по модулю; требования к обязательному минимуму содержания программы; формы текущего, промежуточного и итогового контроля; рекомендации по использованию информационных технологий и инновационных методов в образовательном процессе.

В параграфе 2.2. «Обучение студентов проектированию и разработке цифровых дидактических материалов к лабораторным занятиям по физике как необходимое условие формирования их специальной профессиональной ИКТ-компетентности» обосновывается, что первым этапом подготовки будущего учителя физики к использованию средств ИКТ на лабораторных занятиях должно стать практическое освоение студентами (в роли учащихся) новой практики выполнения лабораторных работ с использованием «готового» комплекта дидактических материалов. На следующем этапе обучения перед студентами ставится задача самостоятельной разработки дидактических материалов нового поколения к лабораторным работам школьного курса физики.

Новая практика обучения школьников на лабораторных занятиях по физике базируется на систематическом и комплексном (инструментальная и дидактическая составляющие) использовании компонентов ИКТ-инфраструктуры предметной среды. При этом решаются следующие образовательные задачи: 1) совершенствование системы знаний по предмету; 2) методологическая подготовка в области постановки современного физического эксперимента в условиях развитой ИКТ-инфраструктуры школьной лаборатории; 3) формирование предметных ИКТ-компетенций, а именно: а) в постановке и проведении автоматизированного физического эксперимента, б) в рациональном использовании ресурсов и инструментов виртуальной среды при выполнении натурного эксперимента и при подготовке к нему, в) в проектировании и проведении виртуального физического эксперимента; 4) развитие обобщенных познавательных умений в работе с ресурсами и инструментами виртуальной среды.

Реализация данной практики поддерживается специальным комплектом дидактических и учебно-методических материалов. Ниже приведен перечень материалов, входящих в данный комплект.

Материалы для учащихся 1. Инструкция к натурному лабораторному эксперименту, в том числе к его автоматизированному варианту (полиграфический и цифровой форматы в MS Word).

2. Инструкция-презентация к натурному лабораторному эксперименту (в MS PP со звуковым сопровождением).

3. Видеоинструкция к натурному лабораторному эксперименту (с титрами, звуковым сопровождением и графическими иллюстрациями).

4. Виртуальная модель для интерактивного эксперимента:

• виртуальный эксперимент (в MS Ехсеl);

• виртуальный эксперимент из предметных ЦОР, ИУМК, ИИСС (численный, имитационный);

• симуляции натурного физического эксперимента из предметных ЦОР, ИУМК, ИИСС (или/и в авторской разработке).

5. Инструктивные указания к проведению виртуального эксперимента.

6. Лист самоподготовки учащихся к лабораторному занятию (в MS Word), включающий задания по работе с компонентами предметных ЦОР, ИУМК, ИИСС, а именно:

• задания на полноту усвоения учебной темы лабораторного занятия, • задания на глубину усвоения материала занятия (задачи-упражнения, типовые задачи, нестандартные задачи);

• упражнения на отработку экспериментальных действий и операций;

• дополнительные задания для учащихся, закончивших эксперимент раньше времени и желающих выполнить работу на закрепление/расширение знаний и умений, а также работу творческого характера.

7. Тест вводного контроля знаний (в MS Word, MS РР, автономной тестовой оболочке или оболочке ДО, в частности в «Мoodlе»).

8. Тест итогового контроля знаний (в MS Word, MS РР, автономной тестовой оболочке или оболочке ДО, в частности в «Мoodlе»).

9. Цифровые версии справочных таблиц по теме лабораторной работы.

10. Образец отчета о выполнении натурного эксперимента (в MS Word и MS Ехсеl).

11. Образец отчета о выполнении виртуального эксперимента (в MS Word и MS Ехсеl).

Материалы для учителя 12. Каталог медиаобъектов по теме лабораторного занятия, сформированный на основе анализа ЦОР, ИУМК, ИИСС и Интернет-ресурсов.

13. Презентация к вступительной беседе учителя с учащимися на лабораторном занятии.

14. Тренажеры (симуляторы) (для отработки отдельных действий и операций) для интерактивной доски (подбор из компонентов ЦОР, ИУМК, ИИСС или/и авторские разработки, в частности подготовка простейших вариантов тренажеров средствами MS PP).

15. Историческая справка об исследовании физического явления, изучаемого в лабораторном эксперименте (в MS Word с иллюстрациями).

16. УМК лабораторного занятия в полном составе его основных компонентов.

В исследовании сформулированы принципы построения комплекта дидактических и учебно-методических материалов: 1) ориентация на комплексную реализацию ИКТинфраструктуры предметного обучения и ключевых функций виртуальной учебной среды (мультимедийность, моделинг, интерактив, производительность, интеллектуальность, коммуникативность); 2) соответствие составу специальных профессиональных ИКТ-компетенций будущего учителя физики в организации лабораторных занятий;

3) «технологичность» комплекта с точки зрения формируемых профессиональных ЗУН студентов и их специальной профессиональной ИКТ-компетентности в организации лабораторных занятий учащихся; 4) отображение в составе и содержании элементов комплекта системы дескрипторов (измерителей) уровня специальной профессиональной ИКТ-компетентности в организации лабораторных занятий учащихся по физике; 5) реализация уровневого подхода к формированию ИКТ-компетентности студента; 6) избыточность материалов в комплекте по отношению к конкретному лабораторному занятию;

7) реализация при разработке материалов комплекта современных технологий обучения учащихся; 8) «открытость» структуры комплекта (ориентация на развитие состава его элементов); 9) практикоориентированность; 10) межпредметный характер деятельности по созданию комплекта; 11) вариативность в выборе студентами информационных технологий и ПО для разработки элементов комплекта; 12) учет уровня ключевой и базовой ИКТ-компетентности студентов, ориентация на доступность освоения студентами средств ИКТ, используемых для цифровой реализации материалов комплекта; 13) лицензионная «чистота» используемого для создания комплекта ПО; 14) развитие профессиональной мотивации студентов в процессе разработке материалов комплекта; 15) ориентация на формирование умений и навыков профессиональной коммуникации за счет использования инновационных методов и форм работы студентов над комплектом.

В данном параграфе рассматриваются назначение и дидактический потенциал материалов учебно-методического комплекта к лабораторному занятию, требования к содержанию и методика подготовки наиболее сложных элементов комплекта.

Параграф 2.3. «Подготовка студентов к организации учебной деятельности школьников в виртуальной лабораторной среде на основе обобщенных учебных планов».

Одним из принципов разработки дидактических материалов для самостоятельной работы учащихся на лабораторном занятии и при подготовке к нему является реализация в их содержании современных технологий обучения, в частности технологии формирования у учащихся обобщенных познавательных умений.

Виртуальная среда благодаря ее уникальным свойствам воспроизводит практически весь спектр традиционных источников учебной информации. Поэтому на этапе подготовки к занятию при организации работы учащихся с виртуальными аналогами этих источников должны использоваться уже известные технологии формирования у учащихся обобщенных умений (А.В.Усова, А.А. Бобров, Н.Н. Тулькибаева, И.С. Карасова, Е.В.

Оспенникова, А.А. Шаповалов и др.). Особенности реализации этих технологий при использовании цифровых источников информации представлены в работе А.Н.Худяковой.

В соответствии с программой рассматриваемого учебного модуля данные технологии осваиваются студентами.

Виртуальные модели и базирующийся на этих моделях виртуальный эксперимент – новые классы учебных объектов, которые ранее в традиционном обучении не использовались. Создание и исследование «готовых» моделей, как и многие другие учебные действия школьников, тоже должны приобрести обобщенный характер.

Разработка студентом учебной модели для виртуального эксперимента (с использованием пакета MS Ехсеl и/или моделирующих учебных сред) – обязательное задание программы модуля. Общие подходы к моделированию физических явлений и рекомендации по подготовке учителей физики к обучению этой деятельности учащихся приведены в работах Е.С. Попова. Общие подходы и технология создания учебных моделей по физике для средней школы (в частности в MS Ехсеl) изложена в работах М.И. Старовикова. В нашем исследовании сформулированы методические требования к разработке виртуальных моделей для учебного компьютерного эксперимента, требования к структуре описания модели и «экранной» форме ее представления. В связи с этим проанализированы и уточнены уровни интерактивности учебных моделей. Определены формы взаимодействия пользователя с моделями разного уровня интерактивности: активнооперационные, активно-действенные и активно-деятельностные (основание деления:

степень самостоятельности учащихся в проявлении активности). Приведены примеры интерактивных моделей. Среди них показаны модели, созданные студентами и автором настоящего исследования.

В соответствии с программой модуля студенты должны освоить методические аспекты создания учебных моделей и быть готовыми к обучению этой работе учащихся.

Для работы с «готовой» учебной моделью, как и для работы с другими учебными объектами, тоже может быть разработан обобщенный план (ОП). В исследовании представлена существенно обновленная версия данного плана. Разработана и апробирована технология подготовки инструктивных материалов для учащихся на основе ОП. Методически грамотно подготовленные инструкции обеспечивают формирование у учащихся необходимого комплекса обобщенных умений в работе с «готовыми» виртуальными моделями, способствуют становлению у них познавательной самостоятельности. Разработка учебных инструкций к «готовым» виртуальным моделям в соответствии с предложенной технологией – одно из обязательных проектных заданий студентов по программе модуля.

Параграф 2.4. «Проектирование будущими учителями учебно-методического комплекса (УМК) лабораторного занятия по физике, включающего использование средств ИКТ». Одним из принципов разработки комплекта дидактических и учебнометодических материалов к лабораторному занятию, реализующему новую практику обучения школьников, является его практикоориентированность. Поэтому завершающим элементом в построении студентами системы материалов учебного комплекта к новой модели лабораторного занятия является подготовка учебно-методического комплекса (УМК) лабораторного занятия и его апробация в ходе педагогической практики в средней школе. В работе представлены инвариантная структура УМК лабораторного занятия, характеристика его отдельных элементов, порядок деятельности студентов при проектировании УМК. Приведена классификация форм организации лабораторных занятий в условиях ИКТ-насыщенной учебной среды.

Глава 3. «Содержание и методика проведения опытно-экспериментальной работы». С целью апробации программы модуля «ИКТ в лабораторном физическом эксперименте» и оценки эффективности разработанной методики обучения была проведена опытно-экспериментальная работа (ОЭР). Работа проводилась на базе физического факультета Пермского государственного педагогического университета со студентами IV и V курсов.

Программа и материалы учебного модуля «ИКТ в лабораторном физическом эксперименте» прошли практическую проверку на базе факультета переподготовки и повышения квалификации педагогический кадров Института непрерывного образования ПГПУ.

В ходе ОЭР применялись следующие методы исследования: педагогическое наблюдение, исследовательская педагогическая практика (констатирующий, поисковый, формирующий этапы), анкетирование, опрос, беседа, интервью, тестирование, экспертиза.

В процессе констатирующего этапа опытно-экспериментальной работы (2003- гг.): 1) изучалось состояние практики использования учителями и учащимися средних школ средств ИКТ в обучении (численность респондентов – 263 педагога и 676 учащихся); 2) была выполнена диагностика СПК выпускников педагогического университета и учителей физики, прошедших традиционную практику обучения использованию средств ИКТ в учебном процессе (квалификационный подход, лекционно-семинарская модель обучения); 3) был выявлен уровень самооценки готовности студентов и учителей к новой практике построения лабораторных занятий, а также мотивы профессиональной деятельности, связанной с использованием в преподавании средств ИКТ. В ходе поискового этапа ОЭР (2004-2005 гг.) были определены возможности реализации программы модуля «ИКТ в лабораторном физическом эксперименте» в рамках учебной дисциплины «Теория и методика обучения физики» и отработана технология применения в учебном процессе компетентностной модели обучения студентов по программе модуля. В ходе формирующего этапа (2005-2007 гг.) осуществлялась проверка гипотезы исследования.

В качестве критериев результативности предложенной методики формирования СПК специалистов были выбраны: 1) качество знаний студентов по ключевым вопросам программы модуля (квалификации); 2) качество выполнения студентами учебных проектов (компетенции); 2) самооценка СПК специалистов, 3) уровень положительной мотивации профессиональной деятельности.

В ходе опытно-экспериментальной работы получены следующие результаты.

Мониторинг использования средств ИКТ в образовательном процессе средних общеобразовательных школ г. Перми показал следующее: 1) только каждый второй учитель использует ИКТ в своей профессиональной практике более или менее часто, остальные применяют в основном лишь иногда или не применяют совсем; 2) педагоги практически не используют ИКТ в организации внеурочной работы школьников; 3) ученики быстрее осваивают компьютерную технику и сетевые технологии, чем это предполагают (и делают) учителя; 4) родители учащихся существенно больше заинтересованы в использовании ИКТ в обучении школьников, чем это имеет место в массовой учебной практике.

Результаты мониторинга также продемонстрировали, какие именно элементы ИКТинфраструктуры учебной среды применяются в обучении, как часто и с какой целью:

1) отдельные медиаобъекты для иллюстрации некоторых вопросов учебного материала при его традиционном изложении: 38% – да, 53 % – иногда, 9% – нет; в том числе демонстрационные и интерактивные модели: 72% – да, 28% – нет; 2) цифровые тестирующие комплексы с целью контроля знаний и умений учащихся: 66 % – да, 34% – нет;

3) отдельные задания из ЦОР с целью организации самостоятельной работы учащихся на уроке (каждый ученик работает за компьютером): 60% – да, 40% – нет;

Для оценки уровня развития СПК специалиста в организации лабораторных учебных занятий с применением средств ИКТ использовались преимущественно интегральный и частично поэлементный подходы. С этой целью была разработана система квалификационных и компетентностных заданий. Квалификационные задания были направлены на диагностику профессиональных ЗУН, компетентностные – на выявление практической готовности специалистов к эффективному применению профессиональных ЗУН в контексте конкретных педагогических ситуаций. Результативным разрешением данных ситуаций было создание собственного продукта (проекта), выполненного и представленного с ориентацией на его оценку и использование студентами, учителями, учащимися.

Отметим, что наивысший уровень развития СПК характеризует объективная новизна «продуктов» профессиональной деятельности.

Для оценки качества выполнения заданий студентов использовалась методика экспертной оценки. Это связано с содержанием объекта диагностики (СПК) и творческим характером проектных заданий как «измерителей» СПК. На рис.1 представлены данные диагностики квалификаций/компетенций студентов контрольных (84 студента) и экспериментальных (61 студент) групп, полученные по результатам формирующего этапа ОЭР. Видно, что к концу экспериментального обучения качество выполнения студентами заданий заметно возросло. Значительная часть работ (около 70 %) была выполнена испытуемыми на «хорошо» и «отлично» (рис.1 б).

Рис.1. Результаты качества выполнения квалификационных заданий и решения компетентностных задач (студенты физического факультета ПГПУ): 1 – квалификационные вопросы, 2 – проект «УМК фронтального лабораторного занятия», 3 – проект Следует отметить особое качество проработки студентами экспериментальных групп ИКТ-составляющей подготовленных ими проектов. Это: осознанный выбор ресурсов и инструментов виртуальной среды для занятия, использование виртуальных объектов различных медиаформатов, целесообразность применения средств ИКТ на различных этапах лабораторного занятия, ориентация на проведение автоматизированного натурного эксперимента, активное использование интерактивных виртуальных моделей и хорошее качество разработки для этих моделей учебных инструкций, наличие авторских (подготовленных студентами) виртуальных объектов и др. Аналогичный результат (тенденция роста учебных достижений испытуемых) был получен при апробации программы модуля на курсах повышения квалификации учителей.

В ходе формирующего этапа ОЭР студенты экспериментальных групп разрабатывали полный комплект учебно-методических и дидактических материалов. На рис.2 представлена диаграмма, характеризующая уровень разработки студентами элементов комплекта. Зафиксировано заметное число качественно выполненных проектов по всем составляющим комплекта. Большую роль в достижении этого результата сыграла заинтересованность и творческое отношение студентов к выполнению заданий. Часть студентов (около 45%) выполнили дополнительные проектные задания (по выбору): подготовка исторической справки о явлении, изучаемом в лабораторном эксперименте; разработка и реализация авторской виртуальной модели к лабораторному эксперименту.

% выполненных работ Рис.2. Результаты выполнения студентами физического факультета ПГПУ (экспериментальная группа) квалификационных заданий и компетентностных задач: 1 – квалификационные вопросы; 2 – УМК занятия; 3 – инструкция к лабораторной работе, 4 – инструкция-презентация, 5 – видеоинструкция, 6 – инструкция к виртуальной модели, 7 – модель эксперимента в MS Excel, 8 – лист самоподготовки, 9 – входной и итоговый тесты, 10 – отчет-образец к натурному эксперименту, 11 – отчет-образец к виртуальному эксперименту, 12 – каталог медиаобъектов к лабораторной работе Изменилась по итогам обучения самооценка уровня готовности студентов к использованию средств ИКТ в лабораторном эксперименте (рис.3). Почти половина студентов продемонстрировала уверенность в решении этого вида профессиональных задач.

Рис.3. Результаты самодиагностики СПК (студенты физического факультета ПГПУ) 1- «уверенно знаю/владею»; 2 – «в общих чертах знаю/владею»;

Следует отметить положительные изменения в мотивации профессиональной деятельности студентов (рис.4). При этом молодое поколение специалистов по отношению к практикующим учителям, как показало анкетирование, изначально в большей степени заинтересовано в использовании средств ИКТ в учебном процессе и в научной организации своего профессионального труда.

Рис.4. Результаты изучения мотивации профессиональной деятельности с использованием средств ИКТ (студенты физического факультета ПГПУ): 1 – интерес к профессиональной деятельности; 2 – мотивы профессионального самоутверждения; 3 – широкая социальная мотивация (осознание общественной значимости); 4 – эмоциональная мотивация Значимым результатом экспериментального обучения студентов по программе модуля явилось заметное увеличение числа курсовых и дипломных работ, посвященных проблеме использования средств ИКТ на лабораторных занятиях. Следует отметить высокий уровень творческой инициативы и самостоятельности студентов в выполнении курсовых и дипломных проектов. В п. 3.3 приведены иллюстрированные аннотации курсовых и дипломных работ студентов экспериментальных групп.

Сравнение результатов обучения в контрольных и экспериментальных групп студентов по качеству выполнения учебных проектов проводилось с помощью критерия 2 (хи-квадрат). Исходя из целей эксперимента, были сформулированы нулевая (Н0) и альтернативная ей (Н1) статистические гипотезы. По итогам формирующего этапа ОЭР расчетные значения статистического критерия Т для двух степеней свободы (Т=22. при Тк=9.21 для вероятности 0.99) позволяют отвергнуть нулевую гипотезу. Можно с указанной долей вероятности утверждать, что различие в уровнях СПК студентов контрольных и экспериментальных групп обусловлено изменениями в общей модели обучения, включающими более совершенные содержание и методику формирования у студентов квалификаций/компетенций в области организации учебного лабораторного эксперимента.

Итак, результаты формирующего этапа опытно-экспериментальной работы по программе модуля «ИКТ в лабораторном физическом эксперименте подтверждают справедливость выдвинутой гипотезы исследования. Учитывая среднюю процентную долю проектов, выполненных на «хорошо» и «отлично», можно утверждать, что абсолютное большинство проектов (77 %) демонстрируют высокий уровень СПК студентов в решении поставленных перед ними профессиональных задач (основной – 52,6 %; продвинутый – 24, %). При традиционной учебной практике (квалификационный подход, лекционносеминарская модель обучения) средняя доля проектов, выполненных на «хорошо» и «отлично», составляет только 21,6 % (основной уровень – 16,6 %; продвинутый уровень – 4,8 %), начальному уровню СПК соответствует качество выполнения 67,4 % проектов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Полученные в ходе педагогического исследования результаты подтвердили выдвинутую гипотезу и позволили сформулировать следующие выводы:

1. В условиях модернизации системы высшего педагогического образования и неуклонного развития образовательной ИКТ-инфраструктуры средней общеобразовательной школы является актуальной проблема формирования готовности будущих учителей к решению профессиональных задач, связанных с эффективным использованием в обучении ресурсов и инструментов виртуальной информационной среды. В методике преподавания физики остается не разработанным один из важных аспектов этой проблемы:

формирование профессиональных умений учителя физики в области использования средств ИКТ в организации школьного лабораторного эксперимента.

2. Модульный и компетентностный подходы к формированию готовности будущих учителей к организации лабораторных занятий по физике в средней школе в условиях ИКТ-насыщенной среды должны стать приоритетными в практике обучения специалистов. Разработка программы учебного модуля «ИКТ в лабораторном физическом эксперименте» на основе компетентностной модели обучения студентов и ее внедрение в практику преподавания учебной дисциплины «Теория и методика обучения физике»

(специальность: 050203 - физика) позволили найти и реализовать в системе профессиональной подготовки специалистов оптимальные педагогические решения.

3. Построение компетентностной модели обучения будущих учителей использованию средств ИКТ на лабораторных занятиях по физике возможно на основе: а) анализа элементов ИКТ-инфраструктуры учебной предметной среды средней общеобразовательной школы и уточнения способов использования данных элементов на лабораторных занятиях по физике; б) определения состава и содержания СПК учителя физики в организации лабораторных занятий с учащимися в условиях ИКТ-насыщенной среды;

в) разработки системы квалификационных и компетентностных задач для формирования СПК учителя физики в организации школьного лабораторного эксперимента; г) выбора адекватных компетентностному подходу форм и методов организации учебной работы студентов; д) анализа содержания и направлений реализации потенциала ИКТинфраструктуры лаборатории школьного физического эксперимента педагогического университета с целью формирования СПК будущего учителя физики.

4. Результативность обновленной модели формирования СПК учителя физики в организации учебного лабораторного эксперимента определяется системой приоритетов в содержании, методах и формах организации обучения, адекватных компетентностному подходу. Приоритет 1 – развитие теоретического педагогического мышления и становление у студентов «индивидуализированной концепции педагогического знания». Приоритет 2 – «проактивный подход» к обучению (предпочтение методам организации самостоятельной работы студентов на учебном занятии; поддержка самостоятельной работы студентов комплектом дидактических и учебно-методических материалов; развитие у студентов обобщенных умений в организации профессиональной деятельности). Приоритет 3 – использование комплекса методов формирования профессиональных компетенций педагогов (метод кейсов, метод социального взаимодействия, метод проектов, методы развития критического мышления и педагогической рефлексии, методы проблемного обучения). Приоритет 4 – реализация принципа «продуктивного обучения»:

создание студентами комплекта авторских дидактических и учебно-методических материалов, востребованных в образовательной практике.

5. Модель обучения должна быть ориентирована на формирование у будущих учителей физики системы знаний о новой практике построения лабораторных занятий в условиях ИКТ-насыщенной среды. Новая практика организации учебного лабораторного эксперимента базируется на комплексном (инструментальная и дидактическая составляющие) использовании компонентов ИКТ-инфраструктуры школьного кабинета физики и поддерживается комплектом традиционных и цифровых дидактических и учебнометодических материалов, которые ориентируют учителя и учащихся на рациональное использование в лабораторном эксперименте ресурсов и инструментов виртуальной среды.

Освоение студентами новой практики обучения включает овладение системой специальных методик и технологий: а) методикой обучения учащихся использованию ресурсов и инструментов виртуальной среды при подготовке к лабораторному эксперименту и рациональному применению компьютерных технологий при его выполнении; б) методикой формирования обобщенных познавательных умений в работе с объектами и инструментами виртуальной среды, в) методикой и технологиями проектирования цифровых дидактических материалов для самостоятельной работы, г) методикой разработки в условиях ИКТ-насыщенной среды учебно-методических комплексов лабораторных занятий различных организационных форм построения; д) методикой и технологиями дистанционной поддержки учебной работы школьников на лабораторных занятиях.

Основные положения и результаты исследования отражены в следующих публикациях соискателя:

Статьи в ведущих рецензируемых педагогических журналах 1. Оспенников, Н.А. Формирование обобщенного подхода к работе с интерактивными учебными моделями как одно из направлений становления предметной ИКТ-компетентности учащихся [Текст] / Н.А. Оспенников // Вестник Челябинского государственного педагогического университета. – 2007. – № 8. – С. 111–119.

2. Оспенников, Н.А. Модельный компьютерный эксперимент в лабораторном физическом практикуме. Обучающий проект «SITMAKER» [Текст] / Н.А. Оспенников, Е.В. Оспенникова // Проблемы учебного физического эксперимента: сб. науч. трудов. – М.: ИОСО РАО, 2001. – Вып. 11. – С. 87–90.

3. Оспенников, Н.А. Подготовка студентов к разработке цифровых образовательных ресурсов по истории науки [Текст] / Н.А. Оспенников // Информационные технологии в образовании (ИТО - 2006): сб. тр. участников 16-й междунар. конференции-выставки. Ч. 3. – М.: БИТ ПРО, 2006. – С.50–52.

4. Оспенников, Н.А. Школьный физический эксперимент в условиях развития компьютерных технологий обучения [Текст] / Н.А. Оспенников // Вестник Пермского государственного педагогического университета. Серия «ИКТ в образовании». – 2006. – Вып. 2. – С. 47–76.

5. Оспенников, Н.А. Основные направления развития электронных образовательных ресурсов по истории физики для средней общеобразовательной школы [Текст] / Н.А. Оспенников, Е.С. Ремизова, Е.В. Оспенникова // Вестник Пермского государственного педагогического университета. Серия «ИКТ в образовании». – 2006. – Вып. 2. – С. 85–94.

6. Оспенников, Н.А. Цифровая коллекция дидактических материалов по истории фундаментального физического эксперимента [Текст] / Н.А. Оспенников, Е.С. Ремизова // Учебный физический эксперимент: актуальные проблемы, современные решения: материалы 12-й всерос.

конф. – Глазов: ГГПИ, 2007. – С. 23.

7. Оспенников, Н.А. Содержание учебного модуля «ИКТ в лабораторном физическом эксперименте» в составе дисциплины ГОС ВПО «Теория и методика обучения физике» [Текст] / Н.А. Оспенников // Информатизация педагогического образования: матер. междунар. науч.

конф. – Екатеринбург: Уральский гос. пед. ун-т, 2007. – С.242-247.

8. Оспенников, Н.А. Подготовка будущих учителей к использованию цифровых образовательных ресурсов на лабораторных занятиях по физике [Текст] / Н.А. Оспенников / Физическое образование: проблемы и перспективы развития: матер. VI междунар. науч. конф. – М.: МПГУ, 2007. – С. 225–227.

9. Оспенников, Н.А. Разработка виртуальных моделей физического эксперимента для учебного исследования. Модель «Опыт Ж. Перрена» [Текст] / Н.А. Оспенников, Е.С. Ремизова // Повышение эффективности подготовки учителей физики и информатики в современных условиях: матер. междунар. науч.-практ. конф. – Екатеринбург: Уральский гос. пед. ун-т, Россия 2007. – С. 123–130.

10. Оспенников, Н.А. Обучение будущих учителей физики формированию у учащихся обобщенного подхода к работе с интерактивными учебными моделями [Текст] / Н.А. Оспенников // Вестник ПГПУ. Серия «ИКТ в образовании». – Пермь: ПГПУ, 2007. – Вып.3. – С. 51–70.

11. Оспенников, Н.А. Обучение студентов разработке цифровых дидактических материалов к лабораторному эксперименту для интерактивной доски [Текст] / Н.А. Оспенников, // Вестник Пермского государственного педагогического университета. Серия «ИКТ в образовании». – 2007. – Вып.3. – С. 71–74.

12. Оспенников, Н.А. Подготовка будущих учителей к разработке дидактических материалов для самостоятельной работы учащихся по истории физической науки [Текст] / Н.А. Оспенников // Физика в системе современного образования: сб. труд. участников седьмой междунар.

конф. (ФССО-07) – Т. 2. – СПб: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2007. – C. 113–115.

13. Оспенников, Н.А. Подготовка будущих учителей физики к организации учебной деятельности школьников в виртуальной лабораторной среде на основе обобщенных учебных планов [Текст] / Н.А. Оспенников // Информатизация образования – 2007: матер. междунар. науч.практич. конф. Часть 2. – Калуга: Калужский гос. пед. ун-т им. К.Э. Циолковского, 2007. – С.

108–113.

14. Оспенников, Н.А.Содержание и методика организации дистанционного обучения учителей. Учебный модуль «ИКТ в лабораторном физическом эксперименте». [Текст] / Н.А. Оспенников // Смешанное и корпоративное обучение: сб. тр. всерос. науч.-метод. симпозиума. – п.

Дивноморск – Ростов-на-Дону: ИПО ПИ ЭФУ, 2007. – С. 90- 15. Оспенников Н.А. Проектирования дидактических материалов для самостоятельной работы учащихся в предметной информационной среде // Применение новых технологий в образовании: матер. XVIII междунар. конф., 27 – 28 июня 2007 г. – Троицк: Изд-во «Тровант», 2007.

– С. 120–122.

Методические рекомендации и учебно-методические пособия 16. Оспенников, Н.А., Мультимедийные информационные ресурсы по физике для средней общеобразовательной школы [Текст]: учеб.-метод. пособие / Н.А. Оспенников, Е.В. Оспенникова, А.В.Худякова. – 2-е изд., доп. и перераб. – Пермь: ПГПУ, 2006. – 53 с. + Прилож. (CD).

17. Оспенников, Н.А. Изучение вопросов истории физической науки в средней общеобразовательной школе в условиях применения информационных и коммуникационных технологий обучения. История фундаментального физического эксперимента [Текст]: учеб.-метод. пособие / Е.В. Оспенникова, Н.А. Оспенников, Е.С. Ремизова. – Пермь: Перм. гос. пед. ун-т, 2007. – 193 с.

18. Оспенников, Н.А. Лабораторный физический эксперимент в условиях применения компьютерных технологий обучения [Текст]: учеб.-метод. пособие / Н.А. Оспенников. – Пермь:

Перм. гос. пед. ун-т, 2007. – 242 с.

Подписано в печать 04.09.07 Формат 60х90 1/16. Бумага ксероксная.

Отпечатано на ризографе в Пермском государственном педагогическом университете