Электронные учебные модули по физике нового поколения

Н.Н. Гомулина

Электронные учебные модули (ЭУМ) – электронные образовательные ресурсы нового поколения, созданные на базе открытых модульных систем специально для федерального портала ФЦИОР по заказу Федерального агенства по образованию Министерства образования и науки компанией «ФИЗИКОН».

На портале ФЦИОР размещены около 1000 модулей по физике в разделе «Физика» и примерно 300 модулей в разделе «Естествознание». Каждый модуль имеет размер не более 10 Мбайт.

Скопировать электронный учебный модуль можно бесплатно, для его просмотра необходима специальная программа-плеер, которую можно скачать из разделов «Поддержка», «Программное обеспечение». Плеер накладывает достаточно жёсткие требования к компьютеру пользователя, так объём оперативной памяти должен быть не менее 256 Мбайт, видеокарта должна включать видеопамять не менее 64 Мбайт. На рис. 1 представлен вид модуля перед открытием плеера.


Рис. 1. Вид модуля перед открытием

Электронные учебные модули созданы трёх типов – информационные модули И, модули практической деятельности П и модули контроля знаний и умений и аттестации К.

Электронные учебные модули по сравнению с учебниками по физике обладают инновационными качествами: возможно проведение практических компьютерных работ, тестирование с проверкой и рекомендациями по решению заданий. Интерактивность повышает возможности самостоятельной работы учащихся за счет активно-деятельностных форм обучения.

Уровень интерактивности модуля Описание Доля от общего количества ЭУМ
I Условно-пассивный Чтение текста, просмотр графики и видео, прослушивание звука 10–30 %
II Активный Навигация по гиперссылкам, просмотр трехмерных объектов, задания на выбор варианта ответа и другие простейшие формы 45–80 %
III Деятельностный Задание на ввод численного ответа, перемещение и совмещение объектов, работа с интерактивными моделями 10–25 %
IV Исследовательский Работа с виртуальными лабораториями До 5 %

Все информационные модули И имеют структуру:

  1. Информационная часть, содержащая текст, анимации, видеофрагменты и интерактивные модели.
  2. Контрольные вопросы.
  3. Краткий конспект.

 

Так, например, информационный модуль «Ядерная энергетика» содержит интерактивную модель «Цепная реакция», модель «ядерный реактор», формулы ядерных реакций, вопросы к уроку и краткий конспект. На рис. 2 изображен информационный модуль «Ядерная энергетика».


Рис. 2. Модуль «Ядерная энергетика».


Рис. 3. Модуль «Двигатель внутреннего сгорания».

В информационном модуле И «Двигатель внутреннего сгорания» (рис. 3) пошаговая модель содержит не только анимированные рисунки бензинового, дизельного и двухтактного двигателей, но и графическое представление процессов рабочих циклов в PV (рис. 4).

Рис. 4. Модель двигателей внутреннего сгорания и соответствующие графические представления рабочих циклов.

Некоторые информационные модули содержат видеофрагменты. Поскольку максимальный размер модуля невелик (всего 10 Мбайт), то видеофрагменты краткие, не более десятков с.

Примерно 30% всех П и К модулей, содержащие тестовые задания, параметризовано. Параметризация – одна из уникальных особенностей электронных учебных модулей. Были разработаны различные варианты параметризации заданий ЭУМ:

  • Варьирование численных значений в задачах, которые будут новыми при каждом открытии модуля. Например, первый раз 2 кг, второй раз – 4 кг.
  • Перемешивание дистракторов (вариантов ответов на тестовые задания).
  • Изменение рисунков в задачах, меняющих принципиально ее решение. Например, на рисунке изменилось направление движения тела.
  • Изменение рисунков в заданиях по проверке знаний изображений оборудования, приборов, структуры процессов.
  • Подстановка совершенно других заданий.

Параметризация позволяет создавать до 1 млн. вариантов некоторых модулей К и П. Параметризация позволяет учителям, которые не могут проводить контрольные работы по физике в компьютерном классе, быстро создавать любое количество вариантов контрольных работ, распечатывать задания и их решения. Поэтому можно говорить об ЭУМ – как «генераторе» контрольных и самостоятельных заданий по физике.

Модули типа К делятся на: интерактивные тренажеры, предназначенные для формирования базовых знаний и умений с последующей отработкой ключевых компетенций, нужных для решения задач («активная доска», на которой учащийся ведет самостоятельные записи), интерактивные модели исследовательского характера (лабораторные работы), интерактивные тесты, состоящие из 10-12 тестовых заданий с различными заданиями (сортировка, указание объекта, классификация, выбор нескольких ответов, перемещения объектов и т.п.). Все действия учащихся фиксируются в электронном журнале с учётов времени работы и правильности данных ответов, автоматически проставляется рейтинг – числовой результат. На рис. 5 приведен пример тестового задания на перемещение объектов.

Разновидностей модулей типа П больше:

  • компьютерная лабораторная работа (40% от общего числа модулей «П»),
  • виртуальная среда (2%),
  • самостоятельная работа с комментариями (20%),
  • игровые задания (5%), задания творческого характера с комментариями (5%),
  • практикум – интерактивные тестовые здания с комментариями (28%).



Рис. 5. Практический модуль с тестовым заданием на поиск соответствия.

На рис. 6 показан фрагмент электронного журнала, в котором отмечается время выполнения заданий, число попыток решения одного тестового задания и рейтинг.


Рис. 6. Электронный журнал. Регистрируется время выполнения задания. число попыток, результат, количество очков, что позволяет регистрировать рейтинг учащихся.

Какие возможности предусмотрены по применению данных модулей при самостоятельной работе учащихся? Учащимися ЭУМы могут использоваться:

  • в классе на уроках (с учителем);
  • вне уроков в системе дополнительного образования;
  • при дистанционном обучении;
  • при работе над проектами;
  • при подготовке к различной аттестации.
  • При самостоятельной работе дома (при подготовке к урокам, аттестации, олимпиадам и др. мероприятиям).

Тем самым с помощью электронных образовательных модулей нового поколения можно реально осуществить индивидуализацию учебной деятельности обучаемых по разным образовательным траекториям, оптимизировать учебный процесс на основе эффективности применения ИКТ.

Можно так подобрать ЭУМ, что их применение будет направлено на формирование оценочной составляющей компетенции (способы сравнения результатов с целями, классификации, абстрагирования, прогнозирования, систематизации, конкретизации). Например, модули направлены на оценку приобретенных знаний и умений в практической деятельности и повседневной жизни:

  • выстраивания аргументации при доказательстве и в диалоге;
  • распознавания логически некорректных рассуждений;
  • анализа реальных числовых данных, представленных в виде диаграмм, графиков, таблиц;
  • анализа утверждений, доказательств;
  • решения учебных и практических задач, требующих систематического перебора вариантов;
  • сравнения шансов наступления случайных событий, для оценки вероятности случайного события в практических ситуациях, сопоставления модели с реальной ситуацией;
  • решения практических задач в повседневной и профессиональной деятельности с использованием действий с числами, процентами, длинами, площадями, объемов, времени, скорости;
  • понимания статистических утверждений.

Применение ЭУМ для контроля знаний учащихся

Контроль знаний учащихся с помощью параметризованных ЭУМ можно организовать обычным образом в кабинете физики. Для этого учитель распечатывает каждый вариант ЭУМ, например, 27 вариантов. Решения и ответы перед раздачей учащимся отрезают (рис. 7-8).


Рис. 7. Задача.


Рис. 8. Решение задачи.

Есть такие модули, использование которых возможно только при применении ИКТ. Контроль знаний учащихся при применении таких модулей возможен при индивидуальном тестировании в компьютерном классе или в мобильном классе. Это ЭУМ П и К с тестовыми заданиями на сортировку, определение соответствия, классификацию, перемещение объектов, анализ временной шкалы, заполнение пропусков и т.п. (Рис. 9 – 12). Опрос учащихся можно проводить и индивидуально, с использованием проектора или интерактивной доски.


Рис. 9. Тестовое задание на вставку пропусков из выпадающего списка слов.

Рис. 10. Тестовое задние на перемещение объектов.


Рис. 11. Неверные слова окрашены в красный цвет в решении тестового задания на вставку слов из предложенного списка.


Рис. 12. Тестовое задание на определение соответствия.

Важнейшей задачей стало не просто создание учебных модулей, а ещё и создание соответствующих модулей методической поддержки. В каждый модуль методической поддержки по определенной теме входит:

1) Соответствующее тематическое планирование.

2) Методический анализ темы.

3) Модели уроков по данной теме.

4) Методические рекомендации по проведению компьютерных лабораторных работ.

5) Методические рекомендации по использованию электронных модулей «Практика».

6) Методические рекомендации по использованию электронных модулей «Контроль».

7) Разноуровневые контрольные задания.

8) Примеры тем реферативных работ учащихся.

9) Примеры тем проектной и научно-исследовательской работы учащихся.

10) Методические рекомендации по работе с заданиями для учащихся повышенной сложности.

11) Раздел «Это интересно».

При использовании ЭУМ необходимо учитывать, что их применение не заменяет проведение реальных физических экспериментов, решения физических задач у доски. Время применения ЭУМ на уроке различно. Некоторые модули (видеофрагменты) применяют в течение 20-40 с, модули контроля в компьютерных классах – в течение 20-30 мин.

Создание ЭУМ по физике направлено на создание вариативных методик, на адаптирующее обучение, на обеспечение индивидуальности обучения, дифференциацию форм и типов учебной деятельности в зависимости от особенностей учащихся, от профиля класса, системы работы учителя. Оптимальное применение электронных образовательных ресурсов высокого уровня интерактивности, призвано обеспечивать деятельностное обучение физике.