ГЛАВА 1. Теоретическая часть
1.1. Значение и роль дистанционной работы
Дистанционное образование сегодня построено на основе применения информационных и коммуникативных технологий. Дистанционное образование в современных условиях является одной форм проведения занятий, а также защиты проектов.
Дистанционное образование становится в последнее время конкурентоспособным по сравнению с традиционной формой образования. Но при этом дистанционная форма обучения неоднозначно оценивается как со стороны преподавателей, так и самих учащихся.
Дистанционное образование сегодня имеет огромные возможности.
Дистанционное обучение — это обучение, при котором предоставление обучаемому большей части учебного материала и основная часть взаимодействия с преподавателем осуществляются с использованием современных информационных технологий: интернета, компьютерных телекоммуникаций, национального и кабельного телевидения, мультимедиа, обучающих систем.
Отличительной особенностью дистанционного обучения является предоставление обучаемым возможности самим получать требуемые знания, пользуясь развитыми, информационными ресурсами, предоставленными современными информационными технологиями.
Информационные ресурсы: базы данных и знаний, компьютерные, в том числе мультимедиа, обучающие и контролирующие системы, видео- и аудиозаписи, электронные библиотеки вместе с традиционными учебниками и методическими пособиями создают уникальную среду обучения, доступного широкой аудитории. Проведение чатов и форумов, видео- и телевизионных конференций, возможность частых, вплоть до ежедневных, консультаций с преподавателями посредством компьютерных коммуникаций делают взаимодействие обучаемых с преподавателями намного более интенсивными, чем при традиционной форме обучения.
Дистанционное образование - особая, совершенная форма, сочетающая элементы очного, очно - заочного и заочного обучений на основе новых информационных технологий и систем мультимедиа. Современные средства телекоммуникаций и электронных изданий позволяют преодолеть недостатки традиционных форм обучения, сохраняя при этом все их достоинства. Дистанционное обучение воплощает в себе все существующие методы обучения и придает им качественно новый уровень.
Предусматривается большое количество заданий, рассчитанных на самостоятельную проработку, с возможностью организации ежедневных консультаций.
Центральным звеном системы дистанционного обучения (СДО) являются средства телекоммуникации и их транспортная основа. Они пользуются для обеспечения образовательных процессов необходимыми учебными и учебно-методическими материалами, обратной связью между преподавателем и обучаемым, обменом управленческой информацией внутри системы ДО, выходом в международные информационные сети, а также для подключения в СДО зарубежных пользователей.
Преимущества дистанционного обучения: несмотря на большие расстояния между тьюторами (учителями) и обучаемыми, общение между ними происходит интерактивно, в доходчивой и увлекательной форме; обучение становится мобильным.
Процесс обучения становится интересным для самых ленивых обучаемых; притягательная сила компьютера заставляет их забывать о трудностях вопросов; они активно и оперативно стараются справиться с заданиями, чтобы поскорее получить новые;
Возможность стать «известным» на весь мир заставляет их критически оценить свои знания и возможности; они невольно совершенствуются, повышают свои знания, приучаются к смелости и самостоятельности в работе. Обучение становится комплексным и творческим. Чтобы ответить на один самый маленький вопрос, в общем случае недостаточно пользоваться только одними учебниками.
Характерными чертами дистанционного обучения являются: Гибкость. Обучаемые, в основном, не посещают регулярных занятий в виде лекций и семинаров, а работают оптимально, т. е. в удобное для себя время в удобном месте и в удобном темпе, что представляет большое преимущество для большинства обучаемых.
В основу программ ДО положен модульный принцип. Каждый отдельный курс создает целостное представление об определенной предметной области. Это позволяет из набора независимых курсов-модулей формировать учебную программу, отвечающую индивидуальным или групповым (например, для персонала отдельной фирмы) потребностям.
Средняя оценка мировых образовательных систем показывает, что ДО обходится на 50 % дешевле традиционных форм образования. Относительно низкая себестоимость обучения обеспечивается за счет использования более концентрированного и унифицированного содержания, ориентированности технологий ДО на большое количество обучающихся, а также за счет более эффективного использования существующих учебных площадей и технических средств.
На преподавателя возлагаются такие функции, как координирование познавательного процесса, корректировка преподаваемого курса, консультирование при составлении индивидуального учебного плана, руководство учебными проектами и др. Он управляет учебными группами, помогает обучаемым в их профессиональном самоопределении. Асинхронное, как правило, взаимодействие обучаемых и преподавателя в СДО предполагает обмен сообщениями путем их взаимной посылки по адресам корреспондентов. Это позволяет анализировать поступающую информацию и отвечать на нее в удобное для корреспондентов время. Методами асинхронного взаимодействия являются электронная голосовая почта или электронные компьютерные сети.
В качестве форм контроля в ДО можно использовать дистанционно организованные экзамены, собеседования, практические, курсовые и проектные работы, экстернат, компьютерные интеллектуальные тестирующие системы.
Следует особо подчеркнуть, что решение проблемы контроля качества ДО, его соответствия образовательным стандартам имеет принципиальное значение для успеха всей системы ДО.
От успешности ее решения зависит академическое признание и рейтинг курсов ДО, возможность зачета их прохождения традиционными учебными заведениями. Поэтому для осуществления контроля в СДО должна быть создана единая система государственного тестирования.
Технология дистанционного обучения — это совокупность методов, форм и средств взаимодействия с человеком в процессе самостоятельного, но контролируемого освоения им определенного объёма знаний.
Обучающая технология строится на фундаменте определенного содержания и должна соответствовать требованиям его представления.
Предлагаемые к обучению знания подаются в специальных курсах и модулях, предназначенных для ДО и основанных на имеющихся в стране образовательных стандартах, а также в банках данных и знаний, библиотеках и так далее.
1.2.Учебно - методические комплексы по разделу «Оптика» в школе
Оптика (от греческого optike – наука о зрительных восприятиях) – раздел физики, в котором изучаются оптическое излучение (свет), его распространение и явления, наблюдаемые при взаимодействии света и вещества. Оптическое излучение представляет собой электромагнитную волну, поэтому оптика – часть общего учения об электромагнитном поле. При ее изучении развиваются понятия и законы электромагнитного поля.
В истории физики оптика сыграла исключительную важную роль. Без телескопа и микроскопа не было бы современной астрономии и биологии; без линзы не было бы фотоаппарата, спектроскопа, кино, телевидения, компьютера; без интерферометров не было бы тончайших методов измерения физических величин. Спектральный анализ позволил проникнуть в тайны строения атомов и молекул, а также небесных тел.
На базе исследования оптических явлений возникли две фундаментальных области современной физики – теория относительности и квантовая физика. Подлинная революция произошла в оптике в 60-е годы прошлого столетия в связи с изобретением оптических квантовых генераторов (лазеров). Это открыло широкие перспективы в применении оптических методов в области связи, вычислительной и измерительной техники, тончайших исследований строения вещества и обработки сверхтвердых материалов, в области управления термоядерного синтеза и в военном деле. Отсюда вытекают познавательное и политехническое значение учебного материала по оптике, без знания которой нельзя сформировать современную научную картину мира, культурную личность, а также представления о нанотехнологии.
Раздел «Оптика» в школьном курсе физики строится по схеме: световые волны – построение изображений в зеркалах и линзах - распространение света – взаимодействие света с веществом.
Современная методика предлагает излагать материал не в исторической последовательности, а в соответствии с природой света (рис. 1).
Согласно этой структуре сразу же после изучения основных идей Максвелла и ознакомления с методами излучения и приема радиоволн вводятся идеи волновой оптики.
Главная особенность изложения материала тем данного раздела состоит в том, что для изучения свойств электромагнитных волн используются две модели: 1) гармоническая синусоидальная волна; 2) сферическая и плоская волна. Каждая из моделей правильно объясняет определенные свойства электромагнитных волн. Реальный объект физики (электромагнитная волна) многообразен по своим свойствам. Для его изучения используются различные модели.
Тема «Построение изображений в зеркалах и линзах» отражает главные составляющие частной физической теории, называемой теорией оптических приборов. Зеркала и линзы способны образовывать оптические изображения предметов. Впервые образование изображений в линзах объяснил немецкий астроном И.Кеплер (1571-1630).
Его метод изображения состоял в том, что каждую точку светящегося предмета он рассматривал как источник расходящегося пучка лучей. Оптический прибор превращал расходящийся пучок в сходящийся и собирал его в одну точку. Она и является изображением точки предмета. Каждой точке предмета соответствовала одна точка изображения, которые вместе создавали изображение всего предмета в целом. Этот метод используется и в наше время.
Следующая тема посвящается вопросам, связанным с распространением света: скорость света, интерференция, дифракция, поляризация.
Изучение скорости света дает выход к вопросам теории относительности, к пониманию двойственной природы света.
Вслед за волновой оптикой излагается квантовая оптика, а проблема возникновения линейчатых спектров испускания и поглощения рассматривается в связи со строением атома.
Данная структура изложения оптических явлений позволяет уделить внимание важным историческим фактам, которые оказали существенное влияние на развитие взглядов о природе света. История развития взглядов на природу света весьма поучительна и учащиеся должны иметь представления о роли выдающихся ученых – И.Ньютона, Х.Гюйгенса, Т. Юнга, Ш.Френеля, А.Эйнштейна, М.Планка, Н.Бора, Н.Г.Басова и А.М.Прохорова – в создании современной теории оптических явлений.
В отечественной методике изучения оптики накоплен богатый опыт использования материала из истории физики. Стержневой идеей при изучении исторических сведений используется идея становления понятия «света» в физике. План ознакомления с вопросами истории оптики может включать, например, такие факты.
До середины 19 века под светом понимали то, что воспринимается нашим глазом, т.е. то, что в настоящее время называется видимым излучением. Природа света в то время была не ясна. Так, Ньютон и его последователи считали, что свет является потоком частиц (корпускул), хотя сам Ньютон обнаружил периодичность в световых явлениях (кольца Ньютона). Другие ученые, например, Х.Гюйгенс, Т. Юнг, О. Френель, рассматривали свет как упругую волну в некоторой особой среде – мировом эфире. Каждая из этих гипотез имеет свои достоинства и недостатки. Лишь после работ Френеля в 30 – х годах 19-го столетия, ряда экспериментов по определению скорости света в веществе и исследования явления дифракции волновая теория завоевала всеобщее признание.
Однако в это время еще использовалась концепция упругого светового эфира. В рамках этой концепции не могла быть решена в частности проблема поляризации света. Лишь в 60-х годах 19 в после создания Максвеллом математической теории электромагнитного поля и открытия электромагнитных волн была раскрыта природа света. Оказалось, что свет представляет собой не упругую, а электромагнитную волну. С этого момента оптика перестала быть специфическим разделом физики, поскольку все оптические проблемы органически входят в учение об электромагнитном поле, в принципе они решаются с помощью уравнений Максвелла и волновых уравнений.
Современная структура курса является предпочтительной как с научной, так и с методической точки зрения, открывая большие возможности для создания проблемной ситуации и их разрешения на основе теоретических положений и учебного эксперимента.
Оптику в физике принято подразделять на геометрическую и физическую (или волновую). В связи с таким делением различались предметные области этих разделов.
Изучение природы света и таких явлений, как интерференция, дифракция, поляризация, составляет предмет изучения физической оптики.
Законы прямолинейного распространения света, преломления и отражения имеют для физической оптики приближенное значение. К таким законам также относится закон независимого распространения лучей.
На основе этих законов построена математическая теория геометрических свойств распространения света, называемая геометрической оптикой. Эта теория объясняет образование изображения в оптических приборах.
К главным вопросам геометрической оптики относятся:
1. Светящаяся точка, световые лучи и пучки.
2. Законы, лежащие в основе геометрической оптики.
3. Показатель преломления.
4. Дисперсия света.
Геометрическая оптика основывается на эмпирических законах распространения света и использует представление о световых лучах, отражающихся и преломляющихся на границах сред с различными оптическими свойствами и распространяющимися прямолинейно в оптически однородной среде. Методы геометрической оптики позволяют объяснить многие явления, связанные с происхождением оптического излучения в различных средах, например, образование миражей, радуги. Наибольшее значение геометрическая оптика имеет для расчета и конструирования оптических приборов – от очковых линз до сложных инструментов, таких как оптический телескоп - рефрактор.
Трактовка некоторых указанных понятий геометрической оптики существенно отличается от их объяснения в физической оптике.
Приведем примеры. В геометрической оптике под светящейся точкой понимают источник оптического излучения, не имеющий размеров. Это положение противоречит объяснению светящейся точки в физическом смысле, когда под светящейся точкой понимают тело, которое испускает оптическое излучение, но размерами излучаемого тела можно пренебречь по сравнению с расстоянием, на котором оно рассматривается.
В геометрической оптике не делается различия между самосветящейся точкой, являющейся частицей источника света, и не самосветящейся, являющейся частицей какого-либо тела, освещенного посторонним источником света.
Существенно отличается трактовка понятия луча геометрической оптикой и физической оптикой.
В геометрической оптике под лучом света понимают ось световой трубки. В физической оптике световой луч – это линия, перпендикулярная волновому фронту, т.е. поверхности волны. Луч, в отличие от светового пучка, не материален. Он обозначает направление, вдоль которого распространяется волна.
Следовательно, понятия светящейся точки и светового луча в геометрической оптике есть понятия математические. Становится очевидным, что для школьного курса физики изучение двух теорий с выделением их предметных областей не приемлемо. Такой подход излишне громоздкий для школьного курса. Он использовался ранее в курсах, где материал располагался в исторической последовательности. В начале раздела изучалась геометрическая оптика, затем основы волновой теории света и квантовые свойства света.
В настоящее время многие авторы современных курсов физики деление оптики на физическую и геометрическую считают условным. Они рассматривают геометрическую оптику как предельный случай физической оптики. Поэтому понятия луча и источника света, а также процесс распространения света анализируются в таких курсах на основе волновой теории. Изложение теории оптических приборов предполагает учет не только ряда теоретических положений геометрической, но и физической оптики.
Тема «Световые волны» является первой темой раздела «Оптика» как в основной, так и средней школе. Примерное планирование этой темы курса физики представлено в таблице с перечнем демонстрационного эксперимента. На изучение темы «Световые волны» отводится семь уроков. Содержание учебного материала темы спланировано в соответствии с составляющими первой волновой теории света – теории Гюйгенса: экспериментальные факты – модель распространения световой волны, принцип Гюйгенса – выводы – их экспериментальная проверка.
1.3. Методы обучения дистанционной работе по разделу «Оптика»
В настоящее время использование информационных технологий в учебном процессе становится не столько актуальным, сколько необходимым. Введённый практически по всему миру режим социального дистанцирования вынудил учебные заведения перейти на дистанционную форму обучения.
Если раньше такой режим работы рассматривался как альтернатива очным занятиям и применялся в большей степени для заочной формы обучения, то теперь, в связи с принятием мер по предотвращению распространения коронавирусной инфекции, онлайн-обучение стало единственно возможным вариантом функционирования учебных заведений, в том числе и университетов. Таким образом, электронные средства обучения, которые обычно используются в качестве вспомогательных инструментов в образовательном процессе, на момент написания данной работы становятся уже основными и даже обязательными.
Стоит заметить, что в большинстве университетов, до введения режима самоизоляции уже имелись инструменты для сознания электронных образовательных сред, которые позволили в сравнительно короткие сроки перевести обучение по многим предметам в электронную форму. Преимущественно перевод курса в онлайн форму был лишь вопросом времени и заключался в простом переносе в электронную образовательную среду с сопутствующим наполнением курса электронными материалами, заданиями и прочим.
Однако то же самое нельзя сказать о курсах естественных и физических наук. Здесь проблемным является вопрос о том, как обеспечить эффективный лабораторный практикум.
Создатели курсов, содержащих в себе лабораторные занятия, прибегают к разным способам их реализации. Так, в отсутствии режима самоизоляции в некоторых случаях была возможность перевести экспериментальные задания, требующие взаимодействия с лабораторным оборудованием, в офлайн, и сделать обязательным посещения лабораторий университета для их проведения. И первый опыт создания онлайн курсов по естественным наукам в западных университетах в конце 90х – начале 00х годов основывался именно на таком подходе – создании, так называемых, гибридных курсов [1]
В сложившейся ситуации приходится искать иные способы проведения практикума. Одним из наиболее распространённых является применение компьютерных симуляций физических явлений и создание на их основе виртуальных лабораторных работ.
Некоторые работы могут быть найдены в свободном доступе, но подавляющее их большинство представляют собой максимально упрощённую модель исследуемого явления, не имеют приемлемого интерфейса, а потому дают лишь качественное представление об изучаемых процессах.
В наше время появляются виртуальные лабораторные работы, разрабатываемые на игровых движках, которые представляют собой виртуальную копию лабораторной установки. Однако, разработка любых виртуальных работ самостоятельно педагогом, даже при наличии навыков программирования, очень трудоёмка и требует большого количества времени.
Покупка же готовых виртуальных работ у разработчиков, представляется невозможной, ввиду ограниченного финансирования университетов, несмотря на наличие уже готовых коммерческих предложений.
Другой способ организации дистанционных экспериментов, ставший возможным сегодня благодаря возросшим скоростям Интернет-соединения – онлайн трансляции с помощью сервисов видеоконференц-связи.
В таком формате в лаборатории необходимо находиться лишь педагогу и, возможно, помощнику, для проведения трансляции процесса выполнения эксперимента. Технически в большинстве случаев для этого подходит даже бюджетный смартфон.
Несомненными преимуществом такого подхода являются возможность продемонстрировать реальное лабораторное оборудование и в режиме дискуссии с обучающимися донести материал. Однако, в таком случае студент снимает измерения «под диктовку», теряется составляющей самостоятельной работы.
Кроме того, в условиях социального дистанцирования, большинство учебных заведений ограничило доступ в университет даже для преподавателей, что делает невозможным проведение онлайн занятий из лабораторий университета.
Но даже при наличии такой возможности не все измерения и не все явления могут быть продемонстрированы с помощью камеры смартфона. В частности, лабораторный практикум в курсе оптики включает в себя явления, которые невозможно показать в условиях видео-конференцсвязи ввиду физических ограничений. Процесс измерений также специфичен, поскольку производится на микроскопах, гониометрах, поляриметрах и пр.
ГЛАВА 2. Практическая часть
2.1. Разработка учебно- методического комплекса по разделу «Оптика»
Курс дистанционного образования был разбит на относительно небольшие, логически замкнутые части – разделы (модули).
Каждый раздел (модуль)- это стандартный учебный продукт, включающий четко обозначенный объем знаний и умений, предназначенный для изучения в течение определенного времени, или – зачетная единица, качество работы с которой фиксируется курсовыми и контрольными работами, а также тестовыми, зачетными и экзаменационными средствами.
Методические указания по работе с дистанционным курсом необходимы. В условиях дистанционного обучения, когда слушатель больше работает самостоятельно, необходимо постараться предусмотреть все возможные сложности и вопросы, связанные со всеми периодами обучения – начало, окончание, процесс выполнения заданий и т.д.
Для снятия этих трудностей и предназначены методические указания к курсу. Для облегчения первых шагов обучающихся и их адаптации к работе с вашими материалами целесообразно отдельно описать следующие позиции:
Основная методика работы с курсом: самостоятельная работа, работа в группе, работа с преподавателем и т.д.
Навигация по курсу (возможно представление интерактивной схемы обучения от модуля к модулю с заданиями):
• Принятые обозначения и сокращения в курсе.
• Количество модулей в курсе. Структура модулей.
• Примерное время на изучение материалов.
• Рекомендации по взаимодействию с преподавателем.
Методические указания также должны содержать инструкции к каждому модулю курса, предваряя действия слушателей. В описание работы по каждому модулю могут входить:
• цели и задачи модуля;
• обязательная литература;
• дополнительная литература по модулю;
• перечень упражнений и заданий, которые нужно выполнить;
• требования к содержанию, объему, оформлению и представлению контрольных заданий;
• критерии оценивания заданий
Планируемые образовательные результаты учащихся:
• Воспроизводят основные понятия и законы геометрической и волновой оптики (законы отражения, преломления света, условия максимума и минимума интерференции, условие максимума для различных типов дифракционных решеток, закон Малюса).
• Решают расчетные, комбинированные, и качественные задачи, а также олимпиадные задачи на применение законов волновой и геометрической оптики.
• Проводят экспериментальные исследования, анализируют, оценивают и объясняют полученные результаты.
• Демонстрируют знание принципов работы оптических систем, формирующих изображение, световодов, способов получения голографических изображений и фотографий в технике Фризлайт. Описывают механизм возникновения оптических иллюзий.
• Собирают модели перископа, калейдоскопа и объясняют принципы их работы.
Способы оценки планируемых результатов:
В качестве основной формы оценки результатов работы учащихся предлагаю ввести накопительную систему оценки их достижений. Общая аттестационная оценка - “зачтено”/ “не зачтено” выставляется учителем по результатам подсчета баллов, полученных учащимися за выполнение различных видов работ.
При отборе содержания образования курса учитывалось содержание материала по оптике, представленное в различных учебно-методических комплексах, содержащихся в Федеральном перечне учебников и рекомендованных к использованию учащимися, изучающими физику на профильном уровне. Отобранный таким образом материал сравнивался с содержанием примерных программ по физике для профильного уровня.
Для достижения цели курса предполагается использование различных форм организации занятий. Во время лекций излагается теоретический материал, при этом преимущественно используется информационно-иллюстративный метод, когда учащимся разными средствами сообщается готовая информация, а они ее воспринимают, осознают и фиксируют в памяти, и элементы метода проблемного обучения.
