Дистанционное обучение физике в школе и вузе на основе предметной информационно-образовательной среды тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 13.00.02, доктор педагогических наук Чефранова, Анна Олеговна

• Чефранова, Анна Олеговна
• доктор педагогических наук
• 2006

Оглавление диссертации доктор педагогических наук Чефранова, Анна Олеговна

Введение

Часть 1. Теоретические аспекты дистанционного обучения физике

Глава 1. Основные определения, концепции, модели и опыт использования дистанционного образования

1.1. Информационно-образовательная среда, информационные ре- 31 сурсы, информационные средства, открытое образование

1.2. Опыт использования СОО в России и за рубежом

1.3. Примеры Российских образовательных учреждений, использующих ДО

1.4. Компьютерные технологии в обучении и их классификации

1.5. Интернет-технологии в дистанционном обучении физике

1.6. Гипертекстовые и гипермедиа технологии

1.7. Использование видеоконференцсвязи в дистанционном обуче- 82 нии физике

1.8. Дистанционное обучение физике в школе и вузе

1.9. Основные формы дистанционного обучения физике

1.10. Организационно-технологические модели дистанционного 102 обучения физике

Глава 2. Средства информационных и телекоммуникационных техноло- 107 гий в дистанционном обучении физике

2.1. Виды информационных средств (инструментальные, педагогические, базовые и т.п.)

2.2. Компьютерные обучающие программы (КОП) и их классифика- 114 ции

2.3. Виртуальные обучающие среды

2.4. Компьютерные обучающие среды (миры)

2.5. Автоматизированные обучающие системы (АОС)

2.6. Компьютерное тестирование и методика оценки эффективности 148 теста

2.7. Интегрированные экспертные системы

2.8. Информационно-поисковые системы и их разновидности (элек- 161 тронные учебники, задачники, энциклопедии, СУБД, ИПС общего назначения)

2.9. Компьютерные имитаторы технологического оборудования

2.10. Компьютерные обучающие игры

2.11. Способы организации информационных средств (пакеты, программно-методические комплексы, виртуальные библиотеки)

2.12. Компьютерное моделирование (УКМ и ее основные свойства)

Глава 3. Системы дистанционного обучения (СДО) и концепция дистанционного обучения физике в школе и вузе

3.1. Основные компоненты систем дистанционного обучения физике

3.2. Критерии отбора инструментальных средств для разработки

3.3. Обзор систем дистанционного обучения и рекомендации по их 193 использованию

3.4. Физическая лаборатория в СДО

3.4.1. КФЭ и компьютерные физические лаборатории

3.4.2. Виртуальный физический практикум удаленного доступа

3.4.3. Виртуальная библиотека физических эффектов

3.5. Концепция дистанционного обучения физике в школе и вузе

3.5.1. Теоретические основы концепции

3.5.2. Основные положения концепции дистанционного обучения физике в школе и вузе

Часть 2. Практические аспекты дистанционного обучения физике в 251 школе и вузе

Глава 4. Педагогические особенности организации дистанционного обу- 251 чения физике

4.1. Планирование курса дистанционного обучения физике

4.2. Формы организации учебного процесса при дистанционном 258 обучении физике

4.3. Требования к рабочему месту учащегося и преподавателя

4.4. Требования к педагогическим программным средствам по физике, используемым в дистанционном обучении физике

4.5. Требования к учебно-методическим материалам для дистанци- 281 онного обучения

4.6. Дистанционная поддержка педагогической практики

Глава 5. Методика дистанционного обучения физике в школе и вузе

5.1. Теоретические и практические аспекты дистанционного обуче- 289 ния физике в вузе

5.2. Виды учебных курсов по физике, предназначенных для дистан- 299 ционного обучения

5.3. Типы уроков по физике при дистанционном обучении

5.4. Рекомендации по проведению дистанционных уроков по физике

5.5. Методика дистанционного обучения физике в школе во вне- 326 классной работе

5.6. Дистанционное обучение преподавателей физики

5.6.1. Основные направления дистанционного обучения преподавателей физики

5.6.2. Требования к знаниям, умениям и навыкам преподавате- 331 лей физики, планирующим проводить дистанционное обучение школьников и студентов

5.6.3. Учебно-тематический план повышения квалификации

5.6.3.1. Учебно-тематический план курса повышения ква- 336 лификации "Технология и методика создания дистанционных курсов по физике"

5.6.3.2. Учебно-тематический план курса повышения ква- 337 лификации "Компьютерные физические лаборатории"

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Дистанционное обучение физике в школе и вузе на основе предметной информационно-образовательной среды»

В современных социально-экономических условиях одной из задач, которая стоит перед Российской системой образования, является предоставление широким слоям населения качественного и доступного образования. Решение этой задачи облегчает дистанционная форма получения образования. В России количество образовательных учреждений, в той или иной степени использующих дистанционное обучение различным учебным предметам (в том числе и физике), стремительно растет.

Историко-педагогический анализ проблемы становления и развития дистанционного обучения в России и за рубежом показал, что в настоящее время в мире накоплен определенный опыт реализации дистанционного обучения. Отдавая должное объему и качеству теоретического и практического задела в области дистанционного образования и обучения у отечественных (А.А.Андреев, А.В.Густырь, С.Л.Лобачев, М.В.Моисеева, В.И.Овсянников, Е.С.Полат, С.Л.Солдаткин, В.А.Хуторской и др.) и зарубежных (М.Мур, Д.Гаррисон, Д.Киган, Б.Холмберг, В.Уиллис, Р.Кларк и др.) исследователей, необходимо отметить, что в настоящее время отсутствуют работы, в которых в концентрированном виде содержались бы концептуальные основы дистанционного обучения физике и рекомендации по его практической реализации, отражающие, в первую очередь, специфику физики как учебного предмета, а также потребности учителей, преподавателей физики и обучаемых (школьников и студентов).

При исследовании проблем дистанционного обучения необходимо вспомнить общую точку зрения различных авторов (В.И.Маслова, Н.Н.Зволинской, В.М.Корнилова, Ч.Кулисевича, Б.С.Гершунского и др.) и разработчиков ряда официальных документов на проблему непрерывного образования (НО) и сущность данного явления (Г.А.Ягодина, О.В.Купцова и др.). Так как в свое время непрерывное обучение рассматривалось как приоритетная проблема, вызванная к жизни современным этапом научно-технического развития и теми политическими, социально-экономическими и культурологическими изменениями, которые происходили в нашей стране. Наметились два диаметрально противоположных отношения к непрерывному образованию и обучению - от полного его неприятия и объявления очередной утопией до определения НО как главной, а может быть и единственной продуктивной педагогической идеей современного этапа мирового развития. В настоящее время такая же ситуация наблюдается и в отношении дистанционного образования и обучения. Стало возможным рассматривать идею пожизненного образования, стремление которой к постоянному познанию себя и окружающего мира становится ее ценностью ("образование через всю жизнь"). В существующих условиях целесообразно говорить о непрерывном дистанционном образовании, целью которого является всестороннее развитие (включая саморазвитие) личности обучаемого. В этом подходе, особо выделяется деятельностный аспект, при котором непрерывное дистанционное образование рассматривается как новый способ образовательной деятельности, обеспечивающий опережающее развитие человека, формирование у него прогностических качеств.

Проведенный анализ показал, что в настоящее время наметилось два подхода к трактовке дистанционного обучения физике: технологичный (кор-респондентный) и трансляционный. В нашей стране корреспондентная форма дистанционного обучения физике существует уже более 70 лет в виде системы заочного обучения. Несмотря на глубокие перемены, происходящие в системе высшего образования, система традиционного заочного обучения физике продолжает оставаться важным источником получения высшего образования. К сожалению, помимо очевидных достоинств (одновременный охват большого числа обучаемых; отсутствие "привязки" к месту проживания обучаемых; возможность обучения без отрыва от работы; одновременное обучение по нескольким специальностям) заочное обучение физике имеет немало явных недостатков (отсутствие постоянной обратной связи между преподавателями и обучаемыми, между обучаемыми одного курса или учебной группы; "дискретность" образовательного процесса; ограниченные возможности организации консультационной помощи в учебный период и трудности с организацией системы промежуточного контроля успеваемости). Кроме того, среди методов обучения полностью отсутствуют групповые исследовательские или проектные работы. К сожалению, пока практически все заочное обучение строится традиционно на репродуктивных методах, на выполнении зачетных и экзаменационных работ. Система заочного обучения физике постепенно устаревает и недостаточно результативна и эффективна для современных условий, несмотря на то, что она накопила немалый опыт в области форм организации и методики проведения занятий, тестирования студентов, разработки специализированных пособий и т.п. Поэтому значительное повышение эффективности традиционного заочного обучения физике в вузе сейчас становится невозможным.

Учитывая богатый практический опыт заочного обучения физике, а также существующие условия бурного развития средств информационных и телекоммуникационных технологий, стало возможным реализовать на практике еще одну самостоятельную форму обучения - дистанционное обучение физике. Это было бы невозможно без целого ряда исследований, в которых доказана эффективность применения информационных и телекоммуникационных технологий как в обучении физике, так в обучении другим дисциплинам (В.П.Беспалько, В.А.Извозчиков, Д.А.Исаев, В.А.Ильин, А.А.Кузнецов, В.В.Лаптев, А.Н.Мансуров, В.М.Монахов, Е.С.Полат, И.В.Роберт, А.В.Смирнов и др.).

К сожалению, практическая реализация дистанционной формы обучения в России тормозилась и тормозится рядом причин. Во-первых, за дистанционным обучением был ошибочно закреплен статус технологии, причем при этом речь шла не о педагогических, а об информационных и телекоммуникационных технологиях. Это привело к фактически тупиковому пути в исследованиях содержания и места дистанционного обучения физике в системе образования. Во-вторых, отсутствие ясного и однозначного ответа на вопрос, что такое дистанционное образование и обучение, привело к большим трудностям в формировании нормативно-правовой базы и учебно-методического обеспечения, а как следствие, - к возникновению серьезных препятствий в решении всего комплекса проблем, связанных с функционированием дистанционного обучения в России. В-третьих, не было обеспечено внешнее единообразие обучающих систем (компьютерно и Интернет-ориентированных), в соответствии с международными стандартами, разработанными Learning Technology Standards Commitee и International Standarts Organization (ISO). В данных стандартах учитываются результаты крупных международных проектов по разработке концепции образования на основе Интернет-технологий. В-четвертых, не были определены требования к разработке программного и учебно-методического обеспечения дистанционного обучения физике в условиях стихийной массовой разработки образовательных сайтов, сетевых компьютерных программ и т.п.

Требуется комплексный подход к дистанционному обучению физике, предполагающий решение целого ряда задач, связанных с разработкой теории и методики дистанционного обучения физике, содержания и организации учебного процесса при дистанционном обучении физике, с разработкой соответствующего учебно-методического обеспечения. В тоже время, практическая реализация дистанционного обучения физике невозможна без наличия подготовленных к работе с технологиями дистанционного обучения педагогических кадров, развитой телекоммуникационной структуры в регионах нашей страны, нормативной базы и ряда других условий.

В Концепции создания и развития единой системы дистанционного образования в России, утвержденной постановлением Государственного Комитета Российской Федерации по высшему образованию 31 мая 1995 г., говорится, что создание подобной системы невозможно без системно-организованной совокупности средств передачи данных, информационных ресурсов, протоколов взаимодействия, аппаратно-программного и организационно-методического обеспечения, ориентированной на удовлетворение образовательных потребностей пользователей, то есть без особой среды функционирования.

Изучению сущности и свойств такой информационно-образовательной среды посвящены работы А.А.Андреева, С.Л.Лобачева, В.И.Солдаткина, В.П.Тихомирова и др. В целевой программе "Развитие единой образовательной среды на 2001-2005 гг." (Постановление Правительства Российской Федерации от 28.08.01 № 630) отмечается, что основой современной образовательной системы должна быть высококачественная информационно-образовательная среда, которая позволит системе образования осуществить прорыв к открытой образовательной системе.

Не смотря на имеющиеся научные исследования в области открытого и дистанционного образования и обучения, вопросы создания и использования предметных информационно-образовательных сред при построении и реализации модели дистанционного обучения физике в школе и вузе и вопросы исследования эффективности такого процесса обучения мало изучены. Связано это, прежде всего, со спецификой физики, как науки, и, следовательно, спецификой предметной информационно-образовательной среды (при обучении физике), имеющей целый ряд отличий и требующей специального изучения.

Необходимость проведения научных исследований в области дистанционного обучения физике определяется существованием следующих противоречий:

- между существованием в практике различных видов дистанционного обучения физике и отсутствием концепции дистанционного обучения физике, определяющей единый подход к методологии дистанционного обучения физике как научно обоснованной формы обучения;

- между назревшей необходимостью широкого использования дистанционного обучения физике как самостоятельной и самодостаточной формы обучения с целью получения качественного образования по физике и отсутствием соответствующего учебно-методического обеспечения учебного процесса;

- между необходимостью использования учителями и преподавателями физики дистанционного обучения физике и их недостаточной практической готовностью к этой деятельности.

Эти противоречия обусловливают актуальность проблемы разработки концепции и методики дистанционного обучения физике в школе и вузе на основе предметной информационно-образовательной среды.

Таким образом, недостаточная теоретическая и практическая разработанность дистанционного обучения физике на основе предметной информационно-образовательной среды, а также отсутствие учебно-методического обеспечения учебного процесса по физике и различных его форм организации (лекций, семинаров, лабораторных практикумов, консультаций и др.) и определили выбор темы диссертационного исследования: "Дистанционное обучение физике в школе и вузе на основе предметной информационно-образовательной среды".

Цель исследования: обоснование и разработка концепции и методики дистанционного обучения физике в школе и вузе на основе применения предметной информационно-образовательной среды.

Объект исследования: процесс использования информационных и телекоммуникационных технологий в дистанционном обучении физике.

Предмет исследования: методика дистанционного обучения физике в средней школе и вузе.

Гипотеза исследования.

Если дистанционное обучение физике в школе и вузе строить на основе предварительно созданной предметной информационно-образовательной среды, учитывающей специфику физики как науки и определяющей совокупность педагогических программных средств и учебно-методического обеспечения учебного процесса по физике, то это будет способствовать:

- получению качественного физического образования обучаемыми с ограниченными возможностями, которые по ряду причин не могут посещать учебные заведения с помощью самостоятельной и самодостаточной формы обучения;

- повышению эффективности учебного процесса по физике (повышению интереса к физике; повышению качества знаний по физике; формированию коммуникативных умений у обучаемых; достижению определенного уровня обученности работе с информационными и телекоммуникационными средствами как у школьников и студентов, так и у учителей и преподавателей физики) в случае использования дистанционной формы обучения как дополнения к традиционному учебному процессу.

В соответствии с целью и гипотезой исследования были определены основные задачи диссертационного исследования:

1. Изучить и проанализировать современное состояние дистанционного образования и информатизации средней школы и вуза и выявить теоретические основания применения средств информационных и телекоммуникационных технологий в дистанционном обучении физике, а также соответствующего научно-методического обеспечения учебных занятий.

2. Сформулировать основные концептуальные положения дистанционного обучения физике в школе и вузе на основе предметной информационно-образовательной среды.

3. Определить основные виды дистанционного обучения физике и разработать модели предметной информационно-образовательной среды при обучении физике в школе, вузе и при подготовке и переподготовке учителей и преподавателей физики.

4. Разработать методику дистанционного обучения физике в школе и вузе на основе использования предметной информационно-образовательной среды и определить формы организации учебного процесса (дистанционные лекции, семинары, практикумы по решению задач, физический эксперимент) и соответствующее учебно-методическое обеспечение.

5. Провести педагогический эксперимент с целыо проверки выдвинутой гипотезы.

Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования:

- изучение и анализ научной, педагогической, психологической, методической и учебной литературы по теме исследования;

- анализ и обобщение методических основ использования информационных и телекоммуникационных средств в дистанционном обучении физике;

- анализ и обсуждение результатов исследования со специалистами в области дистанционного обучения физике на различных научно-методических конференциях, совещаниях и семинарах;

- наблюдение, беседа, анкетирование, тестирование;

- метод педагогического проектирования;

- системный подход;

- моделирование методики;

- компьютерное моделирование физических законов и явлений;

- педагогический эксперимент;

- методы математической статистики для количественных оценок результатов эксперимента.

Методологическую основу исследования составляют:

- исследования, посвященные проблемам информационного общества и информатизации педагогического образования (Р.Ф.Абдеев, В.В.Александров, С.В.Алексеев, С.А.Бешенков, И.Б.Готская, В.А.Извозчиков, Д.А.Исаев, В.В.Лаптев, Д.Ш.Матрос, В.П.Монахов, И.В.Роберт, И.А.Румянцева, И.В.Симонова, А.В.Смирнов, Б.Я.Советов, Е.А.Тумалева, М.В.Швецкий др.), концептуальные основы компьютеризации образования (Г.А.Бордовский, Б.С.Гершунский, А.П.Ершов, Е.И.Машбиц, В.Ф.Шолохович);

- исследования, посвященные общим вопросам дистанционного образования и обучения (А.А.Андреев, С.Л.Лобачев, М.В.Моисеева, В.И.Овсянников, Е.С.Полат, В.И.Солдаткин, В.П.Тихомиров, А.В.Хуторской и др.);

- исследования в области теории и методики преподавания физики (В.Е.Важеевская, В.А.Ильин, С.Е.Каменецкий, А.Н.Мансуров, Н.С.Пурышева, Л.С.Хижнякова и др.);

- научно-методические работы по проблемам информатизации общего образования и компьютерным технологиям обучения физике (Г.А.Бордовский, Э.В.Бурсиан, Е.И.Бутиков, Х.Гулд, В.А.Извозчиков, А.С.Кондратьев, А.А.Кузнецов, В.В.Лаптев, А.А.Самарский, А.Н.Тихонов и др-);

- труды в области использования мультимедиа-технологий в образовании (Т.А.Бороненко, П.Бретт, Э.Броуди, И.Б.Готская, К.Н.Гуревич, О.С.Корнилова, Б.Ф.Ломов, Н.И.Рыжова, О.Г.Смолянинова, Р.Уильямсон и др-);

- научно-методические работы по проблемам активизации познавательной деятельности учащихся, гуманизации, дифференциации и индивидуализации обучения физике, развитию творческих способностей учащихся (Г.А.Бордовский, С.Н.Богомолов, С.Е.Каменецкий, И.Я.Ланина, Н.С.Пурышева, В.Г.Разумовский, А.В.Усова и др.);

- теория телекоммуникационных методов конструирования знаний (М.Бухаркина, Е.С.Полат, Е.И.Утлинский, А.А.Федосеев, А.В.Хуторской и др-);

- теория трансферта (передачи) технологий дистанционного обучения естественнонаучным дисциплинам (А.О.Кривошеев, Д.А.Королевский и др.);

- теория создания и развития информационных систем и технологий (Л.В.Апатова, Е.В.Баранова, С.А.Бешенков, Н.А.Гейн, И.Б.Готская и др.).

Логика исследования включала следующие этапы:

На первом этапе (1997-1999 гг.) изучалось состояние проблемы в психолого-педагогической теории и практике. Анализировались диссертационные исследования и накопленный методический опыт дистанционного обучения физике в России и за рубежом. Был разработан понятийный аппарат исследования, определена цель, гипотеза и задачи исследования.

На втором этапе (1999-2001 гг.) были определены основные составляющие предметной информационно-образовательной среды (при обучении физике), а также условия и принципы ее формирования; сформулированы основные положения концепции, разработаны модели информационно-образовательной среды и методика дистанционного обучения физике. Были проведены констатирующий и поисковый этапы педагогического эксперимента.

На третьем этапе (2001-2005 гг.) с учетом результатов констатирующего и поискового этапов эксперимента, разработано учебно-методическое обеспечение учебного процесса по физике, отобраны педагогические программные средства, контрольные и экспериментальные группы обучаемых, определены основные критерии проверки эффективности предложенных методик. Этот этап был посвящен внедрению разработанных методик в учебный процесс и проведению обучающего этапа педагогического эксперимента.

На четвертом, заключительном этапе (2005-2006 гг.) была проведена обработка и анализ результатов исследования, сформулированы выводы, оформлена диссертационная работа, опубликованы монографии. Научная новизна исследования

1. Разработана концепция дистанционного обучения физике в школе и вузе, включающая в себя следующие положения:

- дистанционное обучения физике является самодостаточной формой подготовки обучаемых с ограниченными возможностями (кто не имеет возможность в силу обстоятельств посещать учебные заведения);

- предварительно разработанная предметная информационно-образовательная среда является необходимым условием для реализации дистанционного обучения физике;

- информационно-образовательная среда по физике должна быть трех видов: в школе, вузе, системе дополнительного образования и создается с учетом принципов непрерывности, открытости, интерактивности;

- дистанционное обучение физике может быть базовым или дополнительным: базовое - предназначено для обучаемых, которые не могут обучаться физике очно; дополнительное - для тех, кто хочет повысить уровень знаний по физике;

- дистанционное обучение физике в школе и вузе осуществляется на базе реального учебного заведения или его виртуального представительства (виртуальный университет, колледж, школа) под руководством преподавателя физики; в распределенном классе, когда обучаемый находится на значительном расстоянии от преподавателя и учебного заведения; или дома, если обучаемый малоподвижен;

- в основе модели дистанционного обучения физике в школе и вузе должна лежать параметрическая модель учебного процесса, которая предполагает использование пяти основных параметров: це-леполагания, диагностики, дозирования самостоятельной деятельности обучаемых, логической структуры учебного процесса и коррекции.

2. Разработаны модели предметной информационно-образовательной среды для дистанционного обучения физике в школе, вузе и в системе подготовки и переподготовки учителей и преподавателей физики (отвечающие целому ряду дидактических, программно-технических, эргономических и других требований и принципам непрерывности, открытости, интерактивности, целостности, единства учебной и исследовательской деятельности).

3. Разработана методика создания предметной информационно-образовательной среды для дистанционного обучения физике в школе и вузе, основывающаяся на параметрической модели учебного процесса (предполагающая использование пяти параметров, таких как целеполагание, диагностика, дозирование самостоятельной деятельности обучаемых, логическая структура учебного процесса и коррекция).

4. Предложена и реализована методика использования предметной информационно-образовательной среды для дистанционного обучения физике в школе и вузе, содержащая подробные рекомендации по планированию и организации учебного процесса (отбор содержания, средств и методов, разработка тематических планов, план-конспектов уроков и занятий по физике и их проведение, внеурочная деятельность, педагогическая практика, консультации, дистанционный контроль).

5. Разработана методика дистанционного обучения физике в школе и вузе и соответствующее учебно-методическое обеспечение (создан набор программно-методических комплексов, включающих программные средства учебного назначения, учебные пособия для обучаемых и методические материалы для учителей и преподавателей физики, обеспечивающие наиболее эффективное с педагогической точки зрения усвоение конкретного вопроса или темы учебной программы). Кроме того, разработана целая серия учебных курсов, предназначенных для подготовки и переподготовки учителей и преподавателей физики в области дистанционного образования.

Теоретическая значимость исследования состоит в развитии теоретических основ методики дистанционного обучения в школе и вузе. В частности:

- выявлена специфика дистанционного обучения физике в школе и вузе (определяющая необходимость проведения различных видов физического эксперимента: реального и виртуального; практикумов по решению задач, то есть его деятельностная направленность);

- обоснован и уточнен понятийный аппарат ("дистанционное физическое образование", "дистанционное обучение физике", "предметная информационно-образовательная среда (при обучении физике)", "дистанцион-ность" и др.), характеризующий специфику дистанционного обучения физике в школе и вузе, исходя из его самостоятельности и самодостаточности;

- теоретически обоснованы и разработаны концептуальные положения и построены модели дистанционного обучения физике школьников и студентов, а также подготовки учителей и преподавателей физики в случае базового и дополнительного физического образования;

- созданы теоретические основы методики построения и использования предметной информационно-образовательной среды для дистанционного обучения физике на всех видах учебных занятий (разработана методика проведения дистанционных лекций, семинаров, практикумов по решению задач, физического эксперимента).

Практическая значимость исследования определяется тем, что:

- разработана методика создания и использования предметной информационно-образовательной среды для дистанционного обучения физике, включающая в себя подробные рекомендации по конструированию и планированию учебного процесса по физике, проведению различных видов учебных занятий (дистанционные лекции, семинары, физические практикумы, физический эксперимент с удаленным доступом), консультированию отдельных обучаемых и групп обучаемых (по электронной почте, чату, с помощью теле-и видеоконференции, телефона), оснащению рабочих мест обучаемых (учащихся и студентов), учителей и преподавателей физики;

- под руководством и при участии автора создана интегрированная библиотека информационных и телекоммуникационных средств, состоящая из целого набора программно-методических комплексов по физике для школы и вуза, включающих педагогические программные средства по физике и подробные инструкции для работы с ними, презентации, раздаточные материалы для учащихся, подробные рекомендации для преподавателя с тематическим и поурочным планированием и др.;

- разработаны учебные курсы "Технология и методика создания дистанционных курсов по физике", "Компьютерные физические лаборатории", "Педагогические программные средства по физике", "Системы видеоконфе-ренцсвязи на уроках физики", предназначенные для подготовки и переподготовки учителей и преподавателей физики в области дистанционного образования;

- опубликованы учебные и учебно-методические пособия и рекомендации для учителей и преподавателей физики, а также студентов вузов, в которых изложены вопросы, связанные с использованием в учебном процессе по физике средств информационных и телекоммуникационных технологий.

Внедрение разработанного учебно-методического обеспечения учебного процесса позволяет сделать доступным получение качественного физического образования обучаемыми с ограниченными возможностями, а также повысить эффективность обучения физике и подготовки учителей и преподавателей физики в случае использования дистанционного обучения физике как дополнительной формы обучения.

На защиту выносятся: I. Концепция дистанционного обучения физике в школе и вузе на основе предметной информационно-образовательной среды, рассматривающая дистанционное обучение как самостоятельную и самодостаточную форму обучения (имеющую в своей основе синхронную, асинхронную и комбинированную модели, что позволяет в свою очередь успешно классифицировать существующие формы организации дистанционного обучения физике).

II. Модели предметной информационно-образовательной среды при дистанционном обучении физике в школе и вузе, каждая из которых отвечает определенным требованиям (дидактическим, эргономическим, коммуникативным, техническим и др.) и формируется по определенным принципам: непрерывности, открытости, интерактивности, целостности, единства учебной и исследовательской деятельности.

III. Методика создания и использования предметной информационно-образовательной среды и методика дистанционного обучения физике в школе и вузе (использующая различные модели дистанционного обучения, дистанционные формы организации учебных занятий по физике, средства предметной информационно-образовательной среды: компьютерные физические лаборатории удаленного доступа, системы видеоконференцсвязи, контрольно-тестирующие системы и др., предназначенные для передачи по телекоммуникационным каналам связи и объединенные в программно-методические комплексы и виртуальные библиотеки).

Апробация результатов исследования

Основные результаты диссертации были представлены и обсуждались на следующих конференциях, совещаниях и семинарах: XIII международной конференции "Применение новых технологий в образовании" (Троицк, 2002), XIV международной конференции "Применение новых технологий в образовании" (Троицк, 2003), международной конференции "Информационные технологии в образовании, технике и медицине" (Волгоград, 2004), международной конференции "Новые технологии преподавания физики. Школа и вуз" (Москва, 2004), X международной открытой научной конференции "Современные проблемы информатизации в непромышленной сфере и экономике" (Воронеж, 2005), международной конференции "Новые технологии преподавания физики. Школа и вуз" (Москва, 2005), XVII международной конференции "Применение новых технологий в образовании" (Троицк, 2006), VII всероссийской конференции "ИНФОФОРУМ" (Москва, 2005), VIII всероссийской конференции "ИНФОФОРУМ" (Москва, 2006), III межрегиональной конференции "ИБРР-2003" (СПб, 2003), XI Российская научно-техническая конференция "Методы и технические средства обеспечения ИБ" (Санкт-Петербург, 2003), I Республиканской электронной научной конференции "Новые технологии в образовании (Воронеж, 1999), межвузовской научно-методической конференции "Инновационные процессы в высшей школе и проблемы совершенствования подготовки специалистов" (Липецк, 1998), III Всероссийской научно-практической конференции "Образовательная среда сегодня и завтра" (Москва, 2006), межвузовской научной конференции "Информационные технологии в процессе подготовки современного специалиста" (Липецк, 1998), межвузовской научной конференции "Информационные технологии в процессе подготовки современного специалиста" (Липецк, 2001), межвузовской научно-методической конференции "Проблемы образования в области ИБ" (Москва, 2004), IV областной научно-практической конференции "Система непрерывного педагогического образования в контексте региональной кадровой политики в области подготовки квалифицированных специалистов (Лебе-дянь, 1999)".

Диссертационная работа выполнена в рамках научно-технической программы "Создание системы открытого образования", раздел "Открытые образовательные информационные ресурсы", подраздел 4.2. "Сетевые учебно-методические комплексы ЭСПО по основным группам специальностей и направлений подготовки высшего профессионального образования" (код НИР 4.2.3) для студентов специальностей 030000, 540500 (общая физика, теоретическая физика, высшая математика, история физики, теория и методика обучения физике, астрономия).

Разработанные в диссертации положения и рекомендации использовались при выполнении научно-технической программы "Разработка и реализация федерально-региональной политики в области науки и образования" (тема: "Разработка виртуальной библиотеки электронных обучающих средств").

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы, включающего 378 наименований на русском и английском языках. Общий объем диссертации 453 страницы, из них 357 страниц основного текста, 27 таблиц, 28 рисунков, 16 гистограмм и 6 приложений.

Заключение диссертации по теме «Теория и методика обучения и воспитания (по областям и уровням образования)», Чефранова, Анна Олеговна

Выводы по главе 4

В главе рассмотрены вопросы планирования дистанционного обучения физике (постановка целей, отбор содержания, форм и методов обучения). Особое внимание уделено формам организации учебного процесса: дистанционным лекциям, дистанционным семинарам и консультациям, проектной деятельности, лабораторно-практическим занятиям по физике, видам дистанционного контроля (телетестингу) и ситуационному анализу.

Перечисленные требования делятся на следующие группы: требования к АРМам обучаемых и учителя (преподавателя) физики; требования к ППС (дидактические, эргономические, технические, эстетические и др.); требования к учебно-методическому обеспечению учебного процесса.

Глава 5. Методика дистанционного обучения физике в вузе

5.1. Теоретические и практические аспекты дистанционного обучения физике в вузе

Основные положения методики дисанционного обучения физике:

1. Следует разделять методику дистанционного обучения в школе и вузе, в зависимости от того какой вид дистанционного обучения используется: распределенное, как дополнение к традиционному учебному процессу или комбинированный вид (традиционное+дистанционное). Перед учебным заведением в этих трех случаях стоят различные задачи. При отсутствии у обучаемых необходимых аппаратно-программных средств, физического оборудования дома (в случае дистанционного обучения физике обучаемых с ограниченными возможностями), школа или вуз предоставляет ему эти средства в аренду или организует коллективное пользование необходимыми средствами.

2. С целью обеспечения доступа обучаемых к базам данных, базам знаний, удаленным физическим лабораториям и другим средствам дистанционного обучения физике учебное заведение приобретает, арендует и эксплуатирует телекоммуникационные средства (модемы, свитчи, ргоху-сервера и т.д.).

3. Система контроля обучаемых при дистанционном обучении физике должна обеспечивать объективную оценку знаний и умений по физике, а также обязательно должна иметь защиту, обеспечивающую конфиденциальность и целостность информации с помощью подсистемы аутентификации и разграничения доступа. Основная форма контроля - сетевое тестирование, которое может проводиться как с использованием чата, конференции (в индивидуальном и групповом режимах), так и непосредственно в СДО с ведением подробного мониторинга по каждому отдельному обучаемому.

4. Физический эксперимент при дистанционном обучении целесообразно изучать тремя способами: во-первых, проведение видеосъемок реальных опытов, многократного их показа обучаемым (в виде синхронной и асинхронной трансляций); во-вторых, показом так называемых виртуальных и модельных опытов (сделанных в on-line режиме или подготовленных заранее); в-третьих, проведение физического эксперимента удаленного доступа с помощью специальных программно-аппаратных комплексов по физике в режиме реального времени, изменение параметров с последующим обсуждением результатов эксперимента (рис. 5.1.).

5. Формы и методы проведения лабораторных занятий при дистанционном обучении физике имеют следующие особенности:

- выполнение лабораторной работы приближенно к исследовательской деятельности;

- отсутствует жесткий регламент времени, отводимого на отдельную лабораторную работу;

- возможность получения консультаций в случае затруднений;

- возможность выполнения лабораторных работ в малых группах, коллективное обсуждение результатов, обмен опытом;

- наличие различных заданий к лабораторным работам.

6. Средства для выполнения лабораторных работ при дистанционном обучении физике должны удовлетворять требованиям:

- модели лабораторных установок должны быть наглядны и безопасны;

- виртуальные лабораторные установки должны быть интерактивными и эргономичными;

- инструкции к лабораторным работам должны содержать достаточную для проведения работы теоретическую часть, а также элементы для активизации учебной деятельности студентов и школьников.

Рис. 5.1. Проведение дистанционного лабораторного практикума

7.Практикум по решению задач целесообразно проводить в следующих видах: в режиме трансляции (с использованием активной доски, видеокон-ференцсвязи, флеш-демонстраций), в режиме консультаций (чат, форум), в интерактивном режиме (при непосредственной работе в СДО или с отдельной компьютерной программой решения задач по физике).

Учитель и преподаватель физики должен владеть не только своей предметной областью и в определенной степени смежными областями знания, но также педагогическими, психологическими знаниями, особенностями используемой концепции дистанционного обучения физике, а также информационными и телекоммуникационными технологиями, спецификой организации учебного процесса в дистанционной форме.

В педагогических университетах рекомендуем использовать следующую дидактическую концепцию дистанционного обучения физике.

Первоначально проводится очная установочная лекция для всех пользователей сети «дистанционного обучения» (образования) преподавателем физики. Такая лекция включает: рекомендации и порядок работы с порталом педагогического университета индивидуальным пользователем по определенному разделу курса физики, а также краткое теоретическое содержание раздела физики и простейшие типовые задачи. Преподаватель на ней выдает индивидуальное задание каждому студенту, пароли и другие параметры доступа в портал, а также оговаривает календарный план доступа и занятий в сети, срок исполнения заданий и контрольных мероприятий и выход на online связь. Все задачи контрольных мероприятий (для обучения и контроля) разбиты по темам. При этом, каждый слушатель получает полный комплект материалов по прорабатываемой теме (ПМК), поскольку предварительное знакомство с материалом прорабатываемой темы в домашних комфортных условиях дает возможность студенту сделать первые шаги в усвоении нужного материала и подготовиться к продуктивной работе с мультимедийными учебными материалами в портале.

Каждый студент при обучении и самостоятельном решении прорабатывает несколько тем, используя учебные материалы в портале университета. В процессе работы студент в определенное графиком время получает в сети online консультацию ведущего преподавателя. Консультации проводятся по программе, которая доступна преподавателю физики и пользователю. Вопросы на консультации задаются в произвольной форме, так же как и ответы.

В частности, в качестве ответа может быть использован фрагмент учебного материала, размещенного в портале, пропущенный или непонятый обучаемым.

Оценки текущего и рубежного контроля и доступ к ним защищены паролями, которые сообщаются лишь ведущему консультации преподавателю физики. Текущий контроль позволяет составить представление о глубине проработки учебного материала пользователем в процессе работы с учебным материалом. В случае недостаточной текущей успеваемости преподавателем принимается решение о продлении времени доступа обучаемого к материалам темы. После проведения контроля по проработанной пользователем теме физики, преподаватель сообщает студенту о результатах его работы. В случае удовлетворительных оценок и «зачета» по проработанной теме работа продолжается уже по новой теме в том же режиме. В случае «незачета» по неудовлетворительным оценкам рубежного контроля попытка «зачета» повторяется по той же схеме, то есть после полной предварительной проработки не зачтенной темы.

Поскольку образовательный портал ориентирован на персонализированное использование ресурсов, студенту необходимо зарегистрироваться. При каждом обращении пользователя любого уровня к порталу система поиска обращается к базе данных, определяя класс пользователя и, соответственно, какими привилегиями он обладает. Сформированная таким образом «карта пользователя» определяет доступные ресурсы образовательного портала.

Одним из новых для вузов использованием компьютерных сетей являются видеоконференции, которые предоставляют возможность организации самой дешевой видеосвязи. Данный тип видеоконференций может быть использован для проведения семинаров в небольших (5-10 человек) группах, индивидуальных консультаций, обсуждения отдельных сложных вопросов изучаемого курса. Помимо передачи звука и видеоизображения компьютерные видеоконференции обеспечивают возможность совместного управления экраном компьютера: создание чертежей и рисунков на расстоянии, передачу графического и рукописного материала.

Видеоконференции по цифровому спутниковому каналу с использованием видео-компрессии совмещают высокое качество передаваемого видеоизображения и низкую стоимость проведения видеоконференции (более чем на два порядка меньше, чем при использовании обычного аналогового телевизионного сигнала). Эта технология может оказаться эффективными при относительно небольшом объеме лекций (100-300 часов в год) и большом числе обучаемых (1000-5000 студентов) для проведения обзорных лекций, коллективных обсуждений итогов курсов и образовательных программ.

Телекоммуникации добавляют новую размерность к дистанционному обучению физике. Проведенный анализ позволил выделить базовые параметры, которые являются существенными при выборе информационных и телекоммуникационных технологий для применения в программах дистанционного обучения физике в российских вузах.