Дидактическая модель формирования понятия поля физической величины с помощью компьютерной визуализации на основе таксономии Герлаха-Салливана
О.
Е. ДаниловБиблиографическое описание статьи для цитирования:
Данилов
О.
Е. Дидактическая модель формирования понятия поля физической величины с помощью компьютерной визуализации на основе таксономии Герлаха-Салливана // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2013. – № 3 (март). – С.
41–45. – URL:
http://e-koncept.ru/2013/13053.htm.
Аннотация. Для изучения полей физических величин в курсе школьной физики предлагается универсальный метод – метод компьютерной визуализации. Описана дидактическая модель формирования понятия «поле физической величины» с помощью этого метода на основе таксономии Герлаха–Салливана.
Ключевые слова:
компьютерная визуализация, дидактическая модель, формирование понятия поля физической величины, таксономия герлаха-салливана
Текст статьи
Данилов Олег Евгеньевич,кандидат педагогических наук, доцент, заведующий кафедрой информатики, теории и методики обучения информатике ФГБОУ ВПО «Глазовский государственный педагогический институт имени В.Г.Короленко», г.Глазовdandare@list.ru
Дидактическая модель формирования понятия поля физической величиныс помощью компьютерной визуализации на основе таксономииГерлаха–Салливана
Аннотация. Для изучения полей физических величин в курсе школьной физики предлагается универсальный метод –метод компьютерной визуализации. Описана дидактическая модель формирования понятия «поле физической величины» с помощью этого метода на основе таксономии Герлаха–Салливана.Ключевые слова:компьютерная визуализация, дидактическая модель, формирование понятия поля физической величины, таксономия Герлаха–Салливана.
Благодаря развитию научной визуализации возникает возможность предъявления информации о поле физической величины не только в виде таблиц, графиков, диаграмм, но и в виде других графических образов. Изучение поля с помощью метода научной визуализации, как показывает практика, значительно повышает коэффициент восприятия учебной информации о поле и способствует повышению качества обучения.Визуализация достаточно органично может быть реализована с помощью компьютерного моделирования поля. Компьютерное моделирование имеет большое значение в современной системе обучения физике. Оно, как и любое другое моделирование с целью познания окружающего мира, основано на построении модели объекта изучения, рассмотрении ее свойств и переносе полученной при изучении модели информации на сам объект. Роль компьютерной модели состоит в том, что она является заменителем объекта, посредником в отношениях между субъектом и объектом познания. Использование компьютерных моделей при обучении формирует у учащихся представление о современных методах познания окружающего мира.Под компьютерной моделью поля в нашем случае мы подразумеваем визуализированный образ пространственного распределения физической величины, доступный учащимся для наглядночувственного восприятия. Следовательно, можно говорить о том, что в этом случае, когда модель выступает в роли объекта познания, учащиеся знакомятся с одним из видов информационных моделей –графической моделью. Нужно обратить внимание учащихся на то, что эта модель строится на основе другой –математической модели, а, опираясь на знания о графической модели, можно построить описательноинформационную модель.Важно, чтобы при использовании компьютерных моделей учитель дал понять учащимся, что они имеют дело с модельным характером теоретических знаний и не должны придавать им статус полной адекватности реальности. Нужна такая организация учебного процесса, при которой раскрытию модельного характера изучаемых объектов будет уделено достаточно внимания. Ожидаемого эффекта обучения можно достичь, если продемонстрировать учащимся реальные физические поля (например, согласно методике, описанной в статье [1]), то есть сочетать численный эксперимент с натурным экспериментом. При таких демонстрациях учащиеся получат возможность убедиться в том, что картина реального поля может существенно отличаться от демонстрируемой им компьютерной модели (а, значит, и от математической модели тоже), так как на неё могут оказать существенное влияние факторы, которые совсем не учитывались (ими просто пренебрегли) в идеализированном объекте –теоретической модели поля. В этом случае модель рассматривается уже каксредство познания, о чём тоже в доступной форме нужно говорить учащимся. Естественно, что учитель должен обратить внимание учащихсяна следующее: нельзя считать, что, например, экспериментальные методы исследования полей лучше, а теоретические хуже (или наоборот). Важны и эмпирические методы познания, и теоретические. Нужно применять и те, и другие, в их тесном взаимодействии.При изучении полей, на наш взгляд, необходимо применять метод компьютерной визуализации систематически, так как он является универсальным методом исследования полей любых физических величин. Инновационные технологии обучения (а технология применения метода компьютерной визуализации относится к таковым) требуют от учителя определённых усилий для того, чтобы он смог успешно их освоить. В этом случае определённую помощь учителю может оказать дидактическая модель процесса обучения. Такая модель может быть очень полезна для педагоговпрактиков, так как она даёт конкретные рекомендации в сфере управления процессом обучения.Рассмотрим некоторые важные психологические аспекты процесса познания, знание которых поможет учителю при формировании понятия поля физической величины в сознании учащихся. Познание является достаточно сложным процессом, в котором выделяют два уровня: чувственный и рациональный. Эти уровни связаны между собой и каждый из них имеет свои специфические формы выражения. Процесс познания начинается с взаимодействия органов чувств человека с окружающим миром, когда органы чувств, получая сигналы об окружающем мире, вызывают ощущения, при помощи которых организм человека вступает во взаимоотношения с окружающими его предметами. В результате такого взаимодействия и внутренних процессов человек получает ощущения, восприятия и представления. Данные, полученные с помощью чувств, фиксируются и перерабатываются на уровне рационального познания в форме понятий, суждений, умозаключений. Этот процесс называют абстрактным мышлением.Ощущение является простейшей формой психических процессов мозга. Оно представляет собой элементарный чувственный образ, отражающий свойства предметов окружающего мира. Ощущения субъективны по форме, так как всегда являются ощущениями конкретного человека (субъекта познания), и объективны по содержанию, так как отражают изучаемую человеком объективную реальность (объект познания). Восприятием называют конкретночувственный наглядный образ предмета изучения, возникающий при воздействии этого предмета на органы чувств человека. Восприятие представляет собой целостный образ, полученный на основе выделения и объединения отдельных ощущений, оно, в отличие от ощущения, осмыслено. В нашем случае предмет изучения (графический образ поля физической величины) является визуализированным образом реального предмета окружающего мира –распределения физической величины в пространстве. Восприятие может направляться целями и задачами учебной деятельности и носить активный характер, который выражается в устойчивом внимании и интересе к предмету изучения, в стремлении к ясному и точному его осмыслению. Учитель своими действиямипри обучении должен стремиться поставить предмет изучения в такие условия, при которых он мог бы восприниматься учащимися наилучшим образом и с различных сторон. На основе восприятия накапливаются факты, обобщение которых приводит к определенным суждениямна уровне сознания.При формировании учителем восприятия учащихся складывается их представление о предмете изучения (конкретное и целостное воспроизведение в сознании воспринятой ранее информации). Представление связано с памятью.Оно вызывается ассоциативно и представляет собой некоторое обобщение, дающее возможность проводить мыслительные операции с предметом изучения или его свойствами без контакта с ним. Представление имеет абстрактный характер,выражается словами и отражает предшествующий опыт человека.В отличие от упомянутых форм чувственного познания, понятие является формой рационального познания. Понятие представляет собой мысль, отражающую общие существенные свойства и связи предмета. Оно включает сам акт понимания. Понятие выходит за уровень чувственного познания, потому что оно связано с абстрагированием и объединяет класс предметов, связанных общими свойствами. Другие формы рационального познания –это суждения и умозаключения. Они представляют собой формы познания, в которых движутся (изменяются) понятия. Они устанавливают отношения между понятиями и обозначенными ими предметами. Суждение является мыслью, утверждающей или отрицающей чтолибо о предмете и закреплённой в языке с помощью предложения. Предложение по отношению к суждению является некоей материальной оболочкой. Само же суждение составляет идеальную, смысловую сторону предложения. Мысленную связь суждений и выведение из них новых суждений называют умозаключением.В процессе формирования понятия поля его графические образы выступают в качестве наглядного и компактного способа представления, изображения знаний. Использование компьютерной визуализации выступает в данном случае как средство активизации психических функций учащихся (их мышления), а также облегчает понимание изучаемого материала. В компьютерных графических представлениях абстрактнологическая информация трансформирована в зрительный образ для того, чтобы этот образ способствовал переводу информации в словеснологическую форму. Именно таким образом научная визуализация способствует обобщению явлений, помогает раскрыть суть научных понятий, подводит учащихся к пониманию закономерностей, сущность которых учитель раскрывает словеснологическим способом. Делая знание «видимым», быстро схватываемым, компьютерная визуализация повышаетскорость мышления. Вместо длинной цепочки рассуждений и умозаключений, содержащих мысленные образы, в мышлении используются более привычные для учащихся зрительные образы, состоящие из пространственных объектов. Таким образом визуализация способствует раскрытию содержания понятия поля, в то же время она является способом систематизации и обобщения знаний.Опишем дидактическую модель формирования понятия поля физической величины с помощью метода компьютерной визуализации (с помощью визуализированных математических моделей полей средствами компьютерной техники) на основе концепции классификации учебных целей, предложенной В.Герлахом и А.Салливаном [2]. Таксономия Герлаха–Салливана основана на концепции учебного поведения (внешних процедур, которые выполняютобучаемые в ходе учебной деятельности). Применительно к нашему случаю, она может иметь следующие шесть уровней:–уровень идентификации объекта изучения;
Дидактическая модель формирования понятия поля физической величиныс помощью компьютерной визуализации на основе таксономииГерлаха–Салливана
Аннотация. Для изучения полей физических величин в курсе школьной физики предлагается универсальный метод –метод компьютерной визуализации. Описана дидактическая модель формирования понятия «поле физической величины» с помощью этого метода на основе таксономии Герлаха–Салливана.Ключевые слова:компьютерная визуализация, дидактическая модель, формирование понятия поля физической величины, таксономия Герлаха–Салливана.
Благодаря развитию научной визуализации возникает возможность предъявления информации о поле физической величины не только в виде таблиц, графиков, диаграмм, но и в виде других графических образов. Изучение поля с помощью метода научной визуализации, как показывает практика, значительно повышает коэффициент восприятия учебной информации о поле и способствует повышению качества обучения.Визуализация достаточно органично может быть реализована с помощью компьютерного моделирования поля. Компьютерное моделирование имеет большое значение в современной системе обучения физике. Оно, как и любое другое моделирование с целью познания окружающего мира, основано на построении модели объекта изучения, рассмотрении ее свойств и переносе полученной при изучении модели информации на сам объект. Роль компьютерной модели состоит в том, что она является заменителем объекта, посредником в отношениях между субъектом и объектом познания. Использование компьютерных моделей при обучении формирует у учащихся представление о современных методах познания окружающего мира.Под компьютерной моделью поля в нашем случае мы подразумеваем визуализированный образ пространственного распределения физической величины, доступный учащимся для наглядночувственного восприятия. Следовательно, можно говорить о том, что в этом случае, когда модель выступает в роли объекта познания, учащиеся знакомятся с одним из видов информационных моделей –графической моделью. Нужно обратить внимание учащихся на то, что эта модель строится на основе другой –математической модели, а, опираясь на знания о графической модели, можно построить описательноинформационную модель.Важно, чтобы при использовании компьютерных моделей учитель дал понять учащимся, что они имеют дело с модельным характером теоретических знаний и не должны придавать им статус полной адекватности реальности. Нужна такая организация учебного процесса, при которой раскрытию модельного характера изучаемых объектов будет уделено достаточно внимания. Ожидаемого эффекта обучения можно достичь, если продемонстрировать учащимся реальные физические поля (например, согласно методике, описанной в статье [1]), то есть сочетать численный эксперимент с натурным экспериментом. При таких демонстрациях учащиеся получат возможность убедиться в том, что картина реального поля может существенно отличаться от демонстрируемой им компьютерной модели (а, значит, и от математической модели тоже), так как на неё могут оказать существенное влияние факторы, которые совсем не учитывались (ими просто пренебрегли) в идеализированном объекте –теоретической модели поля. В этом случае модель рассматривается уже каксредство познания, о чём тоже в доступной форме нужно говорить учащимся. Естественно, что учитель должен обратить внимание учащихсяна следующее: нельзя считать, что, например, экспериментальные методы исследования полей лучше, а теоретические хуже (или наоборот). Важны и эмпирические методы познания, и теоретические. Нужно применять и те, и другие, в их тесном взаимодействии.При изучении полей, на наш взгляд, необходимо применять метод компьютерной визуализации систематически, так как он является универсальным методом исследования полей любых физических величин. Инновационные технологии обучения (а технология применения метода компьютерной визуализации относится к таковым) требуют от учителя определённых усилий для того, чтобы он смог успешно их освоить. В этом случае определённую помощь учителю может оказать дидактическая модель процесса обучения. Такая модель может быть очень полезна для педагоговпрактиков, так как она даёт конкретные рекомендации в сфере управления процессом обучения.Рассмотрим некоторые важные психологические аспекты процесса познания, знание которых поможет учителю при формировании понятия поля физической величины в сознании учащихся. Познание является достаточно сложным процессом, в котором выделяют два уровня: чувственный и рациональный. Эти уровни связаны между собой и каждый из них имеет свои специфические формы выражения. Процесс познания начинается с взаимодействия органов чувств человека с окружающим миром, когда органы чувств, получая сигналы об окружающем мире, вызывают ощущения, при помощи которых организм человека вступает во взаимоотношения с окружающими его предметами. В результате такого взаимодействия и внутренних процессов человек получает ощущения, восприятия и представления. Данные, полученные с помощью чувств, фиксируются и перерабатываются на уровне рационального познания в форме понятий, суждений, умозаключений. Этот процесс называют абстрактным мышлением.Ощущение является простейшей формой психических процессов мозга. Оно представляет собой элементарный чувственный образ, отражающий свойства предметов окружающего мира. Ощущения субъективны по форме, так как всегда являются ощущениями конкретного человека (субъекта познания), и объективны по содержанию, так как отражают изучаемую человеком объективную реальность (объект познания). Восприятием называют конкретночувственный наглядный образ предмета изучения, возникающий при воздействии этого предмета на органы чувств человека. Восприятие представляет собой целостный образ, полученный на основе выделения и объединения отдельных ощущений, оно, в отличие от ощущения, осмыслено. В нашем случае предмет изучения (графический образ поля физической величины) является визуализированным образом реального предмета окружающего мира –распределения физической величины в пространстве. Восприятие может направляться целями и задачами учебной деятельности и носить активный характер, который выражается в устойчивом внимании и интересе к предмету изучения, в стремлении к ясному и точному его осмыслению. Учитель своими действиямипри обучении должен стремиться поставить предмет изучения в такие условия, при которых он мог бы восприниматься учащимися наилучшим образом и с различных сторон. На основе восприятия накапливаются факты, обобщение которых приводит к определенным суждениямна уровне сознания.При формировании учителем восприятия учащихся складывается их представление о предмете изучения (конкретное и целостное воспроизведение в сознании воспринятой ранее информации). Представление связано с памятью.Оно вызывается ассоциативно и представляет собой некоторое обобщение, дающее возможность проводить мыслительные операции с предметом изучения или его свойствами без контакта с ним. Представление имеет абстрактный характер,выражается словами и отражает предшествующий опыт человека.В отличие от упомянутых форм чувственного познания, понятие является формой рационального познания. Понятие представляет собой мысль, отражающую общие существенные свойства и связи предмета. Оно включает сам акт понимания. Понятие выходит за уровень чувственного познания, потому что оно связано с абстрагированием и объединяет класс предметов, связанных общими свойствами. Другие формы рационального познания –это суждения и умозаключения. Они представляют собой формы познания, в которых движутся (изменяются) понятия. Они устанавливают отношения между понятиями и обозначенными ими предметами. Суждение является мыслью, утверждающей или отрицающей чтолибо о предмете и закреплённой в языке с помощью предложения. Предложение по отношению к суждению является некоей материальной оболочкой. Само же суждение составляет идеальную, смысловую сторону предложения. Мысленную связь суждений и выведение из них новых суждений называют умозаключением.В процессе формирования понятия поля его графические образы выступают в качестве наглядного и компактного способа представления, изображения знаний. Использование компьютерной визуализации выступает в данном случае как средство активизации психических функций учащихся (их мышления), а также облегчает понимание изучаемого материала. В компьютерных графических представлениях абстрактнологическая информация трансформирована в зрительный образ для того, чтобы этот образ способствовал переводу информации в словеснологическую форму. Именно таким образом научная визуализация способствует обобщению явлений, помогает раскрыть суть научных понятий, подводит учащихся к пониманию закономерностей, сущность которых учитель раскрывает словеснологическим способом. Делая знание «видимым», быстро схватываемым, компьютерная визуализация повышаетскорость мышления. Вместо длинной цепочки рассуждений и умозаключений, содержащих мысленные образы, в мышлении используются более привычные для учащихся зрительные образы, состоящие из пространственных объектов. Таким образом визуализация способствует раскрытию содержания понятия поля, в то же время она является способом систематизации и обобщения знаний.Опишем дидактическую модель формирования понятия поля физической величины с помощью метода компьютерной визуализации (с помощью визуализированных математических моделей полей средствами компьютерной техники) на основе концепции классификации учебных целей, предложенной В.Герлахом и А.Салливаном [2]. Таксономия Герлаха–Салливана основана на концепции учебного поведения (внешних процедур, которые выполняютобучаемые в ходе учебной деятельности). Применительно к нашему случаю, она может иметь следующие шесть уровней:–уровень идентификации объекта изучения;
