С. В. Степанов
Оборудование школьного физического кабинета
3.5. Зона астрономии в кабинете физики
В кабинете физики создается зона, позволяющая обеспечить учебную деятельность учителя и учащихся при изучении астрономии. Она должна:
а) позволять успешно овладевать знаниями по астрономии в рамках школьной программы;
б) повысить уровень преподавания астрономии в средней школе;
в) углубить процесс формирования научного мировоззрения учащихся;
г) обеспечить в соответствии с требованиями научной организации труда (далее НОТ) и эргономики удобства в использовании учебного оборудования по астрономии;
д) создать условия для организации внеурочной работы по астрономии.
При планировке зоны астрономии учитывают общую планировку кабинета физики (количество классов и лаборантских в составе кабинета, их площади, взаимное расположение и т. п.).
Один из возможных вариантов планировки зоны астрономии в кабинете физики однокомплектной средней школы показан на рис. 3.12. Шкаф с учебными пособиями по астрономии (1) размещается в конце класса, примыкая к шкафам с физическими приборами для лабораторных работ. Рядом со шкафом на стене расположен стенд с материалами по астрономии (2, 3). На стенде располагают подвижную карту звездного неба, «немую» карту звездного неба, карту Луны, материалы по космонавтике и т. п. На полу между демонстрационным столом и первым рядом ученических столов проведена полуденная линия. Она служит для ориентированной установки инструментов при изучении сферической астрономии.
Рис. 3.12. Размещение астрономического уголка (два варианта)
Провести полуденную линию можно, если окна физического кабинета в полдень освещаются солнцем. На оконном стекле на высоте 1,5 м от пола черной гуашью изображают темный квадрат с отверстием 5 мм в центре (рис. 3.13). В солнечный день на полу образуется тень от квадрата, в центре которой находится светлое пятно – изображение Солнца. Фиксируют на полу положение центра солнечного пятна в момент местного полдня и соединяют с точкой горизонтальной проекции центра квадрата на полу. На полуденной линии делают отметки мест, через которые солнечное пятно проходит в дни равноденствия и солнцестояния. Учащиеся по этим отметкам получают наглядное представление об изменении высот кульминаций на протяжении года.
Теодолиты и телескопы ориентируют по линии, проведенной на полу, а для ориентации моделей небесной сферы, горизонтальных и экваториальных координат, солнечных часов, глобуса Земли и т. п. удобно организовать полуденную линию на демонстрационном столе. На крышке стола проводят черту, параллельную полуденной линии на полу.
Рис. 3.13. Полуденная линия в кабинете физики
Правильно оборудованная зона астрономии в кабинете физики позволяет учителю подготовить учащихся к предстоящим наблюдениям и закрепить полученные знания путем упражнений с применением пособий, а также экономит время и создает удобства в работе учителя.
3.6. Современный кабинет физики малокомплектной школы
Частные коммерческие школы и государственные школы в небольших сельских населенных пунктах в связи с малой наполняемостью классов учащимися (до 10 человек) и незначительной недельной нагрузкой по физике имеют в планировке и оборудовании кабинета физики специфические особенности.
Для малокомплектных школ, имеющих до 200 учащихся, наиболее целесообразным является оборудование объединенного кабинета физики, химии и биологии. При этом кабинет будет иметь полную нагрузку, значительная часть учебных средств по этим предметам окажется общей, в данном сочетании создаются наиболее благоприятные условия для осуществления связи в преподавании школьных предметов естественнонаучного цикла.
Однако при оборудовании объединенного кабинета необходимо учитывать, что при неправильном размещении учебных средств по этим предметам, а также неправильном хранении, особенно химических реактивов, отдельные виды учебного оборудования могут быстро выходить из строя. Чтобы не допустить этого, для оборудования объединенного кабинета необходимо иметь три помещения. В одном из них, имеющем большую площадь (45–50 кв. м), оборудуется класс-лаборатория. В этой комнате проводятся все виды учебных занятий по физике, химии и биологии. Во второй, третьей и четвертой комнатах оборудуются для каждого предмета отдельно лаборантские по физике, химии и биологии. Площади комнат, отводимых под лаборантские, должны быть не менее 15–16 кв. м.
Возможный вариант расположения помещений такого объединенного кабинета малокомплектной школы показан на рис. 3.14. Комната 1 – общий класс-лаборатория; комната 2, расположенная за передней стенкой, служит лаборантской по физике; комнаты 3 и 4, расположенные сбоку, служат лаборантскими по химии и биологии.
Рис. 3.14. Планировка объединенного кабинета физики малокомплектной школы:
1 – демонстрационный стол; 2 – стол учителя; 3 – классная доска; 4 – экран; 5 – стол ученический; 6 – шкаф для размещения учебного оборудования; 7 – шкаф с вытяжным устройством; 8 – рабочий стол; 9 – счеты; 10 – бак для воды; 11 – стол с набором инструментов; 12 – устройство для управления затемнением; 13 – стенд; 14 – тележкаподставка для видеопроектора; 15 – ящик для таблиц; 16 – огнетушитель; 17 – аптечка; 18 – панель с метеорологическими приборами
Мебель в объединенных кабинетах малокомплектных школ не отличается от типовой мебели, выпускаемой промышленностью для крупных школ.
Для выполнения лабораторных работ к рабочим местам учащихся должен подаваться переменный электрический ток напряжением 42 В. С электроснабжением кабинета физики вы познакомитесь ниже.
В кабинете должна быть обеспечена возможность полного затемнения помещения класса-лаборатории для проведения опытов по оптике и демонстрации учебных видеофильмов, компьютерных презентаций и т. п. Если малокомплектная школа находится в сельской местности, то специфика учебного оборудования должна учитывать подготовку школьников к практической деятельности в сельской местности.
Вопросы и задания к главе 3
1. Какие помещения входят в состав кабинета для преподавания углубленного курса физики в средней школе?
2. Элементом какой функциональной зоны кабинета является стол для ремонта оборудования?
3. Что означает круг диаметром 25 мм зеленого цвета на боковой стороне ученического стола?
4. Разработайте свой вариант оформления модульного стенда.
5. Какой фон выбрать для текста, выполненного черным цветом?
6. Для каких целей в кабинете физики фиксируют полуденную линию?
7. Каковы основные особенности организации кабинета физики в малокомплектной школе?
8. Чем отличаются сети с глухозаземленной и изолированной нейтралью?
9. Какие меры защиты от поражения электрическим током должны предусматриваться в кабинете физики?
10. Какие устройства и приборы заземляются в кабинете физики?
11. Каково назначение, устройство и принцип действия УЗОШ?
12. Какие устройства используются при электроснабжении рабочих мест учащихся?
13. Какие средства индивидуальной защиты и как используются при электромонтажных работах?
14. Каков минимально допустимый уровень освещенности рабочих мест учащихся?
15. Почему не рекомендуется устанавливать светильники без рассеивателей света?
16. Какие конструкции подвески штор используются для затемнения физических кабинетов?
17. Расскажите о подготовке кабинета к проведению учебного физического эксперимента.
Глава 4
Учебно-технический комплекс школьного кабинета физики
Учебно-технический комплекс кабинета физики имеет блочно-модульное построение, применение которого обеспечивает плавный переход от традиционных методов организации учебно-воспитательного процесса к применению самых современных технических средств организации учебной деятельности по физике в общеобразовательной школе.
Концептуально современную структуру учебно-технического комплекса по физике условно можно разбить на четыре составляющих крупных модуля:
1) технические средства обучения;
2) оборудование общего назначения;
3) оборудование демонстрационное;
4) оборудование лабораторное.
Модуль «Технические средства обучения» условно разбит на три блока: основной, укомплектованный современными техническими средствами обучения; традиционный, укомплектованный традиционными технические средства обучения; специальный, укомплектованный современными техническими средствами, выполняющими роль повышения научной организации педагогического труда учителя физики и его учеников.
Модуль «Оборудование общего назначения» состоит из трех блоков: общее оборудование, измерительные приборы, принадлежности для опытов.
Модуль «Оборудование демонстрационное» сформирован с учетом разделов курса физики и включает четыре блока: демонстрационное оборудование по механике, демонстрационное оборудование по молекулярной физике и термодинамике, демонстрационное оборудование по электродинамике, демонстрационное оборудование по оптике и квантовой физике.
Модуль «Оборудование лабораторное» классифицируется по видам лабораторного эксперимента и состоит из четырех блоков: оборудование для фронтальных работ; оборудование для кратковременных практических работ; оборудование для работ физического практикума; оборудование лабораторно-вспомогательное и материалы.
4.1. Технические средства обучения
Отличительной чертой нашей эпохи является увеличение степени опосредованности как деятельности с относительно простыми материальными объектами, так и деятельности со сложными информационными системами.
Не является исключением и педагогическая деятельность, предметом которой является такая сложная динамическая информационная система, как человек. Причем все возрастающую роль в этой деятельности играют технические средства обучения. Сокращенно – ТСО.
Остановимся на терминологическом аспекте понятия «технические средства обучения». Это необходимо сделать, чтобы избежать неоднозначности в определении ТСО. Число этих определений довольно велико, хотя большинство из них весьма сходны по своей основе.
Для того чтобы дать оценку этим определениям и обозначить свою точку зрения на содержание понятия «технические средства обучения», рассмотрим вначале, что понимается под средствами человеческой деятельности вообще.
В широком смысле под средствами деятельности понимается все то, что стоит между ее субъектом и желаемым продуктом. Иначе говоря, если тот или иной акт (предмет, явление) ведет к данной цели, он по отношению к ней выступает как средство.
В более узком смысле понятие «средство» означает «орудие деятельности». Технические средства обучения являются средствами педагогической деятельности именно в этом, узком, смысле. В педагогической литературе иногда используют термин «технические средства учебной деятельности» (ТСУД), которая разделяется на деятельность учения и деятельность обучения. Мы же будет придерживаться терминологии, где под обучением понимается совместная деятельность обучающего и обучаемого, и, соответственно, будем использовать термин «технические средства обучения» – «ТСО».
К техническим средствам обучения относят совокупность предметов и устройств, которые выполняют информационную, управляющую или тренирующую функции.
Несмотря на общность подходов к ограничению объема понятия «технические средства обучения», эти определения можно разделить на две группы.
К первой группе принадлежат определения, в которых к ТСО относят компьютеры, видеомагнитофоны, диапроекторы, графопроекторы и другую подобную аппаратуру.
Ко второй группе можно отнести определения, в которых под техническими средствами обучения понимают совокупность специфических учебных пособий (компьютерных программ, видеофильмов, диафильмов и т. п.) и соответствующей аппаратуры, с помощью которой воспроизводится заложенная в этих пособиях информация.
Такие определения следует считать обоснованными, так как ни названные носители учебной информации, ни соответствующая им аппаратура не используются друг без друга. Исключения составляют ситуации, когда, например, эта аппаратура является объектом изучения (при подготовке ремонтников видеоаппаратуры, операторов ЭВМ и т. п.).
Назначение специфических учебных пособий как элемента системы «ТСО» – фиксация и хранение учебной информации, представленной в недоступной (магнитная запись, оптическая запись и т. п.) или малодоступной (диапозитив, фолия и т. п.) для воспроизведения органами чувств форме. Назначение аппаратуры – преобразование этой информации в форму, доступную для восприятия.
Итак обобщим, ТСО – это «орудия» учебной деятельности. Их основные функции – представление информации, управление процессом учения и контроль за его ходом. От других средств обучения (учебно-наглядных пособий, вербальных средств обучения, лабораторного оборудования) они отличаются способом реализации этих функций: между процессом предъявления учебной информации и ее потреблением необходимо дополнительное звено – техническое устройство преобразования информации.
Возникновение и совершенствование технических средств обучения закономерно обусловлено развитием способов информационного обмена в обществе. В «дотехнологический» период подрастающему поколению передавали знания, не отделенные от обладающего ими субъекта. Создание знаковых систем и возникновение письменности привело к тому, что зафиксированные на материальном носителе знания превратились в информацию, которую можно передавать и хранить в виде сообщений. Этот этап можно считать революционным в развитии средств обучения.
В процессе развития информационного обмена как между современниками, так и между поколениями людей информационный поток увеличивался. Возникла объективная потребность в более емких носителях информации и новых способах ее передачи. Это привело к изменению формы составляющих информационный поток элементов (сообщения стали передаваться закодированными), изменению материала носителей информации, применению кодирующих и декодирующих устройств. Появились механический, оптический и магнитный способы записи звука, способы создания на экране неподвижных и движущихся световых изображений проецируемых объектов, позднее телевидение и видеозапись. По мере развития этих способов передачи информации и соответствующих им средств они стали все более широко использоваться в обучении. На протяжении последних десятилетий именно радио, телевидение, звукои видеозапись относили к современным техническим средствам обучения.
И сегодня в мировой педагогике значительное место продолжает отводиться развитию этих технических средств обучения и максимальному использованию их образовательных возможностей. Однако в настоящее время в учебный процесс внедряются принципиально новые технические средства обучения – компьютеры. Их широкое распространение обусловлено, с одной стороны, непрерывным многократным возрастанием информационного объема в обществе, с другой – возникновением новых способов записи, хранения, преобразования и представления информации.
Современный этап выделяют как переход от традиционных средств информации к средствам новой информационной технологии обучения и один из путей повышения эффективности обучения в широком использовании этих средств. И если возникновение письменности считается революцией в развитии средств обучения, современный этап можно по праву назвать революционным в развитии технических средств обучения.
Но о каких бы ТСО ни шла речь – традиционных или новейших – главной, определяющей их функцией является информационная, в соответствии с особенностями, спецификой, принципами и требованиями процесса обучения.
Технические средства обучения применяются тогда, когда, например:
• органы чувств человека не способны воспринять тот или иной тип сигнала;
• для передачи учебной информации с помощью традиционных способов (речь, ознакомление с натуральными объектами) требуется слишком много времени;
• непосредственно наблюдаемые признаки изучаемого объекта или процесса не отражают его сущности, и поэтому требуется исследование недоступных для непосредственного наблюдения характеристик изучаемых объектов;
• непосредственное наблюдение объекта или процесса вообще невозможно или затруднено и в других подобных ситуациях.
Во всех этих случаях первичную информацию заносят на специальные промежуточные носители. Этот процесс осуществляется с помощью технических устройств, преобразующих информационные сообщения одного типа в сообщения другого типа, – кодирующих устройств. То есть информация на промежуточных носителях содержится в закодированном виде. Носители информации являются долговечными и могут использоваться многократно в течение многих лет.
Воспроизведение информации осуществляется путем декодирования, в результате чего она приобретает форму звуковых, световых или иных сообщений, доступных для восприятия органами чувств обучающихся.
Иными словами, технические средства обучения, представляющие собой совокупность специальных носителей информации и декодирующих устройств, способствуют расширению возможностей учителя как источника информации, передающейся по каналам прямой связи, и ученика как приемника информации, передающейся по каналам обратной связи.
В восприятии учебной информации участвуют различные органы чувств (рецепторы) учащихся: слух, зрение, осязание, обоняние и др. Наиболее активно в обучении задействованы слуховые и зрительные анализаторы. Соответствующие способы предъявления информации называют: слуховой (аудитивный), зрительный (визуальный), звукозрительный (аудиовизуальный). И соответственно все наиболее распространенные ТСО по способу предъявления информации можно разделить на три класса: визуальные, аудитивные и аудиовизуальные ТСО.
Остановимся более подробно на психолого-педагогических возможностях технических средств обучения кабинета физики.
В учебно-воспитательном процессе ТСО кабинета физики помогают создавать условия, необходимые для «живого созерцания». Отображая действительность, они позволяют оперировать непосредственно фактами природы, жизни, науки. Собранные в учебный фильм (учебную компьютерную презентацию, серию слайд-кадров) отдельные фрагменты составляют образную модель, дающую определенное представление об оригинале. Чувственный образ, утверждает психология, лишь в известных рамках связан с объектом, который он отражает. Это именно сходство, а не тождество. Образная модель (компьютерная модель, фильм, презентация) выступает как известное выделение деталей, необходимых в учебно-познавательных целях. Под образной моделью объекта понимают мысленно представляемую или материально реализованную систему, способную замещать объект так, что ее изучение дает новую информацию об этом объекте. Используя звукозрительную модель, выделяют те стороны объекта, изучение которых поможет сделать вывод о сущности объекта. Модель не содержит полноценного знания об объекте, а является лишь источником, дающим материал для мышления и воображения. Отбор, выделение наиболее значимого, важного осуществляют разработчики модели. Создавая зрительно-звуковой образ, они ищут средства для отражения этого главного, существенного в объекте и обеспечивают «мостик» для перехода от чувственного образа к логическому мышлению, так как на основе полученных через модель знаний о структуре объекта крайне важно сформулировать понятия и теоретические выводы.
Чем отличаются модели ТСО от традиционных моделей – муляжей, схем, рисунков и т. п.
Во-первых, динамичностью, присущей не только для компьютерных моделей, видео- и кинофильмов, но и для диафильмов, и для серии диапозативов или транспарантов. Основа этой динамичности не только в движении объекта на экране, но и в монтаже, обеспечивающем возможность выделения сущности, наиболее важного, главного в объекте или физическом явлении. Это достигается с помощью монтажа, возможности которого не ограничены. Он позволяет проникнуть в самые глубинные явления, постичь сущность реальной действительности. С его помощью можно показать образование кристаллов, рост и деление клетки, «побывать» на невидимой стороне Луны и сделаться свидетелем событий, происходивших сотни лет назад. Но монтаж не только показывает причинную последовательность события, но и несет определенную идею, мысль, причем раскрывает эту идею в движении, в становлении. В условиях учебного процесса монтаж – это инструмент, средство формирования мысли обучаемого.
Во-вторых, властью над временем и пространством. Сегодня мы можем показать обучаемым события открытия физических законов и явлений, «окунуться» с ними в глубины океана или космоса. Эта особенность ТСО кабинета физики делает их такими орудиями познания, которые расширяют сферу чувственного восприятия.
В-третьих, одновременным воздействием на разные анализаторы. Такое синтетическое воздействие отличается сильной эмоциональностью. Оно порождает «эффект присутствия», ощущения соучастия, иначе говоря, создает ту необходимую эмоциональную основу, на базе которой от чувственного образа легче переходить к абстрагированию, к логическому мышлению.
Эмоциональная окрашенность учебного материала, его красота (в самом глубоком понимании) обеспечивают глубину усвоения, делают познание материала процессом исключительно активным. Эмоции, говорят психологи, – почва интуиции, они пробуждают воображение, ассоциации, концентрируют поиск информации.
Но не только динамика изображения, власть над временем и пространством, «эффект присутствия» привлекают в ТСО. Главное их достоинство в том, что они могут приобщать обучаемых непосредственно к процессу мышления, к процессу рождения и становления мысли. Остановимся подробнее на этой особенности ТСО кабинета физики.
Звукообразная модель (учебный фильм, компьютерная модель, радиопередача, диафильм и т. п.) может сыграть роль мотива, возбуждающего интерес к предстоящему изучению темы, курса, отдельного раздела. Назначение такой модели – поставить цель, дать направление поиска, если необходимо – удивить! Мы часто забываем о необходимости вызывать интерес, увлеченность предметом изучения, упускаем из виду эмоциональное состояние наших учащихся. Однако психологи подчеркивают прямую зависимость активности умственной деятельности от эмоциональных переживаний. Чувства находятся во взаимосвязях с познавательной деятельностью. Они сами берут начало в ней, возникая на основе отражения обучаемым реальной действительности.
Принцип мотивации используется создателями звукообразных моделей. Если мотив не заложен в начальных условиях реализации модели, то возникает опасность равнодушного отношения обучаемых к дальнейшему изложению материала.
ТСО кабинета физики должны и могут приобщать обучаемых к самостоятельному добыванию знаний в процессе сообщения новых фактов и сведений. Путей решения задачи может быть несколько.
Видео, компьютер, телевидение могут показать пути научных открытий, историю их поиска. Однако педагогических эффект будет достигнут лишь тогда, когда история науки показана как борьба идей. Главное достоинство таких дидактических информационных средств в том, что они делают мысль обучаемого активной, учат не только и не столько собирать факты, сколько анализировать их.
ТСО – средство формирования навыка наблюдения. Роль умения наблюдать в человеческой деятельности резко возрастает. Всякое наблюдение есть начало анализа, абстрагирования, отбора фактов для определения их сущности.
Однако способность к наблюдению есть результат научения, определенного отношения к полученному заданию и его осознанию.
ТСО кабинета физики обычно предусматривают возможность формирования у учащихся качества наблюдателя: они содержат мотив или установку, определяющую цель наблюдения, затем, выделяя главное, обеспечивают избирательность наблюдения; наконец, истолковывают результат наблюдения. В итоге желательно, чтобы ТСО предусматривали и задания для самостоятельных наблюдений и последующих выводов. Такие задания не должны быть сложными, но должны требовать догадки, восстановления у учащихся уже известных фактов.
Для формирования навыка наблюдения физических явлений, конечно, особенно удобны компьютерные модели. Они дают возможность обучаемым для самостоятельного наблюдения без вмешательства диктора.
Не менее важна роль ТСО и в процессе развития воображения – воспроизводящего и главным образом творческого. Отдельные выразительные приемы видео и телевидения непосредственно рассчитаны на воображение зрителя, на его предшествующие знания, опыт, которые помогут воссоздать, скажем, целое по показанной части.
ТСО можно использовать при формировании понятий. Понятия складываются обычно в результате длительного анализа и синтеза фактов, явлений, наблюдений. Кино, видео могут сжать во времени этот процесс, выделить главное и тем самым ускорить формирование понятия.
ТСО могут помочь учителю физики сделать процесс изложения новых знаний, формирование понятий, наконец, процесс обобщения и практической проверки знаний увлекательным, интересным, сделать учение постоянным поиском истины. Ключ к этому лежит в проблемном изложении фактов на экране и в звуковой передаче. Специфика ТСО позволяет интересно, увлекательно раскрывать учащимся противоречия между знанием и незнанием, поставить вопрос, решение которого требует самостоятельных теоретических и практических действий, поиска, преодоления затруднений.
В то же время проблемная ситуация, созданная на уроке физики средствами техники, будет эффективной лишь в том случае, если учитывается специфика ТСО. Если проблема легко создается словом или традиционным пособием, то введение в такой урок сложных ТСО вызывает ощущение искусственности и пользы приносит мало.
Совершенно очевидно, что специфика ТСО кабинета физики исключает механическое перенесение традиционных методических приемов на занятия с применением технических средств.
В методическом отношении учебные занятия по физике с применением ТСО отличаются следующим.
Во-первых, такое занятие ведут как бы два преподавателя – наряду с преподавателем в объяснении, беседе, опросе участвует техника.
Конечно, главным остается педагог, он предоставляет слово своему «коллеге», через него осуществляется связь «ученик – учитель», без которой немыслим урок. Однако в определенные моменты учитель физики может уступить место ТСО как источнику учебной информации, как средству обучения, ведущему, управляющему или контролирующему процесс познания.
Во-вторых, техника на занятиях выступает в союзе, комплексе с традиционными средствами обучения – учебником, муляжами, таблицами и др. Учебные занятия с применением ТСО должны стать частью системы, построенной с учетом дидактических принципов.
В-третьих, меняются формы работы на всех этапах учебного занятия.
Приведем примеры возможных вариантов использования ТСО на этапе изложения нового материала: просмотр фильма с последующей беседой; просмотр диапозитивов с параллельным обсуждением; фрагментарное (пошаговое) прослушивание фонодокумента в сочетании с пояснениями педагога; видеоэкскурсия, радиоэкскурсия; просмотр фильма после установочной беседы со специальным заданием (ответить на вопрос, найти обоснование и т. п.).
Примеры использования ТСО на этапе контроля знаний: ответы на вопросы, поставленные в учебном фильме; выполнение контрольного фонодиктанта; пересказ содержания просмотренного диафильма; коллективный комментарий просмотренного фильма и т. д.
ТСО меняет характер работы педагога на всех этапах урока. Учитель физики теперь выступает и в роли автора, составителя комплекса обучающих средств. Эта новая задача не может быть передоверена ни разработчикам звукообразных моделей, ни методистам: комплекс может быть эффективен лишь тогда, когда он определен с учетом содержания темы, специфики всех средств обучения и с учетом особенностей обучаемых данного учебного коллектива. Учитель физики, определяя комплекс ТСО, определяя его содержание и последовательность использования техники, обязан учитывать особенности класса, опыт работы обучаемых с дидактическими информационными средствами.