С каждым годом использование компьютерных технологий в образовательном процессе учебных заведений различного типа становится более востребованным для успешного изучения некоторых тем учебной программы. В каждом заведении, оказывающем образовательные услуги, обязательным фактом является наличие аудитории, оснащенной компьютерами. Этот аспект создает возможность использования преподавателем современных технологий в процессе изучения дисциплины. Внедрение современных компьютерных технологий в процесс преподавания способствует конструированию такой среды, в которой наблюдается увеличение эффективности усвоения нового материала и активизация познавательной активности обучающихся [1-2].
Концентрированное объединение средств обучения, различных по назначению, применению и функциональным задачам, является сутью компьютерных средств обучения, и что такая парадигма осуществима только на основе современного персонального компьютера. Таким образом, говоря о создании компьютерных средств обучения, мы предполагаем непосредственное или опосредованное использование в обучении компьютера или планшета. До сих пор, несмотря на усилившееся в последние годы стремление к созданию всевозможных мультимедийных компьютерных средств обучения для школ и вузов, в педагогическом сообществе нет единого мнения и представления, о том какими знаниями и научными данными должен руководствоваться создатель [3, 4]. В связи с этим необходимо провести обстоятельный анализ научно-теоретических основ применения компьютера в обучении физике. Теоретические основы, о которых пойдет речь ниже, нужны разработчику, во-первых, для четкого очерчивания и осмысления границ знаний, которые ему понадобятся в процессе работы над компьютерными средствами обучения и, во-вторых, для полного и правильного учета в процессе его создания всех факторов, способных оказывать влияние на процесс и результат самого применения компьютера. Разрабатывая и конкретизируя теоретические основы, создатель сможет учесть все необходимые факторы, чтобы целенаправленно, научно обоснованно и грамотно работать над самим средством обучения. Это поможет сделать средство максимально эффективным, а процесс его создания и применения — максимально продуктивным и технологичным. Учитывая основные процессуальные и дидактические аспекты создания средства обучения с использованием компьютера, цели и задачи его применения, мы выделили пять основных групп знаний, необходимых создателю, относящихся к разным теоретическим областям. Изучение и конкретизация знаний каждой группы равно необходимы создателю для работы над комплексным средством обучения. Игнорирование или недостаточная проработка даже одного пункта любой группы чреваты ошибками, ведущими к резкому снижению дидактического качества конечного продукта.
Очевидно, что в дидактическом плане применение аудиовизуальных, информационных и компьютерных технологий должно отвечать всем дидактическим принципам, принципам отбора, организации и структурного построения учебного материала, а также специфическим принципам организации технологической поддержки обучения [5, 6]. Общие дидактические принципы, учитывая объективные закономерности познавательной деятельности, имеют универсальный характер и должны неукоснительно соблюдаться. Принципы отбора, организации и структурного построения учебного материала требуют от создателя учета, с одной стороны, оптимального для изучения материала построения модели средства обучения, а с другой, аксиоматики самого учебного курса. Принципы технологической поддержки обучения указывают разработчику на необходимость грамотного использования дидактических особенностей аудиовизуальных, информационных и компьютерных технологий (АВИКТ) в составе комплексного средства обучения; на недопустимость необоснованной подмены натурных опытов и экспериментов виртуальными; на важность полного согласования и сопряжения АВИКТ и характера их использования со всеми видами и формами работы субъектов и с другими средствами обучения. В методическом плане применение АВИКТ необходимо реализовывать на основе четкого вертикального выстраивания всей методической системы, а именно, вначале проектируя методику реализации учебного процесса; затем разрабатывая средства обучения и объединяя их в комплексы; и наконец, конструируя деятельность субъектов и ее оформление на основе традиционных и нетрадиционных методов и технологий. Программно-целевой метод имеет своей задачей разработку всех уровней образовательного процесса в соответствии с иерархией реализуемых целей. Системно-комплексный подход ориентирует создателя на такое качественное видение структуры, когда отдельные методические шаги, в том числе, направленные на использование средств обучения и АВИКТ, представляются в виде элементов и компонентов некоей единой системы, а сами средства при этом образуют целостные комплексы. Непосредственное же использование АВИКТ в конкретных методах и формах обучения должно быть регламентировано специальными положениями, отражающими характер взаимодействия с ним субъектов, уровень их компьютерной грамотности, степень воздействия средств АВИКТ на мыслительную деятельность субъектов со стороны эмоционально-волевой и мотивационно-потребностной сфер личности.
Психофизиологические основы применения АВИКТ призваны ориентировать создателя компьютерных средств обучения физике на максимальный учет фактически установленных психических и физиологических закономерностей учения и обучения, имеющих как возрастные, так и индивидуально-личностные особенности. Специальными положениями должны быть регламентированы условия, определяющие особенности мыслительной деятельности, ее развитие и ограничения. Огромное значение при моделировании взаимодействия со средствами АВИКТ имеет учение о скорости, глубине и прочности усвоения материала. И, наконец, само применение АВИКТ в обучении требует полного процессуального и содержательного соответствия с теорией поэтапного формирования умственных действий. Предметно-инструментальные основы включают научные факты, всевозможные математические и знаковые модели этих фактов и сведения об инструментальных возможностях АВИКТ, в том числе, доступных программных и аппаратных средств персонального компьютера. В основу любого включения АВИКТ в образовательный процесс должны быть положены реальные элементы физических теорий — понятия, законы, постулаты, принципы, правила и т.д. Представление физических явлений и процессов должно осуществляться на основе устоявшихся традиционных знаковых схем и с применением наиболее соответствующих и хорошо разработанных математических моделей. Выбор технологий программных и аппаратных средств должен осуществляться на основе оптимизации соотношения их возможностей, доступности и затратности использования.
Технические основы объединяют электротехническое и радиотехническое обеспечение создания технических устройств на базе средств АВИКТ, а также технологические принципы функционирования установки в образовательном процессе. Электротехническое устройство дополнительного оборудования должно обеспечивать решение задач, поставленных перед комплексным средством обучения, и отвечать всем требованиям безопасности для приборов 3 класса. Радиотехническое устройство дополнительного оборудования должно обеспечивать точную физико-техническую реализацию научных законов и принципов в процессе реализации опыта с использованием АВИКТ. Для функционирования дополнительного оборудования в образовательном процессе необходимо решение основных технологических задач технического характера. Эргономические основы объединяют знания о возрастных особенностях учащихся и их влиянии на взаимодействие со средствами обучения с требованиями эффективной минимизации энергетических и временных затрат и соблюдения норм и правил безопасности в образовательном процессе. Эта группа знаний затрагивает самые разные сферы, в том числе: — оформление надписей, шкал, рисунков, графиков; — размещение оборудования и инструментов на рабочем месте или на экране монитора и телевизора; — моделирование интерфейса создаваемых программ и оболочек; — разработка функциональных узлов и дизайна приборов, моделей и приспособлений, с которыми будут работать ученики; — оформление макетов и муляжей, изображений и схем изучаемых объектов и др.
В целом, эргономические основы нацелены на обеспечение удобства и эффективности взаимодействия учеников с создаваемым комплексным средством обучения, в том числе, посредством специального отбора последовательности этапов и разработки содержания каждого этапа. Функциональные основы представляют совокупные условия функционирования комплексного средства обучения в образовательном процессе, создаваемые нормативно-правовыми, программно-дидактическими, структурно-организационными и, безусловно, методическими требованиями, определяющими специфику, роль и место применения его на каждом этапе обучения. Нормативно-правовые документы определяют статус и границы использования компьютерных средств обучения физике. Программно-дидактические позволяют выявить назначение и функциональные особенности компьютерных средств обучения физике в предметном содержании. Структурно-организационный принцип контрапунктапозволяет определить смысловое, функциональное и структурное назначение компьютерных средств обучения физике в отношении всего множества средств обучения, необходимых для эффективной реализации содержания образования. Методическая поддержка должна обеспечивать достижение всех педагогических целей и решение задач, выдвигаемых в отношении использования компьютерных средств обучения физике в образовательном процессе.
В качестве примера компьютерного средства обучения физике приведем виртуальную лабораторную установку «Градуирование пружины и измерение сил динамометром». Установка создана на базе описания, находящегося в учебнике по физике за 7 класс под авторством Перышкина А.В. Установка является интерактивной и позволяет перемещать по полю работы мерные грузы и грузы неизвестной массы. Для измерения массы грузов используются электронные весы, для измерения силы используется пружина, подлежащая предварительной градуировке. Для разметки пластины динамометра используется линейка с сантиметровыми делениями и интерактивный карандаш. Для частичного удаления разметки используется ластик, для полного удаления результатов деятельности карандаша используется кнопка очистки. Следует отметить, что алгоритмы выполнения виртуальной работы и реальной совпадают с большой степенью точности. Анимация растяжения пружины выполнена наглядно и соответствует действительности. С помощью представленного компьютерного средства обучения можно научиться градуировать пружину, получать шкалу с любой (заданной) ценой деления и с её помощью измерять силы, т.е. достигнуть цели лабораторной работы.
С некоторыми другими созданными компьютерными средствами обучения физике можно ознакомиться на сайте автора данной статьи посвященного виртуальным работам по физике [7].
От того, насколько ответственно создатель отнесется к осмыслению и разработке всех приведенных оснований, и насколько пристально будет следить за выполнением всех теоретических разработок в практике реализации конечного продукта, будет зависеть результат применения аудиовизуальных и компьютерных технологий в обучении. Только при учете разработчиками и потребителями всех приведенных основ — требований мы вправе считать обоснованным и правомерным применение современных аудиовизуальных, информационных и компьютерных технологий в обучении.