Реализация межпредметных связей физики и информатики.

Авторcтво: Волков Алексей Витальевич, учитель физики ГБОУ гимназии № 622 Выборгского района Санкт-Петербурга

      Метапредметные компетенции – это освоение учащимися основных универсальных учебных действий: регулятивных, коммуникативных, познавательных; способов деятельности, применяемых как в рамках образовательного процесса, так и при решении проблем в реальных жизненных ситуациях, освоенными обучающимися на базе одного, нескольких или всех учебных предметов. Для успешного формирования метапредметных компетенций необходимо способствовать разностороннему развитию учащихся, то есть создавать и реализовывать межпредметные связи.

      Физика и информатика вследствие объективных причин имеют крепкие связи, которые носят двусторонний характер. В самом общем случае развитие информатики как науки невозможно без развития электронно-вычислительной техники, основу которой составляет полупроводниковая электроника – продукт физической мысли. С другой стороны, в физике как науке произошло стремительное развитие после появления электронно-вычислительных машин (ЭВМ): компьютерное моделирование физических процессов и систем с каждым годом становится всё более важной частью научного познания, а компьютерная обработка данных привела к не одной сотне открытий.

      В школьном образовании связь физики и информатики как учебных дисциплин прослеживается менее явно. Рассмотрим основные учебники по физике и информатике. В курсе физики 7-9 классов за авторством Перышкина А. В. связь с информатикой ограничена использованием информационно-коммуникативных технологий (ИКТ) и сети Интернет для подготовки учащимися докладов и проектов. В курсе информатики 5-9 классов, разработанном Босовой Л. Л., физика фигурирует в качестве области применения и отработки учащимися навыков компьютерного моделирования.

      Междисциплинарные связи физики и информатики в старших классах, напротив, прослеживаются чуть более явно. В курсе физики 10 -11 классов, составленном Мякишевым Г. Я., уделяется внимание физическим принципам работы устройств ввода и вывода (микрофоны и динамики), хранения (магнитные ленты, жёсткие диски) и обработки информации (диоды и транзисторы). Стоит отметить, что в настоящее время осуществляется закупка цифровых лабораторий в образовательные учреждения, что позволяет учителям, преподающим предметы естественнонаучного цикла, проводить лабораторные работы и демонстрационные эксперименты с применением компьютерных технологий.

      Отдельно стоит выделить дополнительное образование в области робототехники. На занятиях по робототехнике учащиеся отрабатывают навыки конструирования, программирования, работы с датчиками. В зависимости от возраста обучающихся в программу может быть включено объяснение физических принципов работы датчиков, сервоприводов, двигателей и т.д. Стоит отметить, что, хотя в вышеперечисленных учебниках по физике и информатике межпредметная связь прослеживается не очень явно, сам школьный курс имеет большой потенциал для установления и развития междисциплинарных связей, и ограничивается этот потенциал лишь знаниями учащихся. В работах практикующих учителей мы можем найти значительное количество примеров реализации межпредметных связей физики и информатики, которые мы условно разделили на несколько категорий.

         К первой категории можно отнести работы, посвящённые использованию программ для обработки данных и построения графиков (например, Excel). В работе Кадермятовой Г. Х. приводится сравнение учебных программ физики и информатики. Автор обращает внимание на то, что при изучении большинства тем курса физики с 8 по 11 класс имеется большой потенциал для использования таких программ, как Excel и Mathcad. Данные программы позволяют решать задачи численными методами, которые в недостаточной степени представлены в школьной программе, но имеют широкую область применения при решении сложных задач. Также, с их помощью, учащиеся могут обрабатывать данные выполненных лабораторных работ, что позволяет не только наглядно представить результаты работы, но и является дополнительной практикой в изучении Excel и Mathcad.

         Вторая категория – это работы, в которых авторы рассматривают проведение бинарных уроков. Бинарный урок представляет собой урок, построенный на взаимодействии двух педагогов в целях осуществления межпредметных связей и интеграции предметов, в нашем случае - физики и информатики. В работе Калмановой Д. М. и Мендалиевой Ш. О. рассмотрены преимущества такого урока:

·        повышение качества профессиональных знаний и формирование профессиональных умений, навыков за счёт отсутствия временного разрыва между теорией, изученной на одном уроке, и практикой, выполненной на другом уроке;

·        повышение познавательной и практической активности за счёт рационального чередования изучения теории и практической деятельности и, как следствие, уменьшение спада работоспособности.

·        снижение числа случаев заучивания материалов.

Бинарные уроки физики и информатики часто построены таким образом, что состоят из последовательной смены педагогов. Учитель физики начинает урок и рассказывает новую тему. В ходе изучения новой темы ставится задача, один из способов решения которой лежит в области информатики. Далее урок продолжает учитель информатики, который описывает способ решения поставленной задачи и предлагает учащимся им воспользоваться. В конце решения задачи учитель физики объясняет, что полученные результаты означают с точки зрения физики. В зависимость от объёма задачи учителя могут сменить друг друга всего несколько раз для решения одной крупной задачи или множество раз для рассмотрения и решения нескольких заданий.

       Третья категория – работы, посвящённые компьютерному моделированию физических процессов на уроках физики или информатики.

      Компьютерным моделированием называется выполняемый на компьютере процесс математического моделирования, который предназначен для прогнозирования поведения или результата реальной или физической системы. Многие авторы сходятся во мнении, что уроки, направленные на изучение компьютерного моделирования, наиболее эффективны в профильных классах. В школьной программе для компьютерного моделирования используют программы Excel, Mathcad, Basic, Pascal, Python и другие в зависимости от уровня подготовки учащихся и от поставленных учителем задач. При построении компьютерных моделей учащиеся углубляют своё понимание как физических законов и явлений, так и навыков программирования. Компьютерные модели на уроках физики прежде всего позволяют выдвинуть на первый план экспериментальную, исследовательскую деятельность учащихся. Они легко вписываются в традиционный урок, позволяя учителю продемонстрировать практически вживую многие физические процессы, которые мучительно долго объяснять без наглядности. Разработка математической модели физического явления проходит в несколько этапов:

1.     Построение модели начинается с выбора объекта и существенных свойств, описывающих этот объект. Эти свойства должны быть записаны на математическом языке в виде определённых переменных величин;

2.     Следующий этап – выделение рассматриваемого объекта из окружения, которое осуществляется в форме предложения о действующих связях с окружающими объектами;

3.     Если модель строится заново, то необходима рефлексия относительно того, сохраняют ли окружающие понятия и наиболее существенные свойства изучаемого объекта свой привычный смысл в новой постановке задачи или нужны новые уточнения, в том числе и экспериментальные;

4.     Далее необходимо задать отношения между выбранными переменными с учётом тех требований и ограничений их применения, которые накладывают на них законы сохранения и физический смысл. Необходимо выяснить, как именно с учётом приведённых выше требований к переменным их удобно и нужно применять в данной задаче, какие переменные следует считать независимыми, а какие зависимыми;

5.     Следующий этап в построении модели более привычен: задаются определяющие уравнения; выбирается приближение, в котором они записываются; формулируются границы применения. Осуществляется проверка того, что система уравнений полностью описывает задачу [9].

      После того, как математическая модель сформирована, осуществляется внедрение её в компьютерную программу, которая создаёт компьютерную модель. На этапе создания математической модели учащиеся отрабатывают своё понимание физических основ, а при составлении компьютерной программы на основе этой модели углубляют и развивают свои навыки программирования. Из этого можно сделать вывод, что компьютерное моделирование является одним самых перспективных способов реализации межпредметных связей физики и информатики.

      В качестве вывода стоит отметить, что успешная реализации межпредметных связей физики и информатики являются залогом формирования у учащихся интереса к инженерным и IT специальностям, выпускники которых столь необходимы российской экономике.

                                                                                                                           Список литературы

1.     Абрамова О. В. Формирование у учащихся основной школы умений работать с графиками функций в условиях реализации межпредметных связей физики, математики и информатики. дис. 2021

2.     Босова Л. Л., Босова А. Ю. Информатика: учебник для 9 класса – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний 2013. – 184 с.: ил.

3.     Гильметдинова, Р. Г. Роль межпредметных связей в повышении научного уровня знаний учащихся по физике // Межвуз. сб. науч. тр. «Межпредметные связи в преподавании основ наук в средней школе». – Челябинск, 1982. – С. 99 – 102.

4.     Дик, Ю. И. Межпредметные связи курса физики в средней школе / Ю. И. Дик, И. К. Турышева. – Москва: Просвещение, 1987. – 191 с.

5.     Кадермятова Г.Х. Межпредметные связи физики и информатики как средство активизации познавательной деятельности учащихся. 2017

6.     Педагогический словарь: в 3 т. М.: Изд. АПН РСФСР, 1961. Т. 1. 368 с.

7.     Бирих Р. В. О компьютерных моделях в школьном курсе физики // Вестник Пермского государственного гуманитарно-педагогического университета. Серия: Информационные компьютерные технологии в образовании. 2006. №2. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/o-kompyuternyh-modelyah-v-shkolnom-kurse-fiziki (дата обращения: 21.05.2022).

8.     Блинова, Т. Л. Подход к определению понятия "Межпредметные связи в процессе обучения" с позиции ФГОС СОО / Т. Л. Блинова, А. С. Кирилова. — Текст: непосредственный // Педагогическое мастерство: материалы III Междунар. науч. конф. (г. Москва, июнь 2013 г.). — Т. 0. — Москва: Буки-Веди, 2013. — С. 65-67. — URL: https://moluch.ru/conf/ped/archive/71/4042/ (дата обращения: 20.05.2022).

9.     Гаряев А. В. Физическое, математическое и компьютерное моделирование природных процессов и систем на уроках физики // Вестник Пермского государственного гуманитарно-педагогического университета. Серия: Информационные компьютерные технологии в образовании. 2006. №2. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/fizicheskoe-matematicheskoe-i-kompyuternoe-modelirovanie-prirodnyh... (дата обращения: 28.05.2022).

10. Калманова Динара Мирзабековна, Мендалиева Шынар Оразалиевна Реализация межпредметных связей через бинарные уроки (на примере физики и информатики) // European science. 2015. №1 (2). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/realizatsiya-mezhpredmetnyh-svyazey-cherez-binarnye-uroki-na-prime... (дата обращения: 21.05.2022).

11. Машиньян Александр Анатольевич, Кочергина Нина Васильевна Методика преподавания межпредметного модуля физики и информатики // ПНиО. 2018. №3 (33). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/metodika-prepodavaniya-mezhpredmetnogo-modulya-fiziki-i-informatik... (дата обращения: 21.05.2022).

12. Мохова Л.А., Итпекова Г.С. Обучение старшеклассников моделированию физических процессов в курсе информатики // МНКО. 2018. №4 (71). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/obuchenie-starshekslassnikov-modelirovaniyu-fizicheskih-protsessov... (дата обращения: 21.05.2022).

13. Примерная рабочая программа основного общего образования «Информатика» URL: https://fgosreestr.ru/uploads/files/dcca994c21165f0d49d4baf4a7e008c0.pdf         (дата обращения: 27.05.2022)

14. Решетникова И.С. Методические аспекты учета межпредметных связей в образовательном процессе // Russian Journal of Education and Psychology. 2019. №3. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/metodicheskie-aspekty-ucheta-mezhpredmetnyh-svyazey-v-obrazovateln... (дата обращения: 26.05.2022).

15. Синяков Антон Петрович Дидактические подходы к определению понятия «межпредметные связи» // Известия РГПУ им. А. И. Герцена. 2009. №113. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/didakticheskie-podhody-k-opredeleniyu-ponyatiya-mezhpredmetnye-svy... (дата обращения: 20.05.2022).

16. Таранов М. С. Интегрированные учебные проекты на основе компьютерного моделирования в курсе физики профильной школы // Психология и педагогика: методика и проблемы практического применения. 2008. №4-2. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/integrirovannye-uchebnye-proekty-na-osnove-kompyuternogo-modelirov... (дата обращения: 21.05.2022).                                   

        

 

Поделиться: