Интеграция в обучении физики и географии средней школе на основе гис-моделей в разделе «механика»

Содержание школьной географии, наряду со знанием, должно включать в себя навыки, стимулировать творческую деятельность студентов. Повышение роли эмоционального воздействия на учащихся, позволяет включить детей в оценочную деятельность.Развивающая функция. Систематическое целевое использование ГИС способствует умственному развитию старших школьников. Реализация развивающей функции предполагает активную работу с ними, постепенную, непрерывную сложность задач. Психическое развитие старших школьников в систематической работе ГИС включает: на ранних этапах - вызов интереса к изучаемому предмету или феномену, поощрение учащихся к его созерцанию; следующий этап - методы обучения: наблюдение, анализ и синтез наблюдаемых, подведение итогов обучающихся старших классов к выводам и заключениям. На этом этапе дети работают в основном на модели. Только после того, как ученики освоят основные методы работы с ГИС, педагог может перейти к следующему шагу - самостоятельной, творческой проблеме.Информационная функция. Эту функцию можно реализовать посредством систематической работы с ГИС. По сути сами по себе ГИС уже несут существенную информационную и смысловую нагрузку, выступая в роли средства обучения. Исходя из особенности организации урока, ГИС можно использовать и в самостоятельной роли, и в практической, в виде упражнения, и даже в виде домашнего задания. Эти роли подчиняются только одной общей цели, которая заключается в формировании пространственных понятий и представлений о размещении социально-экономических и природных явлений и объектов.Исходя из учебного назначения выделяют следующие виды ГИС (рисунок 2.6):Рисунок 2.6 – Виды ГИС по учебному назначению (составлено автором по материалам исследования А.Ю. Уварова)Таким образом, мы всесторонне рассмотрели все возможности использования ГИС-моделей на уроках в старших классах. Перейдем к вопросу конкретного применения ГИС на интегрированном уроке физике и географии2.3 Разработка и внедрение тематического и поурочного планирования лабораторной работы по физике для обучающихся старших классовВ параграфе 2.1 был проведен обзор наиболее ГИС-моделей. На основании представленного анализа выбор был сделан в пользу QGIS. Это объясняется следующим:- программа является свободно распространяемой;- интерфейс программы достаточно дружественен и не представляет трудностей при восприятии его обучающимися старшей школы;- программа в целом отвечает требованиям, которые преследуют цель, заданную педагогом при планировании уроков.Представим разработку поурочного плана, интегрирующего учебные предметы: «Физика» и «География» с использованием ГИС-модели.Конспект урокаДисциплина:Физика«Механика»Тема:Уравнения движения материальной точкиЦель занятия: систематизировать учебный материал, по разделу «Механика» путем решения задачи с уравнением движения материальной точки в пространстве, развивать память, логическое мышление, совершенствовать навыки решения качественных и расчетных задач.Задачи:Формировать современные научные понятия об окружающем мире и его законах.Научить видеть проявление изученных закономерностей в окружающем мире.Развить коммуникативные способности учащихся с использованием физических понятий и явлений.Развить умение работать с геоинформационной системой, анализировать, объяснять результаты решения задачи.Тип занятия: лабораторная работа.Образовательные технологии: интегрированное обучение в сочетании с обучением с современными информационно-коммуникационными средствами.Средства обучения:- компьютер преподавателя;- проектор;- компьютер у каждого ученика или пары, с установленной на нем ГИС-моделью;- графические и текстовые пояснения с использованием классной доски.Норма времени:45 минут.1. Приветствие. Проверка преподавателем готовности обучающихся к уроку.2. Постановка проблемы. Определение задач занятия.3. Ход лабораторной работыМотивация учебно-познавательной деятельности сообщение темы, цели и задачи.Учитель: Механика является той областью науки, с которой мы чаще, чем с другими встречаемся в жизни. Механические явления, процессы, события окружают нас повседневно, и как правило, не требуют специальных приборов для наблюдений, они присутствуют вокруг нас.В окружающем мире мы наблюдаем движение макроскопических тел. Причиной всех движений, является в основном взаимодействие тел.Взаимодействие тел приводит к ускорению их движения или к деформации. Понятно, насколько важно уметь вычислять ускорение, без этого нельзя решать задачи механики, нельзя управлять движением. Но, чтобы находить ускорение, нужно знать, почему они возникают. Физика всегда стремится выяснить, не только как происходит то или иное явление, но и почему она происходит так, а не иначе.Решить основную задачу механики – значит определить положение точки относительно других в пространстве в любой момент времени, то есть решить уравнение.Для этого необходимо знать начальные условия (н.у.), то есть r0ϑ0,в момент времени t = 0.Тогда при равноускоренном движении a = constполучаемЭто уравнение необходимо переписать в скалярном виде, так как только в этом случае можно подставлять числовые данные.Для этого выбирают систему координат (СК) (обычно декартовую).В проекции на ось 0x уравнения имеют видЗнак «+» ставится, если соответствующий вектор совпадает по направлению с осью 0x, знак «–» – в противоположном случае.Аналогично выглядят уравнения в проекциях на оси 0y, 0z.ПутьЕсли время не задано, то для нахождения пути удобно пользоваться другой формулойВ случае равномерного движения a = 0, тогда уравнения движения приобретают видУчитель: Рассмотрим алгоритм координатного метода нахождения пути и скорости материальной точки.Прочитаем условие задачи, выделим тела, находящиеся в движении, и определим характер движения.2. Кратко записать условие задачи и сделать схему движения в геоинформационной системе: выбрать СО. изобразить вектор скоростей и ускорений.3. Выяснить начальные условия (н.у.) движения при t=0. записать проекции векторов r, ϑ0, aна оси СК.4. Произвести расчет, оценит достоверность результата.Задача: 1) Велосипедист начал свое движение из состояния покоя и в течение первых четырех секунд двигался с ускорением 1 м/с2. затем в течении 10 с он двигался равномерно и последние 20 м – равнозамедленно до остановки. Определить путь велосипедиста.Рассматриваемое тело - велосипедист. Можно выделить 3 участка пути. На первом участке движение равноускоренное, на втором - равномерное и на третьем - равноускоренное.Отмечаем в геоинформационной системе динамику происходящих расчетов путем установки в координатной плоскости точек Рисунок 2.7 – Итоговый результат передвижения велосипедиста на местности.Учитель:Предварительно создадим новый проект в QGIS и установим систему координат в которой будем работать 3785 и перезагружаем приложение.Рисунок 2.8 – Установка системы координат 3785.Далее загрузим базовую карту местности – растровый слой из заранее подготовленной папки.Рисунок 2.9 – Загруженный слой карты местностиЗатем в векторный слой загружаем слой с данными из специального файла формата CSV. В этом файле хранится таблица расположения координатных точек, которая совпадает с промежуточными точками движения велосипедиста. После того как этот слой загружен на растровой карте появляются красные точки обозначающие точки движения.Рисунок 2.10 – Загруженный векторный слой с обозначениями точек передвижения.Теперь свяжем точки между собой параметрами взаимодействия через меню Анализ данных – Панель инструментов – Модели – Создать новую модель.Под моделью здесь понимается модель взаимодействия точек во время движения велосипедиста.Рисунок 2.11 – Связи между точками на карте в последствии формируются автоматически.Описанный в нашей работе закон движения материальной точки на примере велосипедиста как нельзя лучше показывает значение понимания этого закона в контексте геоинформационной системы. Механическое движение тела, вызванное изменением его положения в пространстве относительно других тел с течением времени можно наглядно отобразить путем привязки к карте ГИС. Согласно законам физики, положение любого тела в пространстве можно задать только по отношению к какому-нибудь другому телу, которое называют телом отсчёта. С телом же отсчёта связывают систему координат, которая позволяет формализовать и, благодаря этому значительно облегчить описание положения, интересующего нас тела. Именно геоинформационная система позволяет нам спроецировать и понять составляющие механического движения тела на плоскости, руководствуясь построением в геоинформационной системе QGISИтог:Продуктивная работа сегодня позволилас помощью ГИС осознать и освоить основные понятия и законы кинематики. Развили умения проводить эксперименты, делать выводы. Закончим наш урок словами великого французского ученого Жана Даламбера в своей книге «Динамика» (1743) он высказал мысль, что механику надо изучать с движения как такового. Наши экспериментальные построения показали справедливость физических законов и этого высказывания. Используя ГИС-модель мы с вами рассмотрели подробно характер и сопутствующие факторы движения велосипедиста и оценили значение геоинформационной системы в этом познании.6.Домашнее задание. Рефлексия.Вопросы преподавателя:6.1 Что нового узнали на уроке?6.2 Чему новому научились на уроке?6.3 Был ли полезен этот урок?6.4 Где еще можно применить знания, полученные в ходе урока?6.5 Оформить в соответствие с правилами, принятыми в МБОУ СОШ № 138 отчет по лабораторной работе.2.4 Педагогическая рефлексияПрезентованная выше поурочная разработка была внедрена на базе МБОУ СОШ № 138в 10-А и 10-Б классе.Всего в МБОУ СОШ № 138 два десятых класса. Знания, обнаруженные учениками по учебной дисциплине «Физика» в первой и второй четвертях представлены на диаграмме (рисунки 2.7 и 2.8). Данные представлены в процентах.Рисунок 2.7 – Диаграмма результатов качества и успеваемости 10-А и 10-Б классов по географии в первой и второй четвертях 2017-2018 уч.г.Рисунок 2.7 – Диаграмма результатов качества и успеваемости 10-А и 10-Б классов по физике в первой и второй четвертях 2017-2018 уч.г.Здесь надо отметить, что классы сформированы по сложившемуся «традиционному» принципу, то есть 10-А имеет в своем составе более сильных учеников, победителей олимпиад различных уровней, как по гуманитарному, так и по техническому профилю.10-б класс же, напротив, имеет в своем составе учеников менее сильных. К тому же в классе преобладают в основном ученики с гуманитарным складом ума, как правило, испытывающие трудности в освоении дисциплин технического цикла.В качестве эксперимента интегрированные уроки проводились только в 10-Б классе, на протяжении третьей четверти 2017-2018 уч. года. И результат не заставил себя ждать. У большей части учащихся 10-Б класса возрос интерес к естественнонаучным дисциплинам. Так, например, ученики 10-б класса Морошкин Иван, Солодова Ксения и Хваленов Даниил написали творческие эссе на сугубо технические темы: «Электроизмерительные приборы», «Взаимодействие сил в природе», «Опыты Резенфорда», соответственно. С творческими работами ребята выступили сначала на внтуришкольной конференции, а затем и на городской, где Хваленов Даниил занял третье место.Надо отметить, что эти ребята никогда ранее не проявляли интереса к техническим дисциплинам.Ученики 10-Б класса Савченко Михаил, Жужнов Константин, Безбабнова Валерия, Крутилина Дарья и Сударкин Максим приняли участие в электронной олимпиаде по географии. Здесь тоже необходимо отметить, что ранее эти обучающиеся не высказывали особого интереса к этой дисциплине. В целом, результаты успеваемости представлены на диаграмме (рисунки 2.8 – 2.9). Как и в предыдущий раз, сравним их с результатами параллельного класса.Рисунок 2.8 – Диаграмма результатов качества и успеваемости 10-А и 10-Б классов по географии в третьей четверти 2017-2018 уч.г.Рисунок 2.8 – Диаграмма результатов качества и успеваемости 10-А и 10-Б классов по физике в третьей четверти 2017-2018 уч.г.Таким образом, мы можем наблюдать лишь положительный педагогический эффект, достигнутый за счет интеграции географии и физике, и применению на этих бинарных уроках ГИС-моделей.ЗаключениеТребования, предъявляемые к современному человеку, сегодня характеризуются в общем виде одним серьезным требованием, заключающимся в высоком уровне информационной культуры. Гармонично развитый интеллект, способность работать с абсолютно любой информацией являются основными характеристиками человека, максимально подготовленного к жизни и деятельности в современном обществе.И здесь, конечно, первым, кто придет на помощь в развитии и становлении такого человека является школа. Сегодня все большее число информационно-коммуникационных средств и технологий находят свое место в учебно-воспитательном процессе. И одна из таких технологий – это ГИС-модель.Использование этой технологии в значительной степени, как показал педагогический опыт, повышает мотивацию к обучению. Технология является хорошим фундаментом для активного внедрения современных педагогических технологий. Они гармонично вписываются в интегрированный подход к обучению, что позволяет добиться продуктивности в обучении и деятельности и, в конечном итоге, развитию всесторонне развитой личности.Таким образом, в ходе выполнения настоящего исследования были полностью решены следующие задачи:- изучены теоретические аспекты проблемы интеграции дисциплин физики и географии, применяемые в обучении в средней школе на основе ГИС-моделей, для чего детерминированы основные термины и определения, исследовано интегрированное обучение как способ обеспечения целостного и неразрывного восприятия учебного материала;- использован эмпирический подход к проблеме интеграции дисциплин физики и географии, применяемый в обучении в средней школе на основе ГИС-моделей, для чего проведен обзор существующих ГИС-моделей, проанализировано применение ГИС-моделей на уроках в старших классах, разработано и внедрено тематическое и поурочное планирование лабораторной работы по физике, раздел «Механика» для обучающихся старших классов, определен уровень педагогической рефлексии.Гипотеза исследования, гласящая о том,что использование ГИС-моделей при интеграции учебных дисциплин «География» и «Физика» будет способствовать как росту качества и успеваемости, так и формированию целостного, неразрывного восприятия учебного материала, а также повышению интереса к изучаемым наукам, подтверждена.А, следовательно, цель работы, заключающаяся в разработке интегративного подхода к обучению дисциплинам физики и географии на основе ГИС-моделей в разделе «Механика» обучающихся средней школы, достигнута.Литература1Болотникова Н.В. География. Интегрированные уроки. 6-10 класс. – Волгоград: учитель, 2004. – 100 с2Веселовский А.В. ГИС-технологии и проблемы геоинформатики. Географические информационные системы научного центра «минерал». //Вестник ОГГГГН РАН, 1999. - № 1(7) - С.54 - 613ГовардГарднер. Структура разума: теория множественного интеллекта. – М.: ООО «И.Д. Вильямс», 2007. – 512 с.4Информационная технология: Вопр. развития и применения. - Киев.: Наук. думка, 1988. - с. 1205Крейдер О.А. Информационная среда использования ГИС-технологий // Геоинформатика, 2005, - №4, с. 49-526Макарова Л.Н. Применение технических средств на уроках географии.//Вопросы Интернет образования, 2006. - № 36. - http://vio.fio.ru/vio_site/cd_site/Articles/archive.htm7Некрылова Н. Геоинформационные системы (ГИС) – это что такое? // Электронный ресурс. – URL: https://www.syl.ru/article/305035/geoinformatsionnyie-sistemyi-gis---eto-chto-takoe (дата обращения 12.05.2018)8Новенко Д.В. Использование геоинформационных технологий в школьном географическом образовании// География в школе, 2007,-№7, с. 36-409Попова Л. С. Интегрированный подход как одна из концептуальных идей современного образования. Материалы фестиваля педагогических идей, 2010. // Электронный ресурс.- URL: http://открытыйурок.рф/статьи/533862/ (дата обращения 08.05.2018)10Рогачев А.В. Цифровая картография. Геоинформатика//География, 1999 - № 4 - С. 1--2.11Советский энциклопедический словарь (СЭС)Издание: первое. Год: 1981Издание: второе Год: 1982Издательство: М. «Советская Энциклопедия»12Ставрова О.Б. Современный урок технологии с применением компьютера / М.: Школьная пресса, 2004 г.13Толковый словарь русского языка Дмитриева. Д. В. Дмитриев.- М.: Астрель: АСТ, 2003. — 1578 с. — (Словари Академии Российской).14Троекашин А.Л. Использование ГИС «Численность сельского населения курганской области» в процессе обучения географии в средней школе.// География, 1998. - № 7, - С. 4 - 6.15Трубина Л.К., Быкова О.Г. Геоинформационные системы. Методические указания. Учебное пособие./Под.ред В.В. Малина.Новосибирск: ЦИТ СГГА, 2003. - 46 с.16Уваров A.IO. Компьютерная коммуникация в учебном процессе // Пед. информатика. - 1993. - № 1. - С. 34-3717Усик И.В. Интеграция географии и физики в естественнонаучном образовании / И.В. Усик // Социальная сеть работников образования nsportal.ru.- URL: https://nsportal.ru/shkola/mezhdistsiplinarnoe-obobshchenie/library/2012/11/21/integratsiya-geografii-i-fiziki-v (дата обращения 18.05.2018).18Философская Энциклопедия. В 5-х т. — М.: Советская энциклопедия. Под редакцией Ф. В. Константинова. 1960—1970.19Финаров Д.П. ГИС: отбор содержания и методика их изучения в школьном курсе Географии России // География в школе, 2005, - №5, с. 56-5820Хасаншина Н.З. Геоинформационные технологии как средство интеграции знаний по информатике и географии.// Информационные технологии обучения-2002/Секция II /Подсекция 3 (информационнве технологии обучения).21Цыпина Э.М. Тематические карты и геоинформационные системы для всех.// География. - 1991. - № 9. с. 20-24