Формирование у учащихся основной и средней школы общего подхода к изучению физических основ процессов передачи и обработки информации с применением технических устройств тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Ракин Григорий Валерьевич

• Ракин Григорий Валерьевич
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Ракин Григорий Валерьевич

ВВЕДЕНИЕ

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

ГЛАВА 1. Обоснование актуальности темы исследования

1.1. Состояние проблемы обучения школьников физическим основам работы современных технических устройств и способов передачи и обработки информации

1.2. Анализ исследований методической проблемы изучения учащимися физических основ работы устройств передачи и обработки информации

1.3. Результаты констатирующего этапа педагогического эксперимента

Выводы по главе

ГЛАВА 2. Модель методики обучения учащихся физическим основам процессов передачи и обработки информации с применением современных технических устройств

2.1. Содержание общего подхода изучения физических основ процессов

передачи и обработки информации с применением технических устройств

2.2. Принцип отбора учебного материала школьного курса физики для изучения учащимися технических устройств передачи и обработки информации

2.3. Психолого-педагогические основания разработки методики формирования у учащихся общего подхода изучения физических основ процессов передачи и обработки информации с применением технических устройств

2.4. Модель методики обучения учащихся физическим основам процессов передачи и обработки информации с применением технических устройств

Выводы по главе

84-85

ГЛАВА 3. Методика обучения учащихся общему подходу к изучению физических основ процессов передачи и обработки информации с применением технических устройств

3.1. Организация мотивационного этапа и этапа выявления содержания общего подхода изучения процессов передачи и обработки информации

3.2. Методика формирования действий по выделению материального носителя и знаковой формы информации в конкретных ситуациях

3.3. Методика формирования действий, связанных с выделением этапов преобразования знаковой формы и материального носителя информации и физических явлений, процессов необходимых для их осуществления

3.4. Методика формирования действий, направленных на составление блок-схемы передачи или обработки информации и перечня технических устройств,

необходимых для их осуществления

3.5. Содержание и структура факультативного курса «Физика смартфона и компьютера» для учащихся старшей школы

Выводы по главе

ГЛАВА 4. Педагогический эксперимент

4.1. Цели и организация педагогического эксперимента

4.2. Результаты педагогического эксперимента

4.2.1. Результаты поискового эксперимента

4.2.2. Результаты обучающего эксперимента

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Формирование у учащихся основной и средней школы общего подхода к изучению физических основ процессов передачи и обработки информации с применением технических устройств»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Технологические прорывы, произошедшие в науке и технике в ХХ-ХХ1 вв., наиболее ярко проявились в трансформации технических средств передачи и обработки информации, используемых человеком повседневно. Всего 40 лет назад описание устройства, которое мы сейчас называем сотовым телефоном, было фантастикой. Сегодня же нас окружают спутниковые и сотовые средства связи, персональные компьютеры, цифровые фотоаппараты и многое другое, прочно вошедшие в нашу жизнь. Человечество всё глубже и быстрее погружается в информационный, цифровой мир, что неизбежно ведёт к изменению во всех сферах жизни, в том числе и в физическом образовании.

Подтверждение этого факта можно найти в соответствующих правительственных документах, таких как, например, Постановление Правительства РФ от 14 ноября 2015 г. N 1235 «О федеральной государственной информационной системе координации информатизации» [66], Постановление Правительства РФ «Об утверждении государственной программы «Информационное общество (2011-2020 годы)» [64], Национальная стратегия развития искусственного интеллекта на период до 2030 г., утвержденная Указом Президента РФ в 2019 г. [53], в Концепции преподавания учебного предмета «Физика» в образовательных организациях Российской Федерации, реализующих основные образовательные программы [40], утверждённой решением Коллегии Министерства просвещения РФ в 2019 г., Федеральных государственных образовательных стандартах разных уровней [121] и др.

Во всех названных документах подчёркивается, что «физическое образование должно готовить российских граждан к жизни и работе в условиях современной инновационной экономики», и что только это обеспечит «...выход России на передовые позиции в мире в науке и технологиях» [40]. Так как общество переходит на цифровой формат, вряд ли мы сумеем представить себе решение этих вопросов без информационных технологий, которые, в свою очередь, предполагают использование технических устройств передачи и обработки информации.

Деятельностная направленность современных стандартов устанавливает необходимость формирования у школьников совокупности фундаментальных знаний и обобщённых умений для выявления физических основ процессов передачи и обработки информации, осуществляемых с применением различных технических устройств, объяснения принципов их работы и решения практически значимых задач, связанных с этими процессами.

Достижение этой цели в процессе изучения учащимися школьного курса физики признаётся всеми исследователями и педагогами, которые считают, что необходимо обновление содержания школьного курса физики, пересмотр методики обучения школьников через погружение их в реальные высокие технологии (В. А. Львовский, Н. С. Пурышева и др.).

Для этого: 1) в определённые темы школьного курса физики включают описание технических объектов, принципы действия которых основаны на изучаемых физических явлениях; 2) в школьный курс вводят такие предметы, как информатика и технология.

Анализируя учебники физики, начиная с учебников Н. Т. Щеглова (1834 г.) и К. Д. Краевича (1880 г.) и заканчивая современными отечественными и зарубежными, можно отметить, что авторы всегда реализовывали принцип политехнизма при составлении. Однако если в первых учебниках физики создание нового технического устройства и появление его описания в учебнике разделяло несколько лет, то сейчас «догнать» технические устройства передачи и обработки информации, появляющиеся со всё возрастающей скоростью в описаниях учебника невозможно, а общий метод их изучения не предлагается.

Введение в программу информатики не даёт желаемого результата - понимания физических основ работы технические устройства передачи и обработки информации - из-за того, что информатика ставит другую цель - обучение учащихся пользовательским умениям, таким как иллюстрировать учебные работы с использованием средств информационных технологий; просматривать, создавать, редактировать, сохранять записи в базах данных и др. [107].

Необходимо отметить, что при освоении предмета «Технология» учащиеся получают начальные знания о некоторых технических устройствах передачи и обработки информации в разделе «Электротехнические устройства с элементами автоматики» и приобретают навыки по проектированию изделий с использованием радиодеталей, электротехнических и электронных элементов и устройств [39].

Идеи политехнического обучения школьников нашли своё отражение в исследованиях Ю. Б. Альтшуллера, А. С. Барановой, К. К. Кенжалиева, А. М. Мехнина, В. Н. Эверстовой и др. [2; 3; 37; 50; 126]. К. К. Кенжалиев, например, справедливо считает, что раздел «Основы электродинамики» содержит обширный политехнический материал и позволяет изучать такие средства связи, как радио, телевидение и носители информации различных типов. Автор показывает, что изучение учебного материала можно легко связать с изучением принципов работы устройств, основанных на данных законах и явлениях.

Другое направление заключается в том, что «содержание политехнической подготовки должно отражать состояние современной техники и вызывать у учащихся непосредственный интерес исследования» [50]. Предлагается элективный курс «Электроника и цифровая техника», содержащий набор модулей по основам электроники и автоматики. Отмечая стремительное развитие современной цифровой техники, нанотехнологий и информационной сферы, автор не предлагает методику обучения учащихся физическим основам устройств передачи и обработки информации.

В диссертации О. А. Раковой рассмотрена возможность профильной подготовки учащихся к профессиональному образованию в сфере информационных технологий в образовательном пространстве «школа - вуз» [82]. Автором разработана и научно обоснована модель подготовки, суть которой состоит в формировании у учащихся представлений о логико-математической основе работы современной компьютерной техники без выяснения физических основ её работы.

Г. П. Стефановой доказано, что задачи по передаче и обработке информации являются типовыми, то есть наиболее часто возникающими перед человеком в его профессиональной и бытовой деятельности, и учащихся необходимо обучать методам решения задач, связанных с этими процессами [106].

Многими авторами осуществляется поиск прикладного материала, создающего представления у учащихся о практической направленности физических знаний. С этой целью разрабатываются факультативные и элективные курсы, издаётся большое число научно-популярной литературы для учителей и учащихся, в которых рассматриваются принципы действия различных технических устройств и современные производственные технологии.

Для выявления состояния проблемы исследования в педагогической практике был проведён первый этап педагогического эксперимента с учащимися 9 - 11 классов. Всего в нем приняло участие 290 учащихся общеобразовательных школ и профильных классов школ г. Астрахани и Астраханской области. Эксперимент показал, что учащиеся испытывают затруднения в планировании действий при решении практических задач по передаче и обработке информации с использованием технических устройств, а также не умеют распознавать физические явления и процессы, протекающие в них, и не осознают, что физические знания являются основой понимания их работы и принципов действия.

Причины затруднений учащихся заключаются в том, что им неизвестно содержание деятельности по изучению физических основ процессов передачи и обработки информации, процесс формирования этого содержания остаётся скрытым. При организации обучения учащихся физическим основам работы отдельных технических устройств не рассматриваются сами процессы передачи и обработки информации. Деятельность по изучению физических основ процессов передачи и обработки информации с применением технических устройств не является предметом их специального усвоения.

В итоге можно утверждать, что имеются следующие противоречия между:

- существующим стремительным развитием и постоянным совершенствованием технических устройств и способов передачи и обработки информации, широким применением их в цифровой экономике и практической деятельности современного человека и отсутствием разработок, направленных на отбор и переориентацию содержания школьного курса физики с целью изучения учащимися физических основ этих процессов и технических устройств;

- требованиями нормативных документов о необходимости формирования у учащихся таких знаний, применение которых позволит им освоить физические основы работы современных технических устройств и технологических процессов и недостаточной разработанностью решения этой задачи;

- имеющимся у учащихся интересом и потребностью изучать физические основы работы технических устройств передачи и обработки информации, решать практически значимые задачи, связанные с различными способами передачи и обработки информации в конкретных ситуациях и существующей организацией учебного процесса по физике, не позволяющего удовлетворить эту потребность.

Это свидетельствует об актуальности выбранной темы исследования, проблема которого состоит в поиске ответа на вопрос: «Какой должна быть организация учебного процесса, в результате которого физические основы передачи и обработки информации с применением технических устройств стали бы предметом специального изучения учащимися?».

Это определило тему исследования «Формирование у учащихся основной и средней школы общего подхода к изучению физических основ процессов передачи и обработки информации с применением технических устройств».

Объектом исследования является процесс обучения физике учащихся основной и средней школы.

Предметом исследования является методика формирования у учащихся общего подхода к изучению физических основ процессов передачи и обработки информации с применением технических устройств.

Цель исследования - теоретическое обоснование и разработка методики формирования у учащихся общего подхода к изучению физических основ процессов передачи и обработки информации с применением технических устройств.

Гипотеза исследования: у учащихся будет сформирован общий подход к изучению физических основ процессов передачи и обработки информации, если методика его формирования будет осуществляться через выполнение последовательности действий его содержания с последующим самостоятельным применением общего подхода в конкретных практически значимых ситуациях.

Цели исследования и проверка гипотезы потребовали решить следующие задачи:

1. Выявить состояние проблемы методики обучения учащихся физическим основам процессов передачи и обработки информации с применением технических устройств при освоении школьного курса физики.

2. Разработать содержание общего подхода к изучению физических основ процессов передачи и обработки информации с применением технических устройств.

3. Обосновать и разработать модель методики формирования у учащихся общего подхода к изучению физических основ процессов передачи и обработки информации, осуществляемых с применением различных технических устройств.

4. Разработать методику формирования у учащихся общего подхода к изучению физических основ процессов передачи и обработки информации с применением технических устройств на уроках физики.

5. Разработать программу и содержание факультативного курса по изучению учащимися физических основ данных процессов и работы технических устройств передачи и обработки информации.

6. Осуществить экспериментальную проверку гипотезы исследования.

Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования:

- теоретические - анализ психолого-педагогической, методической и физико-технической литературы по теме исследования, по вопросам истории создания и развития устройств передачи и обработки информации, изучение и анализ ФГОС ООО и ФГОС СОО, материалов, рабочих программ по методике обучения физике;

- экспериментальные - беседы с учителями физики, выпускниками педагогических направлений подготовки, анкетирование, экспериментальная работа по разработке и апробации физических экспериментов, иллюстрирующих принцип действия устройств передачи и обработки информации, педагогический эксперимент, обработка и анализ результатов педагогического эксперимента, личное преподавание.

Методологической основой исследования является деятельностная теория учения (Л. В. Выготский [16-18], П. Я. Гальперин [19-21], В. В. Давыдов [23-25], Н. Ф. Талызина [109-111]), дополненная идеями А. Н. Леонтьева [44-47] о функциональной грамотности и концепцией реализации принципа практической направленности обучения учащихся физике, разработанной Г. П. Стефановой, методологией педагогического проектирования (В. С. Безрукова, И. А. Колесникова, А. М. Новиков, П. И. Пидкасистый, Е. С. Полат и др.), а также идея обновления содержания физического образования (В. А. Львовский, Н.С. Пурышева, Д. Б. Эльконин).

Теоретическую основу исследования составляют:

- учебники по физике разных авторов и разных лет издания (Джейн Марсет (Jane Haldimand Marcet, 1829 г.); Н. Т. Щеглов (1834 г.); Н. Любимов (1867 г.); К. Д. Краевич (1880 г); О. Д. Хвольсон (1911 г.); А. В. Цингер (1926 г.); В. Д. Зернов (1927 г.); А. В. Пёрышкин, Н. А. Родина, Е. М. Гутник (1965, 1969, 2013, 2014 гг.); Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Сотский, В. М. Чаругин (1982, 1993, 2004, 2014 гг.); Н. С. Пурышева, Н. Е. Важеевская, Д. А. Исаев (2007, 2013, 2018 гг.), Л. Э. Генденштейн (2014 г.), В. А. Касьянов (2017, 2020 гг.) и др.;

- физико-техническая и научно-популярная литература для учителей физики и учащихся (М. Аркуша, Л. А. Блумфилд, А. В. Зарецкий, В. Труханов, Б. М. Игошев, Я. И. Перельман, З. М. Резников, А. В. Хуторской и др.).

Основные этапы исследования. Исследование проводилось в три этапа с 2017 по 2021 г.

На первом этапе (2017-2018 гг.) проводилось изучение и анализ научной, методической, психолого-педагогической литературы, учебников по физике различных авторов для основной и средней (полной) школы (базовый и профильный уровни), программ факультативных и элективных курсов, а также диссертаций по теме исследования; анкетирование учащихся. Была обоснована актуальность темы исследования на основе результатов проведённого констатирующего эксперимента, сформулированы цели и задачи исследования.

На втором этапе (2018-2019 гг.) был определён принцип отбора содержания тем учебного материала по физике для формирования у учащихся знаний о физических основах работы устройств передачи и обработки информации на уроках физики, составлена программа факультативного курса, выбраны соответствующие формы, методы и средства изучения. Разрабатывались модель методики формирования общего подхода изучения физических основ процессов передачи и обработки информации с применением технических устройств и дидактические средства, необходимые для ее реализации, проводился поисковый эксперимент.

На третьем этапе (2019-2021 гг.) был проведён обучающий этап педагогического эксперимента; осуществлялась обработка результатов эксперимента; формулировались выводы исследования.

Научная новизна исследования состоит в следующем.

1. Разработано содержание общего подхода к изучению физических основ процессов передачи и обработки информации, осуществляемых различными техническими устройствами на основе выделения в них элементов, вхо-

дящих в понятие «информация»: содержательная сторона информации, знаковая форма информации, материальный носитель информации, которое представлено в виде последовательности обобщенных действий.

Содержание общего подхода к изучению процессов передачи и приёма информации основано на выявлении материального носителя и знаковой формы принятой и посылаемой информации; установлении необходимости их изменения (сохранения) при передаче и приёме; выделении последовательных этапов преобразования знаковой формы и носителя информации; выделении физических явлений для осуществления преобразований на выделенных этапах; составлении блок-схемы рассматриваемого процесса; составлении перечня технических устройств для его осуществления.

Содержание общего подхода к изучению процесса обработки информации с применением технических устройств представлено аналогичной системой действий. Отличие состоит в том, что сначала необходимо выяснить, на каком материальном носителе и в какой знаковой форме требуется представить заданную информацию после обработки; установить, на каком материальном носителе и в какой знаковой форме она находится до обработки. Дальнейшие действия связаны с выяснением необходимости сохранения (изменения) знаковой формы и (или) материального носителя информации; выделением этапов преобразования знаковой формы и (или) носителя обрабатываемой информации; выделением физических явлений, воздействий, с помощью которых могут быть преобразованы знаковая форма и (или) материальный носитель данной информации на каждом этапе; изображении блок-схемы процесса обработки заданной информации и подбора необходимых для этого технических устройств.

2. Предложен и реализован критерий подбора учебного материала школьного курса физики для изучения учащимися отдельных технических устройств передачи и обработки информации.

3. Разработана модель методики обучения учащихся физическим основам процессов передачи и обработки информации с применением технических

устройств, которая представляет собой совокупность взаимосвязанных компонентов - целевого, содержательного, процессуального, диагностического и ценностно-смыслового.

4. Разработана методика формирования у учащихся общего подхода к изучению физических основ процессов передачи и обработки информации с применением технических устройств, которая состоит из следующих этапов: 1) мотивационного; 2) выделения содержания общего подхода изучения физических основ рассматриваемых процессов; 3) формирования отдельных действий общего подхода; 4) применения общего подхода при выполнении заданий, связанных с процессами передачи и обработки информации при изучении школьного курса физики.

5. Разработан перспективный план формирования у учащихся общего подхода и применения его в конкретных заданиях передачи и обработки информации.

6. Разработаны требования к практически значимым заданиям: условия таких заданий должны описывать конкретную ситуацию, связанную с процессами передачи или обработки информации, - а целью является осуществление этих процессов с применением технических устройств.

7. Установлены критерии оценки сформированности у учащихся общего подхода к изучению физических основ процессов передачи и обработки информации с применением технических устройств, которые заключаются в расчёте коэффициентов успешности выполнения действий общего подхода.

Теоретическая значимость работы определяется вкладом в теорию и методику обучения физике в средней школе за счёт:

- расширения системы методических принципов отбора учебного материала школьного курса физики и введения в систему принципа переориентации его на изучение учащимися современных технических устройств и технологий;

- расширения представлений о содержании физического образования благодаря обоснованию необходимости и возможности формирования у учащихся общего подхода к изучению физических основ процессов передачи и обработки информации с применением технических устройств;

- расширения представлений о технологиях обучения физике благодаря разработке содержания общего подхода к изучению физических основ процессов передачи и обработки информации с применением технических устройств в виде логической последовательности действий и методики его формирования через освоение учащимися отдельных действий, входящих в содержание общего подхода.

Практическая значимость исследования заключается в том, что предлагаемая методика формирования у учащихся общего подхода к изучению физических основ процессов передачи и обработки информации может быть реализована в основной школе на уроках физики и в средней школе при изучении учащимися факультативного курса «Физика смартфона и компьютера». Разработанные учебные задания, выполнение которых основано на применении общего подхода, могут быть использованы на уроках физики, информатики и технологии. Диагностические задания для установления сформирован-ности общего подхода к изучению физических основ процессов передачи и обработки информации с применением технических устройств могут быть использованы для мониторинга формируемой деятельности.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Для формирования общего подхода учащиеся должны освоить логическую последовательность действий по выявлению материального носителя информации; знаковой формы информации, которые изменяются, преобразуются или остаются неизменными в процессах передачи и обработки информации в конкретных ситуациях; установлением этапов преобразований элементов; выделением физических явлений, лежащих в основе этих преобразований; составлением блок-схем этих процессов и перечня необходимых технических

устройств. Содержание общего подхода обосновывается психолого-педагогическими исследованиями в области формирования общих приёмов мышления и способов деятельности.

2. Методика формирования у учащихся общего подхода к изучению физических основ процессов передачи и обработки информации с применением технических устройств должна быть основана на следующих положениях:

- обучение учащихся должно включать создание у них положительной мотивации - потребности в овладении общим подходом;

- для осмысления содержания общего подхода он должен быть выделен самими учащимися, его выделение должно стать целью их деятельности;

- формирование общего подхода возможно, если учащиеся овладели всеми действиями, входящими в его содержание;

- после усвоения общего подхода учащиеся должны научиться применять его для планирования системы действий по выполнению заданий, связанных с процессами передачи и обработки информации в конкретных ситуациях. Решение таких заданий должно осуществляться многократно.

3. Организация обучения учащихся общему подходу, соответствующая вышеуказанным положениям, происходит при осуществлении следующих этапов:

1) мотивационного - необходимого для того, чтобы у каждого ученика возникла потребность в овладении общим подходом;

2) выделения содержания общего подхода к изучения физических основ рассматриваемых процессов - на данном этапе учащиеся должны самостоятельно выделять его содержание для процесса передачи информации и процесса обработки информации в виде отдельных действий;

3) формирования отдельных действий общего подхода - на этом этапе происходит усвоение учащимися отдельных действий на основе закономерностей поэтапного формирования умственных действий;

4) самостоятельного применения общего подхода при выполнении заданий, связанных с процессами передачи и обработки информации.

4. На уроках физики в основной и средней школе возможно изучение отдельных технических устройств или их элементов при условии, что изучаемые физические явления, процессы, физические объекты, физические величины и физические законы конкретной темы применяются для объяснения их устройства и принципа работы.

При этом следует руководствоваться следующим критерием: для выполнения каждого действия общего подхода необходимы опорные физические знания, которые должны быть усвоены учащимися при изучении различных тем школьного курса физики.

5. Формирование общего подхода к изучению физических основ процессов передачи и обработки информации с применением технических устройств и отдельных действий, входящих в его содержание, возможно с применением дидактических средств, отвечающих следующим требованиям:

1) в практически значимых заданиях должна быть описана конкретная ситуация, связанная с реальными процессами передачи и обработки информации;

2) в требованиях таких заданий формулируется цель выполнения конкретного действия, входящего в состав общего подхода, или цель, направленная на осуществление процессов передачи и обработки информации с применением технических устройств.

Для выполнения отдельных действий и общего подхода в целом необходимы учебные карты, включающие названные действия и ориентиры для их выполнения.

Апробация результатов исследования осуществлялась через:

- участие на различных российских и международных научно-методических и научно-практических конференциях, проходивших в период с 2018 по 2021 г. Основные положения и результаты экспериментальной работы докладывались на: Международной научно-практической конференции «Проектная деятельность: новый взгляд на образование», г. Астрахань, Россия, 2018 г.; Международной научно-практической конференции «Образование в цифро-

вую эпоху: проблемы и перспективы», г. Астрахань, Россия, 2019 г.; XV Международной конференции «Физика в системе современного образования» (ФССО-19), г. Санкт-Петербург, Россия, 2019 г.; V Международной научно-методической конференции «Физическое-математическое и технологическое образование: проблемы и перспективы развития», г. Москва, 2019 г.; II Международной научно-практической конференции «Содержательные и процессуальные аспекты современного образования», г. Астрахань, 2020 г.; V Международной научно-методической конференции «Физическое-математическое и технологическое образование: проблемы и перспективы развития», г. Москва, 2021 г.; Всероссийской научно-практической конференции «Цифровая образовательная среда - интеграционная платформа развития учителя и учащегося», г. Армавир, 2021 г.; Международной научно-практической конференции «Конвергенция современных образовательных политик для решения проблем Каспийского региона. Приоритеты - 2030», г. Астрахань 2022 г.; I Международной научно-практической конференции «Актуальные решения проблем водного транспорта», г. Астрахань 2022 г.;

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ракин Григорий Валерьевич, 2023 год

- источник света;

- световой луч;

- плоское зеркало;

Пааер

Рабочая

поверхность

Рисунок 2.9 - Принцип работы оптической компьютерной мыши

- собирающая линза.

3.3. Понятия о физических величинах:

- угле падения, угле отражения, угле преломления;

- показатель преломления линзы.

3.4. Физические законы:

- закон отражения света;

-закон преломления света.

4. Устанавливаем, имеются ли такие виды знаний в данной теме: явления отражения света от плоского зеркала, преломления света в разделе вводятся, все указанные физические объекты и их свойства в теме имеются, а все названные законы учащимися изучаются.

5. Данных физических знаний достаточно для изучения принципа действия оптической компьютерной мыши.

Вывод: при прохождении раздела «Световые явления» можно изучать принцип работы оптической компьютерной мыши. В этой же теме могут быть изучены световоды, принцип действия которых основан на явлении полного внутреннего отражения, а также связанные с ними устройства: оптические линии передач, оптические зонды и пр.

Световод состоит из двух элементов - сердцевины в виде тонкого стеклянного цилиндра, являющегося световодом, и оболочки, обладающей меньшим показателем преломления, чем сердцевина. Световые лучи, попадая в этот цилиндр, испытывают полное внутреннее отражение, не выходят за его пределы и распространяются только внутри него.

Волоконно-оптическая связь - это способ передачи информации, материальным носителем которой служит волоконно-оптический кабель, а знаковой формой - электрические сигналы, преобразованные в оптические.

В приёмном устройстве оптические сигналы преобразуются в исходную электрическую форму.

Малое затухание света в оптоволокне позволяет применять эту связь на значительное расстояние без использования усилителей.

Пример 3. В 11-м классе изучается тема «Магнитное поле» [49]. 1. Выделим виды научных знаний, являющихся предметом усвоения в этой теме (табл. 2.4).

Таблица 2.4 - Виды научных знаний, являющихся предметом усвоения в теме «Магнитное поле»

Понятие

о физических объектах

о физических явлениях

о физических величинах

магнитное поле;

магнетик;

диамагнетик;

парамагнетик;

ферромагнетик;

магнитные домены

- взаимодействие параллельных токов;

- намагничивание веществ;

- диамагнетизм;

- парамагнетизм;

- ферромагнетизм

- сила Ампера;

- магнитная постоянная цо;

- относительная магнитная проницаемость среды цг;

- индукция магнитного поля В ;

- магнитный поток Ф;

- сила Лоренца

Научные факты

1. Магнитное поле не имеет источников своего происхождения в виде зарядов.

2. Для каждого ферромагнитного вещества существует определённая температура Ткюри, выше которой его ферромагнитные свойства исчезают и вещество становится парамагнетиком

Законы

1. Закон Ампера:

р = Ц0

1Х • 12 • А

2 • п • г

2. В =

ц-1 • N

а

3. Зависимость намагниченности участков магнитного носителя от силы тока в катушке (закон Био-Савара и Лапласа):

ав-

цо I • 01 • а

2

4 •п г-

4. ^ = ц • V • В • sin а.

5. Магнитные индукции полей, создаваемых в данной точке пространства двумя или большим числом токов, складываются геометрически (принцип суперпозиции полей:

В = Вх + В2 + В3 + ...+ Вп

Технические объекты

Магнитная лента

2. Рассмотрим возможность изучения учащимися физических основ процесса записи и хранения информации на жёсткий диск компьютера и её воспроизведение.

Материальным носителем информации при её записи является диск, на поверхность которого наносится магниточувствительный материал толщиной в несколько микрон. Магнитное покрытие диска имеет доменную структуру, то есть состоит из множества мельчайших намагниченных областей - доменов. Домены имеют собственные векторы намагниченности, которые могут ориентироваться под воздействием внешнего магнитного поля. Запись информации осуществляется следующим образом. Диск вращается относительно записывающей головки (катушки с током) с большой скоростью. На записывающую магнитную головку поступают последовательности электрических импульсов, которые являются знаковой формой преобразованной первоначальной информации, предназначенной для хранения. Электрические импульсы создают в головке переменное магнитное поле. В результате последовательно намагничиваются (логическая 1) или не намагничиваются (логический 0) участки поверхности носителя. То есть магнитные моменты доменов устанавливаются под действием этого поля в одно из состояний - 0 или 1. Каждый такой ноль или единица являются битом информации. Таким образом, знаковая форма информации, записанная на жёстком диске, представляет собой определённую последовательность и определённой число единиц и нулей.

Воспроизведение информации осуществляется при движении магнитной головки над поверхностью носителя, намагниченные участки которого вызывают в ней импульсы электрического тока (явление электромагнитной индукции). Последовательности таких импульсов передаются в оперативную память компьютера.

Схема записи и воспроизведения информации на жёстком диске показана на рисунке 2.10.

Обмотка ГОЛрйКи

Измене] мапн

Маги HTjm.ii слой диска

Головка чтения/записи

Направление врищенин диска

(с зазором)

Рисунок 2.10 - Схема воспроизведения и записи информации на магнитном жёстком диске

4. Из приведённого описания физических основ записи и воспроизведения информации с помощью жёсткого диска можно установить, что данное устройство можно изучать с учащимися в названной теме. Физические объекты (ферромагнетики, магнитные домены), физические величины и законы также присутствуют в содержании учебного материала данной темы.

Таким образом, для того чтобы учитель мог реализовать данный принцип, он должен иметь перечень актуальных для конкретного времени технических объектов передачи и обработки информации, описание их устройства и принципа действия, а также перечень видов знаний, лежащих в основе их работы. Всё это не должно входить в работу учителя. Поэтому учитель физики должен получить в готовом виде описанную выше информацию. Образец такого документа, представленный в виде таблицы 2.5, должен быть, на наш взгляд, включён в программу по физике.

Таблица 2.5 - Виды научных знаний, лежащих в основе работы технических устройств передачи и обработки информации

Название Понятие о

технического устройства физическом явлении физическом объекте физической величине Физические законы

плавление и кристаллизация вещества тонер, кристаллические и аморфные тела температура плавления и удельная теплота кристаллизации частиц тонера Q = с• т•А; Q = X • т

Копировальный аппарат электризация соприкосновением; электризация под действием излучения заряженное тело, электрическое поле, электроны электрический заряд (положительный и отрицательный) Закон Кулона: Р=>1 -1 г

фотоэффект Проводящий барабан, фотоны, электроны электрический заряд Законы внешнего фотоэффекта: Ь ^ = АвЬ1Х + Ек

отражение света плоское зеркало; световой луч; угол падения, угол отражения; Закон отражения света

Сканер электризация по- Зависимость вырабатываемого ПЗС-

верхности под дей- ПЗС матрица электрический заряд матрицей напряжения от интенсив-

ствием света ности света

Оптическая ком- отражение света плоское зеркало угол падения, угол отражения Закон отражения света

пьютерная мышь преломление света линза угол падения, угол преломления Закон преломления света

Название Понятие о

технического устройства физическом явлении физическом объекте физической величине Физические законы

Резистивный сенсорный экран изменение напряжения на резисторе при изменении его резистор, электрический ток напряжение на резисторе Закон Ома для участка цепи: I - и Я

сопротивления

изменение напря-

Ёмкостный сенсорный экран жения на обкладках плоского конденсатора при изменении его заряда плоский конденсатор напряжение на обкладках плоского конденсатора Закон сохранения заряда: с - ± и

Зависимость электроёмкости конден-

изменение электро- сатора от расстояния между обклад-

ёмкости конденса- плоский конденсатор ёмкость конденсатора ками:

Компьютерная тора о • ^ й

клавиатура Изменение электрического напряжения на конденсаторе плоский конденсатор напряжение на обкладках конденсатора Зависимость напряжения на обкладках конденсатора от его электроёмкости: с - ± и

Продолжение таблицы 2.5

Понятие о

Понятие о физическом явлении физическом объекте физической величине Физические законы

Оптоволоконная линия связи полное внутреннее отражение пучок света, среда с большим показателем преломления величина угла падения, величина угла отражения Законы отражения и преломления света;

Электро-динами-ческий микрофон явление электромагнитной индукции замкнутый контур, движущийся в магнитном поле ЭДС индукции, магнитная индукция, скорость проводника, длина проводника Закон электромагнитной индукции: 8 = v • B • l • sin а

отражение света отражающая поверхность; луч лазера; угол падения, угол отражения; Законы отражения и преломления света

CD и DVD диски поглощение света луч лазера; пит - углубление на поверхности оптического диска интенсивность света Зависимость напряжения на фотоэлементе от интенсивности света

Зависимость намагниченности участ-

Магнитная запись информации намагничивание ферромагнетика домен ферромагнетика размер домена, магнитная индукция ков магнитного носителя от силы тока в катушке (закон Био-Саварра и Лапласа)

Понятие о Понятие о Физические законы

физическом явлении физическом объекте физической величине

Звуковая колонка (динамик) механические колебания звуковой частоты катушка с переменным током частота механических и электромагнитных колебаний, громкость звука зависимость высоты тона звука от частоты колебаний; зависимость громкости звука от амплитуды колебаний

Движение проводника с током в магнитном поле - сила Ампера, сила тока, магнитная индукция, длина проводника Закон Ампера: Fa = I • B • l • sin а

Твёрдотельные накопители информации (SSD диски, USB-флэш накопители) - - - -

Беспроводные устройства связи (сотовая связь, Wi-Fi, Bluetooth и т. д.) распространение электромагнитных волн электромагнитное поле напряжённость электрического поля, индукция магнитного поля, энергия поля, частота электромагнитных волн % =с- i V Зависимость переносимой энергии от напряжённости электрического и магнитного полей

Разумеется, что рассмотреть полностью принцип работы конкретного технического устройства в рамках одной темы не всегда представляется возможным. Этот факт наглядно отражён в таблице 2.6.

Таблица 2.6 - Соответствие этапа функционирования технического устройства и темы

школьного курса физики, в которой этот этап функционирования может быть изучен

Технический прибор Этап функционирования технического устройства Тема, класс

Копировальный аппарат Закрепление на бумаге Плавление и отвердевание кристаллических тел (8 класс)

Нанесение тонера на барабан Электризация тел (8 класс, 10 класс)

Формирование изображение на барабане Фотоэффект (11класс)

Сканер Отражение света от сканированного документа Отражение света. Плоское зеркало (8 класс, 11 класс)

Отражение света от подвижного зеркала Отражение света. Плоское зеркало (8 класс, 11 класс)

Передача изображения в компьютер Транзистор (10 класс). Фотоэффект (11 класс)

Оптическая компьютерная мышь Отражение света, поступающего от светоизлучающего диода на плоскую поверхность Отражение света. Плоское зеркало (8 класс, 11 класс)

Попадание света в светоприём-ник Преломление света. Линзы (8 класс, 11 класс).

Нахождение значения координат курсора мыши Перемещение. Определение координаты тела (9 класс, 10 класс)

Резистивный сенсорный экран Нахождение значения координат точек касания Перемещение. Определение координаты тела (9 класс, 10 класс)

Фиксация сигнала о касании к экрану Проводники и диэлектрики (8 класс, 10 класс).

Ёмкостный сенсорный экран Фиксация сигнала о касании к экрану Конденсатор. Ёмкость конденсатора (10 класс)

Нахождение значения координат точек касания Перемещение. Определение координаты тела (9 класс, 10 класс)

Технический прибор Этап функционирования технического устройства Тема, класс

Компьютерная клавиатура Генерация сигнала для компьютера о нажатии клавиши Конденсатор. Ёмкость конденсатора (10 класс)

Динамик Движения проводника с током (обмотки динамика) в магнитном поле Сила Ампера (8 класс, 11 класс)

Возникновение колебаний в проводящей части Переменный ток (9 класс, 11 класс)

Возникновение механических колебаний в мембране Гармонические колебания (9 класс, 11 класс)

Регулирование громкости звука Зависимость сопротивления от геометрических размеров проводника (8 класс, 10 класс)

Регулирование высоты тона Звуковые волны. Звук (9 класс, 11 класс)

ЖК монитор Взаимодействие электрического поля с жидкими кристаллами Кристаллические и аморфные тела (8 класс, 10 класс).

Появление изображения на экране Поляризация света (11 класс)

Цифровой фотоаппарат Формирование изображения на матрице Линзы. Построение изображения в линзе (8 класс, 11 класс).

Попадание изображение в видеоискатель Отражение света. Плоское зеркало (8 класс, 11 класс).

Оцифровка изображения Транзистор (10 класс). Фотоэффект (11 класс)

Сохранение изображения Транзистор (10 класс)

Веб камера Формирование изображения на матрице Линзы. Построение изображения в линзе (8 класс, 11 класс).

Формирование и оцифровка изображения Транзистор (10 класс)

Таким образом, изучение физических основ работы технических устройств передачи и обработки информации или их отдельных элементов можно осуществлять на уроках физики в конкретной теме или на обобщающих уроках в конце изучения темы. При этом необходимо руководствоваться сформулированным принципом и действиями общего подхода, лежащими в основе процессов передачи и обработки информации.

Кроме того, как было показано в параграфе 2.1, выделенные действия осуществления процессов передачи и обработки информации можно применять для решения конкретных практических задач, связанных с этими процессами. Формирование у учащихся этих действий позволит им усвоить физические основы процессов передачи и обработки информации и технических устройств.

2.3. Психолого-педагогические основания разработки методики формирования у учащихся общего подхода изучения физических основ процессов передачи и обработки информации с применением

технических устройств

Для разработки методики обучения учащихся физическим основам процессов передачи и обработки информации и применения технических устройств для их осуществления необходимо учесть общие тенденции образовательной политики на современном этапе развития общества. В настоящее время широко обсуждаются вопросы о качестве выпускника школы, отвечающего «глобальным вызовам и бурному развитию технологий» [38].

«Какие навыки и знания необходимы выпускникам сегодня, чтобы завтра они стали успешными гражданами быстро меняющегося многообразного цифрового мира? Какие компетентности актуальны в XXI в.? Какие стратегии, программы, условия нужны для развития этих компетентностей? Как ученики могут продемонстрировать результаты обучения - то, что они овладели ком-петентностями и теперь могут использовать их на практике?» [110].

Ответы на эти ключевые вопросы предлагают ведущие научные школы психологов, педагогов, методистов: А. П. Леонтьева, Б. Д. Эльконина, В. В. Давыдова, Н. Ф. Талызиной, А. П. Тряпициной, Г. А. Цукерман, И. Д. Фрумина, М. С. Добряковой, Н. С. Пурышевой, В. А. Львовского, Г. С. Ковалевой и др.

По мнению А. П. Тряпициной, кризисное состояние образования состоит в том, что человек нового типа востребован, а существующая система образования его не воспроизводит [108]. Прежде всего необходимо обновление содержания. Б. Т. Лихачёв отмечает, что в настоящее время сложилось противоречие между «резко возросшими требованиями общественной жизни к человеку и устаревшим содержанием образования» [46].

Обновление содержания образования включает в себя и обновление содержания физического образования, то есть его изменение в соответствии

с повышением его значимости, признания физики как важного учебного предмета (Н. С. Пурышева, Н. В. Шиян, В. А. Львовский и др.).

Изменение содержания физического образования связано с формированием функциональной грамотности, которая включает в себя естественнонаучную грамотность. Для формирования и оценки функциональной грамотности обучающихся используются работы отечественных учёных и положения международного исследования PISA [10].

Ключевые элементы для формирования функциональной грамотности заложены в определении понятия, сформулированного ведущим российским психологом А. А. Леонтьевым: «Функционально грамотный человек - это человек, который способен использовать все постоянно приобретаемые в течение жизни знания, умения и навыки для решения максимально широкого диапазона жизненных задач в различных сферах человеческой деятельности, для общения и социальных отношений» [44].

Определение этого же понятия в исследовании PISA содержит аналогичные элементы, состоящие в овладении учащимися «знаниями и умениями, необходимыми им для полноценного функционирования в современном обществе, то есть для решения широкого диапазона задач в различных сферах человеческой деятельности, общения и социальных отношений» [10].

Таким образом, основными элементами, на которые можно ориентироваться при формировании функциональной и естественнонаучной грамотности, являются умения человека действовать в современном обществе и решать различные задачи, используя приобретённые знания.

Отсюда следует, что главной задачей является разработка на основе си-стемно-деятельностного подхода системы заданий для учащихся, которая будет способствовать обновлению учебного материала изучаемого предмета, включению новых знаний для выполнения этих заданий и направлена на достижение ими новых результатов, связанных с естественнонаучной грамотностью.

В качестве теоретической основы решения рассматриваемой проблемы нами выбраны следующие идеи. Исследования психологов В. В. Давыдова,

А. Н. Леонтьева, П. Я. Гальперина, Н. Ф. Талызиной, Б. Д. Эльконина и др. доказали, что обучение человеку необходимо для того, чтобы он научился действовать, приобрёл умения практического применения знаний [19-21; 23-25; 44-47; 107-109].

Другая идея найдена в методике преподавания физики и связана с концепцией реализации принципа практической направленности обучения учащихся физике, разработанной Г. П. Стефановой. Исследования автора показали, что для подготовки учащихся к практической деятельности после окончания школы они должны освоить обобщённые способы решения типовых задач с применением приобретённых знаний школьного курса физики. «Понятие "типовая задача" не употребляется в смысле стандартная, нетворческая. Наоборот, в наше время творческие задачи являются как раз типовыми» [109].

Важнейшая психолого-педагогическая закономерность овладения человеком планируемой деятельностью состоит в том, что выполнять определённую деятельность в любых условиях человек сможет, если овладеет обобщённым методом этой деятельности.

В связи с тем, что обучение учащихся обобщённым методам решения задач имеет существенные положительные черты, она была взята за основу разработки методики формирования у учащихся общего подхода изучения физических основ процессов передачи и обработки информации с применением технических устройств. Основные положения методики можно сформулировать следующим образом:

- Учебный процесс должен строиться так, чтобы у учащихся возникала потребность в овладении общим подходом изучения процессов передачи и обработки и информации.

- Содержание общего подхода должно быть выделено самими учащимися, то есть его выделение должно стать целью их деятельности.

- Формирование общего подхода возможно только в том случае, если учащиеся умеют выполнять каждое действие, входящие в его содержание.

- Для усвоения общего подхода необходима методика, опирающаяся на теорию планомерного формирования умственных действий.

- После усвоения общего подхода должна быть организована многократная самостоятельная работа учащихся по его применению в конкретных ситуациях.

- Для обучения учащихся выполнению отдельных действий и применению общего подхода в целом необходимо разработать специальные задания.

В соответствии с данными положениями, методика обучения школьников общему подходу изучения физических основ процессов передачи и обработки информации с применением технических устройств представляется нам в виде следующих этапов: 1) мотивационный; 2) выделение содержания общего подхода; 3) формирование отдельных действий общего подхода; 4) самостоятельная работа учащихся по применению общего подхода для планирования действий в конкретных ситуациях передачи и обработки информации.

2.4. Модель методики обучения учащихся физическим основам процессов передачи и обработки информации с применением технических устройств

Разрабатываемая модель методики представляет собой совокупность взаимосвязанных компонентов - целевого, содержательного, процессуального, диагностического и ценностно-смыслового.

Целевой компонент устанавливает конечный результат обучения учащихся - формирования у них физических основ осуществления процессов передачи и обработки информации с применением технических устройств через освоение ими действий общего подхода выполнения этих процессов в конкретных ситуациях. Цель конкретизируется задачами, решение которых направлено на достижение предметных, метапредметных и личностных образовательных результатов:

- предметных - усвоение физических основ процессов передачи и обработки информации и работы современных технических устройств;

- метапредметных - сформированность умений применять общий подход для самостоятельного планирования действий в конкретных практических значимых ситуациях, связанных с процессами передачи и обработки информации;

- личностных - осознание основополагающей роли физических знаний в совершенствовании и применении технических устройств передачи и обработки информации и создания положительной мотивации к изучению школьного курса физики.

Содержательный компонент включает:

- содержание общего подхода изучения физических основ процессов передачи и обработки информации с применением технических устройств;

- принцип отбора учебного материала школьного курса физики для изучения учащимися физических основ работы технических устройств передачи и обработки информации;

- темы школьного курса физики, при прохождении которых можно изучать физические основы процессов передачи и обработки информации и конкретных технических устройств;

- физические знания (понятия о физическом явлении, физическом объекте, физической величине, физических законах), необходимые для изучения рассматриваемых процессов и работы технических устройств.

Конкретизация содержательного компонента описана в параграфах 2.1 и

2.2.

Процессуальный компонент включает этапы формирования общего подхода изучения физических основ рассматриваемых процессов.

Первым этапом обучения учащихся является мотивационный, который необходим для создания у обучаемых потребности, желания в его овладении.

Следующий этап состоит в выделении содержания общего подхода, то есть последовательности обобщённых действий, выполнение которых приводит к достижению поставленной цели - передаче или обработке информации в конкретных ситуациях.

Когда последовательность действий выделена и зафиксирована, возникает вопрос: «Как её организовать у учащихся - целиком или по действиям?» Согласно закономерностям психолого-педагогической теории деятельности, метод можно формировать в целом, если обучаемые умеют безошибочно выполнять каждое его действие. Так как учащиеся ранее не обучались общему подходу, то необходимо сначала научить их выполнять каждое действие отдельно. Поэтому далее должно быть организовано обучение действиям по выделению материального носителя и знаковой формы информации в конкретных ситуациях, связанных с передачей и обработкой информации.

Как было показано в параграфе 2.1, в процессах передачи и обработки информации материальный носитель и знаковая форма могут быть преобразованы несколько раз, и эти преобразования основаны на физических явлениях. В связи с этим далее следует формирование у учащихся действий, связанных с выделением этапов преобразования знаковой формы и материального носителя информации и физических явлениях для их осуществления.

После этого учащиеся обучаются составлению блок-схемы передачи и обработки информации и перечня необходимых технических устройств.

Специальное формирование у учащихся отдельных действий общего подхода завершается их фиксированием в тетрадях или в телефоне. Затем должно быть организовано самостоятельное выполнение учащимися заданий, связанных с передачей и обработкой информации в конкретных ситуациях с применением общего подхода.

Для формирования всех этих действий необходимы дидактические средства - специальные задания, в условиях которых описываются практические значимые ситуации, а требования направлены на осуществление процесса передачи или обработки информации.

Для выполнения учащимися перечисленных действий должны быть разработаны учебные карты, в которых указываются выполняемые действия и ориентировочные признаки для их выполнения.

В процессе обучения учащихся целесообразно использовать следующие методы: объяснительно-иллюстративный, поэтапное формирование действий и понятий, самостоятельная работа в командах, взаимоконтроль, информационно-коммуникационные технологии.

К формам обучения следует отнести уроки и внеурочные факультативные занятия. При этом возможно проведение итоговых уроков после изучения конкретного раздела школьного курса физики, интегрированных уроков (физика + информатика + химия + биология), семинаров, экскурсий.

Диагностический компонент включает критерии оценивания результатов обучения, уровни их сформированности у учащихся и средства оценивания.

Ценностно-смысловой компонент заключается в осознании учащимися значимости физических знаний для изучения процессов передачи и обработки информации, применения современных технических устройств, а также для выполнения различных практически значимых заданий, связанными с этими процессами.

Модель методики обучения учащихся физическим основам процессов передачи и обработки информации с применением технических устройств приведена на рисунке 2.11.

Рисунок 2.11 - Модель методики обучения учащихся физическим основам процессов передачи и обработки информации с применением технических устройств

Выводы по главе 2

1. Виды деятельности, связанные с передачей и обработкой информации, являются наиболее часто используемыми человеком в современных условиях. Выполнение этих видов деятельности осуществляется с применением различных технических устройств передачи и обработки информации, обновление и развитие которых происходит быстрыми темпами. Принципы действия этих технических устройств основаны на физических явлениях и процессах, многие из которых изучаются в школьном курсе физики. Отдельные технические устройства или их элементы можно изучать в школьном курсе физики, если руководствоваться следующим принципом:

Знания, приобретённые учащимися при изучении темы, должны быть достаточны для понимания и объяснения физических основ работы конкретного технического устройства передачи и обработки информации или его отдельного элемента.

С учётом этого принципа разработана система действий учителя при выборе технического устройства, которое целесообразно изучать с учащимися в конкретной теме.

Выделены конкретные технические устройства и виды научных физических знаний, лежащих в основе их работы, что может быть использовано учителем в учебном процессе.

2. Анализ процессов передачи и обработки информации позволил выделить общие действия, которые необходимо выполнить при их осуществлении. Последовательности этих действий представляют собой содержание общего подхода изучения физических основ процессов передачи и обработки информации с применением технических устройств. Основу содержания общего подхода изучения этих процессов составляют понятия «материальный носитель» и «знаковая форма» информации. При осуществлении данных процессов материальный носитель и знаковая форма информации могут изменяться в результате нескольких этапов преобразований, в основе которых

лежат физические явления. Выделение этапов и физических явлений позволяют составить блок-схему процессов передачи или обработки информации и перечень технических устройств, необходимых для их реализации.

Общий подход изучения физических основ этих процессов разработан в виде последовательности действий, которые необходимо сформировать у учащихся.

3. Психолого-педагогические положения, которые следует учитывать при разработке учебного процесса, основаны на трудах А. Н. Леонтьева, П. Я. Гальперина, Н. Ф. Талызиной, Б. Д. Эльконина:

- При обучении учащихся необходим мотивационный этап, цель которого состоит в создании потребности в овладении общим подходом изучения физических основ рассматриваемых процессов.

- Общий подход должен быть выделен самими учащимися.

- Действия общего подхода должны стать предметом специального усвоения учащихся и формироваться поэтапно.

- Обязательным этапом обучения учащихся должен стать этап многократного самостоятельного планирования действий общего подхода в конкретных практически значимых ситуациях осуществления процессов передачи и обработки информации.

4. Разработанная модель методики обучения учащихся физическим основам процессов передачи и обработки информации с применением технических устройств включает в себя совокупность взаимосвязанных компонентов: целевой, содержательный, процессуальный, диагностический и ценностно-смысловой.

ГЛАВА 3. Методика обучения учащихся общему подходу к изучению физических основ процессов передачи и обработки информации с применением технических устройств

3.1. Организация мотивационного этапа и этапа выявления содержания общего подхода изучения процессов передачи и обработки информации

Рассмотрим методику обучения учащихся общему подходу к изучению рассматриваемых процессов.

Для этого прежде всего необходимо выбрать тему, в которой можно и целесообразно начинать обучение учащихся действиям общего подхода. При этом учителю следует ориентироваться на следующее: выполнять каждое действие возможно опираясь на усвоенные учащимися физические знания, необходимые для выяснения принципов работы того или иного устройства передачи и обработки информации.

Проведённый анализ школьного курса физики позволил установить, что начинать формирование у учащихся общего подхода следует после изучения темы «Механические колебания и волны. Звук» в основной школе. Знания этой темы позволяют разбирать различные ситуации передачи и обработки информации, которые доступны, интересны и понятны учащимся, расширяя при этом области применения этих знаний.

После этой темы школьники усваивают знания таких разделов, как «Электромагнитное поле», «Строение атома и атомного ядра. Использование энергии атомных ядер», которые обладают большим потенциалом для формирования общего подхода изучения рассматриваемых процессов. Знания этих разделов являются хорошей основой для самостоятельной работы учащихся по его применению для решения практических задач. В процессе решения таких задач учащиеся могут применять знания из курсов физики 7-8 классов.

Таким образом, начинать формировать общий подход у учащихся целесообразно в 9-м классе основной школы. Сначала необходимо создать у учащихся потребность в овладении общим подходом и выявлении его содержания. Для

этого в 9-м классе выделяются два урока после изучения раздела «Механические колебания и волны. Звук». На первом уроке организуется мотивационный этап и вместе с учащимися выделяется содержание общего подхода. Начинается он с постановки перед учащимися вопроса: «Зачем человеку нужны физические знания, в частности, в данной теме?» Ответы учащихся могут быть самыми разными. Их не надо оценивать. Выслушав разные ответы и подводя итог, учитель может отметить: «Таким образом, многие из вас полагают, что эти знания необходимы для осуществления процессов передачи или обработки информации. Рассмотрим примеры таких ситуаций». (Приводит примеры конкретных задач).

1. Короткое письменное сообщение об отправке груза необходимо передать из одного города в другой.

2. Требуется отправить изображение конкретной страницы медицинской энциклопедии на персональный компьютер коллеге.

3. Экипажу полярной станции, находящейся на зимовке, необходимо передать сообщение в научно-исследовательский институт.

4. Судно находится в открытом море. Требуется передать информацию о времени прибытия в порт.

5. Генеральный директор фирмы «Лукойл» проводит онлайн-совещание с руководителями подведомственных предприятий.

6. Разведчику необходимо отправить зашифрованную информацию в центр.

7. В Кремлевском дворце города Москвы идёт концерт классической музыки с участием известных исполнителей. Необходимо обеспечить его трансляцию в другие российские города.

8. Любимая многими передача «В мире животных» снимается в Австралии. Требуется осуществить её трансляцию в Японию.

Решаются такие задачи на основе использования технических устройств передачи и обработки информации, работающих в соответствии с физическими законами.

Далее учитель предлагает учащимся выделить действия по достижению цели, сформулированной в этих задачах, опираясь на полученные знания. Учащиеся затрудняются это сделать, что позволяет учителю сделать вывод о том, что методу решения таких задач можно и нужно научиться.

Далее учитель говорит, что на первый взгляд кажется, что каждая из таких задач имеет свой метод решения. Однако если выделить общий способ решения таких задач, то можно научиться решить такие проблемы быстро и эффективно. Нетрудно заметить, что такие задачи связаны с осуществлением процессов передачи и обработки информации. Данные процессы необходимо изучить и выделить действия по их выполнению в общем виде. Для этого прежде всего надо познакомить учащихся с содержанием терминов информация, материальный носитель информации, знаковая форма информации, а также сформулировать цели передачи и обработки информации. Затем, исходя из конечных целей этих процессов, учитель организует выделение действий при разборе конкретных задач на передачу и обработку информации.

По ходу рассуждений учитель визуализирует обобщённое содержание передачи информации и ее обработки в виде схем 3.1 и 3.2.

Схема 3.1 - Содержание деятельности по передаче информации

Схема 3.2 - Содержание деятельности по обработке информации

Завершаются эти два этапа урока (мотивационный этап и этап составления программ передачи и обработки информации) демонстрацией учителем выполнения этих двух видов деятельности на конкретных примерах, в которых описаны конкретные ситуации. При этом учитель выбирает такие ситуации, при решении которых используются физические знания, приобретенные учащимися в теме.

Пример. При ультразвуковом исследовании врач получает информацию о локализации новообразования.

Первым действием выясняем, что принятая врачом информация находится на экране монитора (материальный носитель) в виде графического изображения новообразования.

Вторым действием устанавливаем, что материальным носителем посылаемой информации является тело человека. Знаковая форма информация -определённое расположение клеток организма человека.

Третьим действием выясняем, что форма представления и носитель информации изменяются при передаче и приёме.

Далее (4-е действие) указываем последовательность этапов этих изменений:

- Источник звуковых колебаний излучает поток ультразвуковых волн в тело человека, которые отражаются от новообразования с разной интенсивностью и фазой. Материальный носитель - ультразвуковая волна, знаковая форма - разная интенсивность и фаза отражённых ультразвуковых колебаний.

- Ультразвуковые колебания преобразуются в электрический ток. Материальный носитель - провода.

- Электрический ток преобразуется в оптический сигнал на экране монитора. Материальный носитель - световые волны. Знаковая форма - изображение новообразования на экране монитора.

Пятым действием выделяем физические явления, необходимые для осуществления преобразований на выделенных этапах. Ими являются: излучение, поглощение и отражение ультразвуковых волн; явление распространения электромагнитных волн; явление электромагнитной индукции, преобразующее ультразвуковых колебаний в электрические сигналы; преобразование электрического сигнала в оптический в электронно-лучевой трубке монитора.

Шестым действием изображаем блок-схему рассматриваемого процесса (рис. 3.1).

Рисунок 3.1 - Блок-схема процесса передачи информации с помощью УЗ исследования

Седьмым действием составляем перечень технических устройств для осуществления этого процесса: 1) пьезоэлемент - специальный высокочастотный излучатель; 2) приёмник - техническое устройство, преобразующие ультразвуковые колебания в электрические сигналы; 3) электронно-лучевая трубка, преобразующая электрические сигналы в оптическое изображение.

При показе учителем образца деятельности никто из учащихся не записывает его. Затем учитель стирает или закрывает этот образец и предлагает учащимся воспроизвести в тетрадях эту деятельность за определённое время. Проверка показывает, что никто из учащихся не может воспроизвести все действия.

Эта ситуация используется учителем для создания потребности в освоении отдельных действий процессов передачи и обработки информации.

3.2. Методика формирования действий по выделению материального носителя и знаковой формы информации в конкретных ситуациях

На втором уроке учитель предлагает учащимся начать усвоение способа выполнения первых трёх действий выделенных видов деятельности.

Для этого из описаний ряда конкретных ситуаций, встречающихся в нашей жизни, школьникам предлагается установить форму представления и материальный носитель информации, а также выяснить надо ли осуществлять с ней какие-либо преобразования. Возможные ситуации:

1. В море или на рейде сигнальщик определенной конфигурацией двух имеющихся у него флажков передает и принимает информацию от соседнего судна.

2. Сосед по парте устно передал вам домашнее задание по физике.

3. Вы получили приглашение на зарубежное мероприятие в письме на английском языке. Это оказалось ошибкой, и вы вернули письмо на почту.

4. Вы находитесь на стадионе, где проходит концерт известной и любимой вами рок-группы.

5. Вам необходимо предупредить об изменении времени приезда в другой город коротким письменным сообщением.

6. Диверсант закодировал сообщение и передал его исполнителю по радиосвязи.

7. Во время семинара известного ученого ведется аудиозапись его лекции.

Самостоятельная работа учащихся организуется с применением учебных карт. Ниже приведен пример такой карты.

Учебная карта 1.

Задание 1. Анализируя тексты предложенных ситуаций, укажите в них форму представления и материальный носитель информации. Укажите необходимость их изменения или сохранения. _

Опорные знания Последовательность действий

Объект или материальная среда, выбранные для размещения сведений, называется материальным носителем информации. 1. Укажите в предложенной ситуации начальное состояние материального носителя. В тетради сделайте соответствующую запись.

Символы, фиксирующие содержание информации, называются знаковой формой или формой ее представления на материальном носителе. 2. Укажите в предложенной ситуации форму представления информации в исходном состоянии. В тетради сделайте соответствующую запись.

В процессах передачи и обработки информации возможно изменение формы представления и материального носителя информации при сохранении ее содержания. 3. Укажите в предложенной ситуации конечное состояние материального носителя. В тетради сделайте соответствующую запись.

4. Укажите в предложенной ситуации форму представления информации в конечном состоянии. В тетради сделайте соответствующую запись.

5. По результатам сравнения пунктов 1 - 4 сделайте вывод об изменении или сохранении носителя и формы представления информации. В тетради сделайте соответствующую запись.

Организация работы учащихся с данными ситуациями состоит в следующем. Учитель показывает образец выполнения деятельности, а далее учащиеся, анализируя ситуации с помощью учебной карты, записывают результаты в форме таблицы. Пример выполнения приведен в таблице 3.1.

Таблица 3.1

Результаты выполнения заданий_

Номер задания Носитель информации в исходном состоянии Форма представления информации в исходном состоянии Носитель информации в конечном состоянии Форма представления информации в конечном состоянии Результат

1 Сигнальные флажки в руках сигнальщика Положения флажков в руках сигнальщика, обозначающие определенные буквы Сигнальные флажки в руках сигнальщика Расшифрованные положения флажков, представленные буквами русского алфавита Носитель информации в исходном и конечном состояниях одинаков, форма ее представления изменяется

2 Воздух Звуки русского языка, распространяющиеся как колебания воздуха Воздух Звуки русского языка, распространяющиеся как колебания воздуха Носитель информации в исходном и конечном состояниях одинаков, форма ее представления одинакова

3 Бумага Текст на английском языке Бумага Текст, переведенный на русский язык Материальный носитель сохраняется, и знаковая форма информации меняется

4 Воздух Музыкальные звуки, распространяющиеся как колебания воздуха Воздух Музыкальные звуки, распространяющиеся как колебания воздуха Носитель информации в исходном и конечном состояниях одинаков, форма ее представления одинакова

5 Бумага Текст на русском языке 1. Лента телеграфа 2. Провода электрические 1. Знаки на ленте телеграфа 2. Электромагнитные колебания Носитель и форма представления информации изменяются

6 Электромагнитные колебания радиодиапазона Электрические импульсы разной длительности Бумажный носитель Набор символов условного кода Носитель и форма представления информации изменяются

7 Воздух Звуки речи Магнитная лента Участки ленты различной намагниченности Носитель и форма представления информации изменяются

Переход к усвоению учащимися последовательности выполняемых действий возможен при условии безошибочного выделения всеми учащимися носителя и формы представления информации. При этом необходимо организовать деятельность по анализу других ситуаций, но без применения учебной карты. Учащиеся вспоминают какие действия и в какой последовательности надо выполнить. На этой части урока учителю целесообразно использовать такой прием, как «взаимный контроль», когда сначала один ученик, находясь в

роли учителя проверяет результаты выполнения действий в таблице, полученной соседом, а затем их роли меняются.

На психологическом этапе «речи про себя», школьники работают самостоятельно, называя признаки и действия, и выполняют их. На контрольном этапе все учащиеся должны за короткое время указать носитель и форму представления информации в 1 - 2 предложенных ситуациях. На таком уроке учащиеся осуществляют анализ 8 - 10 ситуаций, что является необходимым и достаточным для усвоения формируемых первых трех действий общего подхода.

Приведем примеры ситуаций, с которыми работают учащиеся на данном уроке.

1. Роберт, сын капитана Гранта, узнал о координатах нахождения своего отца, высадившегося на берег после кораблекрушения, из записки в бутылке, которую подобрали в открытом море.

2. При ремонте железнодорожного полотна рабочие, находящиеся на значительном расстоянии друг от друга стучат по рельсу, извещая о перерыве или окончании работы.

3. Одноклассники, живущие в квартирах на разных этажах с общей трубой центрального отопления, посылают друг другу сообщения условным постукиванием по ней.

4. Былинный герой русской народной сказки получил известие о приближающейся вражеской коннице, приложив свое ухо к земле.

5. Игрушечный самодельный «телефон», состоящий из двух спичечных коробков, соединенных натянутой длинной нитью, использовался детьми, находящимся на значительном расстоянии друг от друга, для передачи условных сигналов.

Следует отметить, что все ситуации составляются или подбираются таким образом, чтобы при их анализе ученики применяли приобретенные знания изученной темы «Механические колебания и волны. Звук».

В качестве домашнего задания учащимся предлагается изучить дополнительный материал об ультразвуке и инфразвуке и выполнить такое же задание в следующих ситуациях:

1. Зрение у летучих мышей очень слабое - они почти слепые. Оказалось, что они способны издавать и воспринимать ультразвуковые колебания. Летучая мышь получает сигналы от препятствий и оценивает, в каком направлении от нее оно находится.

2. При ультразвуковом исследовании пациента врач получает информацию о локализации новообразования.

3. На судне получена информация о глубине моря методом эхолокации.

4. На исследуемую деталь направляется поток коротких ультразвуковых импульсов, которые отражаясь от дефектов, регистрируются приемником.

5. Известно, что дельфины используют эхолокацию для поиска добычи. Ультразвуковая волна определенной длины, распространяющаяся в воде, ориентирует его на рыбок определенной длины, входящих в его меню.

Для выполнения домашнего задания можно организовать работу в командах.

Таким образом, для формирования первых трех действий общего подхода в условиях экспериментального обучения было затрачено два урока. В итоге была проведена кратковременная самостоятельная работа, которая показала, что все учащиеся овладели этими действиями.

3.3. Методика формирования действий, связанных с выделением этапов преобразования знаковой формы и материального носителя информации и физических явлений, процессов необходимых для их

осуществления

На следующем, третьем уроке учащиеся начинают изучать новую тему «Магнитное поле и его графическое изображение» раздела «Электромагнитное поле». Выделяется время для проверки домашнего задания. Для этого организуется выступление представителей команд и обсуждение полученных результатов.

Затем осуществляется обучение учащихся выделению последовательных этапов изменения или сохранения формы представления и материального носителя информации, после чего можно переходить к выявлению физических явлений и процессов, лежащих в основе реализации этих этапов.

Также, как и ранее учитель на двух - трех примерах показывает образец выполнения данной деятельности, после чего организуется самостоятельная работа учащихся с применением учебной карты 2.

Учебная карта 2

Задание 2. Назовите последовательные этапы преобразования формы представления и материального носителя информации. Укажите физические

явления, процессы, лежащие в основе их осуществления.

Опорные знания Последовательность действий

Временные промежутки, на которых представленная информация находится на разных материальных носителях и представлена в разных знаковых формах называются этапами ее преобразования. 1. Выделите этапы, на которых изменяются материальный носитель, и форма представления информации

Физические воздействия на материальные объекты, приводящие к изменению их свойств, представляют собой физические явления, которые могут изменять носитель и (или) форму представления информации. 2. Назовите физические явления, которые могут быть использованы для осуществления выделенных этапов.

Знания данной темы успешно применяются для разбора ситуаций, связанных с обработкой информации, то есть с преобразованием её для сохранения в течение определённого времени или с целью последующей передачи.

Приведем примеры выполнения учителем действий, указанных в учебной карте 2, предварительно осуществляя первые три действия общего подхода.

Пример 1. Помощник звукорежиссера осуществляет запись различных звуковых эффектов (шум дождя, скрип двери и т.п.) с целью последующего монтажа фильма.

Данная задача связана с обработкой информации. Устанавливаем, что требуется записать и сохранить звуковые эффекты.

Первым действием выясняем, в какой знаковой форме и на каком материальном носителе требуется представить данную информацию. Если данная информация записывается на магнитофон, то материальным носителем представленной информации является магнитная лента, а знаковой формой будут ее участки, намагниченные различным образом.

Вторым действием устанавливаем знаковую форму и материальный носитель первоначальной информации. Знаковая форма - механические колебания звуковой частоты. Материальный носитель - упругая среда - воздух.

Убеждаемся в том, что надо преобразовать и знаковую форму, и материальный носитель информации.

Выделяем этапы преобразования знаковой формы и материального носителя заданной информации:

1. Преобразование звуковых колебаний в электрические той же частоты, затем усиление электрических колебаний звуковой частоты и передача их по проводам. При этом материальным носителем становятся электрические провода, знаковой формой - электрические колебания звуковой частоты.

2. Электрические колебания передаются по проводам на катушку электромагнита (записывающую головку), приведенную в контакт с магнитной лентой, движущейся равномерно. Материальным носителем является магнитная лента, знаковой формой - различно намагниченные участки этой магнитной ленты.

3. Для воспроизведения звука необходимо привести равномерно движущуюся магнитную ленту в контакт с другим электромагнитом. Полученные колебания электрического тока усилить.

4. Преобразовать электрические колебания звуковой частоты в механические колебания той же частоты, то есть в звук.

Физические явления, изменяющие знаковую форму и носитель информации: электромагнитная индукция, переменный электрический ток, намагничивание ферромагнитного вещества в магнитном поле переменного тока.

Пример 2. Секретарю директора газоперерабатывающего предприятия необходимо принять и сохранить устное сообщение, полученное по телефону в отсутствие начальника.

Устанавливаем, что требуется записать и сохранить устное сообщение, полученное по телефону.

Выясняем, в какой знаковой форме и на каком материальном носителе требуется представить принятую по телефону устную информацию. По условию, она должна быть представлена в виде голосового, устного сообщения директору. Материальным носителем при этом является упругая среда (воздух), а знаковой формой - звуковые колебания различной частоты и интенсивности в упругой среде.

Далее выясняем, что материальным носителем исходной информации также является упругая среда - воздух, знаковой формой - звуковые колебания различной частоты и интенсивности. Полученная секретарем, исходная информация должна быть сохранена на каком - либо техническом устройстве памяти. Предположим, что таким устройством является магнитофон. В этом случае материальным носителем служит магнитная лента, знаковой формой -области магнитной ленты, намагниченность которых ориентирована различным образом.

Устанавливаем, что необходимо осуществить преобразование и знаковой формы, и материального носителя одновременно.

Выделяем этапы преобразования знаковой формы и материального носителя исходной информации:

1. Звуковые колебания, распространяясь в воздухе, достигают подвижной мембраны микрофона, приводя в движение соединенный с ней проводник (катушку), находящийся в магнитном поле. В результате возникает переменный электрический ток, который передается по линии проводной связи. Материальным носителем на этом этапе преобразования являются электрические провода, знаковой формой - электрические колебания звуковой частоты. Физическое явление - возникновение электродвижущей силы индукции в движущихся проводниках (явление электромагнитной индукции).

2. Электрические колебания (переменный электрический ток) передаются по проводам на катушку электромагнита, расположенную в непосредственной близости от движущейся магнитной ленты. Материальным носителем служит магнитная лента, знаковой формой - различно намагниченные участки магнитной ленты.

Физические явления, необходимые для осуществления перечисленных этапов преобразования знаковой формы и материального носителя таковы: электромагнитная индукция, переменный электрический ток, намагничивание ферромагнетика в магнитном поле переменного тока.

Далее учащиеся приступают к самостоятельному выполнению заданий, сначала пользуясь учебной картой (2 - 3 задания), затем - без неё, но под взаимным контролем учащихся, при общем контроле со стороны учителя, после чего учащиеся работают полностью самостоятельно.

Процесс формирования этих действий также завершается кратковременной самостоятельной работой. При этом учащиеся уже не пользуются учебной картой.

Формирование этих двух действий осуществляется на четырех - пяти следующих друг за другом уроках данной темы одновременно с изучением но-

вого материала. При этом учитель выделяет часть времени на проверку домашних заданий, связанных с процессами передачи и обработки информации, которые учащиеся выполняли при изучении предыдущей темы.

При самостоятельной работе учащихся целесообразно организовать командную работу и предложить каждой команде по 1 - 2 задаче.

Приведем примеры заданий для самостоятельной работы учащихся.

1. Орнитологу Астраханского заповедника необходимо зафиксировать и сохранить голоса птиц исчезающих видов.

2. Корреспонденту надо сохранить интервью с выдающимся деятелем для его трансляции по радио.

3. Требуется получить копию концерта Д. И. Шаляпина, известного русского оперного певца, воспроизводимого с грампластинки.

4. Экскурсоводу, осуществляющему автобусную экскурсию по Москве, необходимо сообщать информацию о достопримечательностях города так, чтобы она была слышна каждому пассажиру

5. Дежурный справочного бюро аэровокзала, находящийся в закрытом звуконепроницаемой кабине, сообщает пассажирам информацию о времени вылета самолета конкретного рейса.

6. Работнику службы безопасности необходимо зафиксировать и сохранить информацию о ходе выполнения экипажем полета авиалайнера.

7. Специалисту по внешнеэкономической деятельности, занимающегося заключением договоров о сотрудничестве с зарубежными фирмами, нужно передать письменное подтверждение о сроках заключения договора с итальянской фирмой.

8. Гидроакустику военного крейсера необходимо установить местонахождение неизвестного объекта и получить эту информацию на экране радиолокатора.

Формирование у учащихся действий по выделению этапов преобразования знаковой формы и материального носителя информации и физических яв-

лений для их осуществления проводилось при изучении ими раздела «Электромагнитное поле» курса физики 9 - го класса. Учебный материал этого раздела, и обучение учащихся планировалось по урокам следующим образом:

1 урок. Магнитное поле и его графическое изображение. Неоднородное и однородное магнитное поле.

Обучение учащихся выделению этапов преобразования знаковой формы и материального носителя при обработке информации и выделению необходимых физических явлений. Выполнение заданий, связанных с обработкой информации.

2 урок. Направление тока и направления линий его магнитного поля.

Продолжение обучения учащихся выделению этапов и физических явлений. Выполнение заданий, связанных с обработкой информации.

3 урок. Обнаружение магнитного поля по его действию на электрический ток. Правило левой руки.

Продолжение обучения учащихся выделению этапов и физических явлений. Выполнение заданий, связанных с обработкой и передачей информации.

4 урок. Индукция магнитного поля. Магнитный поток.

Самостоятельная командная работа по выполнению пяти действий общего подхода на заданиях, связанных с передачей и обработкой информации.

5 урок. Явление электромагнитной индукции. Получение переменного электрического тока.

6 урок. Контрольная работа по установлению уровня усвоения пяти действий общего подхода.

В структуру следующих уроков включаются задания на выполнение предыдущих пяти действий и формируются следующие действия. Формирование действий, необходимых для усвоения учащимися общего подхода, идет наряду с объяснением нового материала учителем, поэтому задания подбираются с учетом применения изучаемых физических знаний темы.

3.4. Методика формирования действий, направленных на составление блок-схемы передачи или обработки информации и перечня технических устройств, необходимых для их осуществления

Обучение дальнейшим действиям организуется при изучении темы «Электромагнитное поле. Электромагнитные волны». При этом используются те же задания, на которых формировались предыдущие пять действий (п. 3.2. и п. 3.3.), а также новые задания, выполнения которых требует применения знаний этой темы.

Ориентиром для составления блок - схем могут служить схемы процессов приема - передачи и обработки информации, приведенные в параграфе 2.1. (стр. 42, стр. 48).

Учитель напоминает учащимся, что в блок - схеме процесса передачи и приема информации обязательно должны быть следующие элементы:

1) источник информации - бумажные и электронные средства информации, устная речь, музыка, графика, рисунки, видеоизображения, интернет;

2) техническое устройство, преобразующее носитель и знаковую форму информации для ее передачи в конкретной среде - кодирующее устройство;

3) передающее устройство, осуществляющее отправку подготовленной информации;

4) канал передачи информации - среда и система технических средств для передачи информации от источника к приемнику;

5) декодирующее устройство используется для преобразования знаковой формы и носителя полученной адресатом информации;

6) прием информации в удобной для восприятия адресатом форме осуществляется с помощью приемного устройства.

В качестве кодирующего устройства посылаемой информации могут выступать микрофоны различных типов, сканеры, клавиатура компьютера и другие.

Принимаемую информацию декодируют с помощью различных звуковоспроизводящих устройств, мониторов, принтеров.

Каналы передачи информации представляют собой каналы радиосвязи и каналы проводной связи - кабельные, волоконно-оптические и другие.

Для составления блок-схемы процесса обработки информации необходимы следующие элементы:

1) техническое устройство для ввода информации, осуществляющее преобразование ее знаковой формы и носителя;

2) устройство или совокупность технических устройств, являющиеся исполнителем обработки информации;

3) техническое устройство вывода информации.

К устройствам ввода информации относятся: микрофон, клавиатура, компьютерная мышь, сенсорный экран, световое перо для ввода графических данных, планшет, сканер, веб - камера, цифровые фото и видеокамеры и др.

Для вывода информации служат: принтер - устройство для вывода информации на бумагу, монитор, акустические колонки, графопостроитель и другие.

Эти знания визуализируются учителем в виде готовой информации на интерактивной доске, а учащиеся фиксируют ее в своих тетрадях или телефонах.

Завершается эта деятельность графическим изображением блок-схемы конкретного процесса с указанием технических устройств.

Учитель на конкретной ситуации показывает образец выполнения этих действий. При этом, называя каждое действие он фиксирует на доске результаты их выполнения.

Разберем в качестве примера такую ситуацию:

Пример 1. Вы передаёте медиафайл со своего телефона на телефон Вашего друга по Ыи^ооМ.

Данная ситуация связана с передачей информации. С учётом того, что телефон воспринимает информацию, представленную в виде двоичного кода,

устанавливаем, что требуется отправить закодированную информацию и получить её же в закодированном виде.

1. Устанавливаем, что материальным носителем является устройство электронной памяти, а знаковой формой - электрические импульсы.

2. Устанавливаем, что принятая информация должна иметь тот же материальный носитель и знаковую форму.

3. Так как необходимо отправить информацию на расстояние в несколько десятков метров, то необходимо изменить и материальный носитель, и знаковую форму посылаемой информации.

4. Выделяем последовательные этапы такого преобразования:

- Процессор устройства разбивает эту последовательность на порции или фрагменты, которые называются пакетами.

- Цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) осуществляет изменение знаковой формы и материального носителя, а именно - цифровой сигнал преобразуется в электромагнитную волну с частотой 2,40-2,48 ГГц, которая излучается антенной передающего устройства.

- Электромагнитная волна, достигая антенны Ыи^ооШ-модуля принимающего устройства, генерирует в ней аналоговые электрические сигналы, которые преобразуются аналого-цифровым преобразователем (АЦП) обратно в цифровые сигналы (пакеты), тем самым осуществляется изменение знаковой формы.

- Процессор приёмного устройства «собирает» принятые пакеты в единый файл и помещает их в память устройства, тем самым изменяя материальный носитель.

5. Физические явления, осуществляющие преобразования материального носителя и знаковой формы информации: электрический ток в виде электрических импульсов разной длительности, излучение и приём электромагнитных волн, распространение электромагнитных волн.

6. Блок-схема процесса изображена на рисунке 3.3.