Constantinescu Florica, profesor gradul I, fizică, Liceul Tehnologic de Transporturi Auto Târgovişte
Nicolaescu Ileana, profesor gradul I, fizică, Liceul Tehnologic de Transporturi Auto Târgovişte

Introducere

Integrarea cu succes a TIC în activitatea didactică face parte din evoluţia naturală a învăţării şi este o oportunitate dea integra ultimele descoperiri tehnologice cu interacţiunea şi implicarea oferite de modul traditional de cunoaștere. Utilizarea accentuată a tehnologiilor  moderne si  implicit  a  e-learning-ului în activitatea  didactică ar  putea  deveniuna dintre realizările importante ale secolului nostru.

Utilizarea  tehnologiilor informaționale moderne  atribuie  noi  dimensiuni  procesului  de  predare-învățare-evaluare.

Studii recente (2009) relevă că ariile prioritare susţinute de TIC sunt :  matematica (87%), limba engleză (77%) ştiinţele (62%).

Modernizarea calculatoarelor şi  conectarea instituțiilor gimnaziale şi  liceale la  Internet este o realizare importantă, însă impactul lor este limitat de numărul mic de calculatoare.

Inițiativele guvernamentale  de  a  introduce  internetul  in școli ar  putea conduce  la utilizarea tehnologiilor  moderne  în  şcoli  si  ar  putea produce  modificări  la  nivelul comportamentelor  intelectuale,  emoționale,  sociale  ale elevilor, concretizate  în  aspecte  precum:

• creșterea interesului de a învăța, creşterea frecvenței la ore, obținerea unei mai bune concentrări și stimularea lucrului  în  echipă,
• îmbunătățirea  rezultatelor școlare, dezvoltarea  competenței  de comunicare,
• optimizarea managementului proiectelor,  precum  și dezvoltarea  capacității de rezolvare  a

Pe lângă valențele formative ale utilizării  TIC, mijloacele  informatice moderne ar putea spori semnificativ  atractivitatea procesului educational. Unul   dintre   cele   mai   vizibile   beneficii   pe   care   le   aduce   TIC   este   accesibilitatea informaţiei.

Învăţărea  nu  mai  este  considerată   efectul  demersurilor  şi  muncii  profesorului, ci rodul interacţiunii elevilor cu calculatorul şi al colaborării cu profesorul.

Utilizarea   la   întâmplare,   fără   un   scop   precis,   la   un   moment   nepotrivit   a   calculatorului în timpul lecţiei duce la plictiseală, monotonie, ineficienţa învăţării prin neparticiparea  unor  elevi  la  lecţie,  nerealizarea  obiectivelor  lecţiei şi  poate  produce  repulsie faţă de acest mijloc modern de predare-învăţare-evaluare. Folosirea în exces a calculatorului poate duce la pierderea abilitaţilor practice, de calcul şi de investigare a realităţii,  la  deteriorarea  relaţiilor  umane.

De  asemenea,  calculatorul  este  extrem  de  util  deoarece  simulează  procese  şi fenomene complexe pe care nici un alt mijloc didactic nu le poate pune atât de bine în evidenţă.

Prin  intermediul  lui  se  oferă  elevilor,  modelări,  justificări şi  ilustrări ale conceptelor abstracte, ilustrări ale proceselor şi fenomenelor neobservabile sau greu observabile  din  diferite  motive.  Permite  realizarea  unor  experimente  imposibil  de  realizat  practic  datorită  lipsei  materialului  didactic,  a  dotării  necorespunzătoare  a  laboratoarelor şcolare  sau  a  pericolului  la  care  erau  expuşi  elevii  şi  profesorul.

Dintre aprecierile pentru o lecție realizată în această manieră se pot enumera:

• lecţia interactivă realizată cu ajutorul instrumentelor didactice IT determină elevul să reuşească o concentrare maximă (80% din timpul lecţiei);
• elevul se integrează în munca în echipă în proporţie de 75%;
• peste 50% din conţinuturile ştiinţifice sunt însuşite în lecţiile interactive;
• 45% dintre elevi apreciază evaluarea continuă şi semnificaţia ei

EXPERIMENTUL VIRTUAL

Fizica-știință este preocupată de stabilirea adevărurilor științifice în legătură cu fenomenele naturale. Pentru aceasta fizica foloseşte ca metode de cercetare observarea fenomenelor, experimentul şi generalizarea (teoria). Prin observare se face cercetarea fenomenului în condiţiile sale naturale de desfăşurare. Un experiment poate fi considerat ca experiment real, dacă acesta este realizat și studiat în condiții naturale. Iar, orice experiment care are drept scop studierea fenomenului respectiv în laborator (pentru stabilirea legităţilor, caracteristicilor fenomenului considerat), este totuși o reproducere a acestuia în condiții artificiale, aproape de cele naturale.

Practica şi experimentul (real sau de laborator) au de asemenea şi rolul de izvor al cunoştinţelor şi scop al cunoaşterii. Teoria se bazează pe prelucrarea datelor experimentale, obţinute în procesul măsurărilor.

Realizarea experimentelor în predarea fizicii  este dificilă din mai multe cauze, principalele fiind:

• lipsa de timp la lecție;
• dotarea parțială, insuficientă a laboratorului de fizică cu utilajul şi aparatele necesare,
• unele aparate și echipamente produse pentru laboratorul școlar, după calitatea lor, mai degrabă aparțin de clasa substitutelor decât de cea a aparatelor testate metrologic, ș.a.

Dar, chiar şi în cazul unei bune dotări a laboratorului de fizică cu cele necesare, orice experiment, inevitabil, cere mult timp pentru:

• pregătirea din timp a experimentului;
• realizarea experimentului la lecție,
• analiza rezultatelor experimentale ș.a.

Experimentul de laborator, în general, urmăreşte realizarea intenţionată a procesului sau fenomenului fizic studiat. Experimentul calitativ scoate în evidenţă doar aspectele principale în derularea unui fenomen sau a unei legi fizice, stabileşte relaţiile de tip cauză – efect.   Experimentul cantitativ urmăreşte în detalii desfăşurarea în spaţiu şi timp a unor fenomene, procese, legi, legităţi, proprietăţi ale obiectelor lumii reale. De data aceasta se stabilesc relaţii exacte între valorile mărimilor fizice caracteristice fenomenului respective.

Importanța și rolul experimentului de laborator în predarea–învăţarea fizicii sânt incontestabile, deoarece acesta educă gândirea abstractă, analitică și cea sistemică, raţionamentul deductiv şi inductiv, creează deprinderi de observare a lumii înconjurătoare şi de înţelegere a fenomenelor din natură. Cu toate acestea, una dintre problemele curente cu care se confruntă profesorul de fizică este dotarea laboratorului. Efectuarea unui experiment la lecțiile de lucrări de laborator frontale, necesită aparatură în număr mare de exemplare, iar o dotare bună ridică cu mult costurile în sistemul de învăţământ.

În procesul de predare, orice experiment de laborator trebuie foarte bine pregătit. Înaintea utilizării aparatelor, dispozitivelor la lecțiile de fizică, acestea în mod obligatoriu trebuie supuse testării, verificării stării lor de lucru. Nu este exclusă necesitatea de reparare sau de înlocuire operativă a aparatelor uzate sau defectate.

Calculatorului îi revine un rol deosebit în modelarea, reproducerea și studierea fenomenelor, proceselor naturale, proceselor tehnologice prin realizarea experimentelor virtuale.

Modelarea fenomenelor, proceselor fizice, a experimentelor pe calculator este, desigur, un tip nou de modelare, nemaiîntâlnit până nu demult în sfera învățământului. Rolul instalaţiei experimentale îl îndeplineşte calculatorul asigurat cu o programă specială, elaborată pornind de la modelul științific al fenomenului sau procesului fizic considerat. Iar programul de instruire este un produs intelectual pedagogic ce se transpune în programul computer rezultând astfel un produs informatic.

În predarea-învățarea fizicii experimentul virtual vine să diminueze sau să înlăture o parte din neajunsurile care apar la realizarea experimentului de laborator.

Mai mult ca atât, experimentul virtual completează componenta experimentală a cursului de fizică. Un experiment virtual de calitate, bine gândit şi realizat pe baza modelului științific al fenomenului considerat, constituie o reelaborare originală a conceptului științific și este foarte aproape de experimentul de laborator.

Efectuarea experimentului virtual înlesneşte elucidarea proceselor, fenomenelor şi legilor fizice prin efectuarea aceluiaşi experiment în toată complexitatea lui. Această performanță poate fi atinsă numai dacă experimentul virtual este realizat pe calculator pe baza modelului fizic științific al fenomenului sau procesului studiat. Numai în acest caz experimentul pe calculator este aproape de cel de laborator și are o funcționalitate instructivă dublă: de experiment de cercetare și ca sursă de cunoaștere. Măsurătorile și calculele îi dau aplicației elaborate științific un caracter practic, de finalitate în studiul fenomenului sau procesului respectiv. Efectuarea măsurătorilor în experimentul virtual înlătură plictiseala, provocată elevilor la utilizarea unor simulări simpliste, mult prea aproximative, ale fenomenelor fizice pe ecranul calculatorului. Mai mult ca atât, un experiment virtual cantitativ, elaborat pe bază științifică, poate fi folosit de către elevi sau studenți la verificarea experimentală a corectitudinii soluționării multor probleme de calcul la tema respectivă. Din motive expuse mai sus, această simbioză dintre experiment și rezolvarea unei probleme de calcul (la aceeași temă) este irealizabilă în cadrul laboratorului de fizică.

Fenomenele fizice modelate pe calculator au un caracter intuitiv și practic mult mai pronunţat decât cele reproduse în laborator.

Procesele fizice modelate pe calculator sânt mult mai clare şi dinamice, intervențiile și consecințele lor au loc în timp real. La schimbarea controlată a valorilor mărimilor fizice sau a parametrilor tehnici ai dispozitivului, schimbările respective se produc pe ecran, în faţa elevului/studentului. În acest caz elevul/studentul dobândeşte singur cunoştinţe, găseşte şi înţelege mai bine, mai profund şi într-un timp mult mai scurt legităţile fizice principale ale fenomenului sau procesului fizic studiat.

Predarea-învățarea fizicii pe calculator are un mare avantaj – timpul de însușire a informației se reduce cu 30-40% față de învățarea tradițională, iar programul odată parcurs este asimilat în întregime. Această metodă modernă de predare-învățare cu ajutorul calculatorului realizează individualizarea și diferențierea învățământului.

Utilizând calculatorul, elevul cu adevărat, studiază un model științific, teoretic al fenomenului. Dar aceasta nu înseamnă că modelul teoretic, realizat în varianta virtuală, nu poate fi adus aproape de cel real, prin introducerea și acțiunea unor factori colaterali sau suplimentari, adesea străini fenomenului studiat.

Exemplu: calitatea figurii inelelor Newton, observate în laborator, depinde mult de starea suprafeței lamei de sticlă aflată sub lentila convexă. În aplicația virtuală calitatea figurii inelelor Newton, în mod controlat, poate fi ”deteriorată” prin formarea diferitor aspirități pe suprafața lamei optice. Această variantă a experimentului cu dispozitivul lui Newton nu are drept scop demonstrarea posibilităților calculatorului ca instrument. Scopul real este cunoașterea principiului fizic și însușirea unei metode optice, utilizată în practica metrologică la verificarea și aprecierea calității suprafețelor diferitor lamele.

Modelele interactive permit schimbarea în limite foarte largi a parametrilor şi condiţiilor experimentelor. Astfel, într-un timp scurt, modelând diverse situaţii (cele mai multe irealizabile în experimentul de laborator) se efectuează o investigaţie mai complexă a fenomenului considerat. Exemple. Nici un experiment, în condiţiile unui laborator real, nu permite un studiu atât de complex al fenomenelor optice (de interferenţă, difracţie, etc.) după cum îl realizăm în experimentul virtual. Astfel, la studierea fenomenului de difracție a radiațiilor optice putem observa și studia figurile de difracție formate la trecerea luminii prin orificii de orice configurație și cu dimensiuni reglabile. Iar la studierea interferenței localizate –inelele lui Newton – avem posibilitatea realizării unui complex de cercetări (calitative și cantitative). Aici putem varia valorile a trei dimensiuni liniare ale schemei și dispozitivului și a patru mărimi optice. Astfel de aplicații îi dau utilizatorului posibilități unice de realizare a unui studiu complex al fenomenului respectiv la nivelul de cercetare științifică. Iar cercetarea științifică, după cum s-a scris mai sus, reprezintă cea mai puternică și eficientă metodă în procesul de cunoaștere.

Durata demonstrării unui experiment virtual este doar de câteva minute, efectuarea unei lucrări de laborator ține de la 5 până la 20 minute, deci, se câștigă timpul prețios la lecția de fizică, se mărește volumul de informație comunicat într-o unitate de timp, învățământul este centrat pe elev, care dobândește de unul singur propriile cunoștințe, ș.a.m.d.

Un rol deosebit îl au experimentele virtuale în cercetarea unor fenomene, procese şi în găsirea variantelor optimale ale unui dispozitiv, aparat sau proces tehnologic. Astăzi toate tehnologiile performante sânt elaborate mai întâi pe calculator, cu ajutorul căruia se face un studiu complex care are la bază analiza multifactorială. Se modelează tot: de la proiectarea și lansarea navelor cosmice, curgerea fluidelor, comportarea sistemelor ecologice până la comportarea particulelor elementare în condiții extreme. Se câştigă timp şi se fac mari economii de resurse energetice și materiale necesare pentru elaborarea, probarea şi optimizarea unui aparat, dispozitiv, a unei piese de automobil sau proces tehnologic etc.

Experimentele şi lucrările de laborator virtuale la fizică, pe de o parte, îi ajută pe elevi în procesul de studiere şi cunoaştere complexă și aprofundată a fizicii, iar, pe de altă parte, le serveşte un bun exemplu de aplicaţii practice ale modelării științifice şi simulării pe calculator pentru alte domenii din viitoarea lor activitate profesională. Tocmai la efectuarea experimentelor virtuale se realizează de minune o conexiune interdisciplinară dintre fizică, matematică, metrologie, informatică, etc.,lucru greu de realizat la alte discipline.

Blended learning (BL)

(BL) = forma de instruire în care metodele tradiţionale de instruire sunt combinate cu cele care utilizează noile TIC din cadrul educatiei la distanta si ale educatiei online.

Asigură un set de instrumente şi metode care faciliteaza trecerea de la un mediu de învăţare centrat pe professor şi pe material didactice tiparite, la un mediu colaborativ, interactiv, centrat pe student si pe procesul de învăţare.

Avantaje si dezavantaje BL

Avantaje:

• Independeţa geografică şi mobilitatea
• Accesibilitatea on-line;
• Educaţie personalizată centrată pe elev;
• Îmbină educaţia tradiţională cu educaţia online;
• Timp redus de studiu
• Metode pedagogice diverse;

Dezavantaje

• Experienţa TIC pentru proiectare
• Complexitate în utilizare
• Necesită infrastructură în utilizare;
• Costuri mari de proiectare;
• Durata mare de realizare;

Concluzie

Utilizarea tehnologiei informaţiei şi a comunicaţiilor la disciplinele informatice constituie un răspuns la nevoia de diversificare a conţinuturilor orelor petrecute în sala de clasă, în laboratorul de informatică, dar şi în afara şcolii în pregătirea individuală a elevilor şi a profesorilor.

Bibliografie

1. Blended Learning in Higher Education: Framework, Principles, and Guidelines, D.R. Garrison, N. D. Vaughan, Editura John Wiley (2008),
2. Palicica Maria, Gavrilă Codruță, Ion Laurenția, Pedagogie, Editura Mirton, Timișoara, 2007, p.480, Laborator virtual,
3. http://www.elearning.ro/valoarea-noilor-tehnologii-n-procesul-instructiv-educativ.