1 Proiectarea softurilor educationale
Softul educational presupune un program de instruire si autoinstruire, care este un produs pedagogic si un program - computer, care este un produs informatic. Calitatea unui soft educational depinde, in egala masura, de valoarea lui tehnica si pedagogica.
Din bibliografie se citeaza doua definitii ale softurilor educationale:
Softul educational reprezinta orice produs software, in orice formal (.exe sau nu) ce poate fi utilizat pe orice calculator si care reprezinla un subiect, o tema, un experiment, o lectie, un curs, o unitate de invatare etc, fiind o alternativa sau unica solutie fata de metodele educationale traditionale. (Vlada, M.)
Softul pedagogic/educational reprezinta un program informatizat, proiectat special pentru rezolvarea unor sarcini sau probleme didactice/educative prin valorificarea tehnologiilor specifice instruirii asistate de calculator. (Adascalitei, A., Brasoveanu, R., 2002)
Dezvoltarea IT&C a determinat deplasarea accentului de la procesele cognitive periferice (atentia, perceptia, incarcarea motivationala) catre procesele cognitive centrale (memoria, rationamentul, rezolvarea de probleme) si procesele noncognitive (motivatie, afectivitate). Astfel, se pot identifica trei directii de abordare ce pot servi la proiectarea softurilor educationale (directii noi in didactica), avand in centru, elevul, in concordanta cu principiile softurilor educationale.
Impartirea in pasi sau secvente de instruire mai extinse sau mai comprimate, urmate de feedback, permite parcursuri individuale prin intermediul elevului, prin dozarea timpului si a efortului, in functie de capacitatile cognitive. Datorita nivelului ridicat de interactivitate, utilizatorul poate sa-si aleaga traseul propriu in cautarea informatiilor dorite. Utilizarea meniurilor sau hyperlegaturilor este folosita pentru diferentierea sau individualizarea instruirii.
Un soft educational, utilizat in forma de organizare pe clase si lectii trebuie sa tina cont si de resursele de timp. De exemplu, lectia de autoinstruire nu trebuie sa depaseasca 20-30 min, demonstratiile. 10 min, verificarea cunostintelor nu trebuie sa dureze mai mult de 10-30 min. Depasirea acestor intervale de timp determina oboseala vizuala, scaderea atentiei, atenuarea efectului motivational, instalarea unei atitudini negative, diminuarea elementului de curiozitate.
Utilizarea unui soft educational produce modificari de comportament si de rol, mai ales in cazul profesorului. Rolul acestuia se innoieste in mod fundamental la nivelul elaborarii programului: un soft educational mobilizeaza competenta unor profesori, pedagogi, psihologi care colaboreaza cu experti (informaticieni, tehnicieni, designeri) in realizarea softului. Proiectarea unei lectii interactive de o ora solicita un efort de 100 pana la 300 de ore de proiectare didactica si a programului.
De asemenea, rolul profesorului se modifica si la nivelul managementului clasei si a lectiei: profesorul coordoneaza/dirijeaza activitatea.
Etapele realizarii unui soft educational utilizat in forma de organizare pe clase si lectii:
I. Programarea didactica:
1. Se definesc scopul si obiectivele instructiv - educative (masurabile);
2. Se impart continuturile in pasi sau secvente de instruire;
3. Se stabilesc strategiile didactice: metode, resurse materiale, forme de organizare, posibilitati de diferentiere;
4. Se stabilesc forme de evaluare si autoevaluare.
II. Programarea informatica:
1. Se stabileste algoritmul programului;
2. Se identifica date de intrare, date de iesire;
3. Se scrie codul sursa (codul program);
4. Se realizeaza interfata cu utilizatorul.
Un produs informatic este un ansamblu de unitati de dialog om -calculator, in maniera logica, fiecare set de dialoguri raspunzand unui obiectiv pedagogic precis, intreg ansamblul fiind subordonat unui scop educativ. in figura II. 1 se prezinta structura unitatii de dialog om-calculator (Radu, I., Ionescu, M., 1987).
In contextul interactiunii om-calculator, dialogul are loc intre un utilizator si sistemul de calcul, prin intermediul unei interfete. Interfata cu utilizatorul reprezinta acea parte a unui program calculator care mijloceste interactiunea dintre utilizator si masina. Comunicarea se face Prin limbaj natural, limbaje artificiale de comanda sau manipulare directa (cu meniuri, ferestre, butoane,). Se pot face diferite clasificari ale stilurilor de interactiune. O posibila grupare ale acestora, relativ la dispozitivul utilizat pentru manipularea interfetei.
De cele mai multe ori, softul educational este o combinatie de interfete, care au coduri sursa in diferite limbaje de programare si in care sunt incluse mesaje multimedia (imagini, sunete).
Specificul utilizarii softurilor educationale la lectia de fizica
|
Ca disciplina scolara, fizica studiaza fenomenele fizice, proprietatilor fizice ale corpurilor si campurilor si posibilitatile de aplicare practica a cunostintelor dobandite. Fenomenele fizice, fiind procese pe care le sufera sistemele fizice, pot fi percepute de elevi prin observatie sau experiment, in cadrul carora se modifica conditiile de desfasurare si se urmareste evolutia in timp a sistemelor.
Studierea de catre elevi a fenomenelor fizice implica parcurgerea unor clape cognitive delimitabile prin urmarirea logicii si demersului descoperirilor stiintifice. Se vor analiza pe rand aceste etape si se vor identifica contributii ale softurilor educationale in studiul fenomenelor fizice:
Este necesar ca elevii sa perceapa fenomenul fizic, sa observe schimbari in timp ale sistemului fizic studiat. in lectia de dobandire de noi cunostinte acest lucru se asigura prin intermediul experimentului didactic, folosindu-se trusele de fizica existente in scoli. Reproducerea in fata elevilor a fenomenului, vizualizarea sistemului fizic ce urmeaza a fi studiat este de o mare importanta si nu poate si nici nu trebuie suplinita prin alte mijloace. Exista insa si situatii in care utilizarea softurilor educationale inlesneste trecerea de la operatiile concrete de gandire (ce se intampla?, cum se desfasoara fenomenul?) la cele formale (cum definim fenomenul?, ce marimi fizice se modifica in desfasurarea lui?).
in aceasta etapa softurile educationale pot servi pentru: simularea si modelarea virtuala a unor fenomene sau procese care nu se pot reproduce experimental (fenomenele atomice si nucleare), intr-un timp prea lung sau prea scurt pentru observator (ciocnirile);
simularea varietatii de desfasurare a fenomenului studiat, cu schimbarea conditiilor de desfasurare, ceea ce permit generalizari necesare definirii procesului;
2. Etapa descoperirii legitatii existente in desfasurarea fenomenului implica alcatuirea unui model cu care se va opera inductiv sau deductiv. Relatiile cauzale descoperite se exprima printr-o lege fizica care descrie relatia cauza-efect. in aceasta etapa, contributia softurilor educationale se refera la:
modelarea mecanismului de desfasurare a unui fenomen
(interferenta explicata pe baza principiului lui Huygens,
propagarea luminii, ca unda electromagnetica);
modelarea variatiei in timp a unor marimi fizice asociate
procesului studiat (in miscarea rectilinie uniforma sau uniform variata);
transformarea calculatorului electronic in aparat de masura
virtual pentru culegerea, prelucrarea datelor si afisarea rezultatelor experimentale.
3. Etapa aplicarii legii fizice in practica ii convinge pe elevi de utilitatea acesteia. Ea poate fi facilitata prin exersarea si modelarea pe calculator (formarea imaginilor in instrumentele optice, modelarea functionarii unui reactor nuclear).
Realizarea unei biblioteci de aplicatii interactive la fizica
|
Lucrarea de fata doreste sa surprinda cadrul didactic in mai multe roluri: specialist in disciplina predata, pedagog, psiholog, informatician. Primul rol ii cere sa cunosca bine continutul disciplinei pe care o preda, ca psiholog este necesar sa investigheze si sa identifice particularitatile fiecarui elev caruia i se adreseaza elev, ca pedagog trebuie sa prelucreze continuturile pentru a le integra intr-o strategie de predare - invatare -evaluare de succes pentru elev, care include softul educational, realizat de el ca informatician.
Programe si platforme utilizate in realizarea sorturilor educationale
Pentru ca sunt o combinatie de informatii, pentru realizarea softurilor educationale se utilizeaza aplicatii sau programe.
Pentru elaborarea softurilor educationale descrise in cele ce urmeaza s-au folosit: pentru editare de texte (Microsoft Word), pentru editarea ecuatiilor (Microsoft Ecuation Editor), pentru baze de date (Microsoft Access), pentru editarea paginilor web (Macromedia Dreamweaver, Ulead Photolmpact) pentru imagini (Paint, Corel Draw, Paint Shop Pro), pentru inregistrarea sunetelor (Sound Recorder), pentru realizarea animatiilor (3D Studio Max, Animation Shop, Ulead Cool 3D, Macromedia Flash), pentru programe (LabVIEW).
Pentru ca nici una dintre aplicatii nu este de tip .exe, acestea sunt dependente de platforma (mediul de instruire). Softurile educationale realizate ruleaza pe platformele: Internet Explorer, Netscape, Mozzila (pentru fisiere de tip .htm - pagini web), LabVIEW (pentru fisiere de tip .vi - programe grafice), Windows Media Player sau BSPlayer, (pentru fisiere .avi sau ,mp4 - animatii), Windows Media Player sau Winamp (pentru fisiere de tip .wav, mp3 etc - sunete), Microsoft Access (pentru fisiere de tip .dbf-baze de date).
Softurile educationale realizate s-au stocat pe suporturi magnetice: hard-disk-uri, CD-uri, DVD-uri si s-au publicat pe Internet.
Biblioteca de aplicatii interactive la fizica
Se vor prezenta mai jos cateva softuri educationale realizate de autorul lucrarii:
1. Mica enciclopedie de fizica
Descriere:
Aplicatia este o baza de date relationala Access care face inventarul conceptelor de fizica cu link-uri spre aplicatii interactive LabVIEW si multimedia, ce permit modelari ale conceptelor. Utilizatorul trebuie sa navigheze prin baza de date pentru a descoperi modele ale conceptelor invatate, iar prin adaugarea inregistrarilor, sa completeze informatiile dupa modelul oferit. Aceste informatii trebuie organizate apoi in rapoarte, pentru a putea fi utilizate in afara aplicatiei.
Valente didactice:
Ca auxiliar didactic:
- in lectiile de recapitulare si sistematizare - este un inventar al conceptelor specifice fizicii;
- in lectiile de predare si insusire a cunostintelor - pentru simularea unor fenomene, modelarea unor sisteme fizice; -pentru documentare - este o colectie de informatii din toate domeniile fizicii.
Ca instrument de evaluare - aceasta poate fi completata integral de catre elev, constituindu-se ca un portofoliu complex, pe parcursul unui ciclu de scolarizare, an scolar, pe unitate de invatare sau tema. Chiar in forma prezenta, permite adaugarea inregistrarilor.
Realizarea softului:
Identificarea entitatilor sistemului si a legaturilor dintre ele:
S-au identificat elementele sistemului modelat si s-au grupat pe categorii, entitati, pentru fiecare entitate urmand a se realiza tabele
Proiectarea obiectelor bazei de date si a relatiilor dintre ele, pe baza modelului stabilit:
in urma analizei modelului, s-au identificat elementele necesare realizarii aplicatiei. S-au proiectat tabele (in care se stocheaza datele cu care se opereaza) intre care se stabilesc relatii. Legaturile dintre tabele sunt de tipul "unul la mai multi" (ex: domeniul marimi fizice are mai multe subdomenii - fundamentale, derivate, suplimentare) si de tip "mai multi la mai multi" (exemplu: fiecare dintre domenii - fenomene, legi, modele are mai multe subdomenii - mecanice, termice, electromagnetice, ). Interogarile permit operatii diferite asupra campurilor din tabele si organizarea datelor in formulare si rapoarte (listarea informatiilor cautate dupa diverse criterii).
Proiectarea interfetei aplicatie - utilizator:
Este vorba de un formular principal (formularele reprezinta interfata cu utilizatorul) care sa manevreze prin controale alte formulare structurale pe domenii si subdomenii, la care se adauga un meniu personalizat. Pentru automatizarea actiunilor, coordonarea functiilor aplicatiei s-au proiectat procedurile eveniment (proiectarea meniurilor si butoanelor) la care aplicatia trebuie sa raspunda. S-au realizat link-uri cu alte programe si aplicatii (LabVIEW, Word, fisiere multimedia).
Realizarea aplicatiei:
S-au adaugat inregistrari in tabele, s-au adaugat detalii la formularele create, ce indeplinesc diferite functii (adaugarea unei inregistrari noi, navigarea printre inregistrari,). S-a testat fiecare formular, apoi intreaga aplicatie.
Interfata aplicatiei cu utilizatorul
Interfata cu utilizatorul este o colectie de formulare, meniuri si submeniuri. Formularul principal este un punct de comanda. Acesta este afisat la lansarea aplicatiei si ofera posibilitati de miscare pentru realizarea sarcinilor aplicatiei. Un grup de obiecte sau sarcini inrudite pot fi apelate prin actiuni asupra acestui formular. Atunci cand utilizatorul face o selectie dintr-un meniu sau o lista sau/si actioneaza un buton de comanda, aplicatia va afisa un formular particularizat pentru acel grup de obiecte. Pentru navigare se utilizeaza mouse-ul si tastatura.
Realizarea si integrarea aplicatiilor multimedia in formulare Pentru formularul principal s-a inserat o imagine, un puzzle construit cu aplicatia interactiva "The Incredible Machine", titlul aplicatiei este realizat in 3D Studio Max si prelucrat cu Adobe PhotoShop. in celelalte formulare s-au inserat obiecte de tip OLE (Objects Link Embeded) - fisiere text realizate cu editorul de texte Microsoft Word., ecuatii realizate cu
Microsoft Ecuation Editor, animatii realizate cu 3D Studio Max si sunete inregistrate cu Sound Recorder si inserate in fisierele de animatie.
Descriere:
Aplicatiile interactive sunt realizate cu mediul de programare grafica LabVIEW. LabVlEW utilizeaza un limbaj grafic de programare, accesibil tuturor, in care liniile de cod scrise, intilnite in limbajele de programare clasice, Basic, Pascal, C++, sunt inlocuite de simboluri grafice asezate intr-o diagrama bloc. Interfata cu utilizatorul este extrem de simpla si atractiva si se numeste panou frontal. Programul cu extensie .vi poate fi rulat numai pe platforma LabVIEW.
Spre deosebire de alte limbaje clasice de programare, LabVIEW permite achizitionarea de date din exterior printr-o placa speciala in scopul monitorizarii si controlului unor procese de la distanta. in laboratorul de fizica, cu un soft corespunzator, calculatorul poate inlocui orice instrument de masura clasic, analogic cu unul digital.
Valente didactice:
Ca auxiliar didactic utilizat in scopul:
simularii varietatii de desfasurare a fenomenului studiat, cu schimbarea conditiilor de desfasurare (ex: Aruncarea sub un unghi, Aruncarea pe orizontala);
autoinstruirii frontale intr-o forma de organizare individuala, la lectia de fizica (Modelul Bohr al atomului de hidrogen);
diferentierii instruirii pe grupe de nivel, organizata individual (Miscarea rectilinie a punctului material). Ca instrument de evaluare:
pentru evaluarea formativa si sumaliva si pentru autoevaluare. Egalizarea aplicatiilor:
Se prezinta, mai jos, doua dintre aplicatii:
Aruncarea sub un unghi
Aplicatia este utilizata demonstrativ la lectia de fizica, clasa a IX-a, pentru simularea si reprezentarea grafica a traiectoriei y=f(x) unui corp aruncat sub un unghi. Elevul poate observa forma traiectoriei si modificarea inaltimii maxime si bataii, in functie de valoarea vitezei initiale si a unghiului sub care este aruncat corpul.
Dialogul cu calculatorul se face prin intermediul tastaturii si mouse-ului. Elevul introduce datele de intrare (viteza initiala si unghiul), programul executa instructiunile din cod si afiseaza datele de iesire (traiectoria, tabelul de valori pentru y=f(x), inaltimea maxima si bataia).
Modelul Bohr al atomului de hidrogen
Aplicatia prezinta modelul Bohr al atomului de hidrogen. Elevul poate observa modelul atomului (miscarea electronului in jurul nucleului), poate descrie modelul nivelelor de energie pentru atomul lui Bohr, poate descoperi relatiile de cuantificare.
Se prezinta etapele realizarii programului de autoinstruire:
Programarea didactica:
1. Se definesc scopul si obiectivele instructiv - educative (masurabile):
Scop:
Modelarea nivelelor energetice ale atomului de hidrogen si generarea elementele sirurilor valorilor cuantificate.
Obiective operationale:
01 - Elevii sunt capabili sa deduca relatiile de cuantificare, ca reguli ale sirurilor valorilor cuantificate pentru L, r, E, pe baza sirului generat de program;
02 - Elevii sunt capabili sa descrie modelul nivelelor de energie ale atomului de hidrogen, model generat dinamic de program.
2. Se impart continuturile in pasi sau secvente de instruire: => generarea sirurilor - deducerea regulii sirului;
=> modelarea nivelelor de energie - descrierea modelului.
3. Se stabilesc strategiile didactice: metode, resurse materiale, forme de organizare, posibilitati de diferentiere:
Metode: modelare matematica, modelare figurala, studiu de caz, descoperire, invatare virtuala.
Resurse materiale: softul educational, calculatoare legate in retea. Forma de organizare: individuala, frontala.
4. Se stabilesc forme de evaluare si autoevaluare:
Evaluare si autoevaluare formativa asistata de calculator
Programarea informatica:
1. Se identifica date de intrare, date de iesire: Date de intrare:
Variabile: numarul cuantic principal (n), constante (constante fizice: h, e, m, pi, cifre) Date de iesire:
Sirul valorilor L,, rh £,, cinci valori consecutive din sirurile L", rm En si o diagrama a valorilor energiei starilor stationare.
2. Se scrie codul sursa (codul program):
in figura 11.5 se prezinta secventa de cod care calculeaza valorile L," r" si E" pentru o valoare data a lui n, utilizand relatiile matematice de cuantificare.
