Method for designing physics glossary.pdf Введение На современном этапе развития науки и техники предполагается необходимость постоянного обновления учебных материалов. В реальности серьезное обновление учебной и справочной литературы происходит реже одного раза в 10 лет. Подобная ситуация приводит к необходимости постоянного самообразования. Однако чтобы понимать учебную и специальную литературу, необходимо владеть основными терминами понятийного аппарата соответствующей области знаний. Именно поэтому на первый план сегодня выходят различного рода словари, справочники, глоссарии. Анализ существующих в печатном и электронном виде глоссариев, справочников и словарей [1-5] позволил сделать следующие выводы: - определения часто не полны; - во многих справочных материалах не хватает формул, иллюстраций, примеров; - словари и глоссарии чаще всего имеют отношение к конкретному уровню обучения, что делает его узким для более высоких ступеней обучения или, наоборот, недоступным для восприятия из-за специфических терминов и неизвестного математического аппарата. Устранить приведенные недостатки возможно, расширяя словари и глоссарии до информационно-справочной системы. Под информационно-справочной системой будем понимать программу, предназначенную для сбора, хранения и выдачи информации по запросу пользователя. Целью работы стала попытка сформулировать требования к формированию материалов информационно-справочной системы по физике, а также описать способы их реализации. 1. Требования к формированию материалов информационно-справочной системы Современное образование в условиях быстро увеличивающегося количества информации должно подразумевать огромную самостоятельную работу учащегося. Это возможно при использовании информационно-коммуникационных технологий. Именно поэтому основные требования к современной информационно-справочной системе (на примере курса физики) могут быть сформулированы следующим образом: - система должна быть в свободном доступе в режиме on-line или доступна для скачивания, это требует использования интернет-технологий и технологий гипермедиа при построении системы; - система должна быть универсальной, т.е. доступной для всех уровней обучения; - система должна выдавать информацию, доступную для понимания на соответствующем уровне обучения; - система должна содержать лишь необходимые для освоения курса понятия, а также давать возможность переходить к смежным отраслям знаний, что можно реализовать используя технологию гиперссылок; - понятия в системе должны делиться по тематическим разделам и сортироваться по алфавиту в пределах раздела для обеспечения удобства работы; - должна быть предоставлена возможность поиска понятий в системе; - каждая статья системы должна содержать кроме определения дополнительную информацию, важную для смысла понятия; - для каждого понятия желательно указывать взаимосвязанные понятия и ссылки на них (в пределах системы), например, величины, которые входят в формулы. Рассмотрим некоторые из требований, которые практически не реализованы в справочных материалах: - универсальность; - полнота; - взаимосвязанность. 2. Универсальность материала Рассмотрим требование к универсальности материала на примере курса физики. Курс физики входит в естественнонаучный цикл дисциплин и изучается на всех уровнях образовательной системы и отличается периодичностью, т.е. на каждом уровне образования изучается раздел курса на более высоком уровне. Это связано с освоением учащимися широкого круга понятий и более сложного математического аппарата. Условно можно разделить курс на 4 уровня обучения: 1) знакомство с основными явлениями и процессами, происходящими в окружающем мире (до 7-го класса в курсе природоведения, окружающего мира или вводном курсе физики и химии); 2) формирование понятийного аппарата, знакомство с основными физическими законами, теориями и процессами (7-9-й классы), происходящими в макромире; 3) основы фундаментальной подготовки по курсу (10-11-й классы), освоение понятий макромира и микромира; 4) формирование знаний о строении, законах и процессах, происходящих в мега-, макро- и микромире (вуз и послевузовское образование). Различие в количестве понятий, изучаемых на каждом уровне образовательной системы (по одному из разделов), наглядно демонстрирует рис. 1. Но главное различие между уровнями обучения в курсе физики заключается в различном математическом аппарате на каждом этапе обучения. Так, например, первое представление о скорости учащиеся получают в 7-м классе и определяют ее как отношение пройденного пути ко времени, за которое проделан этот путь (используется понятие разности). В старших классах вводится понятие производной, и уже в этот момент школьникам доступно другое определение скорости как быстроты изменения пути по времени (понятие производной пути по времени). Кроме того, на более высоких уровнях обучения часто появляются понятия и законы, которые не могли быть изучены ранее из-за недоступности математического аппарата, например понятие о циркуляции полей, градиенте температур и т.п. Отсюда и происходят два требования к справочным материалам: они должны быть универсальными, т.е. доступными для всех уровней обучения, но при этом система должна выдавать информацию, доступную для понимания на соответствующем уровне обучения, это требование можно реализовать либо ограничивая доступ в соответствии с уровнем обучения, либо предлагая учащемуся самому выбрать уровень обучения, при этом не ограничивая его доступ к материалам более высокого уровня. 3. Полнота материалов Любой глоссарий или словарь представляет собой список определений основных понятий. В условиях самостоятельного или дополнительного образования этого недостаточно, поэтому сформулируем основные требования к содержанию статьи информационно-справочной системы по физике: - определение понятия в соответствии с уровнем обучения; - необходимые формулы; - поясняющие рисунки; - примеры использования явления или объекта; - справочная информация (историческая, единицы измерения и т.п.), если таковая имеется. Для примера рассмотрим статью о скорости на двух уровнях обучения. Понятие «cкорость» встречается уже в вводном курсе физики и химии в 5-6-х классах [6] и содержит следующее определение: СКОРОСТЬ показывает, какой путь проходит движущееся тело за единицу времени, обозначение , единица измерения 1 м/с. Кроме того, для понимания понятия необходима формула В качестве примера можно привести иллюстрацию из того же учебника по сравнению различных скоростей. В вузовском курсе появляется понятие производной и определение скорости трансформируется [7]: СКОРОСТЬ v есть векторная величина, равная первой производной радиуса-вектора движущейся точки по времени. СКОРОСТЬ - это векторная физическая величина, характеризующая быстроту движения. Единица измерения в системе СИ - 1 м/с. При этом в зависимости от выбранного уровня обучения система должна приводить к соответствующей статье о скорости. Статья, кроме определения, соответствующего уровню обучения, содержит необходимую формулу и поясняющий рисунок, а также необходимую информацию о единицах измерения (рис. 3). 4. Взаимосвязанность понятий курса Требование к взаимосвязанности понятий в системе приводит к необходимости установления взаимосвязанных понятий и отношений между ними. Для определения структуры материалов системы удобно использовать семантическую сеть, в которой узлами являются понятия, а стрелками указываются отношения между понятиями. В связи с особенностями дисциплины сеть получается неоднородной, т.е. виды отношений различны. Рассмотрим, как может выглядеть семантическая сеть для понятий общего курса физики для уровня обучения в 10-11-м классах. Структура общего курса физики состоит из разделов: 1. Механика. 2. Электричество и магнетизм. 3. Физика колебаний и волн. 4. Квантовая физика. 5. Молекулярная физика и термодинамика. 6. Теория относительности. 7. Физика твердого тела. 8. Оптика. 9. Ядерная физика. Все понятия внутри темы взаимосвязаны друг с другом различными отношениями. Пример схемы взаимосвязей внутри раздела «Механика» приведен на рис. 4. Однако и между разделами дисциплины понятия тоже имеют взаимосвязи. Так, понятие РАБОТА используется и в механике, и в электричестве, и в молекулярной физике и термодинамике, поэтому должны быть и связи между разделами. Пример схемы взаимосвязей между разделами «Механика», «Электричество и магнетизм», «Ядерная физика» приведен на рис. 5. Определимся с видом необходимых отношений: - количественные - показывают количественную связь между понятиями, например, если НОРМАЛЬНОЕ УСКОРЕНИЕ равно 0, то оно связано с понятием ПРЯМОЛИНЕЙНОЕ ДВИЖЕНИЕ, иначе - с понятием КРИВОЛИНЕЙНОЕ ДВИЖЕНИЕ. - функциональные - показывают, как взаимодействуют понятия между собой, например понятие МОЩНОСТЬ определяется понятием РАБОТА, понятие КОНСЕРВАТИВНАЯ СИЛА является составной частью понятия СИЛА. Учтем, что связи должны быть обоюдными, т.е. если ПОНЯТИЕ 1 определяет ПОНЯТИЕ 2, то ПОНЯТИЕ 2 определяется ПОНЯТИЕМ 1. Например: понятие МОЩНОСТЬ определяется понятием РАБОТА, понятие РАБОТА определяет понятие МОЩНОСТЬ. Для удобства введем обозначения (табл. 1), причем для функциональных отношений обратные отношения выделим курсивом. В связи с тем, что семантическая сеть, объединяющая множество понятий и их отношений, выглядит достаточно загруженной и тяжело читаемой, то удобнее связи между понятиями свести в таблицу. Фрагмент таблицы отношений приведен в табл. 2. Заключение Современное состояние справочных материалов по физике не может удовлетворить требованиям образовательной системы. Анализ доступных справочных материалов по физике показал необходимость формулирования общих требований по формированию подобных справочных материалов для нужд информационно-справочной системы: - организация справочных материалов с помощью гипермедиа-технологий для удовлетворения требований удобства использования в Интернете, организации поиска и переходов по взаимосвязанным понятиям; - универсальность, доступность понятийного аппарата и его полнота, реализация которых в рамках информационной системы позволит выбирать уровень обучения; - организация структуры учебных материалов в виде семантической сети для обеспечения требования о взаимосвязанности понятий, а также обеспечения простоты переходов по статьям. Сформулированные требования являются универсальными и могут быть распространены на любую учебную дисциплину, а также любую систему, базирующуюся на понятийном аппарате.

Скачать электронную версию публикации