Информационные технологии в обучении физике

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Московский педагогический государственный университет»

А. В. Смирнов, С. А. Смирнов

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
В ОБУЧЕНИИ ФИЗИКЕ

Учебное пособие

МПГУ
Москва • 2018

УДК 372.853+004.9(075.8)
ББК 74.262.22+32.81я73
 
С506

Рецензенты:
Фролов Иван Валентинович – доктор педагогических наук,
заведующий кафедрой физико-математического образования
Арзамасского филиала ННГУ, доцент
Прояненкова Лидия Алексеевна – доктор педагогических наук,
профессор кафедры теории и методики обучения физике
имени А. В. Пёрышкина Московского педагогического
государственного университета 

 
 
Смирнов, Александр Викторович.  
С506  
Информационные технологии в обучении физике: учебное 
пособие / А. В. Смирнов, С. А. Смирнов. – Москва : МПГУ, 2018. – 
220 с. 
 
 
ISBN 978-5-4263-0677-6

Пособие содержит общеметодические сведения по применению  информационных технологий в обучении физике; описаны основные понятия и определения 
информационных технологий, используемых в физическом образовании; охарактеризованы дидактические и психологические основы применения информационных технологий в обучении физике; подробно рассказано о дидактических 
информационных средствах, используемых в учебном процессе по физике; показаны способы активизации познавательной деятельности обучаемых средствами информационных технологий; описано применение информационных технологий для диагностики и мониторинга достижений учащихся; представлены 
методы методического анализа электронных образовательных ресурсов;  представлены требования санитарии и гигиены труда, которые следует соблюдать 
при использовании  информационных технологий в обучении физике.    

Для студентов педагогических вузов. Может быть полезно слушателям курсов 
повышения квалификации работников образования, а также учителям физики 
и методистам-физикам.
УДК 372.853+004.9(075.8)
ББК 74.262.22+32.81я73

ISBN 978-5-4263-0677-6
© МПГУ, 2018
© Смирнов А. В., текст, 2018
© Смирнов С. А., текст, 2018

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5

ГЛАВА 1
Основные понятия и определения
информационных технологий,
применяемые в обучении физике . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8
1.1. Понятие «информация» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8
1.2. Понятие «новая информационная
технология обучения»  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16
1.3. Понятие «электронное средство обучения» . . . . . . . . . . . . .19
1.4. Понятие «электронное обучение» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24

ГЛАВА 2
Дидактические, психологические
и социально-экологические основы применения
информационных технологий в обучении физике . . . . . . . . . .29
2.1. Дидактические принципы применения
информационных технологий в обучении физике  . . . . . . . . . .29
2.2. Психолого-педагогические основы применения
информационных технологий в обучении физике  . . . . . . . . . .39
2.3. Комплексное применения средств
информационных технологий в обучении физике  . . . . . . . . . .50
2.4. Социально-экологические аспекты
применения информационных технологий
в обучении физике . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56

ГЛАВА 3
Методика обучения физике с применением
современных информационных технологий  . . . . . . . . . . . . . . .63
3.1. Целевые аспекты применения
информационных технологий в обучении физике  . . . . . . . . . .63
3.2. Формы и методы обучения физике
с применением информационных технологий . . . . . . . . . . . . . .73
3.3. Средства информационных технологий
обучения физике . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .93
3.3.1. Информационно-методический комплекс
обучения физике  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .93

А.В. СМИРНОВ, С.А. СМИРНОВ    ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ОБУЧЕНИИ ФИЗИКЕ

3.3.2. Дидактические информационные средства . . . . . . . .99
3.3.3. Системы искусственного интеллекта
в обучении физике . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .108
3.3.4. Средства информационных технологий
для учебного физического эксперимента . . . . . . . . . . . . . .120
3.3.5. Учебные виртуальные физические модели  . . . . . . .134
3.3.6. Самодельные электронные
образовательные ресурсы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .140
3.4. Применение информационных технологий
при обучении решению физических задач . . . . . . . . . . . . . . . .164
3.5. Информационные технологии
в учебном физическом эксперименте  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .181
3.6. Средства информационных технологий
в реализации мониторинга и контроля
учебных достижений учащихся по физике  . . . . . . . . . . . . . . . .199
3.7. Требования санитарии и гигиены при
применении средств информационных технологий
в обучении физике . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .207

Литература для углубленного изучения вопросов
применения информационных технологий
в обучении физике  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .219

ПРЕДИСЛОВИЕ

Широкое применение информационных технологий (ИТ) – одна 
из закономерностей, характеризующих современный учебно-воспитательный процесс по физике в переживаемую нами эпоху всеобщей информатизации общества, которая ставит новые проблемы 
перед системой образования и воспитания подрастающего поколения. Как учесть особенности стремительно нарастающего информационного процесса в организации физического образования, 
как меняются требования к физическому образованию с учетом 
тенденций развития информационного общества? Эти вопросы 
волнуют и ученых-теоретиков, занимающихся фундаментальными 
исследованиями по дидактике физики, и педагогов-физиков, стремящихся средствами информационных технологий повысить эффективность учебно-воспитательного процесса.
Вопросами методики применения средств информационных 
технологий в обучении физике и теоретическими основами их создания занимались в разные годы известные русские ученые дидакты-физики  Анциферов Л. И.,  Ельцов А. В., Извозчиков В. А., 
Каменецкий С. Е., Лаптев В. В., Оспенникова Е. В., Кондратьев А. С., 
Разумовский В. Г.,  Турышев И. К., Шахмаев Н. М. и др.  Этими учеными заложены дидактические основы применения средств информационных технологий в учебно-воспитательном процессе по физике. 
Российская система образования занимает  одно из ведущих 
мест в мире по созданию и применению средств информационных 
технологий обучения физике. 
Анализ зарубежного опыта по применению средств новых информационных технологий в обучении физике весьма противоречив. 
С одной стороны, делается сильный упор на применение новейших 
компьютерных и видеотехнологий, с другой – практически отрицается плавный переход от традиционных технологий обучения физике к обучению с применением новейших информационных средств. 
Это основное отличие зарубежной технологии от российской методики применения информационных технологий в обучении физи

А.В. СМИРНОВ, С.А. СМИРНОВ    ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ОБУЧЕНИИ ФИЗИКЕ

ке, согласно которой необходимо придерживаться принципа преемственности, обеспечивающего плавный переход от традиционных 
методов обучения физике к технологиям обучения, базирующимся 
на использовании новейших информационных технологий. Согласно 
отечественным технологиям обучения, главной фигурой учебно-воспитательного процесса остается Учитель. Перераспределяются лишь 
его функции, усиливается его роль как организатора учебно-воспитательного процесса.        
Эффективность применения информационных технологий в обучении физике во многом зависит от того, насколько методически 
грамотно и педагогически оправданно их включение в структуру 
учебно-воспитательного процесса. В каждом конкретном случае 
учителю физики приходится самостоятельно определять, с какой 
целью и как использовать ИТ на занятиях, для решения каких образовательных или воспитательных задач он обращается к тому 
или иному виду ИТ, какой педагогический результат надеется получить. Поэтому ему необходимы знания и умения по структуре, 
дидактическим принципам и методическому применению ИТ. 
Освоение современных информационных технологий и связанных с ними продуктивных методов преподавания – насущная задача педагога-физика. Необходимость овладения будущим учителем 
физики методикой работы с наиболее распространенными  средствами информационных технологий, применяемыми в учебновоспитательном  процессе по физике, привела к обязательному изучению в высших образовательных учреждениях педагогического 
профиля вопросов, связанных с методикой применения информационных технологий в обучении физике. 
Настоящее учебное пособие призвано оказать помощь студентам 
педагогических вузов, изучающим вопросы методики применения 
информационных технологий в обучении физике. Студенту предстоит познакомиться: с основными понятиями и определениями 
информационных технологий, применяемыми в обучении физике; 
целями и задачами использования информационных технологий 
в физическом образовании; дидактическими, психологическими 

ПРЕДИСЛОВИЕ

и социально-экологическими основами применения информационных технологий в обучении физике; реализацией деятельностного подхода в обучении физике средствами информационных 
технологий; способами активизации познавательной деятельности 
учащихся средствами информационных технологий; применением информационных  технологий для диагностики и мониторинга достижений учащихся; методами методического анализа электронных образовательных ресурсов по физике; методическими 
аспектами использования информационных технологий в учебном 
процессе по физике; основными видами дидактических информационных  средств, используемых в учебно-воспитательном процессе по физике, и методикой их применения в образовательных 
и воспитательных целях; методикой применения современных 
электронных средств в учебно-воспитательном процессе по физике; требованиями санитарии и гигиены труда при применении 
средств информационных технологий в обучении физике и многим 
другим.
Учебный материал, представленный в пособии, немного шире, 
чем обязательный минимум государственного образовательного 
стандарта. Это обеспечивает возможность углубить изучение некоторых вопросов за счет времени, отводимого на внутривузовский 
и региональнальный компоненты, а также усиления самостоятельной работы студентов. 
Цель пособия – познакомить студента – будущего учителя физики с методическими основами применения  информационных технологий в учебно-воспитательном процессе по физике. 
Главы 1, 3 написаны Смирновым А. В. и Смирновым С. А. совместно, глава 2 написана Смирновым А. В. 
Авторы
Александр Викторович Смирнов
Сергей Александрович Смирнов

ГЛАВА 1
Основные понятия и определения
информационных технологий,
применяемые в обучении физике

1.1. Понятие «информация»

Попробуем выстроить «вхождение» в информационное видение 
мира через целостное, четкое восприятие понятия «информация». 
Информация – базовая, исходная, основополагающая часть целостного понятия  «информационные технологии».  
Что же такое информация?
Педагог современного информационного общества должен 
иметь четкое представление о сути термина «информация».
Слово «информация» в переводе с латинского означает осведомление, сообщение  о положении дел, сведения о чем-либо. С появлением и развитием кибернетики, позже – информатики это слово 
получило ряд новых значений. В настоящее время в обиходе под информацией подразумевают совокупность данных, фактов, знаний 
о некоторой системе,  характеризующих организацию, структуру, 
состояние и поведение этой системы в целом или ее отдельных элементов.  Но сегодня наука не может основываться на обиходном 
значении слова «информация» («знания», «сообщения», «новости»). 
Научное понятие – а особенно такое фундаментальное понятие, 
как   «информация»,  –  должно иметь четкое научное определение. 
До сих пор – хотя это достаточно странно – в самом определении 
информации, а тем самым и в понимании ее сущности, наблюдаются значительные разногласия. Различными учеными в разное 
время было дано большое количество разнообразных определений 
понятия  «информация». Мы остановимся на трактовке, предложенной в девяностые годы прошлого столетия И.В. Марусевой, согласно которой информация есть мера сигнальных взаимодействий 
материальных систем. 

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Для того чтобы обосновать это определение информации, попробуем проанализировать специфические черты процессов, которые считают информационными, отличающие их от процессов, 
не носящих информационного характера. 
Основным объектом изучения в науке долгое время являлись системы, находящиеся в устойчивых, стабильных состояниях. Причиной изменений в таких системах является воздействие 
внешних сил или обмен энергией. 
Для детального описания процессов, происходящих при взаимодействиях материальных систем, введем ряд характеристик, помогающих описать как механизм различного рода взаимодействий, 
так и его результаты. Такими характеристиками являются понятия 
силы, количества движения, момента количества движения, температуры и т.п.
Наиболее универсальной характеристикой взаимодействия является энергия.
Однако существуют такие классы взаимодействий, где результат воздействия одной системы на другую практически не зависит 
от энергии, а также от всех вышеперечисленных характеристик.
Если проанализировать внимательно основные черты тех взаимодействий, которые имеют место в технике связи при передаче 
различных сигналов и сообщений, то мы увидим, что всех их объединяет общая черта – недостаточность для описания результатов 
взаимодействия введенных ранее характеристик – энергии, импульса, температуры  и т.п. Настоятельно требуется новая характеристика. Такой характеристикой и является информация. 
Рассмотрим для примера телеграфный аппарат. На вход аппарата поступают электрические импульсы разной длительности («точки» и «тире»), на выходе на бумажной ленте отпечатываются буквы 
и слова. Результаты воздействия входных импульсов не зависят от их 
энергии, напряжения, силы тока и т.п. Они зависят от комбинации 
приходящих импульсов, от того, в каком порядке и в какой последовательности приходят они на аппарат. Совершенно естественно, 
что требуется новая мера, отличная от энергии и ей подобных мер, 

А.В. СМИРНОВ, С.А. СМИРНОВ    ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ОБУЧЕНИИ ФИЗИКЕ

которая характеризовала бы разнообразие комбинаций приходящих 
импульсов, – такой мерой и будет являться информация. 
Таким образом, информация – это мера особого класса взаимодействий материальных систем (сигнальных взаимодействий). 
Чем характерен этот класс взаимодействий? Чем он отличается 
от распространенных энергетических взаимодействий?  
1. 
Результат взаимодействия не находится в непрерывной зависимости от энергии взаимодействия. Часто вообще нельзя уловить зависимость результата взаимодействия от энергии.
2. 
Взаимодействие несимметрично, в нем можно выделить 
систему воздействующую и систему, воспринимающую воздействие. В то же время энергетические взаимодействия 
всегда симметричны – сколько энергии отдала одна система, 
столько и получила вторая. Передавая информацию другой 
системе, первая система ее не теряет.
3. 
Система, испытывающая взаимодействия, находится в метастабильном состоянии; это означает, что ее внутренние 
процессы могут протекать различными путями, приводить 
к различным результатам в зависимости от внешних воздействий малой интенсивности (энергии сигналов). Существует порог приема сигналов, для каждой системы он разный.  
Взаимодействия, обладающие этими чертами, будем называть 
сигнальными взаимодействиями.
Значит, информация – есть мера сигнальных взаимодействий. 
Что нового влечет за собой это определение? 
Во-первых, оно включает процессы передачи информации в технике связи и обмена сообщениями между людьми в общий и широкий мир сигнальных взаимодействий, имеющих место в самых 
различных системах как живой, так и неживой природы.
Во-вторых,  определение подчеркивает, что информация есть 
характеристика, мера взаимодействия  по крайней мере двух материальных систем. И поэтому количество информации зависит, 

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

естественно, от свойств обеих взаимодействующих систем. ( Нельзя 
говорить, сколько информации содержится в книге или каком-либо 
сообщении, не оговаривая, для кого, для какой взаимодействующей 
системы она предназначена.)
В-третьих, определение позволяет классифицировать различные формы информации на разных системах развития живого. 
Простейшими формами информации являются формы чистого 
взаимодействия, управления, когда одна система непосредственно 
направляет по другому пути процессы другой системы.  (Так называемые «природные сигналы», или «инстинкты», «наследственная 
информация». При виде пищи выделяется слюна, с восходом солнца раскрывается цветок.) В этих простейших примерах четко выступает существо информации как меры взаимодействия. 
На более высокой стадии развития животных организмов информация выступает в более сложной форме. У высших животных 
сигналы внешнего мира могут служить уже не только побуждением к действию, но и могут запоминаться, запасаться впрок для использования в дальнейшем. Когда животные прислушиваются, принюхиваются к обстановке (или человек читает письмо, сообщение), 
то происходит взаимодействие с окружающей средой и клетками 
мозга, взаимодействия сигнальные, скрытые от наших глаз и внешне сразу не проявляющиеся. Поэтому в своей высокоразвитой форме информация выглядит как некоторые знания, сообщения, а ее 
сущность – как мера сигнального воздействия – затушевывается 
и не проступает явно. 
Однако на самом деле значение информации, хранящейся в мозге, заключается в конечном счете именно в том, чтобы изменять, 
направлять действия субъекта. Так что и здесь информация в конечном счете является мерой взаимодействия.
Рассмотрим различные формы информации.
1. 
Информацию, которая является лишь набором передаваемых символов, а содержание передаваемых сообщений и их 
возможное использование не существенны, называют статистической информацией. Она не зависит от свойств при

А.В. СМИРНОВ, С.А. СМИРНОВ    ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ОБУЧЕНИИ ФИЗИКЕ

емника, считается, что приемник идеальный, для которого 
каждая комбинация символов различима, но имеет одинаковый смысл.
2. 
Информацию, используемую для достижения какой-либо 
конкретной цели, называют целевой информацией.
а) Целевая информация может быть положительной или отрицательной величиной (дезинформация), в посылаемом сообщении может быть доля истинной информации и доля ложной. 
б) Целевая информация зависит от свойств приемника, т.е. 
способности различать положительную и отрицательную 
информацию в сообщении. А это определяется, в частности, 
тем, какой информацией располагал (имел запас) приемник 
до прихода нового сообщения.  
3. 
Информация, 
расширяющая 
объем 
знаний, 
сведений 
о предмете (причем не предназначенная для какой-либо 
цели и не известно, когда и как в будущем используемая), 
называется смысловой информацией.
Такая информация не предназначена к немедленному использованию, она запасается впрок и служит для того, чтобы подготовить 
условия для использования другой информации, целевой, которая 
без предварительного запаса  знаний не может быть использована. 
Общей чертой смысловой информации является то, что она 
изменяет запас сведений, запас соответствий (между сигналами 
и действиями, между понятиями и т.п.) у получателя (приемника) 
информации.
Первоначальный и меняющийся в ходе получения информации запас сведений (соответствий) можно представить себе как некоторый обобщенный словарь или справочник, который назвают 
«тезаурусом» (от греческого «тезаурас» – сокровище). В словарной 
практике тезаурусами называют словари, где даны не только значения слов, но и связи между ними. В качестве меры количества 
смысловой информации принято изменение тезауруса приемника под действием поступавшей информации. То есть количество 
смысловой информации зависит от приемника, от его тезауруса.