Школьный физический эксперимент при обучении физике в школе

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

Школьный физический эксперимент

Требования к школьному физическому эксперименту при обучении физике

Техника школьного физического эксперимента и методика его проведения

Заключение

Список использованной литературы



Введение

Актуальность исследования. Систематическое выполнение учениками ШФЭ благоприятствует овладению физическими методами познания: они учатся самостоятельно собирать экспериментальные установки, измерять физические величины, представлять результаты измерений в виде таблиц, графиков и др., делать выводы из эксперимента, объяснять результаты своих наблюдений и опытов с теоретических позиций. А публичное обсуждение проведенного эксперимента развивает и поддерживает интерес учащихся к физике, формирует их интеллектуальные и практические умения, развивает естественно - научный стиль мышления. Но, к сожалению, методический потенциал школьного физического эксперимента не используется пока при обучении физике в должной мере, это вызвано нехваткой оборудования, сложностью подготовки учителями школьного физического эксперимента, компьютеризацией процесса обучения и др.

В Федеральном компоненте государственного стандарта общего образования среди приоритетных целей и задач физического образования называется цель «приобретение опыта применения научных методов познания, наблюдения физических явлений, проведения опытов, простых экспериментальных исследований, прямых и косвенных измерений с использованием аналоговых и цифровых измерительных приборов; понимание неизбежности погрешностей любых измерений» (стандарт).

Анализ литературы показал, что проблема школьного физического эксперимента учащихся находится, и находилась в центре научных интересов ученых, как отечественных, так и зарубежных. Этим вопросом занимались: В.Ф. Шилов, Р.И. Малафеев, В.А. Буров, Г.А. Бутырский, Ю.А. Сауров и другие.

Все вышесказанное обуславливает актуальность выбранной темы исследования.

Объект исследования: процесс обучения физике в основной школе.

Предмет исследования: школьный физический эксперимент при обучении физике в школе.

Цель исследования: на основании изучения теории проблемы показать, что школьный физический эксперимент занимает важное место в процессе обучения физике.

Задачи исследования:

описать виды школьного физического эксперимента;

охарактеризовать основные требования к школьному физическому эксперименту;

описать технику школьного физического эксперимента и методика его проведения.

Методы исследования: анализ психолого-педагогической и методической литературы.

Структура исследования: работа состоит из введения, трех параграфов, заключения, списка литературы. Первый параграф содержит информацию о видах школьного физического эксперимента. Второй параграф посвящен характеристике требований к школьному физическому эксперименту. В третьем параграфе описана техника школьного физического эксперимента и методика его проведения.



Школьный физический эксперимент

Школьный физический эксперимент - это один из важнейших методов обучения школьников физике; он имеет несколько своеобразных, особых видов и не является чем-то сложившимся, а все время развивается, расширяется, пополняется новым оборудованием, приемами и средствами выполнения. Поэтому его изучению и уделяется столь большое внимание.

Физический эксперимент в школе применяется в следующих видах (Каменецкий ):

Демонстрационный эксперимент, который проводит учитель;

Фронтальные лабораторные работы, выполняемые учащимися в процессе изучения программного материала;

Фронтальные лабораторные работы- это такой вид практических работ, когда все учащиеся класса одновременно выполняют однотипный эксперимент, используя одинаковое оборудование.

Работы физического практикума, выполняемые учащимися в завершение предыдущих разделов курса физики или в конце всего школьного курса физики;

Экспериментальные задачи;

Внеклассные физические опыты (на кружках, конференциях) и домашние экспериментальные работы (Схема 1).

Эта классификация школьного эксперимента не единственная, но суть всех существующих классификаций в основном сводится к ней.

Эта классификация складывалась постепенно: в начале был только демонстрационный эксперимент, потом ( в конце XIX в.) возникла идея фронтального физического эксперимента, которая окончательно реализовалась в школе только в 50-е гг. ХХ в., затем, на пару десятков лет позднее, был введен в школе физический практикум и т.п. И сейчас школьный физический эксперимент не есть что-то застывшее, данное, он развивается, причем различными путями. Во-первых, возникают новые приборы, методы демонстрирования и т.п., т.е. развивается техника, применяемая в эксперименте, развивается и методика проведения эксперимента, что может вносить некоторые добавления в приведенную выше классификацию.

Во всей совокупности школьного физического эксперимента основное место занимает демонстрационный эксперимент (методика, Каменецкий , и др.), который присутствует в том или ином виде почти на каждом уроке физике. Неверно думать, что этот эксперимент, демонстрируя физические явления, процессы и закономерности, воспринимается учащимися только зрительно и ничего не дает им.кроме иллюстраций. Учащиеся, наблюдая, обсуждая и вникая в сущность демонстрируемого, видя и мысленно «повторяя» действия учителя при демонстрации опыта, получают и первоначальные экспериментальные умения. Следует иметь в виду, что эти умения складываются не только из того, что будет делать школьник своими руками. Даже не выполняя фронтальные лабораторные работы и работы физического практикума, школьники с помощью демонстрационного эксперимента знакомятся с экспериментальным методом в физике. А привлекая учащихся к выполнению хотя бы части демонстраций их вариантов. Вызывая их для повторения того или иного опыта (или какого-то его варианта), учитель обучает их каким-то экспериментальным умениям.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Схема 1. Виды школьного физического эксперимента



Возможно, самостоятельная работа в школе возрастает до такого уровня, что максимум знаний учащиеся будут приобретать сами под руководством учителя, выполняя во время обучения значительно большее, чем теперь, число фронтальных лабораторных работ и работ физического практикума. Но это время еще не настало, хотя новая парадигма образования - учитель не только источник новых знаний, а, главное, он организатор познавательной деятельности учащихся- уже работает. Но пока демонстрационный эксперимент еще не потерял своего определяющего значения в учебном процессе по физике и является основным видом школьного физического эксперимента.

Фронтальные лабораторные работы - это такой вид практических работ, когда все учащиеся класса одновременно выполняют однотипный эксперимент, используя одинаковое оборудование.

Идея их введения в учебный процесс была выдвинута достаточно давно, но в программу курса физики они были внесены лишь в 1927 г. и не сразу были реализованы в практике работы. При этом возникли как организационные и методические проблемы, так и проблемы технические, конструкторского и производственного характера. В практику обучения физике фронтальные лабораторные работы вошли только в 50-е годы XX столетия в результате огромной работы, которую провели А.А.Покровский и Б.С.Зворыкин, создавшие комплект приборов для проведения этих работ, наладившие их выпуск промышленностью и решившие массу методических проблем.

Фронтальные лабораторные работы выполняются чаще всего группой учащихся, состоящей из двух человек, иногда имеется возможность организовать индивидуальную работу. Соответственно в кабинете должно быть 15-20 комплектов приборов для фронтальных лабораторных работ. Всего таких приборов более 1000.

К приборам для фронтальных работ предъявляются определенные требования: они должны быть легкими, дешевыми, простыми в эксплуатации, иметь малые габариты, могут не иметь высокого класса точности.

При хранении приборов их не следует комплектовать по работам, во-первых, потому, что в этом случае общее число комплектов будет очень большим и они будут занимать много места, и, во-вторых, потому, что одни и те же приборы, как правило, используются в нескольких работах. Поэтому приборы комплектуются не по работам, а в виде совокупности одинаковых приборов, т.е. вместе собираются вольтметры, амперметры, все реостаты, все весы и т.п.

Хранят приборы в специальных ящиках, которые называются укладками. Укладка - это ящик с низкими бортами, в котором умещаются все приборы. Укладки с приборами размещаются на полках в шкафах, которые, как правило, располагаются в классе- аудитории, чтобы приборы было удобнее выставлять на столы и убирать, привлекая к этому учащихся.

Названия фронтальных лабораторных работ приводятся в учебных программах. Их достаточно много, они предусмотрены практически по каждой теме курса физики. Фронтальные лабораторные работы не очень сложны по содержанию, тесно связаны хронологически с изучаемым материалом и рассчитаны, как правило, на один урок.

Фронтальные лабораторные работы весьма разнообразны, их можно классифицировать и выделить группы работ по:

наблюдению физических явлений (взаимодействие магнитов, интерференция и др.);

ознакомлению с приборами и выполнению с их помощью прямых измерений (измерение силы тока, напряжения, массы тела и др.);

-выполнению косвенных измерений физических величин (измерение сопротивления проводника с помощью амперметра и вольтметра, измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока и др.);

установлению зависимостей между физическими величинами, описывающими какой-то физический процесс (исследование зависимости между силой тока и напряжением, между параметрами состояния идеального газа и др.);

сборке и ознакомлению с принципом действия некоторых технических установок и приборов (сборка электромагнитного реле, детекторного радиоприемника и др.).

В зависимости от дидактических задач, которые решаются с помощью фронтальных лабораторных работ, их можно разделить на иллюстративные (проверочные) и исследовательские (эвристические).

Иллюстративные работы выполняются с целью «проверки» изученных закономерностей или полученного дедуктивного вывода.

Исследовательские работы выполняются с целью проверки гипотез и получения новых знаний, они могут служить основой индуктивного вывода.

Например, лабораторная работа по изучению законов последовательного соединения проводников как иллюстративная проводится после объяснения учителем и выполнения им соответствующего демонстрационного эксперимента. Если она проводится как исследовательская работа, то учащиеся сами в ходе ее выполнения приходят к законам последовательного соединения проводников. При этом учитель организует деятельность учащихся таким образом, чтобы они проходили все этапы процесса исследования: постановка задачи - выдвижение гипотезы - выбор экспериментальных средств (приборов) - планирование эксперимента - выполнение эксперимента - анализ результатов - выводы.

школьный физический эксперимент

Таблица 1 Этапы выполнения фронтальных лабораторных работ

Этап	Деятельность учителя	Деятельность учащихся
Подготовка	Определение дидактической цели выполнения лабораторной работы и ее места в структуре урока. Разработка плана (конспекта) урока. 3.Подбор приборов. Проверка их исправности, осуществление эксперимента. 4.Вычисление погрешностей эксперимента, выбор оптимального метода выполнения эксперимента	Повторение теоретического материала. Повторение правил действия с приборами, используемыми в лабораторной работе. *Решение задачи, аналогичной той, которая будет решаться экспериментально. Составление плана выполнения работы
Выполнение	Проведение вводной беседы. Организация деятельности учащихся. Наблюдение за работой учащихся, оказание им необходимой помощи. Фиксация результатов работы учащихся	Выполнение работы. Оформление отчета о работе. Фиксация результатов и их анализ
Подведение итогов	Оценивание работы учащихся. Организация анализа и обсуждения результатов работы Рефлексия (оценка собственной деятельности)	Участие в обсуждении результатов работы. Рефлексия (анализ собственной деятельности)

Инструкции по выполнению лабораторных работ содержатся в учебниках физики, однако в зависимости от дидактической цели, их выполнения, от подготовленности учащихся, от уровня формируемых у них умений учитель либо предлагает пользоваться готовой инструкцией, либо вырабатывает план выполнения работы совместно с учащимися, либо предлагает им сделать это самостоятельно.

Проведение любой фронтальной лабораторной работы включает три этапа: подготовку, выполнение, подведение итогов. На каждом из этих этапов учителем и учащимися выполняется определенная деятельность, она представлена в таблице 30 (действия, отмеченные звездочкой, выполняются в зависимости от дидактической задачи).

При проведении вводной беседы учитель выявляет подготовленность учащихся к сознательному выполнению работы, определяет вместе с ними ее цель, обсуждает ход выполнения работы, правила работы с приборами, методы вычисления погрешностей измерений.

Отчет учащихся о работе должен содержать:

Название работы.

Цель.

Перечень приборов и материалов.

Рисунок установки, схему цепи (там, где это необходимо).

Таблицу значений измеряемых величин с указанием их единиц и погрешностей измерений.

Вычисления (необходимые формулы и расчеты).

Вычисление погрешностей результата.

Анализ результатов и выводы.

Дискуссионным является вопрос о том, когда выставлять на ученические столы приборы. Лучше, чтобы они были выставлены до начала урока, однако решение этого вопроса зависит от конкретной работы, от дисциплинированности учащихся. В том случае, когда учащиеся выполняют достаточно много лабораторных работ, привыкли к тому, что у них на столах стоят приборы, и не отвлекаются, выставлять приборы следует на перемене. В противном случае приборы выставляются на ученические столы на уроке непосредственно перед началом работы с ними.

Физический практикум. Физический практикум в программу по физике был введен только в 1957 г., хотя передовые учителя начали проводить физический практикум значительно раньше. Практически этот вид занятий стал внедряться после того, как были разработаны необходимое оборудование, методика проведения этих работ. В решении этой проблемы велика роль А.А. Покровского и И.М. Румянцева.

Физический практикум проводится с целью повторения, углубления, расширения и обобщения полученных знаний из разных тем курса физики; развития и совершенствования у учащихся экспериментальных умений путем использования более сложного оборудования, более сложного эксперимента; формирования у них самостоятельности при решении задач, связанных с экспериментом.

Физический практикум не связан по времени с изучаемым материалом, он проводится, как правило, в конце учебного года, иногда - в конце первого и второго полугодий, и включает серию опытов по той или иной теме.



Таблица 2 График выполнения работ физического практикума

Занятие	Бригада
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
I	1	1	1	2	2	2	3	3	3	4	4	4	5	5	5
II	2	2	2	3	3	3	4	4	4	5	5	5	1	1	1
III	3	3	3	4	4	4	5	5	5	3	3	3	2	2	2
IV	4	4	4	5	5	5	1	1	1	2	2	2	3	3	3
V	5	5	5	1	1	1	2	2	2	3	3	3	4	4	4

Работы физического практикума учащиеся выполняют в группе из 2-3 человек на различном оборудовании; на следующих занятиях происходит смена работ, что делается по специально составленному графику. Составляя график, учитывают число учащихся в классе, число работ практикума, наличие оборудования. В таблице 2 приведен пример такого графика, составленный исходя из следующих данных: в классе 30 учащихся, в практикум входят 5 работ, в каждой группе работают по 2 человека, каждая лабораторная работа может быть представлена в трех экземплярах.

На каждую работу физического практикума отводятся 2 учебных часа, что требует введения в расписание сдвоенных уроков по физике. Это представляет затруднения. По этой причине и из-за недостатка необходимого оборудования практикуют одночасовые работы физического практикума. Следует отметить, что предпочтительными являются двухчасовые работы, поскольку работы практикума сложнее, чем фронтальные лабораторные работы, выполняются они на более сложном оборудовании, причем доля самостоятельного участия учеников значительно больше, чем в случае фронтальных лабораторных работ.

Физические практикумы предусмотрены в основном программами IX-XI классов. В каждом классе на практикум отводится примерно 10 часов учебного времени.

В качестве примера приведем перечень работ физического практикума, предлагаемых в IX классе:

Изучение прямолинейного равноускоренного движения.

Измерение ускорения свободного падения тела.

Проверка постоянства отношения ускорений двух тел при взаимодействии.

Измерение массы тела.

Изучение второго закона Ньютона.

Изучение движения тела под действием силы тяжести.

Изучение закона сохранения импульса.

Изучение закона сохранения механической энергии.

Исследование зависимости мощности на валу электродвигателя от нагрузки.

Изучение свободных и вынужденных колебаний.

Программой на проведение этого практикума отводится 10 часов учебного времени. Учитель может поставить все 10 работ и проводить одночасовые занятия. Если организованы двухчасовые занятия, то можно либо выбрать пять работ, либо объединить близкие по тематике работы.

Как видно из приведенного перечня, работы практикума посвящены либо косвенным измерениям физических величин, либо изучению зависимостей между величинами, характеризующими то или иное явление.

Несмотря на то, что изучаемые зависимости уже известны учащимся и в этом смысле работы носят иллюстративный характер, но тем не менее деятельность учащихся может быть организована в логике экспериментального исследования. В этом случае они планируют эксперимент, подбирают и обосновывают выбор приборов и т.д.

Для проведения практикума используется специальное оборудование, оно более сложное, чем для фронтальных работ, более точное. В кабинете следует иметь по 2-3 комплекта оборудования для каждой работы практикума. Комплектуется и хранится оборудование по работам; оно может быть собрано в специальные ящики, подобные укладкам для приборов к фронтальным лабораторным работам.

Проведение практикума так же, как и фронтальных лабораторных работ, включает три этапа: подготовку, выполнение, подведение итогов. Деятельность, которая выполняется учителем и учащимися на этих этапах, представлена в таблице 3.

Таблица 3 Этапы проведения работ физического практикума

Этап	Деятельность учителя	Деятельность учащихся
Подготовка	Подготовка оборудования Выполнение работ, определение погрешности, оптимальной методики выполнения эксперимента Подготовка описаний- инструкций Составление графика работы	Готовятся в соответствии с графиком: повторение теоретического материала; знакомство (повторение) с теорией соответствующего эксперимента (приборы и установка, правила пользования приборами, методика проведения эксперимента); оформление тетради
Выполнение	Проведение вводной беседы на первом занятии по следующему плану: задачи практикума; содержание практикума; организация работы; приемы измерений и вычисление погрешностей; требование к отчетам; правила безопасного труда Проверка подготовленности учащихся к выполнению работ Наблюдение за работой учащихся	Отчет о подготовке к выполнению работы Самостоятельное выполнение работы либо по готовой инструкции, либо самостоятельно разработанной Вычисление погрешностей измерений, анализ результатов
Подведение итогов	Проверка и оценка работы учащихся Рефлексия	Подготовка и представление отчета о работе Рефлексия

Инструкция, которую готовит учитель по каждой работе, должна содержать: название, цель (познавательную задачу), список приборов и оборудования, краткую теорию, описание неизвестных учащимся приборов, план выполнения работы, требование к отчету. В зависимости от уровня экспериментальных умений учащихся те или иные элементы инструкции опускаются. Целесообразно составлять инструкцию в трех вариантах, рассчитанных на разную степень самостоятельности учащихся, с включением в них дополнительных заданий для успешно занимающихся учащихся.

Отчет учащихся о работе должен содержать: название работы, цель работы, список приборов, схему или рисунки установки, план выполнения работы, таблицу результатов, формулы, по которым вычислялись значения величин, вычисления погрешностей измерений, выводы.

При оценке работы учащихся в практикуме следует учитывать их подготовку к работе, отчет о работе, уровень сформированности умений, понимание теоретического материала, используемых методов экспериментального исследования.

Учитель может выставлять оценку за каждую работу, за группу близких по тематике работ, одну оценку за весь практикум.

Домашние экспериментальные работы. Домашние лабораторные работы - простейший самостоятельный эксперимент, который выполняется учащимися дома, вне школы, без непосредственного контроля со стороны учителя за ходом работы.

Главная задача экспериментальных работ этого вида:

формирование умения наблюдать физические явления в природе и в быту;

формирование умения выполнять измерения с помощью измерительных средств, использующихся в быту;

формирование интереса к эксперименту и к изучению физики;

формирование самостоятельности и активности.

Домашние лабораторные работы могут быть классифицированы в зависимости от используемого при их выполнении оборудования:

работы, в которых используются предметы домашнего обихода и подручные материалы (мерный стакан, рулетка, бытовые весы и т.п.;

работы, в которых используются самодельные приборы (рычажные весы, электроскоп и др.);

работы, выполняемые на приборах, выпускаемых промышленностью.

Уже достаточно давно рекомендовано учащимся иметь домашнюю лабораторию. В нее включались в первую очередь линейки, мензурка, воронка, весы, разновесы, динамометр, трибометр, магнит, часы с секундной стрелкой, железные опилки, трубки, провода, батарейка, лампочка. Однако, несмотря на то, что в набор включены весьма простые приборы, это предложение не получило распространения.

Для организации домашней экспериментальной работы учащихся можно использовать так называемую мини-лабораторию, предложенную учителем-методистом Е.С. Объедковым, в которую входят многие предметы домашнего обихода (бутылочки от пенициллина, резинки, пипетки, линейки и т.п.), что доступно практически каждому школьнику. Е.С. Объедков разработал весьма большое число интересных и полезных опытов с этим оборудованием.

Кроме того, промышленностью выпускаются различные конструкторы (по оптике, электричеству, электромагнетизму), которые могут быть использованы для домашнего эксперимента.

В последнее время появились фирмы, выпускающие школьное оборудование в виде как комплектов, так и отдельных приборов. Простейшие из этих приборов могут оказаться доступными для Личного приобретения учащимися и войти в состав домашней лаборатории.

Появилась также возможность использовать ЭВМ для проведения в домашних условиях Модельного эксперимента. Понятно, что соответствующие задания могут быть предложены тем учащимся, у которых дома есть компьютер и программно-педагогические средства.

Таким образом, в настоящее время имеются большие возможности для организации домашней экспериментальной работы учащихся. Наибольший интерес она вызывает у учащихся основной школы, которым могут быть предложены следующие, например, работы:

измерение скорости равномерного движения;

измерение вместимости сосуда;

измерение толщины листа бумаги;

измерение работы электрического тока;

наблюдение зависимости скорости диффузии от температуры и т.п.

Учащимся старших классов целесообразно предлагать работы более высокого уровня: конструкторские, исследовательские.

Результаты выполненных работ должны быть соответствующим образом оформлены (так, как это делается при выполнении фронтальных лабораторных работ). Их следует обязательно обсудить и проанализировать на уроке.

Экспериментальные задачи. К экспериментальным задачам относят такие физические задачи, постановка и решение которых органически связаны с экспериментом: с различными измерениями, воспроизведением физических явлений, наблюдениями за физическими процессами, сборкой установок электрических цепей и т.д. [Антипин]

Большинство таких задач строится так, чтобы в ходе решения ученик сначала высказал предложения, обосновал умозрительные выводы, а потом проверил их опытом. Такое построение вызывает у учеников большой интерес к задачам и при правильном решении большое удовлетворение своими знаниями.

Экспериментальные задачи можно разделить на следующие виды:

Задачи, в которых для получения ответа приходится либо измерять необходимые физические величины, либо использовать паспортные данные приборов, либо экспериментально проверять эти данные.

Задачи, в которых ученики самостоятельна устанавливают зависимость и взаимосвязь между конкретными физическими величинами.

Задачи, в условии которых дано описание опыта, а ученик должен предсказать его результат.

Задачи, в которых ученик должен с помощью данных ему приборов и принадлежностей показать конкретное физическое явление без указаний на то, как это сделать, или собрать электрическую цепь. Сконструировать установку из готовых деталей в соответствии с условиями задачи.

Задачи на глазомерное определение физических величин с последующей экспериментальной проверкой правильности результата.

Задачи с производственным содержанием, в которых решаются конкретные практические вопросы.

Значение экспериментальных задач в том, что они повышают активность учащихся на уроке, способствуют устранения формализма в знаниях, приобретению навыков исследовательского характера, формируют критический подход к оценке результатов измерений.

Таким образом, в данном параграфе мы рассмотрели понятие школьного физического эксперимента, классификацию ШФЭ и кратко описали каждый вид школьного физического эксперимента.

Требования к школьному физическому эксперименту при обучении физике

Экспериментальный метод в преподавании физики в средней школе является одним из основных методов обучения физики. Он в весьма доступной и наглядной форме знакомит школьников с демонстрационным подходом к познаванию физических явлений. Закономерностей и процессов в науке - физике. А метод обучения есть отражение метода познания в деятельности, которая называется обучением. Как велико значение демонстрационного метода в науке физике, так оно велико в обучении физике, в преподавании учебного предмета «физика». Специфика демонстрационного метода в его наглядности, убедительности и в педагогической эффективности.

Обратимся теперь к основным требованиям к эксперименту.

Первое, основное и непременное требование к демонстрационным опытам - это их видимость всеми учащимися класса. Где бы они ни находились (за первым или за последним столом физического кабинета). Учащиеся должны видеть все детали опыта. Его различные аспекты и т.п. Для обеспечения видимости опытов демонстрационные приборы должны быть достаточно больших размеров, а если это невозможно, то следует применять специальные способы, обеспечивающие их видимость, о чем будет рассказано в дальнейшем. Не малую роль играют и умения учителя демонстрировать опыты, в частности его умение найти свое место у демонстрационной установки, чтобы не мешать наблюдать учащимся опыт, который он сам и показывает.

Второе требование к опытам - это их наглядность. На первый взгляд это тоже, что и видимость, но это не так. Наглядность предполагает ясную и понятную постановку демонстрируемого опыта. Это достигается тем, что в демонстрационной установке удаляются или скрываются не столь существенные детали, выбирается такой вариант опыта. Который будет легче всего понят учащимися. Идеалом является тот случай, когда учащиеся с первого взгляда как бы все понимают в установке, а учитель еще дополняет это «понимание» своим рассказом, указаниями, как и где сосредоточить свое внимание при наблюдении опыта.

Кратковременность опыта - следующее требование к демонстрационному эксперименту. Обычно это требование обосновывают тем, что в учебном процессе дорога каждая минута. Действительно. Время дорого. Но в показе демонстрации основное не экономия времени, а обеспечение наглядности и видимости опыта. Опыт должен длиться столько времени, сколько нужно для показа явления.

Обычно после демонстрации опытов демонстрационные установки, приборы, приспособления учитель физики убирает с демонстрационного стола. Считается. Что поверхность демонстрационного стола должна быть свободная. Но и это требование нельзя считать абсолютным: вспомним об упражнениях. Которые строятся на использовании демонстрационной установки.

Выразительность и эмоциональность - еще одно требование к физическому эксперименту. Пределом выполнения требования эмоциональности опыта является удивление и восторг учащихся, с которым они наблюдают показываемый учителем опыт.

Занимательность. Опыт должен у учащихся вызывать интерес.

Надежность опыта, т.е. возможность повторного его показа (надежность- это и уверенность учителя в том, что опыт будет осуществлен).

Убедительность опыта. Просмотр опыта не должен приводить к двойственному или неправильному толкованию, а убедительно показывать то, что следовало показать.

Соответствие правилам безопасности.

Учитель физики в первую очередь должен:

Знать устройство, конструкцию и принцип действия используемого демонстрационного прибора;

Знать правила эксплуатации прибора (что может дать эффект при демонстрации), а так же соблюдать условия, обеспечивающие сохранность;

Владеть некоторыми ремесленными навыками. Так как в ряде случаев необходимо что-то изготовить для установки или создать самодельный прибор;

Обладать некоторыми конструкторскими навыками (в плане технического конструирования).

Вообще в работе учителя должна присутствовать культура в широком смысле этого слова, что применительно к школьному физическому эксперименту сводится к так называемой лабораторной культуре: образцовому порядку в физическом кабинете (в хранении и расположении оборудования).

Таким образом, в данном параграфе мы рассмотрели требования к физическому эксперименту при обучении физике.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Схема 2. Требования к физическому эксперименту

Техника школьного физического эксперимента и методика его проведения

При постановке и проведении школьно физического эксперимента имеют место как технические, так и методологические аспекты. Знание устройства и конструкции физического прибора, умение им пользоваться - все это технические вопросы, а понимание места физического опыта в процессе изучения конкретного физического материала, объяснение наблюдаемого явления, получение максимальной информации от опыта - это методика физического эксперимента.

В соответствии с этим можно говорить о технике постановки физических опытов и методике проведения физических опытов. И будущих учителей физики, студентов педагогических вузов, надо учить и тому и другому.

Они должны, во-первых, получить необходимые знания о приборах по физике, об их конструкции, правилах работы с ними, уметь их применять, а во-вторых, понимать и знать, когда и где этот прибор следует применять в учебном процессе по физике, как вписать рассматриваемый опыт с данным прибором в «канву» конкретного урока, какие при это дать разъяснения, как показать опыт, чтобы учащиеся при этом максимально увидели, услышали и поняли.

Однако в теории и методике обучения физике как науке термины « техника постановки опытов» в силу их взаимосвязи никогда отдельно не фигурируют, а используются обязательно вместе, как бы в виде одного термина. При этом возможны два их сочетания: «техника и методика школьного физического эксперимента» и «методика и техника физического эксперимента». В большинстве случаев используется второе сочетание рассматриваемых терминов, так как оно, с одной стороны, более благозвучно, а, с другой стороны, что более важно для нас, на первое место в этом сочетании ставится методика проведения физических опытов, т.е. то, чем мы в основном и занимаемся.

Таким образом, можно уже сейчас сделать несколько выводов по данному вопросу.

Во-первых, правомерно использовать как термин «техника постановки школьных физических опытов», так и термин «методика проведения школьных физических опытов».

Во-вторых, в практике оба этих термина в силу их взаимосвязи не разрывают, а применяют совместно.

В-третьих, для дальнейшей работы нами принимается сочетание «методика и техника школьного физического эксперимента».

В-четвертых, хотя термины «техника» и «методика» имеют различный смысл, но в учебном процессе нам важна деятельность учителя, а деятельность учителя по технике и методике школьного физического эксперимента так взаимосвязана, так переплетается, что фактически ее нельзя разделить на две различные деятельности. Поэтому мы имеем все основания утверждать, что термины «техника постановки опытов» и «методика проведения опытов» взаимосвязаны.

При подготовке демонстрационного эксперимента к уроку учитель обычно выполняет следующую последовательность действий:

определяет дидактическую цель опыта и его место в структуре урока или этапе урока;

четко формулирует, какое явление, или свойство вещества, или устройство собирается демонстрировать;

определяет элементы экспериментальной установки: объект исследования, воздействующий элемент, управляющий элемент, индикатор;

составляет принципиальную схему экспериментальной установки;

определяет методом прикидки параметры элементов экспериментальной установки;

выбирает вариант экспериментальной установки и подбирает приборы, руководствуясь их эксплуатационными возможностями и дидактическими требованиями к демонстрационному эксперименту;

собирает демонстрационную установку;

продумывает расположение приборов на демонстрационном столе и подбирает средства, позволяющие обеспечить наилучшую видимость демонстрации.

Каждый демонстрационный опыт должен готовиться и проверяться заранее, до урока. Готовую демонстрацию можно перенести на подвижный столик, а непосредственно перед уроком вынести в класс и переставить на демонстрационный стол.

Если в кабинете есть лаборант и он помогает готовить эксперимент, то учитель перед уроком должен проверить установку, ее работоспособность. Помощь учителю при подготовке демонстраций к уроку могут оказать пособия.

Экспериментальные характеристики приборов содержатся в заводском описании к ним; эти описания следует изучить и хранить, составив их опись.

Целесообразно составлять картотеку демонстрационных опытов, отмечая на карточках параметры элементов демонстрационной установки, делая заметки, касающиеся ее эффективного функционирования.

Технология демонстрационного опыта предполагает определение этапов этой работы, которые должны следовать один за другим и при их правильном выполнении привести к конечному, запланированному результату.

Демонстрационный эксперимент может использоваться на/ уроках физики для решения таких дидактических задач, как:

мотивация изучения нового материала;

выдвижение познавательной задачи;

создание проблемной ситуации;

проверка гипотезы;

получение индуктивного вывода;

проверка дедуктивного вывода (теоретического предсказания, выведения следствия и т.п.);

иллюстрация объяснения учителя.

Независимо от целей демонстрации опытов можно указать общую систему действий, которые выполняет учитель, показывая опыт учащимся:

создание мотивации и организация внимания учащихся;

формулирование познавательной задачи;

описание экспериментальной установки;

выделение объекта наблюдения;

выполнение эксперимента, при необходимости его повторение;

фиксация результатов эксперимента;

анализ результатов и обсуждение выводов.

В зависимости от целей опыта и подготовки учащихся учитель выполняет эти этапы сам или привлекает учащихся, что предпочтительнее. В любом случае учащихся следует привлекать к выдвижению гипотезы, к обоснованию выбора приборов для экспериментальной установки, к фиксации и анализу результатов опыта.

На базе показанного опыта учащимся могут быть предложены как качественные, так и количественные задачи, экспериментальные задания. Если учитель запланировал такую работу, то экспериментальная установка со стола не убирается, а используется либо для постановки задачи, либо для проверки ответа на поставленный вопрос. Эксперимент может провести сам учитель либо вызванный ученик.

После того как потребность в установке отпадает, ее убирают со стола, не дожидаясь окончания урока. Ненужная установка, оставленная на демонстрационном столе, будет отвлекать внимание учеников, мешать сборке других установок, заслонять собой поверхность доски.

При работе в школьном физическом кабинете и, в частности, при демонстрации опытов необходимо соблюдать правила безопасного труда.

Основную опасность несут поражения электрическим током. Напряжения 220 В и 127 В можно применять в различных установках, если нет оголенных частей, находящихся под напряжением, розетки, вилки и все соединяющие провода находятся в полной исправности. Но большинство опытов ставят при преобразованных напряжениях: 6 В, 12 В. Такие напряжения считаются безопасными.

Учитель физики должен знать и понимать, что дело не в значении напряжения, а в значении силы тока. Сила тока 0,1 А является не только опасной, но и смертельной для человека, если этот ток прошел через жизненно важные органы человека. Значение сопротивления R зависит от состояния кожи человека, от ее влажности, даже от состояния человека (возбуждения, нервного напряжения). Соответственно, чем меньше сопротивление тела человека, тем больше при том же напряжении сила тока. Известны летальные случаи от поражения током не только при напряжении 220 В, но и даже при 12 В.

Поэтому необходимо запомнить и выполнять следующие правила:

все соединения в приборах и установках производить только при отключенном приборе (установке) от сети, от источника питания;

при работающем приборе (установке) не касаться оголенных контактов;

не допускать к работающим демонстрационным установкам учащихся (во фронтальных лабораторных работах и в большинстве работ физического практикума учащиеся работают с источниками питания с весьма низким напряжением);

следить, чтобы ваши руки были сухими, обувь исправной (желательно на резиновой подошве), пол, на котором вы стоите, был сухим.

Вторая опасность - это газ. Он при горении дает высокую температуру, чего надо опасаться. Опасен газ и возможностью взрыва, что чаще всего происходит при смеси газа с воздухом (~ 4% газа) и наличии источника огня. В настоящее время в физических кабинетах газ практически не применяют. Если он подведен к вашему столу, то следует соблюдать осторожность. Особенно опасна утечка газа. К столам учащихся газ подводить не следует.

Третья опасность - приборы, работающие при высоких напряжениях и при высокой температуре. Опасность представляют лопающиеся колбы с кипятком, «взрывающиеся» вакуумные приборы, телевизионные трубки и т.п. При работе с такими приборами следует использовать защитные экраны.

Четвертая опасность - это пары различных кислот и щелочей. С ними надо работать на специальных подносах, лить воду в кислоту очень тонкой струйкой.

Нужно помнить и о токсичности паров ртути. Проводить в школе опыты со ртутью (например, опыт Торричелли) категорически запрещено. Чтобы полностью исключить попадание паров ртути в кабинет, следует отказаться и от применения ртутных термометров, заменив их на спиртовые или электронные.

Пятая опасность - это излучения различных видов. В методической литературе можно встретить рекомендации по применению в опытах по геометрической и волновой оптике лазеров. При этом необходимо иметь в виду, что прямое попадание луча лазера в глаз человека может иметь весьма печальные последствия.

Следует помнить также о вреде рентгеновских и ультрафиолетовых лучей. Рентгеновская трубка, дуговая и ртутно-кварцевая лампы исключены из перечня учебного оборудования, хотя в старых физических кабинетах они остались.

С вредными для организма излучениями можно встретиться и при проведении опытов по атомной и ядерной физике. Мощность излучения радиоактивных препаратов, используемых в этих опытах, должна строго соответствовать требованиям санитарных норм.

Перейдем к рассмотрению специальных методов, приемов, способов, дающих возможность повысить выразительность результатов опыта, усилить его эффективность.

Расположение приборов в установке на разных уровнях. Если приборы установки, поставленные на демонстрационный стол, загораживают частично друг друга, то их надо разместить на разных уровнях. Для этого применяются специальные ящики -- подставки (пустые, с забитой крышкой). Применять случайные предметы (книги, картонные коробки и т.п.) не следует, так как это создает неряшливый вид. Разные стороны ящичков обычно покрашены в разные цвета, поэтому надо их ставить так, чтобы приборы на фоне конкретных стенок ящиков были хорошо видны.



В качестве примера приведем установку для измерения силы тока в цепи, где последовательно соединены две электрические лампы (рис.). Здесь применены два ящика разной высоты, окрашенные с видимых сторон в белый цвет. На этом фоне хорошо видны стойки для электрических ламп черного цвета и черного цвета провода (о цвете проводов еще будем говорить позднее). Черный цвет электрических проводников подобран правильно. В установке применены еще аккумулятор и амперметр. Следует продумать, как поставить амперметр, чтобы за ним был подходящий фон (об этом подробнее также будет дальше).

Окрашивание различных частей установки, подбор цвета проводов.



Поясним этот пункт примером с явлением самоиндукции. Установка в собранном виде показана на рис.. В установке много деталей (дроссель, реостат, электрические лампы на стойках, источник тока, ключ замыкания тока и электрические провода).

Целесообразно цепь с лампой Н2 и реостатом R собрать проводами одного цвета, а с лампой HI и катушкой -- другого.

Для лучшей видимости приборы расположены на скамейке, и на ней еще стоит ящик, т. е. здесь требование расположения приборов на разных уровнях выполнено.

Раскрашивают в разные цвета различные наклейки, которые наклеивают для повышения видимости на стрелки приборов, на различные указатели, на экраны. Для создания необходимого фона в физическом кабинете имеется специальный экран, одна сторона которого окрашена в белый цвет, а другая -- в черный.

Окрашивание жидкостей. Вода и многие другие жидкости бесцветны, и их уровни при наливании в сосуды практически не видны или плохо заметны, особенно издали. Для улучшения видимости самих жидкостей и особенно их верхних уровней применяют подкрашивание жидкости. В качестве таких красителей используют флуоресцин, марганцовокислый калий, разные растворимые краски, чернила. Флуоресцин дефицитен, но хорош тем, что дает ярко- зеленое свечение при освещении. Другие выше перечисленные вещества имеют существенный недостаток -- они оставляют на посуде следы. Особенно это видно в пробирках и трубках, где остается окрашенный край (верхний уровень подкрашенной жидкости). Посуду в этих случаях надо сразу мыть, а не оставлять в ней жидкость даже на несколько часов.

Есть красители, которые не оставляют следов на стекле. Для воды это фуксин или раствор щелочи и фенолфталеина. Простым их заменителем может служить свекольный сок, который дает хорошую окраску и практически не оставляет следов, а если после длительного пребывания раствора в сосуде следы и остались, то они очень легко отмываются.

Применение дыма в демонстрациях. Когда надо показать перемещение воздуха, а также в опытах по оптике, чтобы сделать видимыми лучи света, целесообразно использовать дым. Чтобы показать справедливость закона Паскаля для газов, шар заполняют дымом.

Дым получают с помощью специального прибора, получившего название дымаря. Для его изготовления используют двугорлую банку. Обе горловины затыкают пробками, в которые вставлены трубки, Г-образно изогнутые. На одну трубку надевают шланг от груши пульверизатора, на нижний конец второй трубки -- мундштук папиросы, которую перед опытом поджигают. Прокачивая воздух через банку, поддерживают горение папиросы. При этом из верхнего отверстия трубки с папиросой выходит струя дыма.

Применение дополнительного освещения. В некоторых случаях, когда освещенность приборов и результатов опытов с ними низка, целесообразно использовать дополнительное освещение («надо опыт подсветить»). Для этого применяются лампы с рефлекторами, экраны с подсветом через рассеивающее стекло и др. Для теневого проецирования имеются специальные осветители.

Применение зеркал. Когда прибор может быть расположен только горизонтально в плоскости демонстрационного стола, для наблюдения происходящего явления во время опыта следует применять зеркало достаточных размеров.

Применение рейтеров. Если в опыте используются тонкие нити, проволочки и т.п., то, конечно, их нельзя увидеть не только с последних парт кабинета, но и с первой или второй парты. Для увеличения их видимости применяют флажки, рейтеры из бумаги, надевают на них отрезки окрашенных соломинок и т.д. Но это возможно только тогда, когда проводники не нагреваются и не может быть возгорания рейтеров.

Цветные, хорошо видимые рейтеры могут быть надеты на конец тонкой стрелки измерительного прибора, на указатели весов и т.п

В дополнение к этим материалам перечислим ряд других возможных случаев усиления эффекта от результата опыта.

Можно еще применять:

стрелки-указатели; резиновые кольца на трубках для фиксации уровня жидкости (первоначального или конечного);

теневое проецирование; различные индикаторы -- легкие бумажные гильзы (для поля), железные опилки (для магнитного поля), неоновые лампы (для электромагнитного поля) и др.;

подъемные столики (вместо ящиков) и др.

Таким образом, в данном параграфе мы рассмотрели понятия техника и методика проведения школьного физического эксперимента, описали технику безопасности при проведении физического эксперимента, охарактеризовали некоторые специальные средства повышения эффективности физического эксперимента.



Заключение

Результаты проведенного исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. При обучении физике в школе экспериментальные умения формируются при выполнении разных видов школьного физического эксперимента.

Школьный физический эксперимент - сложная система, включающая такие элементы, как фронтальные лабораторные работы по физике, демонстрационный эксперимент, физический практикум, домашние экспериментальные задания по физике.

2. К основным требованиям к школьному физическому эксперименту относят:

видимость эксперимента всеми учащимися класса;

наглядность;

кратковременность опыта;

выразительность и эмоциональность;

занимательность;

надежность опыта;

убедительность опыта;

соответствие правилам безопасности.

3. В теории и методике обучения физике как науке термины «техника постановки опытов» в силу их взаимосвязи никогда отдельно не фигурируют, а используются обязательно вместе, как бы в виде одного термина.

Техника школьного физического эксперимента - это необходимые знания о приборах по физике, об их конструкции, правилах работы с ними, уметь их применять, а методика предполагает понимание и знание студентом, когда и где этот прибор следует применять в учебном процессе по физике, как вписать рассматриваемый опыт с данным прибором в «канву» конкретного урока, какие при это дать разъяснения, как показать опыт, чтобы учащиеся при этом максимально увидели, услышали и поняли.

Размещено на Allbest.ru